张 鑫，全淑苗
(北京航天石化技术装备工程有限公司，北京 100176)
摘 要：探讨了废旧农膜回收再利用技术，指出了各技术的优缺点、适用性及其发展应用前景，提出了组合回收再利用技术以加快推进我国的农膜回收再利用并防止农膜残留污染。
关 键 词：废旧农膜；农膜政策；回收再利用技术
0 前言
农用塑料薄膜(下文简称为“农膜”)覆盖技术于20世纪70年代由日本引入中国，被称为农业技术史上的一次“白色革命”。农膜的增温保墒提产作用，对保障我国粮食安全和农产品有效供给及农业发展作出了重大贡献。农膜主要是由石油加工合成的一种高分子有机化合物，由母体化合物和添加剂组成，母体化合物主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等。农膜本质上是一种膜塑料，在塑料薄膜行业的地位举足轻重，发展迅速，占比将近1/3。我国对农膜的需求日益增加，农膜产量及使用量逐年递增，废旧农膜量也随之增多。随着覆膜技术的普及，残留在土壤中的废旧农膜对土壤结构、农业生产、生态环境、作物品质和人类健康产生不可忽视的危害，严重制约我国农业的可持续发展。为了全面推进废旧农膜污染治理，中国印发了多个政策以提高新农膜产品品质和促进废旧农膜回收再利用。本文在对我国废旧农膜使用现状概述的基础上详细分析了农膜政策导向，提出大力发展废旧农膜回收再利用技术才能解决废旧农膜的“出路”问题。而且展开论述了再生利用技术、溶解技术、焚烧技术和热解技术等现有回收再利用技术，并指出单一回收再利用技术有其优越性的同时也有一定的局限性，为了取长补短以实现各类废旧农膜的高效回收，需有机地融合多种回收再利用技术。
1 农膜使用现状及废旧农膜回收
1. 1 农膜使用现状
中国是传统的农业大国，农膜的产量和销量巨大，居世界首位。根据统计数据显示，2012年我国塑料薄膜产量为9703kt，其中农用薄膜产量为1600kt，占塑料薄膜的16.5%，说明农业薄膜是塑料薄膜行业的一大重要分支。2011-2017年中国农膜产量和销量如图1所示[1]，可以看出，农膜产量逐渐递增，从2011年的1570kt增大至2017年的2690kt，增比71.3%。农膜销量基本呈现增大的趋势，从2011年的1480kt增大至2230kt，增比50.7%。
图 1 2011 -2017 年中国农膜的产量和销量
农膜根据用途主要可分为地膜和棚膜，两者用量比约为1.2：1[2]。2010-2019年中国农膜使用量和地膜使用量如图2所示[3]。从图2可以看到，农膜使用量呈先增多后减少的趋势，在2015年达到最大值2604kt。地膜使用量的变化趋势与农膜使用量相同，且占农膜使用量的54%~57%。为了满足我国与日俱增的粮食生产需求，农膜在过去几十年间被广泛使用，但其长期大量使用却缺乏有效及时的回收处置从而导致“白色污染”日益加剧，因此自2015年后农膜使用量逐渐减少。如2019年中国农膜使用量为2408kt，较2018年的2467kt同比下降2. 39%。庞大的农膜使用量也在一定程度上反映了废旧农膜的堆积量，其不仅仅占据了大面积的可利用土地和严重浪费了物质资源，而且对环境也造成了不可挽回的破坏。我国农膜主要有棚膜和地膜，目前仍以地膜为主。图3为1993-2020年地膜使用量和地膜覆盖面积[4]。可以看到，在2016年以前，地膜使用量逐渐增多，在2016年以后逐渐减少。而地膜覆盖面积总体呈现增大的趋势，从1993年的591亿m2增大至2020年的1730亿m2，这一方面说明地膜使用量的增多，另一方面也说明了中国现代农业的蓬勃发展。
图 2 2010 -2019 年中国农膜和地膜使用量
图 3 1993 -2020 年中国地膜使用量和覆盖面积
1. 2 废旧农膜回收
中国是农膜使用大国，每年的废旧农膜量巨大。废旧农膜是膜塑料的一种，具有塑料的不易分解特性。废旧农膜废弃于田间，不仅造成土地资源和能源资源的浪费，也破坏了生态环境和降低了农产品产量及品质。由于我国超薄地膜的大量使用以及废旧农膜回收再利用技术和机制的欠缺，2015年全国废旧农膜回收利用率不足2/3，因此，我们必须积极开展废旧农膜回收行动。
开展废旧农膜回收行动，一方面是提高废旧农膜的回收率，减少废旧农膜的废弃量；另一方面是提高农膜品质和农艺措施，从源头减少废旧农膜产量。基于这两方面，目前中国废旧农膜污染防治技术主要有3种：一是产品替代技术。随着科学技术的不断进步和“白色污染”的日益严重，对农膜的要求越来越高，各类可降解农膜不断涌现，采用可降解农膜替代不可降解农膜是发展的必然趋势。可降解农膜主要有生物可降解农膜、光降解农膜和纸农膜等，生物可降解农膜使用范围最广。生物可降解农膜是指以生物降解材料为主要原料制备的、用于农作物种植时土壤表面覆盖的、具有生物降解性能的薄膜。其降解原理是农膜中掺入可降解的生物质，使得大块农膜容易降解为小块农膜。但必须说明的是，这种可降解并非是真正、完全的降解，被降解成小块的农膜依旧残旧在土壤中，难以被土壤完全同化吸收。因此，需研制双降解农膜，如光-生物可降解农膜，以确保能及时、完全的降解。而双降解农膜的生产工艺复杂、成本高，如何简化生产工艺、降低成本是未来双降解农膜推广应用的瓶颈。二是农艺减控技术。主要是通过改进农艺措施减少农膜使用量，推广先进科学的农艺措施，如合理布局作物、合理轮作等，但需要说明的是农艺措施改进的程度有限。三是废旧农膜回收再利用技术。采用机械(人工)将废旧农膜从土壤中清除回收，然后根据实际情况采用适宜的再利用技术实现资源循环，解决“最后一公里”问题。但废旧农膜回收存在分布广、杂质含量高、拾捡难度大、回收成本高等痛点，仍需国家政府大力扶持废旧农膜回收行动。目前，废旧农膜回收再利用技术主要有再生利用技术、溶解技术、焚烧技术和热解技术等，大力发展这些技术是解决废旧农膜“出路”问题的最终途径。
2 农膜相关政策
无论是基于未来的经济规划还是全球性的环境保护工作，我们都需制定一系列严谨的规章制度以促进人民对废旧农膜回收利用的认识和完善废旧农膜的再生回收循环流程。党中央国务院高度重视农膜污染治理工作，致力于治理“白色污染”，提高农膜回收率，完善废旧农膜回收处理制度[5]。表1为中国关于农膜的相关政策及标准。可以看出，随着中国对农膜行业的逐渐重视，相关政策及标准逐步构建了覆盖农膜生产、销售、使用、回收、再利用等全生命周期的全程监管体系，在源头减量、科学使用和高效回收利用等方面我国都在积极推进落实。同时，由于我国农膜行业存在区域性，干旱、降雨量少且地广的地区，如甘肃省，其农膜使用量远大于其他地区，导致该地区废旧农膜污染问题更为严重。因此，在符合国家政策及标准的前提下，部分地区也出台了地方条例及标准以推进地方农业绿色发展，详见表2。可以看出，无论是国家层面的政策，还是地方层面的条例，都旨在加强政策扶持、项目引导、科技支撑、宣传发动，以全面推进废旧农膜污染治理。相信在政府的大力扶持下，废旧农膜污染治理必将进一步得到稳定的发展。但是，农田废旧农膜污染治理是个系统工程，涉及法律法规、地膜减量化应用、可降解地膜应用、地膜机械化回收、废旧农膜回收再利用等一系列棘手问题，核心问题是废旧农膜的回收再利用。但必须强调的是，农膜的品质是否佳、使用是否合理、回收是否高效等都会影响废旧农膜的回收再利用途径。政府只有在高效把控农膜生产、销售、使用、回收等过程的前提下，大力扶持研发废旧农膜回收再利用技术，才能解决废旧农膜的“出路”问题。
表 1 中国关于农膜的相关政策及标准
表2 地方关于农膜的相关条例及标准
3 废旧农膜回收再利用技术
废旧农膜回收再利用技术是指将废旧的农膜经过一定的技术转化为其他的资源，完成“产品-废弃物-再生资源-产品”或“产品-废弃物-再生资源”的反馈式循环经济模式。在我国，废旧农膜回收再利用技术主要有再生利用技术、溶解技术、焚烧技术、热解技术等[6]。其中，再生利用技术和溶解技术属于“产品-废弃物-再生资源-产品”模式，为物理回收。焚烧技术和热解技术属于“产品-废弃物-再生资源”模式，分别为能量回收和化学回收。
3. 1 再生利用技术
废旧农膜的再生利用技术分为简单再生技术和改性再生技术[7]。再生利用技术目前已有较为成熟的工艺路线，是许多国家作为再生利用的主要方法[8]。相比于简单再生技术，改性再生技术的运行成本更高、技术难度更大，因此目前选用范围更窄，但改性再生技术的再生制品品质更高、原料适应性更强，是废旧农膜资源化再利用的一大发展方向。简单再生技术和改性再生技术的优缺点如表3所示。
表3 简单再生技术和改性再生技术的优缺点
3. 1. 1 简单再生技术
简单再生技术，又称再生造粒技术，是将废旧农膜重新加热塑化、切粒而加以利用，其基本原理是将废旧农膜经清洗、破碎后送入高温熔融装置，废旧农膜随之被熔化，后经挤压切粒，获得二次母粒。二次母粒可直接再生成农膜或加工成各种模塑制品，如塑料木材和栅栏等。该技术的特点是未改变其化学性质，只是改变了物理外观形状，不经过任何改性，故该技术又称直接再生利用技术。工艺简单、成本低廉，是目前最方便和最经济的资源化再利用技术。但该技术最大的问题：一是再生料制品的力学性能下降幅度大，品质较低，二是对废旧农膜品质要求高，不适用于所有废旧农膜。根据工艺的不同，可分为干法造粒和湿法造粒，两者的工艺流程和优缺点详见表4。简单再生技术主要用于回收那些易清洗和挑选的一次性废旧农膜。由于再生利用的制品性能欠佳，一般只能用于品质档次较低的塑料制品。
表4 干法造粒和湿法造粒的工艺流程及优缺点
3. 1. 2 改性再生技术
为了改善再生料的基本力学性能 ，满足再生制品的品质需求，需对废旧农膜进行各种改性再利用。改性再生是将再生料经过物理或化学方法改性后再加工成型。废旧农膜的主要化学成分是合成树脂，在实际加工生产过程中根据用途、标准的不同适量添加填料、润滑剂等，而不同用途的农膜产品，其适用的改性再生技术也有一定的差异。根据废旧农膜的用途和回收目的，改性再生技术可分为物理改性再生和化学改性再生。物理改性包括填充改性、增韧改性和共混改性等，化学改性技术是通过接枝、共聚等方法在分子链中引入其他链节或功能基团，或通过交联剂等进行交联等改性使废旧农膜具有较高的抗冲击性能、优良的耐热性和抗老化性等，如交联改性。物理改性再生技术与化学改性再生技术显著不同，废旧农膜经物理改性再生技术后仍属于塑料产品，但化学改性再生技术是改变物质的化学分子链，使其转变为其他用途的环保型材料。改性再生技术的优点是再生制品的力学性能得到改善和提高，再生制品的品质高。缺点是工艺路线较复杂，有 的需特定的机械设备。
物理改性再生技术有：(1)填充改性。是在废旧农膜中加入填料，目的是降低再生料的成本及提高再生料的强度。填充改性仅适用于对外观和力学性能有要求的再生料。填充料主要有无机粒子、木粉、滑石粉等。(2)增韧改性。是在废旧农膜中添加弹性体以提高废旧农膜的耐冲击性，原理是分散相弹性体粒子对裂纹端点起“钝化”作用，并使应力分布在粒子周围，应力分散达到了抑制裂纹发展的目的。弹性体种类较多，较为理想的有丁苯橡胶和丁基橡胶。(3)共混改性。是指将两种及以上共聚物经混合制成宏观均匀材料的过程。主要方法有熔融共混、溶液共混和乳液共混。熔融共混是指聚合物组分加热到熔融状态后进行的共混。溶液共混是指将聚合物组分溶解于溶剂后进行的共混。乳液共混是指将两种及以上聚合物乳液搅拌混合均匀后加入絮凝剂，使异种聚合物沉析。物理改性再生技术，其对废旧农膜的种类、品质要求较低，通过改变废旧农膜的熔点、拉伸强度、冲击强度等物理性质将废旧农膜改造成房屋建筑门窗塑料产品配件或能源材料等。中国经济实力的大幅提高推动了土木建筑工程建设行业的发展，因此建筑材料塑料产品使用量庞大，通过合理的物理改性再生技术将废旧农膜改性为需求大的建筑材料，是实现资源的可持续循环利用的一大途径。
化学改性再生技术有交联改性，是为了改善再生料的形态稳定性、耐蠕变性及环境应力开裂性，通过交联，废旧农膜的结晶度下降，被掩盖的韧性又重新表现出来。交联改性分为化学交联和辐射交联。化学交联通常在材料的软化点之上使材料充分塑化后加入交联剂，使材料分子交联。辐射交联是利用辐射源的各种高能射线，将加有交联剂的材料辐照交联。废旧农膜再生料主要采用化学交联法，交联剂有有机 过氧化物等。目前较为成熟的化学改性再生技术是将废旧塑料转变为水泥碱水剂、化工原料等以提高资源利用率。
3. 2 溶解技术
溶解技术是指利用废弃农膜的溶解性能，采用特定的有机溶剂选择性的溶解特定种类的废旧农膜，溶解后的废旧农膜可以制成各种涂料或黏结剂。典型废旧农膜种类与有机溶剂的对应关系如表5所示。以聚苯乙烯为例进行说明，先将废聚苯乙烯泡沫塑料溶于二甲苯中制成透明防水涂料和黏结剂；随后在其中又加入不同颜料，制成各色建筑涂料。该技术设备要求较低，操作也较为简单，但选择性溶剂耗量大，需对塑料进行严格分类。
表5 典型废旧农膜种类与有机溶剂的对应关系
3. 3 焚烧技术
由于废旧农膜的热值较高(约10278~10833kcal/kg[6] )，焚烧处理可获得废旧农膜的热能进行能量回收[9]。焚烧可大幅减少塑料的堆积量，可使废塑料减容90%~95%，利用该技术可实现废旧农膜的减量化，但资源化利用程度低。许多发达国家都已建立了焚烧处理工厂，如在美国已经建立了200余座废塑料能量回收工厂，在日本和德国该工艺方案正在获得效益。中国尚未有专门的废塑料焚化炉，废塑料往往是和市政垃圾一同燃烧，如深圳引进的日本三菱重工马丁炉排垃圾焚烧炉以及上海浦东引进的法国垃圾焚烧设备。但由于废旧农膜还含有少量卤素元素，燃烧时会产生有害物质，造成二次污染，减少污染物的排放是该技术突破的重点方向。
3. 4 热解技术
塑料是由石油作原料合成的高分子化合物，热解技术是将废旧农膜置于无氧或低氧的密封容器中加热，使其受热解聚为低分子化合物进而生成目标产品。由于减量化、无害化、资源化程度高，该技术发展较快，应用较多的是高温热裂解和催化裂解。该技术根据最终产品的不同主要可分为两种，一种是为了得到燃料油(汽油、柴油、石脑油等)，另一种是为了得到化工原料(如苯乙烯、乙烯、丙烯等)。虽然都是将废旧农膜转化为低分子物质，但两者的工艺路线不同，对聚烯烃类废旧农膜而言，制备燃料油是较为简单的工艺 。目前，我国暂无针对废旧农膜开发热解技术，但废旧农膜是废塑料的一种，而废塑料热解技术发展较快。2021年12月，工信部印发《“十四五”工业绿色 发展规划》，提出要鼓励开展废塑料化学循环利用，推进低值废塑料热裂解等技术推广应用。2014年，深圳绿色环保科技有限公司研发的废塑料裂解工艺技术和成套设备，成为国内第一家实现产业化的企业。目前，该公司已在兰州、深圳等多地建立了17个废塑料制油基地，已形成年处理废塑料25kt、生产汽柴油20kt的能力。杭州电子科技大学俞天明团队2015年在衢州试验基地建成了日处理废塑料100t，出油率为65%~70%的示范装置。塑料油的出处是目前废塑料化学循环利用行业的痛点，因此Axens集团开发了Rewind® Mix技术，该技术是一种可以将任何废塑料热解油转化为乙烯装置进料的技术，且通过乙烯装置就可以继续生产塑料产品，实现“废塑料-塑料油-乙烯-塑料”循环。热解技术是废塑料化学循环的重要技术之一，但目前热解工艺不可避免的存在设备和管道易结焦堵塞、运行不稳定等“卡脖子”问题，解决该问题是发展该技术的重中之重。
综上所述，中国废旧农膜回收再利用技术各有优缺点，详见表6。如何扬己之长的同时避己之短是全面发展回收再利用技术的重要途径。组合回收技术是把各种物理回收技术和化学回收技术有机地融合在一起，如针对分选可行、品质较佳的废旧农膜选择物理回收技术，根据实际情况选择再生利用技术或溶解技术。而针对不易分选、品质较差、低残值废旧农膜选择能量回收技术或化学回收技术，根据实际情况选择焚烧技术或热解技术。
表6 废旧农膜回收再利用技术的优缺点
4 结论
(1)针对废旧农膜环境污染及资源浪费问题，中国政策两手抓“农膜质量”和“废旧农膜回收再利用”以全面发展废旧农膜回收再利用行业；
(2)目前，有多种废旧农膜回收再利用技术，包括物理回收再利用技术和化学回收再利用技术，各类技术都 有其优越性和适用性。由于中国废旧农膜的种类和来源不同、品质差异性大，单一回收再利用技术不能满足废旧农膜高效回收，一般需要采用组合回收再利用技术，相互取长补短，使得各类废旧农膜都得到高效回收。但相比单一回收再利用技术，组合回收再利用技术的工艺更加复杂、成本更高，适合于大型废旧农膜回收公司；
(3)废旧农膜的回收再利用，可真正实现“农膜-废旧农膜-再生资源-农膜”或“农膜-废旧农膜-再生资源”的农膜循环经济闭环式产业链，推动产业绿色低碳循环发展新模式，助力国家“双碳”目标的实现。
参考文献：
[1] 国家统计局. 中国统计年鉴 2017[M] . 北京：中国统计出版社，2017 .
[2] 周大纲，谢胜利. 我国农膜行业现状的分析及发展对策(2020)[J] . 中国塑料，2020，34 ( 7 )：104-108.
[3] 国家统计局. 中国统计年鉴 2019[M]. 北京：中国统计出版社，2019.
[4] 国家统计局. 中国统计年鉴 2020[M]. 北京：中国统计出版社，2020.
[5] 杜 涛，宋 莉，罗 思，等 . 我国废旧地膜回收利用及相关标准现状分析[J]. 再生资源与循环经济，2020，13 (5)：24-26.
[6] 李诗龙. 废旧农膜的回收再生利用技术[J] . 再生资源研究，2005(1)：9-12.
[7] 胡巧开. 废旧农膜的综合利用[J] . 再生资源研究，2004(3)：18-19 .
[8] 王建明，谷育生，国外农膜回收技术概述[J] . 中国物资再生，1992(1)：23-26.
[9] 崔 辉 ，塑料废弃物的回收与再生[J]，再生资源研究，2002(6)：23-26.
聚砜医疗干粉吸入...
塑料包装材料的减...
汽车功能键触摸盖I...
高性能注塑聚丙烯...
