基于大數據分析的廢舊塑料利用率算法

呂苗苗

（江蘇醫藥職業學院 醫學技術學院，江蘇 鹽城 224005）

隨著我國資源綜合利用產業政策的加快實施，廢舊塑料回收利用進程也不斷推進［1］。首先，必須對廢舊塑料回收和再利用工藝進行分析，制定產品的檢驗標準，增大整體生產規模，提高產品質量，從根本上解決環境問題，實現可持續性優化發展［2］。現階段，云計算服務技術正在加速發展，數據中心成為業務發展的核心內容，所以其擴張速度急劇增加［3］。在大數據背景下，塑料再生資源企業對數據越來越重視，通過分析、統計、挖掘大量數據，為企業提供經營決策的支撐［4］。目前，塑料回收和再生資源利用率較低，造成資源浪費，因此，本工作基于大數據分析，對廢舊塑料利用率算法進行研究。

1 我國廢舊塑料再生利用現狀及應用領域

1.1 利用現狀

塑料具有較好的成型性［5］。通用塑料主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。其中，產量最大的是PP，PE，《2019年中國塑料工業年鑒》顯示，2019年，我國生產PP和PE共4 251 Mt。中國物資再生協會再生塑料分會數據顯示，2019年，回收再生利用塑料量為9.45 Mt，廢舊塑料利用率為15.1%，利用率較低。

1.2 應用領域

1.2.1 涂料

涂料的基體材料可以選擇廢舊塑料。彈性防水涂料可以使用廢舊PS泡沫塑料［6］，該涂料的優點是耐酸堿、耐候、耐高溫，表現出穩定的性能，以及較大的滲透力和分散度等，廣泛用于管道防腐、渠道防滲以及地下防潮等。由于其制作比較簡單，成本低廉，因此，廢舊PS的循環再利用具有極大的可行性。回收廢舊PE時，在反應釜中均勻攪拌各種原料和添加劑，形成黏稠狀膏體，于常溫放置10～24 h，形成固體，即為非常重要的建筑涂料。其表現出的特點為安全、無污染，與PS泡沫相比，其保溫效果和防雨效果更好。粉碎處理廢舊PP，PE，PS，使其顆粒粒徑為2.0～3.0 mm，與粒徑為8.5～13.0 μm的陶瓷顆粒、顏料按質量比1∶1∶1混合，加溫處理后將其放入模具中，一定溫度條件下制備了仿漢白玉的建筑裝飾涂料，實現了資源的有效利用，并節約了成本。

1.2.2 建筑材料

建筑材料是我國應用廢舊塑料的重要領域［7］。在制備建筑材料時，采用廢舊塑料泡沫成本低，成品性能（如保溫、防水、常溫速干等）良好，且冬天不會出現結露、反霜現象；采用廢舊PS泡沫塑料制成的鋁塑板操作簡便，工程造價低，損耗量小。將石墨、粉煤灰、碳酸鈣以及廢舊塑料充分混合，制備了建筑瓦料，提高了瓦料硬度，并有效降低了生產成本［8］。利用廢舊PE，PP可改性防水瀝青，使其具有更高的抗沖擊性能、高溫穩定性能、低溫抗裂性能［9］。

1.2.3 作為能源回收利用

廢舊塑料燃燒會產生大量的熱量。將廢舊塑料作為能源是目前非常重要的回收手段。廢舊塑料燃燒可為鍋爐供熱，并進行發電。老化降解的塑料制品、復雜結構的聚合物制品等適合作為燃料回收［10］；但塑料焚燒會帶來燃燒灰塵、有毒氣體，污染環境，因此，需注意灰塵、廢氣的合理處理。

1.2.4 制備再生粒子

我國廢舊塑料再生粒子的需求量很大。蘇州某中型農膜廠，每年需要超過1 kt的再生粒子，而一家中型鞋廠則需要大于2 kt/a的再生粒子。對于供給方面來說，蘇州每年會產生350 t廢舊塑料，可制備塑料再生粒子300 t，無法滿足廠家的需求。

2 廢舊塑料利用率算法

2.1 廢舊塑料利用率算法模型

可回收塑料包括PE，PP，PVC，PS，ABS等，結合實踐分析和理論基礎，構建了資源能耗模型，以優化廢舊塑料利用率的算法模型。資源能耗模型見式（1）～式（2）。

式中：P（u）表示單個塑料品種回收量；k表示單個塑料品種與塑料最高回收量百分比；u，Pmax分別表示單個塑料品種的回收利用率以及塑料最高回收率；u（t）為時間函數，在很大程度上可以反映廢舊塑料利用率；E表示一定時間內（t0～t1）塑料最高回收總量。

結合線性回歸分析，確定了廢舊PE，PP，PVC，PS，ABS的利用率以及實際回收量的關聯性，最終確定線性多資源回收模型［見式（3）］。

式中：y表示塑料的實際回收量；β0～β5為回歸系數；x1～x5分別表示廢舊PE，PP，PVC，PS，ABS的利用率。

通過大數據回歸分析，可獲得回收模型［見式（4）］。對于該模型來說，在實際生產過程中，結合實踐基礎分析并驗證廢舊PE，PP，PVC，PS，ABS利用率的大數據，得到廢舊塑料利用率的具體參數。

2.2 塑料回收統計數據來源

以我國2009—2019年廢舊塑料再生資源利用為研究尺度，數據包括物質流分析領域相關科技文獻及各職能部門統計數據，《中國再生資源行業發展報告》提供的廢舊塑料再生資源的利用量、進口量等年度數據。對于廢棄電器電子產品的塑料回收利用量，其數據通常采集于拆解利用企業，拆解后的塑料流向資源再生終端企業，實際已計入廢舊塑料再生資源的統計數據中，本文未做計算。

2.3 塑料回收數據分析方法

在計算廢舊塑料利用率時，對于目前相關塑料行業協會以及職能部門尚未定期采集的數據進行以下假設：計算當年回收利用量不考慮存量的增減。因進入小、低、散回收作坊的塑料再生資源量目前均缺乏統計數據，因而在計算廢舊塑料利用量時此部分不計入。目前，我國廢舊塑料再生資源類型未見有物質流分析的科技文獻。參考現狀調查數據，假定廢舊塑料回收量占總廢舊塑料量的50%，本工作對該數據進行了不確定性分析。其過程為：廢舊塑料再生資源回收比例系數在±20%時，分析廢舊塑料再生資源比例系數波動對再生資源利用率指標的影響。假定廢舊塑料再生資源回收比例系數取最高值（+20%）、最低值（-20%）時的塑料回收利用率指標波動范圍，采用式（5）～式（6）對我國廢舊塑料利用率進行測算。

式中：R表示廢舊塑料利用率，%；Mlandfill表示填埋處理量，Mt；Mincineration表示焚燒處理量，Mt；Mcompost表示工業處理量，Mt；Muntreated表示非無害化處理量，Mt；Mgenerate表示未回收的塑料量，Mt；Mi表示某廢舊塑料利用量，Mt。

3 結果與討論

3.1 我國塑料回收利用量分析

從圖1可以看出：2009—2019年，我國塑料回收利用量從3.80 Mt增至9.45 Mt。2009—2015年，我國塑料回收利用量處于持續增長的趨勢，2016年有所下降，2017—2019年增長較快，其中，2017年塑料回收利用量最高，為9.60 Mt。2019年較2018年有小幅增長，從2018年的9.16 Mt增加到2019年的9.45 Mt，說明我國塑料回收再生資源利用量不斷增大。

3.2 我國廢舊塑料利用率

圖1 我國廢舊塑料利用量Fig.1 Plastic recycling in China

我國2009—2019年的塑料總生產量約6.1億t，從圖2可以看出：2009—2014年，我國廢舊塑料利用率從12.0%升至16.0%；2015—2019年，我國廢舊塑料利用率則總體呈現下降趨勢，2016年，廢舊塑料利用率降為14.5%，2017年有所增加，為15.3%，2018年小幅下降，為14.6%，2019年再度增加，為15.1%。廢舊塑料利用率下降的可能原因包括兩個方面：一是雖然我國塑料再生資源回收量略有上升，但進入焚燒廠、填埋場的廢舊塑料處理量增長速度更快；二是塑料再生資源受到回收成本、原材料價格等方面的影響，近幾年的廢舊塑料回收利用量降低。

圖2 我國廢舊塑料利用率Fig.2 Plastic recycling utilization rate in China

3.3 塑料再生資源比例系數波動對其利用率的影響

本工作假定塑料再生資源的回收比例系數為50%，研究結果可能存在一定不確定性。在圖2的基礎上進一步分析了塑料再生資源回收比例在±20%波動下，對廢舊塑料利用率的影響。結果表明：塑料再生資源回收比例系數在±20%波動時，2019年廢舊塑料利用率為11.3%～20.5%。假定每項計算參數在±20%波動，分析對廢舊塑料利用率不確定性影響。從表1可以看出：塑料再生資源比例系數對計算結果的影響幅度最大，為-2.65%～2.51%；塑料再生資源比例系數的不確定性影響由大到小依次為PE，PVC，PP，PS，ABS。

表1 塑料再生資源比例系數波動對其利用率計算結果的影響Tab.1 Influence of fluctuation of proportion coefficient of plastic renewable resources on calculation results of recycling efficiency %

4 結論

a）通過大數據收集PE，PP，PVC，PS，ABS等使用情況，使用物質流科技文獻和塑料再生資源利用統計數據測算我國2009—2019年的廢舊塑料利用率，其中，廢舊塑料利用率從2009年的12.0%上升至2014年的16.0%，2015—2019年利用率下降。

b）2009—2015年，我國廢舊塑料利用量持續增長，2016年，總回收利用量有所下降， 2017—2019年增長較快，說明我國塑料再生資源利用量需求不斷增大。

c）借助模型分析了廢舊塑料利用率，塑料再生資源比例系數對計算結果的影響幅度最大，為-2.65%～2.51%；塑料再生資源比例系數的不確定性影響由大到小依次為PE，PVC，PP，PS，ABS。