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科学家认为海洋垃圾可期待化工技术变废为宝

编辑:无锡顺源机械有限公司  时间:2018/06/26
最近,美国国家海洋和大气管理局发出警告称,今年3月日本发生9级大地震并引发强烈海啸,此后大量房屋、汽车和各种残骸被卷入太平洋,形成了一个巨大的垃圾岛。根据监测,这个垃圾岛目前正在太平洋上漂流,绵延数百千米。预计明年春季就将抵达中途岛和夏威夷西北部,并将最终于2013年至2014年抵达美国西海岸,并在大约6年内抵达亚洲海岸。最新消息显示,美国海军第七舰队正在对这些垃圾进行持续监视。他们表示,从未见过这样规模的垃圾漂流……

其实,在日本地震和海啸导致大量垃圾被卷入海洋之前,海洋中就早已漂浮着大量垃圾了。

海洋垃圾主要是塑料

2007年,美国科学家研究发现,除了人们所知的7个大陆,在太平洋最人迹罕至的地方,又有一个“新大陆”正在形成。这个“新大陆”完全是由垃圾堆起来的,人们也把它称为“第八大陆”。这个巨大的垃圾岛,面积是英国的6倍,有两个美国得克萨斯州该州面积约69万平方千米那么大。这座漂浮在海面上的巨大垃圾岛是目前全球最大的,而且在过去10年间体积增加了1倍。

国际环保组织“海星计划”工作人员表示,太平洋海面上飘浮的这个垃圾岛,是过去60年来人类丢弃的垃圾,被洋流带到了这里。里面的垃圾从洗发水瓶、塑料玩具、轮胎,到塑料游泳镜、拖鞋,无奇不有。“海星计划”垃圾回收小组负责人伍德林还表示,该组织去年曾用宽1米的网子,在太平洋各处取样,每次下网都能捞到垃圾。在这些垃圾中,有80%以上是废弃的塑料制品,估计塑料垃圾多达1亿吨。此外,凡是陆地上人类使用、食用和消费的各种商品,都成为海洋垃圾的组成部分,如橡胶类、木制品类、金属类、纸制品类、纺织品和皮革类、玻璃和陶瓷类等日用品和医疗用品。在有的垃圾上,还印有中国文字和日本文字,显示是漂洋过海至此。

除太平洋外,世界其他海洋也有类似的垃圾岛。近年,科学家在大西洋也发现巨型漂浮垃圾堆,其规模只比太平洋垃圾岛整体规模稍小。这一垃圾带距离北美海岸有数百英里,由数万块塑料构成。尽管目前科学家还未能测出它的宽度是多少,但这一巨大的垃圾带覆盖的区域一直从北纬22度到北纬38度,几乎同古巴至美国弗吉尼亚州之间的距离相当。研究发现,在有些海域,海洋最大塑料密度达到每平方千米20万个塑料碎片,并且绝大多数碎片都来自于人们日常生活中用到的消费品,诸如包装袋、塑料制品等。

如果说太平洋和大西洋上的巨型垃圾岛离我们的生活还比较遥远,那么最近中国海洋部门公布的《2010年全国海洋环境状况公报》显示的情况也不容乐观。公报称,我国海面漂浮垃圾、海滩垃圾和海底垃圾的分类结果都显示,塑料类垃圾数量最多。其中70%的海滩垃圾和59%的海面漂浮垃圾来源于人类海岸活动。

根据联合国的最新统计,每年全世界会产出超过2.6亿吨塑料垃圾,它们当中的大多数是一次性的,大部分被随意丢弃,有的被掩埋在土地里,有的散布在郊外的垃圾场,有的挂在铁路沿线的树梢枝头,有的被直接倾倒入海……它们散布在地球的各个角落,但会被雨水或大风吹刷,然后悄无声息地流走,最后的终点是海洋。

这些以塑料为主的海洋垃圾,对海洋造成了巨大危害。其一,塑料垃圾阻碍海上交通线,破坏船只;其二,对海洋生物造成伤害,例如,“绿色和平”组织发现至少267种海洋生物因误食海洋垃圾或者被海洋垃圾缠住而备受折磨,并导致死亡;其三,通过生物链危害人类,如重金属和有毒化学物质可通过鱼类的食入而在体内富集,人类吃了这些鱼会受到伤害。

“海星计划”的科学家还指出,有些海洋塑料垃圾在阳光照射下分解成小粒子,让海中充满有毒物质。研究人员曾在一条鱼的体内发现26块塑料,搁浅在加州海滩的一头抹香鲸,体内竟有800磅塑料。对此,研究人员警告,垃圾毒素迟早会进入食物链。太平洋的塑料垃圾问题,以及在塑料中的毒素,会影响中国、日本等国家和地区的食物安全。

期待化工技术变废为宝

由于海洋垃圾主要是废弃塑料制品,因此科学家认为,可以期待化工技术变废为宝。

一种办法是将海洋垃圾打捞后焚烧发电。

研究人员早就计算过塑料焚烧的能量利用。由于几乎所有塑料都由不可再生的石油制成,主要成分是碳氢化合物,所以可以用于燃烧,如聚苯乙烯燃烧热量比燃料油还高,是热值很高的大分子材料。其焚烧后的灰烬,则可以用于填海造地或建造岛屿。

不过,海洋垃圾的焚烧也有几个问题需要解决。首先,除了打捞和运输外,海洋垃圾还需经短时间搁置脱水,比较麻烦。其次,由于塑料焚烧可产生大量的二英,会危及环境和生态,需要有特别能控制二英排放的高级焚化炉。再次,焚烧海洋垃圾也与陆地垃圾的处理一样,需要垃圾分类,首先要分拣到位才能焚烧。

一种办法是用海洋垃圾制造燃油。

由于海洋垃圾80%以上是塑料,这也形成了处理海洋垃圾的另外一种方法,即把塑料这种资源转化为另外的资源。现有的研究表明,可以通过多种技术手段把塑料转化为人类可利用的多种资源。例如,可以用废塑料制造燃油、生产防水抗冻胶、制备多功能树脂胶等。

现在,用废塑料制造燃油技术在一些国家已获得突破。

2003年,我国成都的一项废旧塑料回收燃油技术及工艺设备获得四川省环保局和有关专家的鉴定。应用该技术回收塑料,不仅能生产90号和93号汽油,还能生产柴油。由于生产成本低,其售价比市面上同类产品每吨便宜300元左右。当然,这一技术是否能投产,还需要许多条件,如资金、土地、人员,以及该项技术的实用和推广等。

去年11月,由济南一家企业承担的工业连续化塑料垃圾裂解油化技术及装备项目通过验收。中国石油和化学工业联合会组织的成果鉴定结果显示,原材料使用无分拣、无清洗混合塑料垃圾,产品转化率可达到轻质燃油65%~75%。生产过程无废水、粉尘排放,噪声低于国家标准。

2010年,泰国宣布,泰国乃至东南亚地区首个废塑料再生产燃油项目在泰国华欣市启动,每天可消耗6吨废塑料,生产出4500升燃油,每年产量为135万升。

此外,日本三菱重工也开发出了分解槽生产燃料油的工艺;德国汉堡大学也开发了废塑料流化床热分解为燃料油的反应器;美国肯塔基大学的燃料化学家发明了用沸石分子筛作催化剂,将各种塑料放入沙浴器内混合,然后把这种浆液倒入反应器中加氢加压,最后再加热导致高分子塑料分解成高质燃料油的方法。

用海洋垃圾制造芳香族化合物也是一种解决办法。

据了解,用海洋垃圾制取芳香族化合物的研究也正在日本等国家进行。把聚乙烯、聚丙烯等废塑料加热到300℃,使之分解为碳水化合物,然后加入催化剂,即可合成苯、甲苯和二甲苯等芳香族化合物。在525℃的温度下反应时,废旧塑料的70%能够转换为有用的芳香族物质,它们可做化工品和医药品的原料及燃料改进剂,其余成分可转换为氢和丙烷。

如果这些技术成熟和投产,将可以大量地消化海上垃圾,而且可能会让一些国家争抢这些海上无主的垃圾资源。

用垃圾建成的岛屿——新加坡实马高岛。

垃圾生态岛也许不是科幻

然而,以上的几种海洋垃圾处理办法,生产成本很高,因为需要把垃圾从海洋打捞到陆地上再进行处理,再加上运输、晾晒等环节,过高的成本让许多国家没有积极性。因此,最近荷兰科学家提出了一种新思路:对海洋垃圾进行就地处理,并用特殊方法建造一个人工岛。

据了解,荷兰科学家打算从受垃圾污染最严重的太平洋入手,建造一座由4.4万吨塑料垃圾组成的人工生态岛。根据设想,这座人工塑料生态岛的面积为1万平方千米,和美国夏威夷岛大小差不多。这座人工岛将成为一座海上威尼斯。

他们的具体设计蓝图是:将塑料垃圾集中到海洋的某个地方,然后通过科学方法对这些塑料废品进行无毒无害处理,制成一个个中空的浮动平台。把这些平台连接起来可形成小岛的“地基”,在上面铺设泥土和砂石,根据需要,铺土高度可以从几十厘米到几米。然后建设道路、农田、沙滩和房屋,还有一些没有污染的高科技工厂。这样,一个可以生长植物的生态岛屿就建成了。由于小岛远离大陆,所有的物资和能源将尽量自给自足。能源主要依靠太阳能、风能和波浪能,而这些都是海岛上特别丰富的。这座小岛可以满足50万人的日常生活所需,即可以接收25万名常住居民和25万名游客。

参与设计人工生态岛的一位科学家表示:“我们设计人工生态岛主要有3个目的:第一是清理海洋上规模庞大的塑料垃圾,让海洋变得更干净;第二是创建出一块新陆地;第三是建立一个可供人类生活和居住的环境。”当一些沿海居民在飓风和海啸中失去家园时,人工生态岛将为这些灾民提供新的家园。此外,茫茫大海上的旅行生活可能会令人感到枯燥,这些人工生态小岛还可以为游客提供海上旅游的好去处。海洋人工生态岛上将设立不少海洋垃圾博物馆,让游客在旅游休闲的同时,认识到海洋垃圾对海洋环境和生态系统的危害。

然而,与焚烧和资源转化相比,建造人工岛屿的设想现在只能说还是一种理想,而且,与新加坡和日本利用垃圾建造人工岛屿相比,荷兰科学家的设想还只是蓝图。

以新加坡用垃圾建立的实马高岛为例,建造办法是先将垃圾焚烧,然后把垃圾焚烧后的灰烬密封填入海中。1998年,新加坡政府在两个离岸的小岛实马高和西康之间建造了1千米长的岩石长堤,并分出了11个相互连接的海湾单元,将单元里的海水抽干,然后并排放好一层厚厚的塑料膜,垃圾灰烬就倾倒在这些单元里进行密封,防止泄漏。此外,掩埋的垃圾中也包括那些不能燃烧和回收的材料,比如石棉。当地政府每个月都要对单元周围的海水取样检测,到现在为止,还没有发现任何泄漏和污染海水的情况。每当一个单元的垃圾填到二三米高时,就会铺沙种草,然后再继续埋置垃圾。垃圾最高可埋置到30米,之后就在上面栽种植物,不再堆放垃圾。

新加坡的实马高岛是已经实现了的现实。而荷兰科学家的设想是把塑料无害化处理后制成一个个中空的“浮动平台”并连接起来,再在上面铺设泥土和砂石。这样的岛屿实际上是漂浮在海面上的,能否成功还需要试验。但是,这毕竟提供了一个消除海洋垃圾的思路。

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