資源循環(huán)科學與工程概論課件

1、資源循環(huán)科學與工程概論,,化學,地學,生態(tài)學,經(jīng)濟學,工程技術,資源循環(huán)科學與工程,材料化學環(huán)境化學綠色化學……,分離技術物化處理技術生物技術……,環(huán)境生態(tài)學污染生態(tài)學毒理生態(tài)學……,土地科學水資源學礦產學生物質資源學……,,,,循環(huán)經(jīng)濟低碳經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,,,,,,,,減量化與多重利用,,3R原則清潔生產綠色設計……,,……,第三章 資源循環(huán)工程技術基礎,第一節(jié) 資源循環(huán)工程技術應用與發(fā)展,第一節(jié) 資源

2、循環(huán)工程技術應用與發(fā)展,,20世紀70年代以后，由于能源和資源短缺，以及對環(huán)境問題認識的逐步加深，人們已由消極的處理轉向再資源化。 資源化就是采取工程技術或管理等措施，從固體廢物中提取有利用價值的物資和能源。,固體廢棄物具有兩重性！,一、固體廢物資源化形式,,,“十一五”期間，我國工業(yè)固體廢物綜合利用量從2005年7.7億噸增加到2010年的15.2億噸，綜合利用率由55.8%提升至69%，這很大程度上取決于我國資源

3、循環(huán)利用工程技術的進步。,我國工業(yè)固體廢物綜合利用情況(基于國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫),一、固體廢物資源化形式,,,,1,2,3,4,金屬提取技術,建筑材料生產及其技術,農肥生產及其技術,能源回收及其技術,一、固體廢物資源化形式,,非金屬,金屬,,能源,,,（1）電解退銀新工藝 電解退銀設備，以石墨板為陰極，不銹鋼滾筒為陽極，滾筒上有許多細孔。檸檬酸鈉和亞硫酸鈉為電解液，鍍銀件從滾筒首端進入，從滾筒尾端送出。鍍件表層上的銀進入電解液，鍍件

4、基體完好無損可返回重新電鍍使用。銀回收率97—98%，銀粉純度99.9%。,1、金屬提取技術,1、金屬提取技術,（2）廢銀—鋅電池的回收利用鋅為負極，氧化銀為正極涂在銅網(wǎng)骨架上。采用稀硫酸分別浸鋅和銅，銀粉間接熔錠。稀硫酸浸銅時加入氧化劑，含鋅液經(jīng)濃縮結晶生產硫酸鋅，含銅液濃縮結晶生產硫酸銅。,1、金屬提取技術,（3）從廢膠片中回收銀稀硫酸液洗脫彩片上含銀乳劑層，氯鹽加熱沉淀鹵化銀，氯化培燒或有機溶劑洗滌除有機物，堿性介質用糖

5、類固體懸浮還原得純銀。硫代硫酸鈉溶液溶解廢膠片上的鹵化銀，溶解過程中加入抑制劑阻止膠片上明膠的溶解，溶解液經(jīng)電解回收銀，片基回收利用。,1、金屬提取技術,（4）從電子廢棄物中貴金屬回收工藝金（Au）、銀（Ag）、鉑（Pt）、鋨（Os）、銥（Tr）、釕（Ru）、銠（Rh）和鈀（Pd）共8種金屬。,電子廢棄物,,不可回收利用元器件,可回收利用元器件,,用于新設備生產或投放市場,,拆解,,日本松下公司自動拆卸元器件干餾設備,電子廢棄物顆粒

6、,,破碎,,以金屬為主的顆粒,以非金屬為主的顆粒,純度較高的貴金屬單體,,后續(xù)處理,非金屬再利用,,,,,轉式破碎機剪切式破碎機,分選,,干法分選濕法分選,電子廢棄物中貴金屬回收的工藝流程示意圖,非金屬再利用,,,,,,1、金屬提取技術,,材料科技巨頭優(yōu)美科（Umicore）曾經(jīng)告訴BBC，他們僅需35部廢舊手機，就可提煉出1克黃金（http://www.bbc.com/news/blogs-magazine-monitor-288

7、02646）,1、金屬提取技術,而常規(guī)的冶煉技術中，提煉這么多黃金幾乎需要1噸的高品位金礦。是不是在痛惜那些年我們扔過的手機？,,David Smith教授和他的博士生Babatunde Okesola發(fā)現(xiàn)，基于酰肼改性的1,3;2,4-二亞芐基山梨糖醇（1,3:2,4-ibenzylidenesorbitol，DBS）的自組裝凝膠，能夠選擇性地從金屬復雜混合物中選擇性地提取出貴金屬，同時，還會在凝膠內的納米纖維上通過原位化學還原將這些

8、貴金屬轉化成導電的納米粒子，賦予凝膠導電性。,1、金屬提取技術,,Alison Parkin博士和Sindhu Suravaram博士證實了金屬離子轉化成納米粒子的還原機制，并對所得的“軟”材料的導電性進行了研究。Babatunde Okesola說，“凝膠既具有固體的性質，還具備液體的性質，因此，這些導電凝膠有潛力在濕軟的生物質和干硬的電子元件之間架起一座理想的橋梁。而這種連接能力將在未來技術中具有越來越重要的作用?！盨mit

9、h補充道，“我們希望利用真實的電子廢料對這一凝膠繼續(xù)進行研究，并測試其功能，還將探索所得材料在生物學和電子學交叉領域內的應用。”,1、金屬提取技術,《Angew. Chem. Int. Ed.》,http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201507684/abstract,1、金屬提取技術,,1、金屬提取技術,,1、金屬提取技術,美國化學會的雜志《Environmental Sci

10、ence & Technology》上，發(fā)表了來自美國亞利桑那州立大學的科學家的文章，其研究結果表明，在美國平均每噸下水道污泥中，含有價值幾百美元的金屬，這樣就有可能在一個百萬人口級別的城市下水道中，每年“發(fā)掘”出價值約1300萬美元的金屬，其中包括價值260萬美元的金銀材料。,這無疑是一個巨大的“寶藏”。事實上下水道含有貴重金屬幾乎眾所周知，但這些金屬成分被視作污染一直讓環(huán)保部門很傷腦筋。雖然不可能將所有的貴金屬從污泥中回收，

11、但這篇文章提醒人們從另一個角度看待這個問題：把下水道污泥這個城市的包袱變成有用的資源。,,1、金屬提取技術,實際上在日本長野縣的諏訪市，就有一個回收處理機構，可以從每噸當?shù)匚勰嗟娜紵覡a中提取2千克的黃金！沒錯，是兩公斤黃金！但要注意，這里說的是每噸灰燼，不是每噸淤泥，而且要指出的是當?shù)赜幸黄軆x器廠區(qū)，使用貴金屬較多。另外貴金屬也不是下水道中唯一有價值的東西，瑞典的一個污水處理廠正在研究利用廢水生產生物塑料的可行性；而比爾及梅林達?

12、蓋茨基金會剛剛資助建設了一個新型處理中心，將利用污水焚燒來產生電力和飲用水。,誠然，要真正充分“挖掘”出這個“寶藏”還面臨很多挑戰(zhàn)，例如成本問題以及可能帶來的新的污染，但是，難道這不正是化學家們的機會嗎？,,1、金屬提取技術,2、建筑材料生產及其技術,建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產業(yè)之一，近百年得到迅猛發(fā)展，由此不可避免地在建筑物的建造、使用和拆除過程中產生大量的建筑垃圾。目前，我國建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的30%～40%。建筑垃

13、圾年排放量己超過4億t，其中北京、上海等大城市年排放量均在3000萬t以上。,工業(yè)廢渣免燒磚的生產工藝,建筑垃圾制磚工藝,3、農業(yè)生產及其技術,,堆肥化（堆肥技術）：是指依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，人為的促進可生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質生化轉化的微生物學過程。堆肥化的產物稱為堆肥。,新鮮的有機廢物+O2,微生物代謝作用,穩(wěn)定的有機殘渣+CO2+H2O+能量,堆肥工藝流程圖,堆肥過程主要工藝參數(shù)：,含水率：堆料的有

14、機質含量≤50%時，含水率在45%~50%為宜； 堆料的有機質含量達到60%時，最佳含水率為60%。,通風量：向堆肥中的好氧微生物提供氧氣； 帶走水蒸氣從而干化物料。,pH值：一般控制在7.5~8.5范圍內可獲得最大堆肥速率。,腐熟度：檢驗堆肥綜合成熟的標準，其含義是經(jīng)過微生物作用后，堆肥的產品達到穩(wěn)定化、無害化，即對環(huán)境無影響；不影響作物的生長和土壤耕作能力。堆肥達到腐熟時

15、，每分鐘耗氧量為0.02%~0.1%。,3、農業(yè)生產及其技術,3、農業(yè)生產及其技術,4、能源回收及其技術,廢油、沼氣,二、工業(yè)固體廢物資源化技術,工業(yè)固體廢棄物是一把雙刃劍，利用好可帶來巨大的經(jīng)濟利益，處理不當則對人體健康甚至整個生態(tài)系統(tǒng)造成危害。 工業(yè)固體廢棄物，是指在工業(yè)生產活動中產生的固體廢物，是工業(yè)生產過程中排入環(huán)境的各種廢渣、粉塵及其他廢物。 包括危險廢物、冶煉廢渣、粉煤灰、爐渣、煤矸石、尾礦、放射性廢

16、物等。,二、工業(yè)固體廢物資源化技術,二、工業(yè)固體廢物資源化技術,1.粉煤灰綜合利用技術,目前，我國粉煤灰的大宗利用途徑是生產建筑材料、筑路、回填。粉煤灰建筑材料在性能上與傳統(tǒng)材料相比有許多優(yōu)點：密度小，質量輕，絕熱，耐火等。,2.工業(yè)固體廢物的土地資源化技術,粉煤灰是很好多孔狀的無機顆粒，比表面積大?？捎脕砀牧纪寥澜Y構。比如加入沙漠結構中可以增加土壤的孔隙率，繼而增加其含水量，改善土壤墑情。,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,皮革

17、固體廢物中還有大量生物相容性非常好的膠原蛋白。這些膠原蛋白提取 出來后可在食品、化妝品、飼料、肥料等工業(yè)中得到廣泛的應用。廢舊輪胎、廢塑料的利用也是研究熱點。,二、工業(yè)固體廢物資源化技術,煤矸石制磚燒結磚生產線,粉煤灰生產水泥,質輕、絕熱、耐火！,1.粉煤灰綜合利用技術,粉煤灰燒結輕質砌塊,2.工業(yè)固體廢物的土地資源化技術,工業(yè)固體廢物的土地資源化技術,,,粉煤灰與有機固體廢物 配施改良土壤,,,,固體廢物配施改良沙漠土,（1）、粉

18、煤灰與有機固體廢物 配施改良土壤,土壤改良：土壤改良是針對土壤的不良質地和結構，采取相應的物理、生物或化學措施，改善土壤性狀，提高土壤肥力，增加作物產量，以及改善人類生存土壤環(huán)境的過程。,①粉煤灰改良土壤技術,粉煤灰具有多孔狀結構，具有非常大的比表面積2000~4000cm2/g，粒徑在0.5~300μm之間，類似輕壤土顆粒組成，密度21~24g/cm3，容重0.5~10g/cm3，含有一定量的鉀、鈉、鈣、鎂，呈堿性。所含鐵、鋅、銅、鉬

19、、硼等元素是植物生長發(fā)育所必需的微量營養(yǎng)元素，且含量均比土壤的含量高，可為作物提供一定量的微量元素，對改善土壤物理化學性質、提高土壤肥力和凈化能力具有積極作用。但粉煤灰中也常含有較高的水溶性鹽和硼，對植物生長產生不利的影響。,（1）、粉煤灰與有機固體廢物 配施改良土壤,②污泥改良土壤技術,污泥是由水和污水處理過程所產生的固體沉淀物質。城市污泥含有豐富的植物營養(yǎng)成分及較高含量的有機質、氮、磷、鉀，作為一種有機肥料或土壤調理劑進行土地利用，

20、可增加土壤有機質含量，改善土壤結構性質，水力學性質及化學性質，增加土壤的孔隙率和導水性。,但是，污泥來源于各種工業(yè)和生活污水，所以不可避免含有一些對環(huán)境和生物有害的物質。其中的重金屬，如鎘、鉛、砷、銅、鋅等，由于具有難遷移、易富集、危害大等特點，一直是限制污泥農業(yè)利用的最主要因素；污泥中含有大量的鐵、鋁、鈣、鎂、硫、鈉等其它元素，進入土壤系統(tǒng)后，長期累積對土壤生態(tài)系統(tǒng)會產生一定影響；另外，污泥中含有的某些病原體如蟲卵、細菌、病毒等對環(huán)境

21、造成一定影響。,（1）、粉煤灰與有機固體廢物 配施改良土壤,②污泥改良土壤技術,污泥用于農業(yè)需解決的三個主要問題：污泥中重金屬能否造成土壤及作物的二次污染；污泥中病原體能否對環(huán)境造成影響；氮磷等物質濃度過高能否對地下水造成污染。,③粉煤灰、有機固體廢物復合改良土壤技術,單一廢棄物的營養(yǎng)元素常不平衡或物理性質不夠理想，單獨用于土壤中容易造成某些負面影響。 采用粉煤灰和其他有機固體廢物配施于土壤中，不但可以協(xié)調改良土壤的物理性

22、質，均衡改善土壤的營養(yǎng)狀況，還可以利用堿性粉煤灰對污泥等有機固體廢物的鈍化作用，有效減輕和緩解污泥中的重金屬在如讓和植物器官中的累積，大量降低污泥中有機污染物和病原菌的含量。,（2）、固體廢物 配施改良沙漠土,研究表明，在沙漠土壤中摻入粉煤灰和有機污泥，按照粉煤灰、污泥和沙漠土3:2:5的質量比混合后，沙漠土壤的持水時長可延長200%。,,,有機質,,,,孔隙結構,配施粉煤灰和污泥為什么能提高沙漠土壤的持水性能？,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)

23、資源化技術,(1)、皮革固體廢物的資源化,制革工業(yè)是以各類動物皮為原料進行加工處理的高投入、低產出的傳統(tǒng)工業(yè)，在加工過程中將會產生大量的廢棄物和廢水。以加工1噸原料皮計算，可產生肉渣120千克，毛5~7千克，剖層廢料133千克，削勻皮屑57千克，修邊產生下腳料88千克，磨革粉塵3千克。每年產生的廢水量約為8000萬噸，占我國工業(yè)廢水排放量的1.6%。由此可見，制革工業(yè)對環(huán)境帶來的污染是嚴重的。,在廢棄物中，蛋白質的含量在30%以上，其中

24、膠原蛋白占90%以上，膠原蛋白是構成動物機體的重要功能物質，具有其他合成高分子材料無法比擬的生物相容性和可降解性，已在食品、醫(yī)藥、化妝品、飼料、肥料等工業(yè)中得到廣泛應用。,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,（2）、廢輪胎的資源化,廢舊輪胎，是指被替換或淘汰下來已失去作為輪胎使用價值的輪胎，以及工廠產生的報廢輪胎。其具有很強的抗熱、抗機械性，很難降解，被人們稱為“黑色污染”。,當前，對廢舊輪胎的綜合利用的途徑有：原形直接利用、熱分解、生

25、產再生 橡膠、舊輪胎 翻新和生產硫化橡膠粉等。,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,(3)、廢塑料的資源化,塑料是以單體為原料，通過加聚或縮聚反應聚合而成的高分子化合物，俗稱塑料或樹脂，可以自由改變成分及形體樣式，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、色料等添加劑組成。 廢塑料則是在民用、工業(yè)等用途中，使用過且最終淘汰或替換下來的塑料的統(tǒng)稱。 常用塑料組成有PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙

26、烯）、PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PS（聚苯乙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）。,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,"1號"PET常用于礦泉水瓶、碳酸飲料瓶等。"2號"HDPE常用于清潔用品、沐浴產品的包裝。"3號"PVC常用于常見雨衣、建材、塑料膜等。很少用于食品包裝。"4號"LDPE常用于保鮮膜、塑料膜等。"5號"P

27、P常用于豆?jié){瓶、優(yōu)酪乳瓶、果汁飲料瓶、微波爐餐盒。"6號"PS常用于碗裝泡面盒、快餐盒。"7號"PC其它類常用于水壺、水杯、奶瓶。,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,RDF衍生燃料,廢塑料資源化,物質再生,,,,物理再生,,化學再生,,,能量再生,,焚 燒,供熱（發(fā)電）,,,塑料單體,CO和H2,,,,,,熔融加工,直接成型加工,,簡單塑料制品,塑料板材,,,,,,解聚反應,,氣 化,,化工

28、原料、燃油、燃氣,,熱分解,,,催化裂解,,燃油、燃氣,,氫 化,,再生塑料,,溶解再生,,化工原料,,改 性,,,混合垃圾,化工原料、燃油、燃氣,,廢塑料資源化技術匯總圖,,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,廢塑料回收利用的關鍵是對其回收并再生，主要是熔融再生。熔融再生技術分為簡單再生和復合再生。 簡單再生主要針對塑料生產過程中的邊角料，這些廢塑料品種單一，較少被污染，一般經(jīng)過簡單處理可直接加工成?？苹蚱?；復合再生針

29、對從流通、消費領域回收的塑料，經(jīng)過分選、預處理、熔煉、造粒、成型等工序再生。,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,(4)、從陶瓷廢料中提取貴重金屬,多層陶瓷電容器（MLCC）是由鈦酸鋇、鈦酸鉛及鉛、鈦、鎂、鉍等金屬氧化物及銀、鈀內電極漿料和端電極組成。MLCC生產過程中產生的不合格產品常作為廢料扔掉，造成資源的浪費。 采用液-液萃取法進行回收廢品中的鈀，先把陶瓷電容器廢料用硝酸溶解，外部的銀易分離回收，然后用萃取法回收鈀，

30、使用正丁醇等有機相，鈦酸鋇有較大的親水性留在水相，鈀進入油相，從而達到分離回收的目的。 另一種方法是硝酸溶解-碳酸鈉還原法，廢料用硝酸溶解，浸出銀和鈀的硝酸鹽，然后用碳酸鈉等還原熔煉銀鹽得到金屬銀，再用丁基黃藥（鈀的選擇性沉淀劑）從浸出渣洗水中沉淀鈀。,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,(5)、工業(yè)固體廢物作為合成微晶玻璃原料,普通玻璃，通常是指硅酸鹽玻璃，以石英砂、純堿、長石及石灰石等為原料，經(jīng)混和、高溫熔融、勻化后，

31、加工成形，再經(jīng)退火而得。其化學組成是Na2O·CaO·6SiO2，主要成分是二氧化硅。,3.工業(yè)固體廢物的工業(yè)資源化技術,(5)、工業(yè)固體廢物作為合成微晶玻璃原料,普通玻璃（Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2）石英玻璃（以純凈的石英為主要原料，成分僅為SiO2）鋼化玻璃（與普通玻璃成分相同）鉀玻璃（K2O、CaO、SiO2）硼酸鹽玻璃（SiO2、B2O3）

32、有色玻璃在（普通玻璃制造過程中加入一些金屬氧化物。Cu2O——紅色；CuO——藍綠色；CdO——淺黃色；Co2O3——藍色；Ni2O3——墨綠色；MnO2——紫色；膠體Au——紅色；膠體Ag——黃色）變色玻璃（在玻璃原料中加入光色材料制成。）,(5)、工業(yè)固體廢物作為合成微晶玻璃原料,光學玻璃（在普通的硼硅酸鹽玻璃原料中加入少量對光敏感的物質，如AgCl、AgBr等，使玻璃對光線變得更加敏感）彩虹玻璃（在普通玻璃原料中加入大量氟

33、化物、少量的敏化劑和溴化物制成）防護玻璃（在普通玻璃制造過程加入適當輔助料，使其具有防止強光、強熱或輻射線透過而保護人身安全的功能。如灰色——重鉻酸鹽，氧化鐵吸收紫外線和部分可見光；藍綠色——氧化鎳、氧化亞鐵吸收紅外線和部分可見光；鉛玻璃——氧化鉛吸收X射線和r射線；暗藍色——重鉻酸鹽、氧化亞鐵、氧化鐵吸收紫外線、紅外線和大部分可見光；加入氧化鎘和氧化硼吸收中子流。水玻璃（Na2SiO3的水溶液，因與普通玻璃中部分成分相同而得名）,(

34、5)、工業(yè)固體廢物作為合成微晶玻璃原料,微晶玻璃：又叫結晶玻璃或玻璃陶瓷，是由加有晶核劑或不加晶核劑的特定組成的玻璃，在有控條件下進行晶化熱處理，使原單一的玻璃相形成了有微晶相和玻璃相均勻分布的復合材料。微晶玻璃和普通玻璃區(qū)別是：前者部分是晶體，后者全是非晶體。,微晶玻璃是綜合玻璃、石材技術發(fā)展起來的一種新型建材。因其可用礦石、工業(yè)尾礦、冶金礦渣、粉煤灰、煤矸石等作為主要生產原料，且生產過程中無污染，產品本身無放射性污染，故又被稱為環(huán)保

35、產品或綠色材料。,工業(yè)固體廢棄物制作微晶玻璃技術：（1）鉻渣微晶玻璃； （2）磷渣微晶玻璃（3）鈦渣微晶玻璃； （4）復合礦渣微晶玻璃,三、醫(yī)療廢棄物循環(huán)利用技術,醫(yī)療廢物，是指醫(yī)療衛(wèi)生機構在醫(yī)療、預防、保健以及其他相關活動中產生的具有直接或者間接感染性、毒性以及其他危害性的廢物。醫(yī)療廢物共分五類，并列入《國家危險廢物名錄》。,三、醫(yī)療廢棄物循環(huán)利用技術,感染性廢物病理性廢物損傷性廢物藥

36、物性廢物化學性廢物,主要包括,,1.高壓蒸汽滅菌技術,高壓下蒸汽穿透到物體內部，將微生物的蛋白質凝固變性而殺滅。,2.微波滅菌技術,物體在微波作用下吸收能量產生電磁共振效應并家居分子運動，微波能轉化為熱能，使物體升溫。,3.化學消毒技術,含氯次消毒劑、洗滌消毒劑、甲醛和環(huán)氧乙烷等消毒劑。,4等離子體技術.,利用等離子體電弧窯產生的10000℃高溫殺死廢物中的所有微生物、摧毀殘留的細胞毒性藥物、藥品和有毒的化學藥劑。,三、醫(yī)療廢棄物循環(huán)

37、利用技術,焚燒、衛(wèi)生填埋……,物體在微波作用下吸收能量產生電磁共振效應并家居分子運動，微波能轉化為熱能，使物體升溫。,1.高壓蒸汽滅菌技術,在壓力下，蒸汽穿透到物體內部，將微生物的蛋白質凝固變性而殺滅。主要用于能耐高溫的物品，如培養(yǎng)基培、金屬器械、玻璃、搪瓷、敷料、橡膠及一些藥物的滅菌。,高壓蒸汽滅菌器,1.高壓蒸汽滅菌技術,①包裹不應過大、過緊，一般應小于30cm×30cm×50cm;②高壓鍋內的包裹不要排得太密

38、，以免妨礙蒸氣透入，影響效果;③壓力、溫度和時間達到要求時，指示帶上和化學指示劑即應出現(xiàn)已滅菌的色澤或狀態(tài);④易燃，易爆物品，如碘仿，苯類等，禁用高壓蒸氣滅菌;⑤銳性器械，如刀、剪不宜用此法滅菌，以免變鈍;⑥瓶裝液體滅菌時，要用玻璃紙和紗布包扎瓶口;如有橡皮塞時，應插入針頭排氣;⑦應有專人負責，每次滅菌前，應檢查安全閥的性能，以防壓力過高發(fā)生爆炸，保證安全使用;⑧注明滅菌日期和物品保存時限，一般可保留l~2周。,注意事項：,

39、2.微波滅菌技術,微波滅菌技術是采用微波（頻率為300MHz~300000MHz ）照射產生的熱能殺滅微生物的方法。微波是一種高頻電磁波，消毒時使用的頻率通常為915MHz和2450MHz，該法適合液體和固體物料的滅菌，且對固體物料具有干燥作用。,微波消毒滅菌試驗結果,3.化學消毒技術,化學消毒是指用化學消毒藥物作用于微生物和病原體，使其蛋白質變性，失去正常功能而死亡。目前常用的有含氯消毒劑、氧化消毒劑、碘類消毒劑、醛類消毒劑、雜環(huán)類氣

40、體消毒劑、酚類消毒劑、醇類消毒劑、季胺類消毒劑等。,4.等離子體技術,等離子體殺菌消毒的原理是利用等離子體電弧窯產生的高溫殺死醫(yī)療廢物中的所有微生物、摧毀殘留的細胞毒性藥物、藥品和有毒的化學藥劑，具有殺菌快速徹底的效果，且處理后的醫(yī)療廢物可直接填埋，不會對環(huán)境造成危害。,5、焚燒技術,焚燒法處理醫(yī)療廢物是最徹底、最常用且較簡便的方法，具有減容減量、殺菌滅菌、穩(wěn)定等多項功能。但焚燒過程產生的尾氣中含有大量的重金屬、二噁英、HCl、HF、S

41、O2等危險物，對周圍環(huán)境污染十分嚴重，尾氣凈化是至關重要的問題。,6、衛(wèi)生填埋技術,經(jīng)過前五種醫(yī)療廢物處理法處理后的醫(yī)療固體廢物或殘余物送到衛(wèi)生填埋場進行最終處置。,填埋技術,垃圾焚燒技術,堆肥技術,高溫分解技術,……,1,2,3,4,5,四、城市固體廢棄物（MSW）循環(huán)利用技術,四、城市固體廢棄物（MSW）循環(huán)利用技術,生活固體廢物的處理主要采取四種方法：填埋法、堆肥法、焚燒法、高溫分解法。,1、填埋技術,填埋法是選擇合理的堆放場地，

42、經(jīng)過防水滲漏、復土等措施而進行垃圾處理的一種方式，其優(yōu)點是投資少、處理費用低、處理量大、操作簡便；缺點是占地面積大，可能會造成二次污染。,根據(jù)工程措施是否齊全、環(huán)保標準能否滿足，可將生活垃圾填埋場分為:簡易填埋場（Ⅳ級填埋場）、受控填埋場（Ⅲ級填埋場）、衛(wèi)生填埋場（Ⅰ、Ⅱ級填埋場）。,2、垃圾焚燒技術,利用高溫將垃圾中的有機物徹底氧化分解，在燃燒過程中將碳及氫元素轉化為二氧化碳及水，高溫下殺死病毒和細菌，有效地減量和減重的一種方式

43、，適合于可燃物含量較高的生活垃圾。但燃燒后產生的氣體和匯金可能會造成二次污染。,依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，人為的促進可生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質生化轉化的微生物學過程，主要處理對象是城市生活垃圾、污泥、糞便、農業(yè)廢棄物和食品加工業(yè)廢棄物等，分為好氧堆肥法和厭氧堆肥法。,3、堆肥技術,4、高溫分解技術,高溫分解是在無氧或缺氧條件下，使可燃性固體廢物在高溫下分解，最終成為可燃氣體、油、固定碳的化學分解過程。熱解方法

44、適用于城市固體廢棄物、污泥、工業(yè)廢物如塑料、橡膠等。,利用微生物自身的新陳代謝對固體廢物進行分解作用使其無害化處理。如蚯蚓、蟑螂等。,5、微生物處理法,廢磚作粗骨料生產耐熱混泥土技術,廢磚瓦其他資源化途徑,混泥土再生骨料技術,1,2,3,五、建筑廢棄物循環(huán)利用技術,建筑垃圾資源化是指采取管理和技術從建筑垃圾中回收有用的物質和能源。包括物質回收、物質轉換、能量轉換三方面。,物質回收是指從建筑垃圾中回收二次物質不經(jīng)過加工直接使用。如從建筑垃

45、圾中回收廢塑料、廢金屬、廢玻璃等。 物質轉換是指利用建筑垃圾制取新形態(tài)的物質。如利用廢磚瓦制作混凝土塊；利用頁巖渣制作水泥；利用廢石膏制作膠黏劑等。 能量轉換是指從建筑垃圾處理過程中回收能量。如通過建筑垃圾中廢塑料、廢報紙和廢竹木的焚燒處理回收熱量。,廢磚作粗骨料生產耐熱混凝土技術；混凝土再生骨料技術,五、建筑廢棄物循環(huán)利用技術,六、農業(yè)固體廢物循環(huán)利用技術,禽畜糞便的資源化技術,水產養(yǎng)殖固體廢物的資源化

46、技術,1,2,農業(yè)固體廢棄物是在農業(yè)生產，畜禽飼養(yǎng)，農副產品加工以及農村居民生活活動排出的廢物，如植物秸稈，人和家畜的糞便等。其中，C、H、O元素含量高達60%以上，還含有豐富的N、P、K、Ca、Mg、S等元素。農業(yè)固體廢物中分為天然高分子聚合物和天然小分子化合物兩大類。,六、農業(yè)固體廢物循環(huán)利用技術,1、禽畜糞便的資源化技術,禽畜類糞便含有豐富的有機質及較高的N、P、K和微量元素，是很好的制肥原料。經(jīng)微生物分解及重新合成的腐殖質對改良

47、土壤有良好作用，但禽畜糞便有臭味，需要采取發(fā)酵除臭、化學除臭及物理化學除臭法。,（1）自然青貯發(fā)酵法 （2）加曲發(fā)酵法（3）微生物發(fā)酵法 （4）能源化技術,2、水產養(yǎng)殖固體廢物的資源化技術,（1）水產養(yǎng)殖固體廢棄物水解發(fā)酵產酸技術（2）利用菌—藻體系凈化水產養(yǎng)殖廢水（3）利用養(yǎng)殖固體廢棄物作碳源養(yǎng)殖廢水水解反硝化凈化工藝,第二節(jié) 資源循環(huán)過程分離技術,一、概述,1、分離技術意義,分離技術是資源化循環(huán)過程中的

48、重要環(huán)節(jié)，通過適當分離，可以使各種可資源性混合物進行提純、單組分化，進而為后續(xù)選擇資源化技術或直接用作原材料創(chuàng)造條件。 選擇合適的分離技術能夠對復雜混合物中的資源性物質進行提純，以便后續(xù)處理能夠順利高效完成。,一、概述,2、分離技術原理,3、分離技術因素,（1）分離對象（2）分離目的（3）分離量（4）實驗條件,一、概述,二、分子蒸餾分離技術,,二、分子蒸餾分離技術,,,,二、分子蒸餾分離技術,分子蒸餾實驗裝置,1、液

49、體混合物沿加熱板流動并被加熱,2、輕、重分子逸出液面而進入氣相,3、輕、重分子運動的平均自由程不同,4、輕分子達到冷凝板被冷凝排出； 重分子達不到冷凝板沿混合液排出,,,,分子運動自由程：一個分子相鄰兩次碰撞之間所走的路程。,二、分子蒸餾原理,二、分子蒸餾分離技術,分子蒸餾分離技術是一種在高真空度條件下進行非平衡分離操作的連續(xù)蒸餾過程，它是以液相中逸出的氣相分子依靠氣體擴散為主題的分離過程。 該技術主要應用于液體組

50、分的分離、提純和濃縮。,分子蒸餾概念,1、物料分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴散。 注意：液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素。,分子蒸餾過程（四部曲）,2、物料分子在液層上自由蒸發(fā)。 注意：蒸發(fā)速度隨溫度升高而增大，但分離速度隨溫度升高而降低。,3、分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射。 注意：飛射過程中可能與殘存空氣分子碰撞，也可能相互碰撞，但只要真空度合適，使蒸發(fā)分子的平均自由程大于或等于蒸發(fā)面與冷凝面之間的距離即

51、可。,4、輕分子在冷凝面上冷凝。 注意：如果冷凝面的形狀合理且光滑并迅速轉移，則可認為冷凝是瞬間完成的。,二、分子蒸餾分離技術,1、輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好。,分子蒸餾必須滿足的兩個條件,2、蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程，大于重分子的平均自由程。,二、分子蒸餾分離技術,1、操作溫度低,分子蒸餾特點,2、蒸汽壓強低,3、受熱時間短,4、不可逆性,5、無沸騰鼓泡現(xiàn)象,6、分離程度及產品收率高

52、,7、無毒、無害、無污染、無殘留,由以上特點可以看出，分子蒸餾技術能分離常規(guī)蒸餾不易分離的物質，特別適宜于高沸點、熱敏性、易氧化物質的分離。因此，它為工業(yè)生產的各個領域中高純度物質的提取開辟了廣闊的前景。,二、分子蒸餾分離技術,靜止式分子蒸餾器,分子蒸餾裝置,二、分子蒸餾分離技術,二、分子蒸餾分離技術,,,萃取分離技術主要是利用物質在互不相溶的兩相中溶解度或分配系數(shù)的不同達到提取、分離及純化的。,即萃取是通過溶質在兩相的溶解競爭而實現(xiàn)的

53、。,三、萃取分離與逆流分配技術,三、萃取分離與逆流分配技術,萃取劑選取原則：,（1）對溶質A有較大溶解能力，而與溶劑B互溶度較??；,（2）萃取相和萃余相有一定密度差；,（3）化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性，腐蝕??；,（4）無毒，不易燃燒，價格低廉；,（5）易于回收。,三、萃取分離與逆流分配技術,,萃取分離適用的場合：,（1）混合液中各組分的沸點接近，或各組分相對揮發(fā)度接近于1；,（2）混合液中欲回收組分是熱敏性物質；,（3）組分濃度低且沸點很高的

54、組分的分離；,（4）混合液形成恒沸物。,三、萃取分離與逆流分配技術,,萃取分離類型：,（1）單級萃取流程,三、萃取分離與逆流分配技術,三、萃取分離與逆流分配技術,,萃取分離類型：,（2）多級錯流萃取流程,三、萃取分離與逆流分配技術,萃取分離類型：,（3）多級逆流萃取流程,,,萃取分離在工業(yè)中的應用：,鏈烷烴與芳香烴共沸物的分離。例如用二甘醇從石腦油裂解副產汽油或重整油中萃取芳烴（尤狄克斯法—Udex process），如苯、甲苯和

55、二甲苯。,用二烷基乙酰胺脫除染料廠、煉油廠、焦化廠廢水中的苯酚。,石油化工：,工業(yè)廢水處理：,三、萃取分離與逆流分配技術,,,萃取分離在工業(yè)中的應用：,濕法冶金中溶液分離、濃縮和凈化的有效方法。例如從鋅冶煉煙塵的酸浸出液中萃取鉈、銦、鎵、鍺，以及鈮-鉭、鎳-鈷、鈾-釩體系的分離，以及核燃料的制備。,從復雜的有機液體混合物中分離青霉素、鏈霉素以及維生素等。,有色金屬冶煉：,制藥工業(yè)：,三、萃取分離與逆流分配技術,同：二者本質上都屬于新相

56、析出的過程，主要是物理變化。,異：沉淀為初級過程，結晶一般為分離的后續(xù)步驟屬于成品化過程。（沉淀-斯托克斯公式）,沉淀與結晶法,四、沉淀與結晶分離技術,四、沉淀與結晶分離技術,,沉淀——初分離過程結晶——一般為分離的后續(xù)步驟，屬于成品化過程,共同點：本質上同屬于新相析出的過程，物理變化。,沉淀是將液體中沒有溶于液體的固體分離出來， 結晶是將溶在液體中的溶質以固態(tài)形式分離出來；,不同點：,同類分子或離子以有規(guī)則排列形式而析出稱結晶，

57、以無規(guī)則的紊亂排列形式而析出的稱為沉淀。,四、沉淀與結晶分離技術,,沉淀法,通過改變溶液條件，使溶質的溶解度降低而以無定形固體形式從溶液中分離出的操作過程。,沉淀法基本原理是采用適當?shù)拇胧└淖內芤旱睦砘瘏?shù)，控制溶液中各種成分的溶解度，根據(jù)不同物質在溶劑中的溶解度不同而達到分離的目的。,四、沉淀與結晶分離技術,沉淀法的步驟：,（1）加入沉淀劑,（2）沉淀劑的沉化，促進粒子生長,（3）離心或過濾，收集沉淀物,加沉淀劑的方式和控制條件對產物

58、的純度、收率和沉淀物的形狀都有很大影響。,,（1）中性鹽沉淀法（2）等電點沉淀法（3）有機溶劑沉淀法（4）親和沉淀法（5）選擇性沉淀法（6）非離子型聚合物沉淀法（7）聚電解質沉淀法（8）金屬離子沉淀法（9）復合鹽沉淀法,沉淀法分離目標產物的方法：,四、沉淀與結晶分離技術,優(yōu)點：操作簡單、經(jīng)濟，濃縮倍數(shù)高。缺點：針對復雜體系而言，分離度不高，選擇性不強。,沉淀法分離的優(yōu)缺點：,四、沉淀與結晶分離技術,1、中性鹽沉淀法（鹽

59、析法）,鹽析法是利用各種生物分子在濃鹽溶液中溶解度的差異，通過向溶液中引入一定數(shù)量的中性鹽，使目的物以沉淀析出，達到純化目的的方法。一般應用于蛋白質和酶的分離提取。,優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、不變性缺點：分辨率不高，要除鹽,四、沉淀與結晶分離技術,沉淀過程機理,等電點(pI):在某一pH的溶液中，氨基酸或蛋白質解離成陽離子和陰離子的趨勢或程度相等，成為兼性離子，呈電中性，此時溶液的pH稱為該氨基酸或蛋白質的等電點。,沉淀原理：,四、沉淀與結晶

60、分離技術,蛋白質溶解度與離子強度的關系,,,式中：,,,與溫度、pH有關,,與鹽的濃度和電荷有關,,用鹽析法分離蛋白質時有兩種步驟：,（1）,在一定的pH值及溫度條件下，改變鹽的濃度（即離子強度）達到沉淀的目的，稱為“K”分級鹽析法；,（2）,在一定的離子強度下，改變溶液的pH值及溫度，達到沉淀的目的，稱為“b”分級鹽析法；,一般粗提蛋白質時常用第（1）種方法，進一步分離、提純時常用第（2）種方法。,四、沉淀與結晶分離技術,影響鹽析的因

61、素：,（1）,鹽析劑（無機鹽）的種類和濃度,（2）,蛋白質的種類和濃度,（3）,鹽析的溫度和pH值,四、沉淀與結晶分離技術,2、有機溶劑沉淀法,利用與水互溶的有機溶劑（如甲醇、乙醇、丙酮等）使溶質在水中的溶解度顯著降低而沉淀的方法，稱為有機溶劑沉淀法。,沉淀原理,（1）降低溶液的介電常數(shù)，增加靜電引力，促進聚集和沉淀。,（2）壓縮水化膜的厚度，降低溶質的親水性，導致脫水聚集沉淀。,四、沉淀與結晶分離技術,,（1）有機溶劑的選擇（介電常數(shù)

62、小、揮發(fā)性適中、無毒等）,溶劑沉淀法影響因素,（2）溫度的控制（低溫利于沉淀、操作）,（3）pH值的控制（等電點、蛋白質穩(wěn)定性）,（4）離子強度的控制（較低離子強度利于沉淀）,四、沉淀與結晶分離技術,,分辨能力高；有機溶劑易揮發(fā)除去，不會殘留于成品中，產品更純凈；采用離心分離收集沉淀物，容易分離。,有機溶劑沉淀法的優(yōu)缺點,優(yōu)點：,蛋白質易變性，操作條件應嚴加控制；采用大量有機溶劑，成本較高；有機溶劑大多都易燃、易爆，安全要求較高。,缺點

63、：,四、沉淀與結晶分離技術,,3、等電點沉淀法,等電點沉淀法是利用蛋白質在等電點時溶解度最低而各種蛋白質又具有不同等電點的特點進行分離的方法。,四、沉淀與結晶分離技術,,四、沉淀與結晶分離技術,,4、非離子型聚合物沉淀法,非離子型聚合物沉淀法沉淀作用的機理尚不清楚，大致有如下解釋：,四、沉淀與結晶分離技術,四、沉淀與結晶分離技術,,常用非離子型聚合物主要有聚乙二醇（PEG）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和葡聚糖等，最常用的是PEG4000和

64、PEG6000。,四、沉淀與結晶分離技術,,5、其他沉淀方法,選擇性沉淀法：利用蛋白質對某些物理或化學因素敏感性的不同，有選擇的使雜質蛋白質發(fā)生變性沉淀，達到分離提純的目的。,金屬離子沉淀法：通過某些金屬離子能與蛋白質分子中的特殊部位（如羧基、氨基、雜環(huán)）發(fā)生反應，造成等電點的轉移，從而降低蛋白質的溶解度而沉淀。,四、沉淀與結晶分離技術,,二、結晶法,所謂結晶是指物質以晶體的狀態(tài)從溶液或蒸氣中析出的過程。,任何固體物質與其溶劑相接觸時，

65、由于分子的熱運動，必然發(fā)生兩個過程：①固體的溶解；②固體的析出。當固體溶解和析出的速度達到平衡時，稱該溶液為飽和溶液。,溶解度：在一定溫度下，某固態(tài)物質在100g溶劑中達到飽和狀態(tài)時所溶解的溶質的質量，叫做這種物質在這種溶劑中的溶解度。,四、沉淀與結晶分離技術,,（1）對于溶解度曲線隨溫度變化敏感的物質，可選用變溫方法結晶分離；,（2）對于溶解度曲線隨溫度變化緩慢的物質，可采用移除一部分溶劑的方法分離。,四、沉淀與結晶分離技術,,結晶是

66、從均一的溶液中析出固相晶體的過程，包括以下三個步驟：,（1）過飽和溶液的形成,過飽和是結晶的首要條件，也是結晶過程的推動力。得到過飽和溶液的方法一般有4種：,① 冷卻熱飽和溶液,② 蒸發(fā)溶劑,③ 發(fā)生化學反應,④ 鹽析法,四、沉淀與結晶分離技術,,（2）晶體的生成,晶核：過飽和溶液中最初生成的微小晶粒，不斷生成并繼續(xù)成長為晶體，是晶體成長過程中必不可少的。,四、沉淀與結晶分離技術,,（3）晶體的成長,在過飽和溶液中，溶質質點在過飽和度推

67、動力作用下，向晶核或加入的晶種運動，并在其表面有序堆積，使晶核或晶種不斷長大形成晶體。所得晶體的大小取決于晶核形成速度和晶體成長速度的關系。,,大量晶核，產品小而多,,產品顆粒大而均勻,四、沉淀與結晶分離技術,,影響晶核形成速度和晶體成長速度的因素也就是影響結晶操作的因素。 影響因素有過飽和度、溫度、粘度、晶種、攪拌、雜質等。,五、色譜分離技術,原理：在色譜分析中，當流動相攜帶樣品通過色譜的固定相時，樣品分子與固定相分

68、子之間發(fā)生相互作用，使樣品分子在流動相和固定相之間進行分配。與固定相分子作用越大的組分向前移動速度越慢，與固定相分子作用越小的組分向前移動速度越快，經(jīng)過一定距離以后，由于反復多次的分配，使原本性質（沸點、極性等）差異很小的組分之間可得到很好的分離。,,色譜分離技術,創(chuàng)始人：茨維特（Tsweet） 用碳酸鈣作吸附劑，分離植物綠葉的石油醚萃取物得到黃色、綠色和灰黃色彼此分離的六個色帶。,,色譜分離技術又稱層析