食品包裝廢棄物的綜合利用

李仲謹(jǐn)， 余麗麗

(1.陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021;2.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，陜西 西安 710021)

食品包裝廢棄物的綜合利用

李仲謹(jǐn)1， 余麗麗2

(1.陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021;2.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，陜西 西安 710021)

食品包裝業(yè)是包裝工業(yè)的重要組成部分，它帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重.介紹了食品包裝材料種類，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外實(shí)例綜述了不同種類食品包裝廢棄物的綜合利用，為保障食品包裝廢棄物資源得到有效利用，以及緩解我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的資源與環(huán)境制約提供參考.

食品包裝;廢棄物;綜合利用

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2009年我國(guó)產(chǎn)生的1.57337×108t生活垃圾中，有4×107t屬于食品包裝物，其中有很多是過(guò)度包裝，每年僅食品包裝廢棄物就白白扔掉了2 800億元，同時(shí)社會(huì)尚未形成良好的環(huán)保習(xí)慣和完善的法律規(guī)則［1－5］，致使食品包裝廢棄物對(duì)資源的浪費(fèi)和環(huán)境的影響越來(lái)越明顯.食品包裝廢棄物對(duì)環(huán)境和生態(tài)等方面的破壞已經(jīng)成為了一個(gè)全球性的問(wèn)題［6－10］.因此如何對(duì)這一數(shù)量龐大的食品包裝廢棄物進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，將對(duì)整個(gè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展起到重要作用［11－15］.

1 食品包裝廢棄物的主要類型

1.1 食品包裝用紙

紙是使用時(shí)間最長(zhǎng)且使用時(shí)間最早的食品包裝材料.紙作為食品包裝材料有許多優(yōu)點(diǎn):價(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、生產(chǎn)靈活性好、儲(chǔ)運(yùn)方便、易于造型裝潢、不污染內(nèi)裝物、能與其他材料合成并提高材料性能等［15－17］.同時(shí)因?yàn)榧埰钒b使用后可再次回收利用，即使有少量紙品遺棄在環(huán)境中也可以自然分解，對(duì)自然環(huán)境沒(méi)有不利影響，所以紙板及其制品是綠色產(chǎn)品，符合環(huán)境保護(hù)的要求，用其來(lái)替代部分塑料類食品包裝材料對(duì)減少由于塑料造成的白色污染能起到積極的作用［9，18－20］.

1.2 食品包裝用塑料

塑料目前已成為一種重要的食品包裝材料，是使用范圍最廣使用數(shù)量最多的食品包裝材料，由于它質(zhì)量輕、使用方便，阻隔性、滲透性、耐熱性、耐寒性、耐蝕性好，不易碎等特性，而被廣泛運(yùn)用［21－23］.因?yàn)樗芰喜牧霞昂芰蠌?fù)合材料有其它材料所不具備的優(yōu)點(diǎn)，所以在食品包裝材料中，塑料制品及復(fù)合食品包裝材料占有著舉足輕重的地位.塑料食品包裝材料在食品包裝廢棄物中所占的比例最大，其對(duì)環(huán)境所造成的污染也是各類食品包裝材料中最為嚴(yán)重的［24－26］.目前的處理方案為回收利用和開發(fā)應(yīng)用降解塑料相結(jié)合方式.

1.3 食品包裝用金屬

金屬材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，牢固、耐壓、不碎、可延展、可咬合、可焊接、可粘接，具有優(yōu)良的阻濕性和氣密性，以及易于回收、容易處理，其廢棄物對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)塑料和紙較小等優(yōu)點(diǎn)，因此金屬在食品包裝材料中占有相當(dāng)重要的地位［27－33］.罐頭以及一些液體、糊狀、粉狀或高級(jí)食品，多用這類包裝材料.常用的金屬食品包裝材料有馬口鐵和鋁，廣泛用于制造食品和飲料的包裝罐.

1.4 食品包裝用玻璃

玻璃是很常用的食品包裝材料之一.玻璃食品包裝材料的主要特點(diǎn)是美觀、衛(wèi)生、抗腐蝕、成本低，而且是惰性材料，對(duì)環(huán)境污染小.且玻璃包裝容器有以下優(yōu)點(diǎn):化學(xué)穩(wěn)定性好;阻隔性、衛(wèi)生性、保存性好;一般不會(huì)變形;容易用蓋密封，開封后仍可再度緊封;易于美化;原料豐富，成本低廉等.牛奶、軟性碳酸飲料、酒類和果醬等普遍采用玻璃容器包裝，一些烹調(diào)用具和餐具也采用玻璃包裝［34－35］.玻璃食品包裝材料的缺點(diǎn)是易碎、笨重.從國(guó)外玻璃食品包裝材料的發(fā)展來(lái)看，食品包裝用的玻璃瓶正朝著提高玻璃強(qiáng)度和輕量化(薄壁化)的方向發(fā)展，同時(shí)改善玻璃性能，特別是玻璃包裝制品的回收利用和對(duì)它易破碎的改性，降低單件玻璃包裝容器的能耗和原料消耗［36－38］.

2 食品包裝廢棄物的綜合利用

2.1 食品包裝用紙的回收和利用

食品包裝用紙的回用不僅有利于生態(tài)平衡和環(huán)境保護(hù)，更有利于保護(hù)現(xiàn)有資源.在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成系統(tǒng)的食品包裝用紙回用產(chǎn)業(yè)，由此帶來(lái)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益不言自明.2008年日本造紙行業(yè)生產(chǎn)用的原漿只占了38.8%;廢紙回收率高達(dá)75.1%，廢紙利用率為61.8%，兩項(xiàng)均位于世界前列，這其中食品包裝用紙占了相當(dāng)多的比重［7］.

2.1.1 食品包裝用紙回收的價(jià)值

近10年，造紙工業(yè)面臨著原料緊缺，能源危機(jī)和污染嚴(yán)重三大難題.而食品包裝用紙的回收和再利用，具有生態(tài)(保護(hù)森林、減少污染)和經(jīng)濟(jì)(低價(jià)纖維、有利可圖)雙重價(jià)值，這些又給造紙業(yè)帶來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī).

1)節(jié)省原材料、降低成本.食品包裝用紙的回收利用可以獲得客觀的經(jīng)濟(jì)效益.例如每回收1 t食品包裝用紙，可重新造紙約800 kg，可節(jié)約燒堿300～400 kg，煤炭400 kg，少用電300 ～400 kW·h，設(shè)備投資減少30%，成本降低30% ～80%.

2)保護(hù)森林.1t食品包裝用紙漿(以牛皮紙漿為例)需3.5～4.2 m3木材，若按照每噸4 m3木材計(jì)，就需要50棵樹齡25年左右的林木.以北京為例，2009年當(dāng)年的生活垃圾中食品包裝用紙約為1.5×105t，北京人等于不經(jīng)意當(dāng)中就砍伐了7.5×106棵大樹.回收食品包裝用紙用于紙張制造可以說(shuō)是一項(xiàng)“保護(hù)綠色森林，開發(fā)城市森林”的事業(yè).

3)減緩水污染.造紙業(yè)廢水中BOD排放量占工業(yè)總排放量的1/4，COD排放量占工業(yè)總排放量的一半以上，造紙業(yè)的工業(yè)污染負(fù)荷居第一位.每回收1 t食品包裝廢紙可使得約470 t水免遭污染.

4)減少外匯支出.我國(guó)食品包裝用紙紙漿長(zhǎng)期大量依賴進(jìn)口，回收食品包裝用紙對(duì)于我們減少進(jìn)口紙漿和紙的量，節(jié)省外匯，富國(guó)富民都有重大意義.

2.1.2 食品包裝用紙回收實(shí)例

1)利用食品包裝用紙回收生產(chǎn)一般用紙.美國(guó)BLACK CLOWSON公司、芬蘭凱博拉(KAIPOLA)紙廠是較早開始利用食品包裝用紙制造新聞紙的企業(yè)，其利用食品包裝用紙回收制得的紙漿在沒(méi)有漂白的情況下成漿白度為58% ～60%，完全適合制造高檔新聞紙使用.

2)廢紙浸漬法生產(chǎn)高檔餐巾紙.廢紙浸漬法制漿，由于食品包裝用紙，潔凈度和衛(wèi)生性都較好，對(duì)于該類紙采用少量堿液，浸漬、加熱、混勻、脫墨得到的紙漿能生產(chǎn)出高檔餐巾紙.

2.1.3 食品包裝用紙的綜合利用

食品包裝用紙除重新造紙外，還可用于制造制漿注型制件、復(fù)合材料、建筑材料和改良土壤等用途.

2.2 食品包裝用塑料的回收和利用

2.2.1 食品包裝用塑料的分類

自20世紀(jì)初合成纖維樹脂類材料用于食品包裝業(yè)以來(lái)，相繼出現(xiàn)了聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚酯、聚丙烯等，以及它們與紙、鋁箔等構(gòu)成的復(fù)合材料，這些材料逐漸廣泛地用于軟包裝塑料袋類和半剛性、剛性的塑料杯、瓶、淺盤類.目前塑料容器在歐美、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家中已占全部包裝容器的15%～20%.

塑料容器是以合成樹脂為基本原料，品種繁多，主要有以下3種類型.1)單層塑料薄膜袋:常用的塑料品種有高壓聚乙烯(即低密度聚乙烯)、低壓聚乙烯(即高密度聚乙烯)、聚丙烯、聚偏二氯乙烯等.2)復(fù)合薄膜袋:由不同種類的塑料薄膜或由塑料薄膜與紙、鋁箔等層壓加工制得.如聚乙烯－聚酯、玻璃紙－聚偏二氯乙烯等薄膜袋.3)由單層或復(fù)合材料經(jīng)吹塑、抽真空、擠出、注射等成型方法制成的塑料瓶、杯、淺盤等塑料容器，這類材料多適應(yīng)于飲料、快餐食品及冷凍食品的包裝.

2.2.2 食品包裝用塑料的綜合利用途徑

近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于食品包裝用塑料的回收處理和綜合利用的方法和技術(shù)越來(lái)越多［11－13］.一般來(lái)說(shuō)，回收食品包裝用塑料的利用主要有以下途徑:1)制造建筑材料;2)制造日雜用品;3)制作化工產(chǎn)品;4)裂解成汽、柴油和單體.食品包裝用塑料的回收工藝過(guò)程用圖1表示.

圖1 食品包裝用塑料的回收工藝過(guò)程Fig.1 Recycling process of plastic food packaging wastes

目前使用較為普遍的且已經(jīng)形成工業(yè)規(guī)模的再生利用途徑是機(jī)械再生、解聚和熱解液化和氣化.

2.3 食品包裝用金屬的回收和利用

金屬包裝材料有耐加工性好、環(huán)境適應(yīng)性好、隔絕保護(hù)性好、表面裝飾性好、加工技術(shù)與設(shè)備成熟、品種規(guī)格齊全等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)金屬食品包裝材料也具有化學(xué)穩(wěn)定性差、重量大、容器的開口性較差、廢棄物的處理比較困難等缺點(diǎn).

2.3.1 金屬包裝材料的主要類型

目前食品用金屬包裝材料主要以低碳鋼和鋁作為基材，其主要產(chǎn)品是馬口鐵、無(wú)錫鋼板、鋁和鋁箔等.

2.3.2 食品用金屬包裝材料應(yīng)用情況

1)馬口鐵.馬口鐵是表面鍍有一層錫的鐵皮，它不易生銹，又叫鍍錫鐵.這種鍍層鋼板在中國(guó)很長(zhǎng)時(shí)間稱為“馬口鐵”，有人認(rèn)為由于當(dāng)時(shí)制造罐頭用的鍍錫薄板是從澳門(Macao，可讀作馬口)進(jìn)口的，所以叫“馬口鐵”.

2)無(wú)錫鋼板.在食品包裝中無(wú)錫鋼板主要有鍍鉻薄鋼板、鍍鋅薄鋼板和低碳薄鋼板.鍍鉻薄鋼板價(jià)格便宜，雖然抗酸性不及鍍鋅板但是抗腐蝕性較好;鍍鋅薄鋼板指的是在低碳鋼基板上鍍一層0.02 mm厚的鋅層所構(gòu)成的金屬板材，該類金屬板在食品包裝中主要作為大容量的包裝桶使用;低碳薄鋼板指含碳量≤0.25%，厚度0.35～4 mm的普通碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼的鋼板，主要用來(lái)制作各種規(guī)格油桶包裝罐，在外層涂飾高分子材料后可用于食品和飲料罐及制造玻璃瓶蓋.

3)鋁和鋁箔.鋁制食品包裝材料主要指鋁合金薄板和鋁箔.鋁制食品包裝材料主要具有表面性能優(yōu)異、表面易裝飾、熱傳導(dǎo)率較高、質(zhì)輕、耐腐蝕性較好、成型加工性和阻隔性良好、無(wú)異味、阻燃、阻光、無(wú)靜電、無(wú)毒性以及再循環(huán)性好等優(yōu)點(diǎn);其缺點(diǎn)主要是耐酸、堿性較差，無(wú)磁性，無(wú)錫焊性和強(qiáng)度較低.鋁合金薄板主要用來(lái)制作食品包裝容器如罐、盒、瓶等，其用于魚、肉類罐頭無(wú)硫化斑.此外，鋁合金薄板因加工性好，是制作易拉罐的專用材料，用作啤酒飲料及碳酸飲料易拉罐無(wú)風(fēng)味變化現(xiàn)象.由于鋁箔的阻隔性好，可阻止氧氣進(jìn)入食品，因此鋁箔被大量以鋁塑復(fù)合材料的形式用于食品密封包裝，應(yīng)用的主要領(lǐng)域有:糖果巧克力包裝，方便食品、熟食包裝，奶類產(chǎn)品包裝，茶葉和咖啡等產(chǎn)品.

2.3.3 食品用金屬包裝材料的綜合利用途徑

1)馬口鐵.目前，國(guó)內(nèi)對(duì)各類馬口鐵罐的需求量每年約為7 000億個(gè)，相當(dāng)一部分原料依賴進(jìn)口.然而，巨大的用量和不吝用料、只求奢華的包裝背后，其回收率尚不足30%，這些金屬罐大多僅經(jīng)歷一次短暫消費(fèi)后便被閑置或丟棄.德法兩國(guó)馬口鐵罐回收率均高達(dá)73.8%.2010年，我國(guó)馬口鐵的年消耗量約為1.6×106t.國(guó)際上對(duì)于馬口鐵的再利用主要是先脫錫，脫錫技術(shù)主要由德國(guó)在上世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)，現(xiàn)在歐美等地區(qū)和國(guó)家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，約125 t馬口鐵食品包裝廢棄物就可回收1 t錫.經(jīng)過(guò)脫錫的馬口鐵經(jīng)壓塊可作為回收煉鋼的原料，從而實(shí)現(xiàn)馬口鐵的再利用.

2)鋁.食品包裝用鋁制品的回收主要是用于再生鋁、制造鋁粉和制造聚合氯化鋁.用于再生鋁制造過(guò)程中，主要是要將食品包裝用廢鋁罐或鋁箔上的涂層(如漆層)和其他表面污染物先清除干凈，以免造成不應(yīng)有的熔體損失［30－31］.其清除方式主要有兩種:一種是用有機(jī)溶劑，如丙酮，將漆類、油類和其他表面污染物清除;另一種方法是用脫漆爐清除廢鋁上的涂層，爐內(nèi)的廢鋁料由運(yùn)輸帶連續(xù)經(jīng)高溫控制區(qū)，逐漸加熱到538℃而脫漆.

食品包裝中用的防潮鍍鋁、覆鋁紙及鋁箔都可用作生產(chǎn)鋁粉的原料.鋁粉俗稱銀粉，具有質(zhì)量輕、遮蓋力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、反射光熱性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，主要用于油漆、油墨等工業(yè)，也可用作混凝土加氣劑使用［32］.

聚合氯化鋁(堿式氯化鋁，羥基氯化鋁)主要用途生活用水和工業(yè)用水的凈水劑，也可用于凈化工業(yè)廢水.與一般凈水劑相比具有效率高、用量少、使用方便、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且還能有效地去除原水中的氟及各種重金屬雜質(zhì)，對(duì)各種細(xì)菌亦能起到沉降和抑制作用.利用食品包裝用鋁制材料回收制造聚合氯化鋁的方法主要是先將回收鋁制品的表面涂飾清除干凈，再經(jīng)過(guò)酸解、水解、過(guò)濾、聚合的步驟制造出合格的聚合氯化鋁［33］.

2.4 食品包裝用玻璃的回收和利用

玻璃在食品包裝中主要用于包裝飲料、罐頭食品及粘稠物料(果醬)等.

目前我國(guó)除了啤酒瓶、汽水瓶得到一定程度的回收外，其他各種包裝玻璃瓶、罐回收利用程度不高.食品包裝玻璃瓶經(jīng)過(guò)回收再利用是食品包裝玻璃廢棄物最有價(jià)值的應(yīng)用途徑［38］.回收的玻璃容器若要重新作食品包裝容器使用，須經(jīng)過(guò)清理、水洗、堿洗、洗滌劑清洗、再水洗、烘干、消毒等工序.

1)生產(chǎn)棕色試劑瓶和藥品.棕色試劑瓶由于不要求很高的透明度，因此可采用100%的廢玻璃生產(chǎn)，使成本得以大幅度降低.

2)生產(chǎn)平板玻璃.采用平拉生產(chǎn)線，利用100%廢舊玻璃來(lái)生產(chǎn)的平板玻璃，價(jià)格低廉，廣泛用于民用建材和低層樓房建筑中.

3)生產(chǎn)玻璃纖維.許多玻璃鋼制品要求玻璃纖維并不嚴(yán)格，如聚酯玻璃鋼瓦和硅鎂水泥瓦所用的玻璃纖維，完全可以用廢玻璃生產(chǎn).

4)生產(chǎn)玻璃肥料.利用玻璃將植物所需的元素?zé)Y(jié)在一起，使其緩慢釋放，可使得植株不缺乏微量元素，以達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目的.玻璃肥料對(duì)易淋溶性土壤和灌溉的土壤特別有效，尤其對(duì)亞麻、玉米、稻谷、蔬菜作物的作用明顯.

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著包裝材料、包裝工藝的改進(jìn)、創(chuàng)新，食品包裝材料已經(jīng)得到了快速發(fā)展，將來(lái)會(huì)進(jìn)一步發(fā)展、創(chuàng)新.食品包裝逐漸向材料減量化、可重復(fù)化、可回收化和可降解化發(fā)展，與此同時(shí)在當(dāng)今世界提倡低碳、綠色環(huán)保、健康的形勢(shì)下，對(duì)現(xiàn)有的各類食品包裝材料進(jìn)行充分的回收利用，減少對(duì)于現(xiàn)有資源的浪費(fèi)，就具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義.

使食品包裝科學(xué)化、合理化、規(guī)范化，將食品包裝廢棄物由污染環(huán)境的物質(zhì)變成可再生利用的資源是每一位科技工作者需要共同解決的問(wèn)題，相信食品包裝行業(yè)的明天將更加美好.

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(責(zé)任編輯:葉紅波)

Comprehensive Utilization of Food Packaging Wastes

LI Zhong-jin1，YU Li-li2
(1.Key Laboratory of Auxiliary Chemistry and Technology for Chemical Industry of Ministry of Education，Institute of Chemistry and Chemical Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China;2.Department of Pharmacy，Medical University of Xi’an，Xi’an 710021，China)

Food packaging is one of the most important parts in packaging industry，which leads to increasingly serious environment pollution.The contaminations in food packaging were pointed out and the comprehensive utilization of food packaging wastes were also introduced by analyzing many examples of domestic and overseas.It would give reference for the effective utilization of food packaging wastes in China，and alleviation of the resource and environment restriction.

food packaging;waste;comprehensive utilization

TS206.4

A

1671-1513(2011)06-0001-05

2011-11-18

李仲謹(jǐn)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事高分子材料加工與包裝廢棄物再生利用方面的研究.