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摘要：本文运用物质流理念分析构建了废塑料造粒固废代谢拓扑结构图，引入了某废塑料企业的生产数据，分析了废塑料造粒企业的固废流向及强度，提出了开展减排工作的相关对策，使得经济及环境效益有了明显的提高。
关键词：物质流分析；废塑料再生；拓扑结构；固废减排途径
1 引言
随着塑料制品工业的蓬勃发展，废旧塑料污染问题日益突显。目前，在城市废塑料处理方面，主要采用填埋、焚烧和回收再利用3种方式。然而，填埋和焚烧不仅浪费资源，而且容易造成土壤、水体及大气污染问题。而回收再利用是解决废塑料污染和浪费问题的有效途径，其可减少同量的垃圾填埋以及CO2、SO2排放，节省了大量能耗。当前，国内的废塑料再生利用行业虽然起步比较晚，然其进展却非常快，并且已经在废旧塑料回收和利用工艺、设备和技术等多个方面取得了一定程度的进展。而其中的废塑料造粒，因其工艺较为简单且成本低廉以及投资少等的优点，而成为当前使用最为广泛的废塑料处理手段之一。在现阶段，废塑料造粒行业采取的塑料造粒技术还存有利用率低、噪声大、能耗大和固废二次污染环境等的问题。就此，本文对基于物质流分析的废塑料再生固废减排做一番探究。
2 塑料造粒过程的物质流分析
2.1 明确研究目的和定义系统边界
企业层面上的固废代谢分析，其研究对象是企业整个生产过程。本研究的主要目的是探析废塑料造粒过程中固废的来源、代谢途径和最终去向，以此确定废塑料造粒的固废产生情况及影响因素。因此，本研究的系统边界是废塑料造粒整个工艺流程。基于废塑料造粒的行业特征以及物质流分析理论，给出了环境圈和经济圈两个模块，产生基于废塑料向再生造粒过程的正向流、再生造粒过程的废弃产品流、部分废弃产品循环利用的逆向流。
2.2 废塑料造粒过程拓扑结构
废塑料造粒再生一般过程可以分为分选、破碎水洗、热熔、拉丝切粒4个阶段。其包括4类节点和5类流。在节点方面，废塑料、活性炭及滤网是企业固体的输入源，以C表示；在废塑料造粒过程中对废塑料加工过程的节点，以P表示；对废塑料造粒生产中“三废”处理过程的节点，以F表示；对加工过程中产生的最终废弃物，以O表示。在流方面，通过原料的形式进入企业的流（进入系统固体流）以j表示；在企业内部的生产过程形式进行的流（系统内固体流）以w表示；以循环的形式废物再利用的流（回到系统的流）以r表示；以废气或废水逸散的流（附带流）以f表示；以加工过程中废弃物产生的流（输出系统固体流）以g表示。
2.3量化代谢规模和强度
废塑料造粒工艺流程中物质流向主要包括进入系统固体流、输入系统固体流、系统内固体流、回到系统的流和附带流，一共5个流向。在该系统中，假设每个节点都不存在系统积累，根据物质守恒，总输入严格等于总输出，各进入系统固体流总和=各输出系统固体流+各附带流一各回到系统的流平衡方程如下：
在废塑料造粒工艺过程中，以原料或产品形式输入的废塑料，除了部分循环回系统中，剩余通过加工产生的废气废水排出，废塑料的流失率（表述流失量，故没有计算99）及循环率为：
式中：i为各类流的序号。
废塑料的流失率体现其废塑料原料利用以及二次固废污染的情况，说明废塑料造粒再生工艺过程的清洁生产程度。循环率则是固废产生后重新回流到系统内的指标，从末端治理的角度反映整个再生系统的特性。
为具体分析固废代谢的物质流，现以废塑料固废代谢拓扑图为基础，以某市废塑料造粒企业为研究对象，取样16家典型废塑料造粒再生企业，企业的固废代谢以及物质流参数见图4。取样的16家企业2012年约加工废塑料107 568 t，产值约为57 789万元。
图1 某市废塑料再生企业物质流网络
图1所示为每加工1 000 t废塑料产生的平均物质流。根据式（2）以及式（3），计算出流失率为4.03%、循环率为19.86%，降低流失率以及提高循环率是固废减排的主要途径。
3 塑料物质流失与工艺节点的关系
由以上内容可知，废塑料造粒过程中物质流失的流主要为91-95，其中每一个流的物质流失量与其相关节点的工艺直接存在着一定的影响关系，分析如下：
e.流95的影响节点：P1、C2。95的工艺影响基本上与94相同，杂质越多、使用筛网量越大，产生废筛网越多。
图2流失途径与各节点的关系图
综合所述可得，废塑料的流失途径与各节点的关系（如图2）。由图5可知，P1分选工序对流失影响种类最多，改善分选效果可以减少92、93、94、95产生；93流失的影响因素最多，主要是由于废塑料加热产生挥发性有机物气体量的影响因素较多。
4 考虑物质流分析的固废减排途径
一般地，废塑料固废减排遵循“3R”原则，同时引入清洁生产的思想，减排途径可以分为3类：工艺源头替代、末端回用、延程减排。根据物质流分析，废塑料造粒过程中对废塑料回收利用效率、废塑料流失量影响较大的主要节点有C1废塑料、C2滤网、P1分选、P2破碎水洗、P3热熔以及F2废气处理。应针对上述节点工艺采取相应的减排途径。其中，由图4可看出，P1对废塑料流失影响最大，在固废减排方面应首先对P1工艺进行优化、改进。
4.1 工艺源头替代
工艺源头替代是指对节点工艺进行替代，使用低废或者无废的工艺替代现有工艺，达到减排的效果。针对C2节点，进行模头改造。改变热熔过滤工艺，滤芯替代滤网，由于每个滤芯表面积较大，过滤面积大，过滤的杂质量比滤网多，所以废滤芯比废筛网的产生量有所下降。针对F2节点，进行废气处理改造——使用光催化替代活性炭吸附处理，完全杜绝了二次污染的问题。
4.2 延程减排
对现有工艺节点进行提升，从而减少该节点以及后续节点工序的固废产生。针对C1节点，进行分选工艺改进，国内较为先进的废旧塑料混合物分选技术大概可分为湿法与干法，一般认为湿法要比干法更加容易得到较高的分选精度。电选、风力分选、浮选、密度分选等在废旧塑料的分选上都得到了一定程度上的运用。通过改进分选技术，不但可以产生高品质的产品，还可以减少后续滤网更换频率，从而减少固废产生量。针对P3节点，强化加热的恒温控制，利用更加紧密的工艺替代现有较常见的电阻加热，例如红外加热，使温控更加精确，减少超温现象，减少不必要的有机物挥发，从而减少活性炭处理装置的负荷，减少废活性炭产生。
4.3 末端回用
引入新的过程节点，将废塑料输出经过节点后回流到系统内循环，从而减少固废排放。针对C2节点，引人真空热处理工艺：饱和的废筛网（滤芯）在真空装置内加热，杂质（胶体、泥沙、塑料等）从废筛网（滤芯）中脱落，废筛网（滤芯）可以重复使用。针对F2节点，可进行活性炭再生工艺，目前比较成熟的活性炭再生工艺有热再生法、湿式氧化再生法、溶剂再生法、电化学再生法等。通过活性炭再生可以大大降低成本，减少固废排放。
5 结束语
本文通过利用物质流理念分析建立了废塑料造粒固废代谢拓扑的结构图，同时引入了某市废塑料企业的生产数据，深入的剖析了废塑料造粒企业的固废强度和流向。并按照废塑料再生代谢分析，理清了废塑料造粒流失流与工艺节点的影响关系。同时根据物质流分析结果，提出了以工艺源头替代、末端回用、延程减排等方法减少塑料再生过程中的固废产生，结合清洁生产理念提出了开展减排工作的相关对策，可明显提高经济效益和环境效益。
参考文献
[1] Van der Voet E， Van Egmond L， Kleijn R， et al. Cadmium in the europeancommunity： a policy oriented analysis[J]. Waste Management&Research， 1994， 12（6）： 507-526
[2] 时圣刚. 重金属对环境与人体健康影响浅议[J]. 安徽农业科学，2013，41（14）：26-28
[3] 桂兰，胡彪，康在龙，等. 废旧塑料回收利用现状及问题[J]. 再生资源与循环经济，2013
关键词：物质流分析；废塑料再生；拓扑结构；固废减排途径
1 引言
随着塑料制品工业的蓬勃发展，废旧塑料污染问题日益突显。目前，在城市废塑料处理方面，主要采用填埋、焚烧和回收再利用3种方式。然而，填埋和焚烧不仅浪费资源，而且容易造成土壤、水体及大气污染问题。而回收再利用是解决废塑料污染和浪费问题的有效途径，其可减少同量的垃圾填埋以及CO2、SO2排放，节省了大量能耗。当前，国内的废塑料再生利用行业虽然起步比较晚，然其进展却非常快，并且已经在废旧塑料回收和利用工艺、设备和技术等多个方面取得了一定程度的进展。而其中的废塑料造粒，因其工艺较为简单且成本低廉以及投资少等的优点，而成为当前使用最为广泛的废塑料处理手段之一。在现阶段，废塑料造粒行业采取的塑料造粒技术还存有利用率低、噪声大、能耗大和固废二次污染环境等的问题。就此，本文对基于物质流分析的废塑料再生固废减排做一番探究。
2 塑料造粒过程的物质流分析
2.1 明确研究目的和定义系统边界
企业层面上的固废代谢分析，其研究对象是企业整个生产过程。本研究的主要目的是探析废塑料造粒过程中固废的来源、代谢途径和最终去向，以此确定废塑料造粒的固废产生情况及影响因素。因此，本研究的系统边界是废塑料造粒整个工艺流程。基于废塑料造粒的行业特征以及物质流分析理论，给出了环境圈和经济圈两个模块，产生基于废塑料向再生造粒过程的正向流、再生造粒过程的废弃产品流、部分废弃产品循环利用的逆向流。
2.2 废塑料造粒过程拓扑结构
废塑料造粒再生一般过程可以分为分选、破碎水洗、热熔、拉丝切粒4个阶段。其包括4类节点和5类流。在节点方面，废塑料、活性炭及滤网是企业固体的输入源，以C表示；在废塑料造粒过程中对废塑料加工过程的节点，以P表示；对废塑料造粒生产中“三废”处理过程的节点，以F表示；对加工过程中产生的最终废弃物，以O表示。在流方面，通过原料的形式进入企业的流（进入系统固体流）以j表示；在企业内部的生产过程形式进行的流（系统内固体流）以w表示；以循环的形式废物再利用的流（回到系统的流）以r表示；以废气或废水逸散的流（附带流）以f表示；以加工过程中废弃物产生的流（输出系统固体流）以g表示。
2.3量化代谢规模和强度
废塑料造粒工艺流程中物质流向主要包括进入系统固体流、输入系统固体流、系统内固体流、回到系统的流和附带流，一共5个流向。在该系统中，假设每个节点都不存在系统积累，根据物质守恒，总输入严格等于总输出，各进入系统固体流总和=各输出系统固体流+各附带流一各回到系统的流平衡方程如下：
在废塑料造粒工艺过程中，以原料或产品形式输入的废塑料，除了部分循环回系统中，剩余通过加工产生的废气废水排出，废塑料的流失率（表述流失量，故没有计算99）及循环率为：
式中：i为各类流的序号。
废塑料的流失率体现其废塑料原料利用以及二次固废污染的情况，说明废塑料造粒再生工艺过程的清洁生产程度。循环率则是固废产生后重新回流到系统内的指标，从末端治理的角度反映整个再生系统的特性。
为具体分析固废代谢的物质流，现以废塑料固废代谢拓扑图为基础，以某市废塑料造粒企业为研究对象，取样16家典型废塑料造粒再生企业，企业的固废代谢以及物质流参数见图4。取样的16家企业2012年约加工废塑料107 568 t，产值约为57 789万元。
图1 某市废塑料再生企业物质流网络
图1所示为每加工1 000 t废塑料产生的平均物质流。根据式（2）以及式（3），计算出流失率为4.03%、循环率为19.86%，降低流失率以及提高循环率是固废减排的主要途径。
3 塑料物质流失与工艺节点的关系
由以上内容可知，废塑料造粒过程中物质流失的流主要为91-95，其中每一个流的物质流失量与其相关节点的工艺直接存在着一定的影响关系，分析如下：
e.流95的影响节点：P1、C2。95的工艺影响基本上与94相同，杂质越多、使用筛网量越大，产生废筛网越多。
图2流失途径与各节点的关系图
综合所述可得，废塑料的流失途径与各节点的关系（如图2）。由图5可知，P1分选工序对流失影响种类最多，改善分选效果可以减少92、93、94、95产生；93流失的影响因素最多，主要是由于废塑料加热产生挥发性有机物气体量的影响因素较多。
4 考虑物质流分析的固废减排途径
一般地，废塑料固废减排遵循“3R”原则，同时引入清洁生产的思想，减排途径可以分为3类：工艺源头替代、末端回用、延程减排。根据物质流分析，废塑料造粒过程中对废塑料回收利用效率、废塑料流失量影响较大的主要节点有C1废塑料、C2滤网、P1分选、P2破碎水洗、P3热熔以及F2废气处理。应针对上述节点工艺采取相应的减排途径。其中，由图4可看出，P1对废塑料流失影响最大，在固废减排方面应首先对P1工艺进行优化、改进。
4.1 工艺源头替代
工艺源头替代是指对节点工艺进行替代，使用低废或者无废的工艺替代现有工艺，达到减排的效果。针对C2节点，进行模头改造。改变热熔过滤工艺，滤芯替代滤网，由于每个滤芯表面积较大，过滤面积大，过滤的杂质量比滤网多，所以废滤芯比废筛网的产生量有所下降。针对F2节点，进行废气处理改造——使用光催化替代活性炭吸附处理，完全杜绝了二次污染的问题。
4.2 延程减排
对现有工艺节点进行提升，从而减少该节点以及后续节点工序的固废产生。针对C1节点，进行分选工艺改进，国内较为先进的废旧塑料混合物分选技术大概可分为湿法与干法，一般认为湿法要比干法更加容易得到较高的分选精度。电选、风力分选、浮选、密度分选等在废旧塑料的分选上都得到了一定程度上的运用。通过改进分选技术，不但可以产生高品质的产品，还可以减少后续滤网更换频率，从而减少固废产生量。针对P3节点，强化加热的恒温控制，利用更加紧密的工艺替代现有较常见的电阻加热，例如红外加热，使温控更加精确，减少超温现象，减少不必要的有机物挥发，从而减少活性炭处理装置的负荷，减少废活性炭产生。
4.3 末端回用
引入新的过程节点，将废塑料输出经过节点后回流到系统内循环，从而减少固废排放。针对C2节点，引人真空热处理工艺：饱和的废筛网（滤芯）在真空装置内加热，杂质（胶体、泥沙、塑料等）从废筛网（滤芯）中脱落，废筛网（滤芯）可以重复使用。针对F2节点，可进行活性炭再生工艺，目前比较成熟的活性炭再生工艺有热再生法、湿式氧化再生法、溶剂再生法、电化学再生法等。通过活性炭再生可以大大降低成本，减少固废排放。
5 结束语
本文通过利用物质流理念分析建立了废塑料造粒固废代谢拓扑的结构图，同时引入了某市废塑料企业的生产数据，深入的剖析了废塑料造粒企业的固废强度和流向。并按照废塑料再生代谢分析，理清了废塑料造粒流失流与工艺节点的影响关系。同时根据物质流分析结果，提出了以工艺源头替代、末端回用、延程减排等方法减少塑料再生过程中的固废产生，结合清洁生产理念提出了开展减排工作的相关对策，可明显提高经济效益和环境效益。
参考文献
[1] Van der Voet E， Van Egmond L， Kleijn R， et al. Cadmium in the europeancommunity： a policy oriented analysis[J]. Waste Management&Research， 1994， 12（6）： 507-526
[2] 时圣刚. 重金属对环境与人体健康影响浅议[J]. 安徽农业科学，2013，41（14）：26-28
[3] 桂兰，胡彪，康在龙，等. 废旧塑料回收利用现状及问题[J]. 再生资源与循环经济，2013