廢棄塑料包裝物的管理及資源、環境評價
在包裝領域，高分子材料比較傳統材料具有明顯資源、環境優勢[1]。包裝工業中塑料使用量的增長率超過其它任何材料。我國高分子材料在包裝物方面的用量，估計超過其總生產量的32%（據稱，2006年超過800×104 t，占各類包裝材料總量的1/3以上），而包裝物的廢物轉化率約為94%。合成高分子材料的原料為石油和天然氣，它們屬于難再生的有限天然資源。按照目前的消費速度[2]，石油和天然氣的世界儲藏量僅夠用50年。我國是資源、土地相對匱乏的人口大國，如何更有效的利用這些珍貴的天然資源，如何解決城市生活垃圾造成的巨大環境壓力，已經成為急待解決的問題。
1 焚燒
用包含合成聚合物包裝物在內的城市生活垃圾作為燃料，在城市中或近郊區建設小型的熱電聯合焚燒廠（CHP），是城市生活垃圾減量化、資源化的重要方法之一。目前，我國有不少城市已經或準備采用此法。這種方法大范圍實施的主要障礙是有毒物質，特別是二噁英的排放問題[3]。在日本，90%以上的城市固體廢棄物以焚燒方式處理。有文獻介紹[4]，日本焚燒廠附近空氣中二噁英的含量是美國及一些歐洲國家的三倍，在此地區母乳中二噁英的含量增高，嬰兒死亡率也比其它地方高40%~70%。
二噁英的檢測屬極大毒性物質的痕量分析。加之，其包括210種異構體，其中17種異構體有毒，異構體之間的毒性差別很大等特征，都增加了精確檢出的難度。因為從生活垃圾中去除含氯元素的物質是不現實的（除了PVC包裝物外，廚余中含NaCl等等），或者說，杜絕二噁英的生成是不現實的，唯一的辦法是設法抑制二噁英的生成。研究表明，二噁英的生成量與焚燒設備以及焚燒工作條件有關[5]。換句話說，原本很優秀的設備，但由于使用過程中，煙垢和飛灰在高效過濾裝置中的形成和聚積（煙垢和飛灰為二噁英生成的催化劑），就會造成二噁英排放的超標。另外，超負荷燃燒（尤其是熱負荷超標），使垃圾不能充分燃燒等情況，都會造成二噁英排放的超標。甚至，燃燒物的組成也會影響二噁英的排放量[6]。還需特別注意二噁英的二次合成問題。因此，嚴格意義講，應該安裝在線二噁英精確檢出裝置。可惜的是，目前這還是一個世界難題。綜上所述，高質量標準焚燒設備的制造和運行是昂貴的和困難的[2][3]。近來，日本政府已經認識到，焚燒包括廢棄塑料包裝物在內的生活垃圾，存在難以逾越的生態環境問題。從1995年以來，頒布了一系列包括塑料包裝物在內的循環利用法規和條例[7]，逐漸廢止焚燒，重新啟用了工業生態學的材料流的循環利用模式[8]。
我國僅有少數研究單位進行了二噁英檢測技術的研究，已經證明，北京、太原一些垃圾焚燒廠的飛灰中二噁英的存在。因此，對垃圾焚燒廠的空氣安全問題，需要十分謹慎。借鑒發達國家的經驗和教訓，也是十分必要的。除了上述二噁英的毒性問題外，以焚燒的方式處理包括廢塑料在內的生活垃圾，還存在如下缺點，①徹底破壞了塑料作為材料的利用價值，沒有實現資源的循環利用。②生活垃圾中，大多數有機廢物含有很多水分。在焚燒爐內，有時水分揮發消耗的能量甚至大于有機物所含的熱值，造成熱量的負貢獻。③焚燒排放的CO2，對溫室效應做出貢獻。④焚燒排放的NOX，與二氧化硫一樣是對人類健康和植物有害的物質（其中N2O的溫室效應是CO2的296倍[9]）。⑤排放的毒性物質還包括氯化氫和重金屬等等。
因此，從未來發展趨勢看，以焚燒方式處理包括塑料廢棄物在內的生活垃圾無生命力。
2 混合塑料的熱分解（熱解聚）
此方法可以達到減少垃圾總量和達到石油資源循環利用的目的，具有開發潛力。
聚合物工業的原料是通過石油熱解得到的。塑料包裝廢棄物與石油有相似的化學結構，加熱到高溫會裂解成小分子量的碳氫化合物，其中有些可作為化工原料，其它的可作為燃料。在流化床熔爐中可成功地進行裂解，試驗工廠已在運營之中[4，10]。由于裂解主要是在嚴格控制條件下，發生的非氧化過程（二噁英類物質含氧），因此，產生二噁英的可能性大大降低。但，與焚燒相同，裂解過程中必須用嚴格的預防措施控制氣體排放物。1995年歐洲有近105 t的混合塑料廢棄物通過裂解轉化為化工原料[4]。文獻[2]也介紹了，在試驗性工廠中研究驗證的，無氧條件下進行裂解廢塑料的新工藝。據稱，最新的熱解技術可實現真正意義的塑料原料的循環利用。如果未來能開發出，熱解安全的包裝物的配方和工藝技術，則可以使此方法成為更容易接受和更廣泛采用的，塑料包裝廢棄物的處理方法。
我國在此領域應投入力量，在國外先進成果的基礎上，進行最優秀工藝技術的開發利用。
3 按塑料品種分類回收再利用
混合塑料以材料形式重復利用的效果，大多數不能令人滿意，還浪費了許多能量[4]。然而，某些污染程度較小的單一品種聚合物，情況則相反。此方法可保留塑料的材料價值，實現塑料或者原料的循環利用。但前提是，將有商業價值的塑料品種，盡早（盡可能保持其清潔度）按品種分類從城市生活垃圾流中剝離出來。
3.1 單一品種塑料以材料形式重復利用
在歐、美、日本，回收的塑料品種包括PET、HDPE、LDPE、聚酰胺等等。例如，在美國，收集的廢棄PET包裝物（如飲料瓶）用于生產隔熱板，其某些性能優于PS發泡板，更適合使用熱熔粘合劑制造層壓材料[11]。在日本，回收的廢棄PET用于生產纖維、無紡織物、瓶、包裝物和結構材料[12,13]。
以材料形式重復利用的方法，由于再加工過程中，在剪切力作用下，大分子鏈會發生斷裂，造成材料力學性能下降，一般只能重復利用一、兩次。但近年來，開發的新技術，已經使上述情況有所改變。2004年，Du Pont公司開發了經濟方面可行，環境方面可接受的復合材料（聚酰胺6或聚酰胺66，填充劑為玻璃纖維和礦物質）汽車部件的重復利用技術，工藝過程是首先將聚酰胺溶解，然后過濾出填料和污染物（雜質），將回收的聚酰胺的分子量，再增加到希望的水平[14]。這種方式生產的樹脂的質量與新樹脂相當，回收的聚酰胺完全勝任原來的應用領域。此項技術的評價意見指出：“這項技術很可能成為未來提高報廢車輛循環利用率的最有效的重復利用技術之一。”
3.2 將單一品種塑料轉化為單體
用化學和熱處理的方法將單一品種廢棄塑料轉化成單體，這些單體可再聚合成新的樹脂。縮聚聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚氨酯等都能用化學方法（乙醇解、甲醇解、水解）解聚成單體。加成聚合物，如聚烯烴、丙烯酸類等，則需要熱催化裂解。
除了技術方面研究、開發投入外，成功回收再利用的關鍵在于，①在包裝物上標志，可回收和聚合物品種的符號。②建立全國范圍的回收網。國外的情況是：美國有59%的社區擁有廢塑料分類收集站，有9000多個路邊收取點，剝離站的數量達到13000多個。日本[12，13]的塑料分類回收體系更加完善、立法更加嚴格。③效仿國外的經驗，企業，尤其是制造聚合物部件含量較多的產品的企業（如汽車工業、家電行業等），建立自己的包裝物和塑料部件的回收體系。④對民眾進行塑料回收知識的教育；尤其是在中、小學教材中加入相關內容。⑤政府進行相關立法。
4 生物降解塑料在城市生活垃圾堆肥體系中的作用
堆肥作為一種工藝技術，是生物降解材料或物質（分子量都很高）的控制性微生物解聚過程[2]。在有氧情況下，這個過程生成CO2、H2O、礦物質和相對穩定的腐殖土（相對穩定是指微生物的活性處于低的、相對穩定的水平）。由天然過程產生的腐殖土，是由較長時間的微生物解聚作用，造成動、植物實（尸體）體腐爛后，留在土壤中的黑色有機質部分。堆肥使廢物的主要成分返回到自然界的生物化學循環中。堆肥有巨大的市場需求，如農田、溫室、植物苗圃、果園、高爾夫球場……
堆肥可以有效的減少送去焚燒、填埋的城市垃圾的數量。實際上，堆肥的意義遠遠超出了垃圾管理的范圍。其十分重要的價值在于[2]：建立了支撐農業生產的長期可持續發展模式。堆肥增加了土壤中的有機質，養育了土壤中有益生物和微生物群落，同時抑制和消除了植物的病原體，增加了土壤涵養水分和保持營養物質的能力，維持著營養物質的緩慢釋放。結果是增加了農作物的產量和質量，減少了農業生產對化肥、農藥的依賴（農業生產使用的化肥、農藥，不但造成土壤污染，而且加劇了水體富營養化。我國當前水環境惡化原因的60%~70%[15]，歸因于農田為主體的面源污染。氮肥還會釋放出N2O，如前所述，是重要的溫室氣體，等等），減少了農業耕作對水的需求量。腐殖土發揮土壤改良劑的作用，避免土壤沙化，防止農田表層土壤沖刷流失。
木質素是木質材料中除纖維素之外[16，17]，第二豐富的成分。在大多數木材品種中，木質素占20%~30%。它們包含在木材、秸稈和很多植物果實的殼、外皮之中。木質素是含有苯環的交聯聚合物，在植物細胞壁中，與纖維素通過化學鍵聯結形成木質纖維素。木質纖維素的強度和韌性，為生長著的植物提供力學保護。同時，這類聚合物包含大量具有抗氧化劑活性的苯酚基團，使得木質素具有抗氧化反應的能力，它們作為植物的保護劑，抵抗非生物過氧化作用和過氧化物酶的生物學攻擊。在堆肥過程中，很少量的木質素，就可以阻止水生微生物對纖維素的攻擊。木質纖維素[16-18]，由于物理（疏水性）和化學惰性，不能被非生命和生命過程迅速降解，而是趨向聚集。用測量碳-標記CO2的生成，表明秸稈完全轉化成CO2的時間，估計為10 a。原因是酚是抗氧化劑，形成的苯氧基十分穩定，很難參與鏈式過氧化反應，在生物吸收過程中，芳香體系轉變成醌型化合物。實際上，相當大比例的木質素轉化成為腐殖土而不是CO2。最后，腐殖土經過脫氫聚合產生含有很多縮合石墨芳香環的無煙煤，這是一個十分緩慢的過程。腐殖土是木質素和丹寧被各種各樣過氧化酶進一步氧化形成的，其中大部分為醌型聚合物，因此顏色是黑褐色的。可以肯定木質素和丹寧酸是腐殖土的主要來源，但不是唯一來源。含有芳香環結構的蛋白質也可以轉變成這類醌型聚合物。腐殖土中包含的礦物燃料前身——沉降碳[19]，對減少大氣層CO2含量發揮著重要作用。
由于存在羰基和羥基基團，腐殖土可以螯合金屬離子。蛋白質斷鏈后，形成了碳和氮的化合物。因此，腐殖土可以通過緩慢釋放的方式為植物提供碳、氮等多種化學營養元素及微量元素（研究表明，植物可以直接從土壤中吸收碳元素作為生長的營養素[20]）。
目前，堆肥技術的開發，受到發達國家廣泛重視。新的有氧堆肥技術，利用先進的微生物技術，不僅使土壤肥沃化，還可以生成包括乙醇燃料在內的一些化學物質。在美國，一個厭氧堆肥項目正在開發之中，目的是驗證每年處理39000 t庭園垃圾的工廠的可行性[2]。在工廠中，庭園垃圾與水以3∶1比例混合，在60 d后產生液體肥料、富氮堆肥和甲烷。近年來，美國和歐洲一些國家，堆肥的基礎設施正在迅速增加。美國已有超過3000個現代堆肥廠。德國的堆肥廠已經超過400個，每年有6.81×106 t垃圾被堆肥處理。在歐洲，芬蘭的赫爾辛基，已經實現全部生活垃圾的源頭分離，其中有機垃圾全部堆肥處理。
實際上，很多商品化塑料是高度抗微生物攻擊的。因此，在堆肥設施中，不可降解的塑料袋，必須用手或機械將其排空取出，否則嚴重影響堆肥的整體效果。生物降解塑料（如聚己內酯等）[2,18]作為可堆肥垃圾如食品垃圾、庭園垃圾等的袋裝材料，在生活垃圾的源頭分離方面，具有特殊價值。
研究城市生活垃圾符合可持續發展模式的處理方法，開發與相應的城市生活垃圾堆肥設施相匹配的生物降解性塑料，具有重要現實意義。
5 填埋場是廢塑料最不應當出現的場所
將塑料送去填埋廠，意味著資源徹底喪失了它應有的價值，這與節約資源、循環利用的主導思想背道而馳，并對環境造成威脅。填埋廠占用了土地資源[4]，產生的有毒滲濾液，會污染地下水源，填埋廠通常會出現地面沉降，產生的甲烷氣體會發生意外爆炸，甲烷的溫室效應是二氧化碳的24.5倍……
歐洲一些國家，包括德國、荷蘭等填埋塑料已經被禁止。
6 幾種塑料作為食品包裝物的前景
（1）PET樹脂易分辨，容易源頭分離循環利用。同時，PET樹脂主鏈上含有可水解的結構，在合適的環境中，具有水解降解性。研究表明[20]，在活性土壤中，埋入兩年后，有30%降解。這類聚合物在飲料瓶和包裝薄膜方面的應用，已有明顯增加，預計還會持續下去。
（2）E－CO類樹脂是指主鏈上引入－CO－結構的PE、PP等類樹脂[4,20]，具有陽光照射后降解的特性。在那些收集起來代價太大的區域，如海灘、海面上和其他大范圍水體，容易出現的塑料包裝廢棄物，這類光降解塑料有用武之地，它會漂浮在水面上，可在較短時間內降解消失。
（3）鑒于PVC中殘留的單體和添加劑的毒性問題[4]48-86，廢棄PVC包裝物的焚燒、熱解、以材料形式再利用都存在一定問題的現實，除非出現技術上的突破，否則隨著越來越嚴格的食品衛生、環境保護法規的出臺，PVC可能會逐漸退出食品包裝物市場。
參考文獻：(略)
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