废弃塑料包装物的管理及资源、环境评价
在包装领域，高分子材料比较传统材料具有明显资源、环境优势[1]。包装工业中塑料使用量的增长率超过其它任何材料。我国高分子材料在包装物方面的用量，估计超过其总生产量的32%（据称，2006年超过800×104 t，占各类包装材料总量的1/3以上），而包装物的废物转化率约为94%。合成高分子材料的原料为石油和天然气，它们属于难再生的有限天然资源。按照目前的消费速度[2]，石油和天然气的世界储藏量仅够用50年。我国是资源、土地相对匮乏的人口大国，如何更有效的利用这些珍贵的天然资源，如何解决城市生活垃圾造成的巨大环境压力，已经成为急待解决的问题。
1 焚烧
用包含合成聚合物包装物在内的城市生活垃圾作为燃料，在城市中或近郊区建设小型的热电联合焚烧厂（CHP），是城市生活垃圾减量化、资源化的重要方法之一。目前，我国有不少城市已经或准备采用此法。这种方法大范围实施的主要障碍是有毒物质，特别是二噁英的排放问题[3]。在日本，90%以上的城市固体废弃物以焚烧方式处理。有文献介绍[4]，日本焚烧厂附近空气中二噁英的含量是美国及一些欧洲国家的三倍，在此地区母乳中二噁英的含量增高，婴儿死亡率也比其它地方高40%~70%。
二噁英的检测属极大毒性物质的痕量分析。加之，其包括210种异构体，其中17种异构体有毒，异构体之间的毒性差别很大等特征，都增加了精确检出的难度。因为从生活垃圾中去除含氯元素的物质是不现实的（除了PVC包装物外，厨余中含NaCl等等），或者说，杜绝二噁英的生成是不现实的，唯一的办法是设法抑制二噁英的生成。研究表明，二噁英的生成量与焚烧设备以及焚烧工作条件有关[5]。换句话说，原本很优秀的设备，但由于使用过程中，烟垢和飞灰在高效过滤装置中的形成和聚积（烟垢和飞灰为二噁英生成的催化剂），就会造成二噁英排放的超标。另外，超负荷燃烧（尤其是热负荷超标），使垃圾不能充分燃烧等情况，都会造成二噁英排放的超标。甚至，燃烧物的组成也会影响二噁英的排放量[6]。还需特别注意二噁英的二次合成问题。因此，严格意义讲，应该安装在线二噁英精确检出装置。可惜的是，目前这还是一个世界难题。综上所述，高质量标准焚烧设备的制造和运行是昂贵的和困难的[2][3]。近来，日本政府已经认识到，焚烧包括废弃塑料包装物在内的生活垃圾，存在难以逾越的生态环境问题。从1995年以来，颁布了一系列包括塑料包装物在内的循环利用法规和条例[7]，逐渐废止焚烧，重新启用了工业生态学的材料流的循环利用模式[8]。
我国仅有少数研究单位进行了二噁英检测技术的研究，已经证明，北京、太原一些垃圾焚烧厂的飞灰中二噁英的存在。因此，对垃圾焚烧厂的空气安全问题，需要十分谨慎。借鉴发达国家的经验和教训，也是十分必要的。除了上述二噁英的毒性问题外，以焚烧的方式处理包括废塑料在内的生活垃圾，还存在如下缺点，①彻底破坏了塑料作为材料的利用价值，没有实现资源的循环利用。②生活垃圾中，大多数有机废物含有很多水分。在焚烧炉内，有时水分挥发消耗的能量甚至大于有机物所含的热值，造成热量的负贡献。③焚烧排放的CO2，对温室效应做出贡献。④焚烧排放的NOX，与二氧化硫一样是对人类健康和植物有害的物质（其中N2O的温室效应是CO2的296倍[9]）。⑤排放的毒性物质还包括氯化氢和重金属等等。
因此，从未来发展趋势看，以焚烧方式处理包括塑料废弃物在内的生活垃圾无生命力。
2 混合塑料的热分解（热解聚）
此方法可以达到减少垃圾总量和达到石油资源循环利用的目的，具有开发潜力。
聚合物工业的原料是通过石油热解得到的。塑料包装废弃物与石油有相似的化学结构，加热到高温会裂解成小分子量的碳氢化合物，其中有些可作为化工原料，其它的可作为燃料。在流化床熔炉中可成功地进行裂解，试验工厂已在运营之中[4，10]。由于裂解主要是在严格控制条件下，发生的非氧化过程（二噁英类物质含氧），因此，产生二噁英的可能性大大降低。但，与焚烧相同，裂解过程中必须用严格的预防措施控制气体排放物。1995年欧洲有近105 t的混合塑料废弃物通过裂解转化为化工原料[4]。文献[2]也介绍了，在试验性工厂中研究验证的，无氧条件下进行裂解废塑料的新工艺。据称，最新的热解技术可实现真正意义的塑料原料的循环利用。如果未来能开发出，热解安全的包装物的配方和工艺技术，则可以使此方法成为更容易接受和更广泛采用的，塑料包装废弃物的处理方法。
我国在此领域应投入力量，在国外先进成果的基础上，进行最优秀工艺技术的开发利用。
3 按塑料品种分类回收再利用
混合塑料以材料形式重复利用的效果，大多数不能令人满意，还浪费了许多能量[4]。然而，某些污染程度较小的单一品种聚合物，情况则相反。此方法可保留塑料的材料价值，实现塑料或者原料的循环利用。但前提是，将有商业价值的塑料品种，尽早（尽可能保持其清洁度）按品种分类从城市生活垃圾流中剥离出来。
3.1 单一品种塑料以材料形式重复利用
在欧、美、日本，回收的塑料品种包括PET、HDPE、LDPE、聚酰胺等等。例如，在美国，收集的废弃PET包装物（如饮料瓶）用于生产隔热板，其某些性能优于PS发泡板，更适合使用热熔粘合剂制造层压材料[11]。在日本，回收的废弃PET用于生产纤维、无纺织物、瓶、包装物和结构材料[12,13]。
以材料形式重复利用的方法，由于再加工过程中，在剪切力作用下，大分子链会发生断裂，造成材料力学性能下降，一般只能重复利用一、两次。但近年来，开发的新技术，已经使上述情况有所改变。2004年，Du Pont公司开发了经济方面可行，环境方面可接受的复合材料（聚酰胺6或聚酰胺66，填充剂为玻璃纤维和矿物质）汽车部件的重复利用技术，工艺过程是首先将聚酰胺溶解，然后过滤出填料和污染物（杂质），将回收的聚酰胺的分子量，再增加到希望的水平[14]。这种方式生产的树脂的质量与新树脂相当，回收的聚酰胺完全胜任原来的应用领域。此项技术的评价意见指出：“这项技术很可能成为未来提高报废车辆循环利用率的最有效的重复利用技术之一。”
3.2 将单一品种塑料转化为单体
用化学和热处理的方法将单一品种废弃塑料转化成单体，这些单体可再聚合成新的树脂。缩聚聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚氨酯等都能用化学方法（乙醇解、甲醇解、水解）解聚成单体。加成聚合物，如聚烯烃、丙烯酸类等，则需要热催化裂解。
除了技术方面研究、开发投入外，成功回收再利用的关键在于，①在包装物上标志，可回收和聚合物品种的符号。②建立全国范围的回收网。国外的情况是：美国有59%的社区拥有废塑料分类收集站，有9000多个路边收取点，剥离站的数量达到13000多个。日本[12，13]的塑料分类回收体系更加完善、立法更加严格。③效仿国外的经验，企业，尤其是制造聚合物部件含量较多的产品的企业（如汽车工业、家电行业等），建立自己的包装物和塑料部件的回收体系。④对民众进行塑料回收知识的教育；尤其是在中、小学教材中加入相关内容。⑤政府进行相关立法。
4 生物降解塑料在城市生活垃圾堆肥体系中的作用
堆肥作为一种工艺技术，是生物降解材料或物质（分子量都很高）的控制性微生物解聚过程[2]。在有氧情况下，这个过程生成CO2、H2O、矿物质和相对稳定的腐殖土（相对稳定是指微生物的活性处于低的、相对稳定的水平）。由天然过程产生的腐殖土，是由较长时间的微生物解聚作用，造成动、植物实（尸体）体腐烂后，留在土壤中的黑色有机质部分。堆肥使废物的主要成分返回到自然界的生物化学循环中。堆肥有巨大的市场需求，如农田、温室、植物苗圃、果园、高尔夫球场……
堆肥可以有效的减少送去焚烧、填埋的城市垃圾的数量。实际上，堆肥的意义远远超出了垃圾管理的范围。其十分重要的价值在于[2]：建立了支撑农业生产的长期可持续发展模式。堆肥增加了土壤中的有机质，养育了土壤中有益生物和微生物群落，同时抑制和消除了植物的病原体，增加了土壤涵养水分和保持营养物质的能力，维持着营养物质的缓慢释放。结果是增加了农作物的产量和质量，减少了农业生产对化肥、农药的依赖（农业生产使用的化肥、农药，不但造成土壤污染，而且加剧了水体富营养化。我国当前水环境恶化原因的60%~70%[15]，归因于农田为主体的面源污染。氮肥还会释放出N2O，如前所述，是重要的温室气体，等等），减少了农业耕作对水的需求量。腐殖土发挥土壤改良剂的作用，避免土壤沙化，防止农田表层土壤冲刷流失。
木质素是木质材料中除纤维素之外[16，17]，第二丰富的成分。在大多数木材品种中，木质素占20%~30%。它们包含在木材、秸秆和很多植物果实的壳、外皮之中。木质素是含有苯环的交联聚合物，在植物细胞壁中，与纤维素通过化学键联结形成木质纤维素。木质纤维素的强度和韧性，为生长着的植物提供力学保护。同时，这类聚合物包含大量具有抗氧化剂活性的苯酚基团，使得木质素具有抗氧化反应的能力，它们作为植物的保护剂，抵抗非生物过氧化作用和过氧化物酶的生物学攻击。在堆肥过程中，很少量的木质素，就可以阻止水生微生物对纤维素的攻击。木质纤维素[16-18]，由于物理（疏水性）和化学惰性，不能被非生命和生命过程迅速降解，而是趋向聚集。用测量碳-标记CO2的生成，表明秸秆完全转化成CO2的时间，估计为10 a。原因是酚是抗氧化剂，形成的苯氧基十分稳定，很难参与链式过氧化反应，在生物吸收过程中，芳香体系转变成醌型化合物。实际上，相当大比例的木质素转化成为腐殖土而不是CO2。最后，腐殖土经过脱氢聚合产生含有很多缩合石墨芳香环的无烟煤，这是一个十分缓慢的过程。腐殖土是木质素和丹宁被各种各样过氧化酶进一步氧化形成的，其中大部分为醌型聚合物，因此颜色是黑褐色的。可以肯定木质素和丹宁酸是腐殖土的主要来源，但不是唯一来源。含有芳香环结构的蛋白质也可以转变成这类醌型聚合物。腐殖土中包含的矿物燃料前身——沉降碳[19]，对减少大气层CO2含量发挥着重要作用。
由于存在羰基和羟基基团，腐殖土可以螯合金属离子。蛋白质断链后，形成了碳和氮的化合物。因此，腐殖土可以通过缓慢释放的方式为植物提供碳、氮等多种化学营养元素及微量元素（研究表明，植物可以直接从土壤中吸收碳元素作为生长的营养素[20]）。
目前，堆肥技术的开发，受到发达国家广泛重视。新的有氧堆肥技术，利用先进的微生物技术，不仅使土壤肥沃化，还可以生成包括乙醇燃料在内的一些化学物质。在美国，一个厌氧堆肥项目正在开发之中，目的是验证每年处理39000 t庭园垃圾的工厂的可行性[2]。在工厂中，庭园垃圾与水以3∶1比例混合，在60 d后产生液体肥料、富氮堆肥和甲烷。近年来，美国和欧洲一些国家，堆肥的基础设施正在迅速增加。美国已有超过3000个现代堆肥厂。德国的堆肥厂已经超过400个，每年有6.81×106 t垃圾被堆肥处理。在欧洲，芬兰的赫尔辛基，已经实现全部生活垃圾的源头分离，其中有机垃圾全部堆肥处理。
实际上，很多商品化塑料是高度抗微生物攻击的。因此，在堆肥设施中，不可降解的塑料袋，必须用手或机械将其排空取出，否则严重影响堆肥的整体效果。生物降解塑料（如聚己内酯等）[2,18]作为可堆肥垃圾如食品垃圾、庭园垃圾等的袋装材料，在生活垃圾的源头分离方面，具有特殊价值。
研究城市生活垃圾符合可持续发展模式的处理方法，开发与相应的城市生活垃圾堆肥设施相匹配的生物降解性塑料，具有重要现实意义。
5 填埋场是废塑料最不应当出现的场所
将塑料送去填埋厂，意味着资源彻底丧失了它应有的价值，这与节约资源、循环利用的主导思想背道而驰，并对环境造成威胁。填埋厂占用了土地资源[4]，产生的有毒渗滤液，会污染地下水源，填埋厂通常会出现地面沉降，产生的甲烷气体会发生意外爆炸，甲烷的温室效应是二氧化碳的24.5倍……
欧洲一些国家，包括德国、荷兰等填埋塑料已经被禁止。
6 几种塑料作为食品包装物的前景
（1）PET树脂易分辨，容易源头分离循环利用。同时，PET树脂主链上含有可水解的结构，在合适的环境中，具有水解降解性。研究表明[20]，在活性土壤中，埋入两年后，有30%降解。这类聚合物在饮料瓶和包装薄膜方面的应用，已有明显增加，预计还会持续下去。
（2）E－CO类树脂是指主链上引入－CO－结构的PE、PP等类树脂[4,20]，具有阳光照射后降解的特性。在那些收集起来代价太大的区域，如海滩、海面上和其他大范围水体，容易出现的塑料包装废弃物，这类光降解塑料有用武之地，它会漂浮在水面上，可在较短时间内降解消失。
（3）鉴于PVC中残留的单体和添加剂的毒性问题[4]48-86，废弃PVC包装物的焚烧、热解、以材料形式再利用都存在一定问题的现实，除非出现技术上的突破，否则随着越来越严格的食品卫生、环境保护法规的出台，PVC可能会逐渐退出食品包装物市场。
参考文献：(略)
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