



包装在其生命周期全过程之中,特别是生产过程和废弃后会对环境造成严重的污染。下面分述之:
将生命周期理论应用于包装(含包装产品、包装材料和包装技术)称为包装生命周期分析方法。其定义可以描述为按照一定的目标要求(减少环境污染或节约自然环境资源),从包装产品的整个生命周期,即原材料的提取、生产加工、运输、销售、使用、废弃、回收直至最终处理的全过程,主要是采用量化比较进行分析研究的一种方法。其目的是在包装的整个生命周期时间范围内,比较评价包装产品的环境(资源)性能,或使包装产品、材料、技术对环境的负影响最小,或使资源综合利用率最高。
包装产品的生命周期分析如图3-9所示。包装产品的生命周期分析常用于改进现有包装系统的环境性能,也用于设计新的绿色生态包装系统,选择包装废弃物最佳回收利用方法。国际上许多知名企业集团的产品包装,如可口可乐包装、利乐包包装都是利用了生命周期分析法设计出自己的生态包装系统。
市场上大部分的产品都是按一定的工业规模生产或加工处理的。以前的手工包装,现在也采用工业化的处理方法。一些艺术品、珠宝和古代家具,虽然在运输过程中也受到充分的包装保护,但不能把它们当作工业产品。为了使农副产品保持新鲜,也需要对它们进行机械化处理和包装处理。所以,几乎所有的产品及其包装,都需要进行加工处理。
图3-9 包装产品的生命周期分析
为了生产或处理这些产品及其包装,除了需要原材料之外,还需要耗用机械能或电能。在运输原材料的过程中,也需要消耗能量。无论是靠燃烧煤、天然气或石油等的传统热电厂,还是靠核裂变产生热量的核电厂,都是通过驱动马达产生机械能或产生电能。包装材料及其制品的生产,都必须面对废弃物的处理和污染问题。按照我国相关法规的要求,工业废水必须经过处理,达到标准后才能排放,衡量废水是否达标的参数有温度、酸度、BOD值、COD值、悬浮颗粒和沉淀物的百分含量等。同样,我国的法规也规定了废弃物的排放标准、固态废弃物的处理及再生利用标准,这些标准同样适用于包装材料及其制品的生产制造。在包装材料及其制品的生产制造过程中凡是有缺陷的,都采取现场回收的措施。这些回收的材料被作为新的废弃物,一般不会影响环境。其他的污染,像噪声(包括厂内与厂外的噪声)污染、热污染、光污染和射线污染等,虽然这些污染现象与包装材料没有联系,但它们会对人们的身心产生有害的影响,所以它们也被视为污染物。
产品出厂后被运送到零售商手中,消费者购买使用后,包装与产品分离,变成垃圾或废弃物。这些包装废弃物与工业固态废弃物不同,它们是分散的,很容易和其他包装材料或生活垃圾混合在一起。每一种材料的再生方法是不一样的,在处理过程中,应有选择性地收集、集中到专门的容器中,然后分类,并进行废弃物处理。通常所处理的包装废弃物和固态生活垃圾,其生物活性必须是稳定的。一些工业垃圾,包括田园工业垃圾(如农业固态垃圾)和净化水站的泥浆废水,在特定的条件下可与生活垃圾一起处理。处理的步骤为堆肥、燃烧、压榨、热解(一种干燥蒸馏)。每一个处理步骤都会有新的固体废弃物产生,这些废弃物有些能够被自然界吸收,而有些却不能。因此,包装废弃物对环境的污染问题是一个非常特殊、非常复杂的问题。对于可以回收的包装,由于可以再生使用,通常不把它们列为废弃物。
包装工业生产中的一部分原材料经过加工制作成包装制品,一部分原材料变成污染物排入环境。如包装企业排出的各种废气造成大气污染;排出的各种废水、污水造成水体的污染;生产过程中不能回收利用的包装材料以及包装工业产生的废渣与有害物质对周围环境卫生造成危害。据统计,几乎所有包装制品在加工过程中,都会造成环境的污染。
纸包装在生产过程中,主要是造纸过程中,能耗高、耗水多,并且排出的废液对江河、空气、土壤等环境造成了严重的污染。纸包装所用的纸与纸板均由纤维素构成,这些纤维素存在于树木和其他植物原料之中,造纸过程首要的一步就是制浆,原料可以是木材,也可以是非木纤维(农副产品纤维)和废纸。多数制浆采用化学法,即利用化学药品使与纤维结合在一起的木质素溶解而把纤维素分离出来,要求制浆强度高的包装纸与纸板采用硫酸盐法制取化学浆,主要工序是制浆、蒸煮和回收。对于一些规模小、无三废处理回收系统的造纸企业,生产过程中由于化学药品的作用,不仅要排出黑色的废液,污染江河和农田,还要放出恶臭气体,造成空气污染。采用植物草浆造纸,则会产生更大量的黑液,如没有回收及治理的措施,则黑液顺着排污管道流出后,将污染大片的河水和土地。
纸箱纸盒行业是黏合剂用量最大的行业,最初生产纸箱纸盒采用泡花碱黏合剂,这种黏合剂易返潮、泛碱、黏合强度低,因此黏结的纸箱纸盒易变形变色,造成资源浪费及环境污染,因而我国于1985年已明令禁止使用,改用淀粉黏合剂。纸箱纸盒在印刷装潢时,为达到美观的效果,常需要覆膜,覆膜可在不改变印刷品原有基调的前提下,增加其光泽使之更加鲜艳夺目,并能防潮、防污、耐腐蚀等,从而有效保护了内层。覆膜用黏合剂,多属溶剂型或乳液型,常用的有EVA类、聚氨酯类、聚脂类等有机溶剂型黏合剂。有机溶剂型黏合剂含甲苯、醋酸乙酯、溶剂油等,常占总量60%以上,这些有毒有害成分危害工人身体健康、污染环境,而且还可能引发火灾,所以在重视环境保护的今天,已逐渐被水基纸塑复合黏合剂所取代。
塑料包装制品的主要原料是高分子合成树脂,是用化学方法制成的。这些制品一般都在液态的环境中,通过加热或冷却生产而成。通常情况下,塑料制品不是反应的唯一产物,反应过程也会伴随着产生其他的化合物。在分离出所需产品后,一些不需要的物质必须处理掉。在反应后的排放物中,悬浮物较多,且生化需氧量较高,它们未经处理不能直接排入大海、湖泊和河流。这些废液中存在少量有毒污染物,如微量的催化剂、溶剂、化合物单体等,它们含有硫和氮难以去除。这些排放的废弃物会使水的pH值升高,同时,由于有机分子反应慢,即使经过废水处理,一段时间后,又会形成新的产物。
用于包装的塑料树脂有两类:一类是半合成树脂,另一类是全合成树脂。半合成树脂,如纤维素可用来合成醋酸纤维、乙基硝酸和硝酸纤维素等包装用薄膜。制造这些再生纤维素薄膜过程中需要使用二硫化碳CS 2 ,因此会产生二氧化硫等恶臭的气体和有毒的废水。全合成塑料:一部分由石油和煤加工产物得到,如乙烯、丙烯、苯、甲苯等;另一部分通过反应获得,如苯乙烯、氯乙烯、乙二醇等。在石油和煤的加工过程中,由于存在各种中间产物和最终产物,所以会伴随着废弃物的产生。这些废弃物中含有许多无机物、有机可溶物和不可溶物等,造成水污染。每生产1t乙烯,平均产生1~3m 3 废水。生产过程中产生的气体通常是可燃的,在排入大气之前,虽然能够用燃烧的方法处理掉,但会产生二氧化碳等气体,也会造成环境的污染。
金属包装从生命周期全过程,即采矿、冶炼、轧制钢板,到制作包装使用废弃整个过程来看,均会对环境造成污染。金属材料开采冶炼以及制作生产过程,包括选择材料及结构设计、涂装生产、使用储存等,均会对人体及环境造成危害和污染。
在金属桶磨边生产过程中,车间内的空气中充满了大量的烟尘。烟和尘都是微小的颗粒物,尘是因砂轮和钢板相互间的摩擦力作用而形成的颗粒状废弃物,烟则是由钢板上的油污及砂轮中的有机物质受到摩擦热的作用而产生的蒸气冷凝而成的。尤其是在加工镀锌板时,锌受热氧化成为氧化锌的颗粒,是烟气中危害最大的。颗粒物质进入空气以后,其中直径大于10μm的会因重力作用很快沉降下来,只是在砂轮附近的空气中才有较稳定的高浓度的较粗颗粒。微细颗粒则会较长时间地在空气中飘浮,这些颗粒物质可使砂轮电机及传动系统发生故障,对人体也有害。人们在烟尘弥漫的环境中工作也会影响工作效率,并导致患上尘肺、支气管炎、气喘等疾病。
钢桶涂装前需要对其表面进行除油、防锈、磷化、钝化等化学处理。在表面处理过程中,使用有机溶剂、碱、磷酸盐等,危害人体,污染环境。在涂装过程中,涂料及工艺对环境影响较大。一般溶剂型涂料在喷涂时会产生废气污染。虽然有的厂家采用了良好的通风装置等设备,如水帘式喷涂室等许多有效排放和回收处理设施,但是,有机溶剂和过量喷出的漆雾因排放回收处理欠佳等原因,仍有相当程度的有机溶剂和飞散漆雾的废气污染环境和危害操作者的健康。在涂装干燥过程中,由于使用涂料不同、干燥设备不同,干燥时挥发出性质不同的废气。涂装及干燥过程中进入空气的挥发性有机溶剂主要有甲苯、二甲苯、酯类、酮类、醇类、少量的醛类及胺类等污染环境及危害人类健康的有毒有害气体。
涂装生产中产生的废渣主要来自涂装前处理反应过程中的沉淀物;在被处理钢桶表面形成各种沉积膜时产生的沉淀物等;不同涂装方法的过量涂料漆雾飞散附着在涂装室壁、设备和通风排尘装置、输送道等处,待有机溶剂挥发后则形成的沉积废渣。涂装前表面处理废渣含有大量的多种金属离子,如硫酸亚铁、磷酸盐、锌及其化合物、氢化物、铬、镉、铅及其化合物等。涂装过程中的涂装废渣中含有颜料、合成树脂和有机溶剂及其化学组成物质。涂装生产中对水的污染,主要是酸或碱的污染,会使水的pH值改变。
在玻璃包装容器的整个生命周期中,对环境污染最严重的是生产过程。玻璃原材料主要是矿物原料,这些矿物原料在高温条件下反应生成玻璃的主体——硅酸盐Na 2 SiO 3 ,同时生成的副产品CO 2 、HF、SO 2 等气体对环境造成污染;另外加入的辅助材料,如Al 2 O 3 、Al 2 (SO 3)3 、BaCO 3 、Na 2 CO 3 在高温下也同样将产生一些有害气体。上述两方面的废气污染是玻璃包装生产的主要污染。产生废气的方程式如下:
玻璃包装生产过程中对环境产生污染的第三方面因素是熔窑烧煤加热燃烧时产生的SO 2 和CO 2 ,随烟尘排出时对空气造成的污染。
包装多属一次性使用,所以大量的包装产品使用后即成为包装废弃物。20世纪末在工业发达国家,包装废弃物所形成的固体垃圾在重量上约占城市固体垃圾重量的1/3,而在体积上则占1/2,且包装废弃物的总重量还以每年10%的速度递增。大量的包装废弃物,尤其是不可降解的塑料包装废弃物对环境造成了严重污染,而且浪费了大量宝贵资源。纸包装虽然具有较好的回收利用性,但目前回收率还不够高,尤其是我国与工业发达国家在回收利用方面还存在较大的差距。纸与其他材料复合后因不易降解,会对环境产生较严重的污染,因此非特殊需要,目前应尽量避免采用纸复合材料进行包装。
塑料包装废弃物是高分子材料,化学结构及性能稳定,一般自行降解速度缓慢,也不易被细菌侵蚀,因此塑料包装废弃后不腐烂、不分解,形成百年不腐的永久垃圾,给环境带来了严重的白色污染。污染环境的塑料废弃物主要有塑料地膜、EPS发泡塑料、PVC包装材料等。地膜主要有增温、保温和保墒特性,还可以防治杂草和虫害。但是由于地膜很薄,老化破碎后清除回收十分困难,长期积累在农田中也影响耕作;杂混在饲草中,牲畜吃后,易导致牲畜患疾病或死亡。EPS主要用作缓冲包装、隔音材料及快餐器皿。它们在铁路沿线及掩埋场中的积累,给环境造成了很大的污染。PVC包装废弃物在燃烧时会产生HCl气体和残留有毒物质,污染大气层及土壤。另外,其他的塑料废弃物,特别是复合塑料废弃物,均会对环境造成不同程度的污染。
金属包装废弃物可经过翻修整理,回收复用,或经回收后回炉重熔铸造,轧制成新型材料或钢材等,因此金属包装是一种易回收再生的包装。但是闭口钢桶在使用后,均或多或少存在着内装物倒不干净的问题,而且当留有残余物的钢桶被废弃后,可能对环境造成污染;金属包装在回收利用过程中,主要的工艺是清洗、脱漆、再涂装等,如果处理不当,也会产生“三废”,对环境造成污染;废旧钢桶在熔化再利用的过程中,由于废旧钢桶中多少有些残余的内容物,在高温下,有的分解为气体,有的燃烧后产生一氧化碳或二氧化碳,有的变成熔渣,这样便又产生了环境污染物。
玻璃包装容器在流通中发生损坏,成为碎渣以及使用后未回收的废弃物,均会对环境产生污染。目前我国对玻璃容器尤其是破碎玻璃的回收情况还很差,目前除对饮料及啤酒采用押金回收复用制度外,罐头、食品、医药、化妆品的包装瓶均很少回收,其他废弃碎玻璃回收情况也很差,不仅浪费了大量资源,对环境的污染也十分严重。