TÁI CHẾ NHỰA VÀ QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN TẠI MỸ.

Điều nay đặt ra yêu cầu kiểm tra, phân tích các bước khác nhau từ nguyên liệu sản xuất, quy trình sản xuất, thiết kế và chế tạo sản phẩm hoàn chỉnh, có thể tái sử dụng hay không và cách

ĐỀ TÀI 09: TÁI CHẾ NHỰA VÀ QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN TẠI MỸ.

Keyword:

- Indiscriminate disposal of wastes: Thải bỏ CTR một cách bừa bãi

- Combustion: phương pháp đốt

- Incinerator: lò đốt

- PET: Polyethylene terephthalate

- HDPE: high density polyethylene

- Environment compatibikity :khả năng tương thích với môi trường

- Municipal solid waste (MSW): chất thải rắn đô thị

- Waste-to-energy (WTE): chất thải thành năng lượng

- Integrated waste management: quản lý chất thải tổng hợp

-Tổng quan

Sự nâng cao nhận thức về môi trường đã góp phần to lớn vào việc quan tâm đến lối sống và sự thải bỏ bừa bỏ chất thải rắn Trong suốt thế kỷ qua, họ đã cố gắng giải quyết vấn đề phức tạp này theo hướng tính cực hơn.Đây là 1 cuộc thảo luận ngắn về những nổ lực của Mỹ trong việc giải quyết tình trạng chất thải rắn và đặc biệt là nhựa Những nổ lực đã bắt đầu cho thấy những kết quả khả quan Chất thải rắn đô thị thải ra mỗi năm đã bắt đầu giảm từ 211.5 triệu tấn năm 1995 xuống còn 209.7 triệu tấn năm

1996 Tỷ lệ tái chế và làm phân compost tăng lên Thải bỏ vào các bãi chôn lấp giảm (từ 60.9% xuống 55.5% năm 1996) Xử lý CTR bằng phương pháp đốt tăng lên Vấn đề này chủ yếu dựa vào sự hiệu quả của các lò đốt mới và khả năng loại bỏ bụi và khí độc hại Nhựa thì nhỏ nhưng có ý nghĩa to lớn trong dòng thải Điều đáng chú ý là lượng nhựa được tái chế tăng lên Năm 1997 khoảng 317 triệu ký chai nhựa HDPE và 294 triệu kg nhựa PET được tái chế Việc tái chế các sản phẩm bền, như các bộ phận của xe oto, thảm

đồ điện,thiết bị gia đình đang được nghiên cứu Khả năng tương thích với môi trường và

có thể tái chế đang được xem xét trong suốt quá trình thiết kế những bộ phận mới Đánh giá vòng đời và quản lý được nghiên cứu như là công cụ ra quyết định

1 Giới thiệu

Sự theo đuổi chất lượng cuộc sống cao hơn là mục tiêu của con người trong thế giới này Điều này góp phần làm tăng sự tiêu thụ hàng hóa và dịch vụ Hậu quả

của việc tiêu thụ quá nhiều là gia tăng sự ô nhiễm và lượng chất thải lớn Mục tiêu của phát triển bền vững là sử dụng có hiệu quả nguồn năng lượng trong từng bước của hệ thống, từ sự sản xuất hàng hóa đến xử lý chất thải, tối đa nhất Sự phụ thuộc lẫn nhau trong từng bước của tổng thể, đòi hỏi việc giải quyết vấn đề trong tổng thể Đây là nhiệm vụ lớn và phức tạp Trong bài này, chỉ tập trung vào sự thải

ra chất thải rắn và việc quản lý chúng, đặc biệt là nhựa trong dòng thải ở Mỹ Cách tiếp cận quản lý CTR tổng hợp được xem xét có liên quan đến việc sử dụng vật liệu, tái chế và xử lý

2 Chất thải rắn đô thị

Hầu hết người tiêu dùng đều tạo ra chất thải rắn, cũng như 1 phần của chất thải công nghiệp được tạo ra ở đất nước này, được xử lý ở các bãi chôn lấp Tuy nhiên trong suốt thế kỷ qua, nhận thức về môi trường đã tăng lên Câu hỏi được đặt ra là tính khả thi của hoạt động xử lý chất thải rắn bừa bãi Kết quả là, những tiến bộ đáng kể được tạo ra trong quản lý tốt hơn CTR và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên đất đai Tổng lượng CTR đô thị thải ra đã giảm Lượng chất thải theo đầu người cũng giảm và hoạt động tái chế và ủ phát triển (Bảng 1) Số lượng bao bì loại bỏ và hàng hóa bền được cắt giảm (Bảng 2) Lượng đáng kể CTR được tái chế và/hoặc ủ (Bảng 3) Xử lý CTR bằng phương pháp đốt cũng tăng Đây là kết quả của những ảnh hưởng tốt của những kế hoạch chuyển đổi chất thải thành năng lượng mới (WTE) mà chuyển năng lượng thì việc đốt hoàn toàn chất thải hữu cơ, bắt giữ và loại bỏ khí độc hại và bụi APC,Dinger, Greenberg và Porter đã cung cấp tổng quan về tình hình CTR Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ EPA, cho thấy cả tổng lượng chất thải và tỉ lệ theo đầu người đều giảm US EPA dự đoán tỉ lệ CTR theo đầu người tương đối ổn định trong năm 2000, nổ lực quản lý CTR vẫn tiếp tục có hiệu quả

Ngày nay, hơn 19000 cộng đồng có liên quan đến việc tái chế 78% dân số Mỹ chấp nhận chương trình tái chế

Rathje và những người khác đã chỉ ra những quan điểm trái ngược so với suy nghĩ thông thường, nhựa không phải là loại vật liệu phổ biến ở các bãi chôn lấp, mà là giấy và các sản phẩm từ giấy chiếm tỉ lệ lớn nhất ở bãi chôn lấp Các loại thực phẩm và rác sân vườn là thành phần kế tiếp có khối lượng lớn Trong số những thành phần còn lại nhựa chiếm tỉ lệ lớn nhất (Bảng 2) Số lượng chất thải được xử lý bằng phương pháp chôn lấp, tái chế, làm phân compos hoặc đốt được thể hiện trong Bảng 3

3 Bãi chôn lấp.

Trong bảng 3, hầu hết các chất thải đều được chôn lấp Trong suốt những năm

1980, có một cuộc khủng hoảng do thiếu diện tích đất chôn lấp, điều này cho thấy nước

Mỹ sẽ sớm không kiểm soát được lượng rác thải này Hình ảnh những xà lan rác nổi lên

và chìm xuống ở các bờ biển đã ăn sâu vào tâm trí Trong khi có một sự thật là ở một số địa phương đã thiếu các bãi chôn lấp trong những năm 1980, điều chưa từng xảy ra trên toàn quốc Trong khi số lượng các bãi chôn lấp giảm xuống thì công suất xử lý ở các bãi chôn lấp lại tăng lên Từ năm 1990 đến năm 1996, 17% các bãi chôn lấp đã giảm Mức

độ phục hồi quốc gia đạt 27% trong năm 1996 và lượng chất thải đô thị phải chôn lấp giảm từ 83% năm 1986 xuống 55.4% năm 1996 Có một phép tính cho thấy lượng chất thải của Mỹ trong 1000 năm tới sẽ lấp đầy một hố sâu 120 feet có diện tích 44 dặm vuông

Các bãi chôn lấp hiện đại được thiết kế để chôn lấp chất thải một cách an toàn để

có thể kiểm soát chất ô nhiễm, không gây nguy hiểm cho nguồn nước ngầm Những bãi chôn lấp này, trong nhiều trường hợp sau khi đã đóng cửa sẽ được sử dụng làm công viên, sân golf hoặc sân bay

4 Nhựa và chất thải nhựa.

Nhựa đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống Số lượng nhựa được sử dụng tăng đều đặn qua các năm (Bảng 4) Tỉ trọng thấp, sức mạnh, thiết kế thân thiện, khả năng chế tạo và chi phí thấp là các điều kiện thuận lợi cho sự phát triển Ngoài ra, nó cũng được sử dụng rộng rãi trong bao bì, các ứng dụng trong ô tô và công nghiệp, chúng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống dịch vụ y tế, cấy ghép nhân tạo và các ứng dụng y

tế khác, loại bỏ vi khuẩn,… Sử dụng chất dẻo trong bảo quản và phân phối thực phẩm, nhà ở và các thiết bị được đề cập rất nhiều Chất dẻo được thiết kế đặc biệt, có thể được dùng trong công nghiệp truyền thông và điện tử - nó được dùng trong các con chip, bo mạch của máy tính Nó cũng là thành phần không thể thiếu trong việc chuẩn bị và cung cấp các hệ thống năng lượng như: tế bào nhiên liệu, pin và cả năng lượng mặt trời Được phổ biến một cách rộng rãi như vậy, nên khối lượng của nó ngày càng tăng lên trong dòng thải Trong tổng số MSW, năm 1996, nhựa chiếm khoảng 12% về khối lượng Bảng

5 mô tả các số lượng nhựa (nghìn tấn) trong dòng thải

Nhựa trong dòng thải tồn tại rất nhiều loại khác nhau về thành phần và tính chất Điều này gây khó khăn cho việc thu nhận, phân loại và tinh chế gặp nhiều khó khăn Trong các loại nhựa được thải bỏ, polyethylene chiếm số lượng lớn nhất, các loại khác với số lượng ít hơn cũng được tìm thấy trong dòng thải này (Bảng 6)

5 Quản lý tổng hợp chất thải nhưa.

Bất kỳ một nổ lực nào để quản lý một số lượng lớn chất dẻo ô nhiễm, sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và thân thiện với môi trường đều cần phải được xem xét một cách cẩn thận Điều nay đặt ra yêu cầu kiểm tra, phân tích các bước khác nhau từ nguyên liệu sản xuất, quy trình sản xuất, thiết kế và chế tạo sản phẩm hoàn chỉnh, có thể tái sử dụng hay không và cách xử lý thích hợp

Một khái niệm quản lý tổng hợp như trên bao gồm:

 Giảm thiểu tại nguồn

 Tái sử dụng

 Tái chế

 Chôn lấp

 Thu hồi năng lượng từ chất thải

6 Giảm thiểu tại nguồn – Tiết kiệm năng lượng.

Một báo cáo của Hoa kì cho thấy chỉ có 4% năng lượng được dùng cho quá trình sản xuất ra các sản phẩm nhựa Franklin Associates Ltd, một học viên hàng đầu đã nghiên cứu vòng đời sản phẩm của nhựa, để so sánh nó với các vật liệu thay thế Một nghiên cứu được thực hiện để so sánh năng lượng để sản xuất, sử dụng và xử lý nhựa với các vật liệu khác có thể thay thế nhựa Nghiên cứu cho thấy rằng, bằng cách sử dụng bảo

bì bằng nhựa, các nhà sản xuất tiết kiệm được năng lượng để phục vụ cho một thành phố

có 1 triệu ngôi nhà trong khoảng 3,5 năm Rathje đã phân tích và đưa ra kết luận Thủy tinh có giá trị 1.9, nghĩa là để đóng gói 1.9 ounce nước trái cây cần 1 ounce thủy tinh, nhựa có giá trị 34 ounce nghĩa là để đóng gói 34 ounce nước trái cây chỉ cần 1 ounce nhựa, giấy có giá trị 6.9 và nhôm là 21.8

7. Giảm thiểu tại nguồn – sử dụng hiệu quả.

Một khía cạnh quan trọng trong tiếp cận quản lý tổng hợp chất thải là giảm thiểu tối đa lượng nhựa sử dụng Bằng cách sử dụng các công nghệ sản xuất đã được cải thiện, chất thải được tạo ra trong quá trình sản xuất đã giảm đáng kể Nó đang được cải thiện để

có được hiệu quả cao hơn với trọng lượng ít hơn Nhiều nổ lực đã được thực hiện để giảm thiểu số lượng các loại nhựa trong các hoạt động lắp ráp Nhựa tái chế thường được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất một loạt các bộ phận đặc biệt là trong các lĩnh vực ô tô

và công nghiệp Từ năm 1977, trọng lượng của chai nhựa đựng nước ngọt 2L đã giảm từ

68 – 51 g, giảm 25% Điều này đã tiết kiệm được 206 triệu pounds PET mỗi năm Các bình đựng sữa 1 gallon cũng giảm về khối lượng, trọng lượng của chúng đã giảm đi 30%

so với cách đây 20 năm Một số loại sữa và nước trái cây được đóng gói trong các túi tái chế có khối lượng ít hơn so với các chai nhựa Khối lượng thấp hơn, bên cạnh việc giảm

lượng chất thải tạo ra trong quá trình sản xuất, giảm các chi phí liên quan đến vận chuyển hàng hóa và xử lý Nhựa có độ bền cao thường được sử dụng trong các ứng dụng thứ cấp Theo Duranceau, một số lượng lớn các linh kiện ô tô được thu hồi từ các vụ tai nạn hoặc các xe bị loại bỏ Chúng được tháo dỡ, sữa chữa và tái sử dụng trong việc sửa chữa ô tô Những linh kiện được tái sử dụng này góp phần giảm lượng nhựa nguyên sinh cần tạo ra cho lĩnh vực này

8 Tái chế nhựa.

Tái chế nhựa đã phát triển trong những năm gần đây Trong năm 1997, đã tái chế khoảng 1.4 tỉ pound bao gồm 704 triệu pound chai HDPE, 649 triệu pound chai PET (Bảng 7) Hiện nay, có hơn 1700 doanh nghiệp xử lý và tái chế nhựa đã qua sử dụng Một loạt các sản phẩm mới như phim máy ảnh, băng ghế công viên, áo len, quần Jean, băng video, chai chất tẩy rửa và đồ chơi được sản xuất hoặc được đóng gói từ nhựa tái chế Hơn 1500 sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ nhựa tái chế Sản xuất và tiêu thụ hạt nhựa nguyên sinh đã được tăng đều đặn, số lượng nhựa tái chế cũng tăng (4% năm 1997); tuy nhiên, tỷ lệ tái chế đã giảm Điều này là do các loại nhựa nguyên sinh có giá rất thấp, trong khi thị trường cho các loại nhựa tái chế ngày càng suy yếu (Năm 1999)

8.1 Tái chế nhựa cứng

Nhựa cứng, trái ngược với hầu hết các bao bì bị loại bỏ sau khi sử dụng một lần,

có xu hướng được sử dụng trong 3 năm hoặc nhiều hơn Xe ô tô, máy vi tính, đồ gia đình, thảm, đều thuộc loại này Việc sử dụng nhựa để làm các vật liệu này tiếp tục được các kỹ

sư thiết kế, các nhà sản xuất và người tiêu dùng sử dụng bởi hiệu quả cao, chi phí thấp Tái chế từ các loại trên là phức tạp Thông thường chúng được tích hợp với một số loại nhựa khác và các thành phần khác Sau đó chúng được tách, phục hồi và làm sạch theo một vài yêu cầu nào đó Nói chung, khối lượng các vật liệu có sẵn cho việc phục hồi rất hạn chế Tuy nhiên, một số nghiên cứu đang được thực hiện nhằm tái chế hiệu quả các sản phẩm như vậy sau khi bị thải bỏ Các nhà sản xuất của các sản phẩm này đã cam kết

sử dụng vật liệu tái chế, bất cứ nơi nào có thể, như là một phần tổng số nhu cầu vật chất của họ Kinh doanh thiết bị và các nhà sản xuất máy tính, hiện đang thu hồi các kim loại quý từ các sản phẩm, thử nghiệm việc thu hồi vỏ nhựa và các thành phần khác từ sản phẩm của họ Công ty ô tô đã có những nổ lực lớn trong việc tái chế các thành phần nhựa

và cố gắng sử dụng vật liệu nhựa tái chế

Ở Mỹ, các tấm thảm ngốn hết hơn 2 tỉ pounds polymers, trong đó hầu hết là nylon

66, nylon 6 hoặc polyesters Tấm thảm được tạo ra bao gồm khoảng 50% các sợi tổng hợp Thành phần của các tấm thảm luôn là polypropylene, kèm theo đó là một lớp phủ cao su dạng SBR Phục hồi các sợi bề mặt thành một dạng tinh khiết cần phải tách các chất phụ gia, các chất độn, đây là một quá trình rất phức tạp Các nhà sản xuất thảm giới thiệu một công nghệ mới để phục hồi nhiều hơn các sợi thảm và lớp đệm, nó bao gồm quá trình chuẩn bị các dạng monomers và trung gian nguyên chất

Một vài nghiên cứu và chương trình thử nghiệm trong tái chế nhựa cứng được thực hiện theo cách dưới đây Mục tiêu của các chương trình này là khảo sát ảnh hưởng của việc tái chế đến các khía cạnh công nghệ, kinh tế và sinh thái Thiết bị phá hủy ô tô

sẽ trộn lẫn các thành phần của ô tô sau khi đã hết sử dụng là chủ đề được điều tra về tiềm năng sử dụng năng lượng của nó để điều chỉnh tác động của bê tông, nhiệt phân hoặc làm nhiên liệu cho các nhà máy năng lượng Mô hình kinh tế đã góp phần bổ sung cho các nghiên cứu này Nó được đánh giá dựa trên hệ thống kinh tế tại thời điểm hiện tại đối với

cơ sở hạ tầng tái chế ô tô, các dự án sử dụng vật liệu thay thế và phục hồi năng lượng

8.2 Thiết kế cho tái chế.

Cho đến thời điểm gần đây, vẫn có rất ít sự quan tâm đối với việc tái chế các thành phần và sản phẩm bị thải bỏ sau quá trình sử dụng Nhựa, giấy, kim loại và các sản phẩm tự nhiên được sử dụng kết hợp với nhau mà không xem xét đến sự khó khăn trong quá trình tái chế Ví dụ, chai PET có đáy bằng polyethylene, polypropylene, nắp nhôm, nhãn giấy Chất kết dính thường được sử dụng để găn kết chúng lại, nó làm cho việc tách các bộ phận kèm theo chai gặp khó khăn Với việc nâng cao nhận thức về tiềm năng tái

sử dụng, các nhà thiết kế đang nghiên cứu các thiết kế và cách kết hợp vật liệu mới Đơn giản hóa việc thiết kế các chai nước giải khát, các chi tiết của ô tô, bảng công cụ là những

ví dụ cho những nỗ lực đó

8.3 Tiếp cận công nghệ tái chế

Cách tiếp cận để tái chế nhựa phế thải liên quan đến việc tạo ra các monomers và các khối có độ tinh khiết cao, từ nhựa phế thải sẽ tái sản xuất ra các sản phẩm nhựa mới Tái chế theo công nghệ mới (ví dụ đường phân, ammonolysis, nhiệt phân ) đại diện cho một công nghệ tiến bộ có thể bổ sung cho các kỹ thuật hiện có Chúng được gọi là tái chế cao cấp, tái chế hóa học, tái chế sinh học Trong khi một số công nghệ trong một số lĩnh vực đã phát triển, mở rộng quy mô ứng dụng phụ thuộc vào tiềm lực kinh tế

9 Thu hồi năng lượng.

Một trong những cách quan trọng để quản lý CTR là thu hồi năng lượng của các sản phẩm sau khi chúng bị thải bỏ Nó liên quan đến phương pháp đốt chất thải đô thị hoặc thiết bị thu hồi năng lượng từ rác thải Thiết bị thu hồi năng lượng hiện đại sẽ đốt CTR trong các thiết bị đốt đặc biệt, và năng lượng tạo ra từ quá trình sẽ được dùng để chạy hệ thống và tạo ra điện Quá trình có thể thu hồi 90% năng lượng từ MSW Ngày nay, có 114 nhà máy tái chế năng lượng ở 32 bang của Mỹ, năng lượng điện tạo ra đủ cung cấp cho 1.2 triệu ngôi nhà và công ty

Boettcher chỉ ra rằng nhựa thường có nguồn gốc từ dầu mỏ và các khí thiên thiên,

nó lưu giữ nhiều năng lượng hơn bất kì dạng vật liệu phổ biến nào được tìm thấy trong dòng thải Giá trị năng lượng vủa một vài loại vật liệu được trình bày trong bảng 8

Polyolefins thường được sử dụng trong bao bì sản phẩm có năng lượng gần gấp đôi than Wyoming và xấp xỉ dầu mỏ Khi các loại nhựa được xử lý tại các thiết bị WTE hiện đại, chúng có thể làm cho quá trình đốt chất thải diễn ra hoàn toàn hơn, tạo ra ít tro trong quá trình xử lý Trong một vài báo cáo của Mỹ, có một báo cáo năm 1995 được hoàn thành Hiệp hội các kĩ sư cơ khí Mỹ (ASME) và một nghiên cứu được tài trợ bởi Hội nghị các thị trưởng Mỹ năm 1989, đã phát hiện ra rằng không có bằng chứng nào về quá trình đốt chất thải có chứa nhựa PVC với việc gia tăng lượng khí thải Dioxin Quá trình đốt này có thể là cách xử lý an toàn một số lượng lớn các linh kiện từ ô tô Năm 1992, có

112 cơ sở tái chế năng lượng hoạt động trên 31 bang của Mỹ, với công suất thiết kế gần

101500 tấn/ngày

9.1 Phân tích vòng đời sản phẩm và quản lý.

Trong 20 năm qua, dư luận từ cộng đồng và các qui định môi trường của chính phủ đã dẫn đến sự hình thành một phương pháp đo mức độ ảnh hưởng đến môi trường của một dự án công nghiệp Lowman, trong bài trình bày của mình tại một hội nghị ngành công nghiệp ô tô đề cập đến việc phân tích vòng đời (LCA) đã nổi lên như một công cụ trong sự phát triển của chính sách công cộng và trong việc ra quyết định Nó phân tích nhiều thuộc tính của một sản phẩm hệ thống từ lúc hình thành đến lúc bị loại

bỏ Nó cũng có thể tạo ra một danh sách kiểm kê định lượng tất cả các yếu tố đầu vào quá trình và kết quả đầu ra, từ đó phân tích sự cân bằng có thể thực hiện được hay không trước khi đưa ra các quyết định chính sách hoặc đầu tư vào quá trình sản xuất hay nghiên cứu

Tại Hoa kỳ, nơi mà diện tích các bãi rác ngày càng tăng, EPA là một trong những giai đoạn thu thập thông tin, và ngày càng trở nên có hiệu quả trong quản lý vòng đời (LCM)

10 Kết luận.

Trong thập kỉ vừa qua, có sự tăng nhận thức về các vấn đề môi trường, sự hỗ trợ cho việc thăm dò và qui trình thực hiện các phương pháp và thực thi các phương pháp này làm cho sản phẩm và qui trình của chúng thân thiện hơn với môi trường Trong lĩnh vực quản lý môi trường cũng có những tiến bộ đáng kể Đối với chất thải rắn bao gồm cả nhựa, có những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong giảm thiểu chất thải và tăng số lượng rác tái chế Tái chế hóa học làm monomer, trong trường hợp nylon và polyeste, đã