环境管理_生态环境材料与资源循环利用

第九章生态环境材料与资源循环利用 小组成员 李恺峰张巧君邱学武陈珍珍 材料概论 开讲啦 主讲人 纪道朋 9 1环境 资源与污染 9 1 121世纪人类面临的三个问题 资源枯竭 自然资源是指在一定经济和技术条件下 自然界可以被人类利用的物质和能量 又分为有限资源与无限资源 近200年来 人类在利用自然资源创造巨大财富的同时使得地球面临严重资源枯竭 环境污染 破坏严重 近年来全球气候变暖 臭氧层空洞 生物多样性减少 酸雨 土地荒漠化等问题深刻影响了全球生态环境 给各国人民造成困扰 人口增长过快逼近地球极限 在此不赘述 Resourcedepletion 目前 由于对自然资源无限的索取 自然资源动态平衡遭到严重破坏 从而造成全球性的资源危机 特别是有限非再生资源迅速消耗 使得整个地球众多资源面临短缺或枯竭 如淡水资源日益缺乏 森林资源严重破坏 生物物种濒临灭绝 各类矿物资源日渐枯竭 特别是能源枯竭不仅严重影响现在经济的发展 且不利于未来可持续发展 资源枯竭 environmentalpollution 目前 全球环境状况已经到了非常严峻的情形 每年 全世界有30亿吨各类工业废渣 5000亿吨各种污水排入环境 这些污染物进入环境后 将以公害的形式给人类带来严重灾难 尽管发达国家的空气污染 水污染等环境问题得到了一定程度的治理 但是并没有从根本上解决经济发展中产生的各种环境污染 环境污染 9 1 2我国当前环境 资源现状 中国各项主要资源分布图 中国各项主要资源分布图 中国各项主要资源分布图 中国各项主要资源分布图 中国各项主要资源分布图 12 环境污染严重 WARNING 9 1 3材料与环境污染 科学是一把 材料与环境污染 材料的使用 发现和发明使人类在与自然界的斗争中 走出蒙昧混沌的的时代 发展到科学技术高度发达的今天 然而 材料在提取 制备 生产 使用及废弃的过程中往往消耗大量的资源与能源 造成能源短缺 资源消耗过度甚至枯竭 并排放大量的污染物 造成环境破坏 这种对自然资源的污染与破坏在18世纪后期第一次技术革命开始后进入飞快加速并难以弥补的地步 双刃剑 20世纪世界十大公害事件 1 马斯河谷烟雾事件1930年12月发生在比利时马斯河谷工业区 12月1日到5日的几天里 河谷上空出现了很强的逆温层 致使13个大烟囱排出的烟尘无法扩散 大量有害气体烟尘和二氧化硫积累在近地大气层 对人体造成严重伤害 一周内有60多人丧生 这是本世纪最早记录的公害事件 2 洛杉矶光化学烟雾事件1943年5 12月 美国西海岸的洛杉矶市 汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应 形成浅蓝色烟雾 使该市大多市民患了眼红 头疼病 后来人们称这种污染为光化学烟雾 20世纪世界十大公害事件 3 多诺拉烟雾事件1948年10月26日 发生在美国的宾夕法尼亚州多诺拉镇 有许多大型炼铁厂 炼锌厂和硫酸厂 清晨 大雾弥漫 受反气旋和逆温控制 工厂排出的有害气体烟尘和二氧化硫扩散不出去 17人死亡 4 伦敦烟雾事件1952年以来 伦敦发生过12次大的烟雾事件 祸首是燃煤排放的烟尘和二氧化硫 烟雾逼迫所有飞机停飞 汽车白天开灯行驶 行人走路都困难 烟雾事件使呼吸疾病患者猛增 1952年12月那一次 5天内有4000多人死亡 两个月内又有8000多人死去 20世纪世界十大公害事件 5 水俣病事件1953年发生在日本熊本县水俣镇 一家氮肥公司排放的废水中含有汞 这些废水排入海湾后经过某些生物的转化 形成甲基汞 这些汞在海水 底泥和鱼类中富集 又经过食物链使人中毒 当时 最先发病的是爱吃鱼的猫 中毒后的猫发疯痉挛 纷纷跳海自杀 也就猫跳海事件 6 骨痛病事件19551972年镉是人体不需要的元素 日本富山县的一些铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水 废水在河流中积累了重金属镉 人长期饮用这样的河水 食用浇灌含镉河水生产的稻谷 就会得 骨痛病 病人骨骼严重畸形 剧痛 身长缩短 骨脆易折 20世纪世界十大公害事件 7 日本米糠油事件1968年发生在日本爱知等23个县 先是几十万只鸡吃了有毒饲料后死亡 人们没深究毒的来源 继而在北九州一带有13000多人受害 病人开始眼皮发肿 手掌出汗 全身起红疙瘩 接着肝功能下降 全身肌肉疼痛 咳嗽不止 这次事件曾使整个西日本陷入恐慌中 8 印度博帕尔事件1984年12月3日 美国联合碳化公司在印度博帕尔市的农药厂因管理混乱 致使地下储罐内剧毒的甲基异氰酸脂因压力升高而爆炸外泄 45吨毒气形成一股浓密的烟雾 以每小时5000米的速度袭击了博帕尔市区 死亡近两万人 受害20多万人 5万人失明 孕妇流产或产下死婴 受害面积40平方公里 数千头牲畜被毒死 20世纪世界十大公害事件 9 切尔诺贝利核泄漏事件1986年4月26日 位于乌克兰基辅市郊的切尔诺贝利核电站 由于管理不善和操作失误 4号反应堆爆炸起火 致使大量放射性物质泄漏 核电站周围的庄稼全被掩埋 少收2000万吨粮食 距电站7公里内的树木全部死亡 此后半个世纪内 10公里内不能耕作放牧 100公里内不能生产牛奶 这次核污染飘尘给邻国也带来严重灾难 这是世界上最严重的一次核污染 10 剧毒物污染莱茵河事件1986年11月1日发生在瑞士巴塞尔市 该市桑多兹化工厂仓库失火 近30吨剧毒的硫化物 磷化物与含有水银的化工产品随灭火剂和水流入莱茵河 顺流而下150公里内 60多万条鱼被毒死 500公里以内河岸两侧的井水不能饮用 靠近河边的自来水厂关闭 啤酒厂停产 有毒物沉积在河底 将使莱茵河因此而 死亡 20年 9 1 4发展循环产业解决环境污染与资源枯竭 产品 资源 再生资源 废弃物 无害物质 上循环解决资源短缺 大循环解决环境污染与破坏 使用完成 回收再生 资源重组 生物降解 制造 循环产业 Circulationindustry 实例1 食品包装产业的快速发展 开发新型的可食性环保包装材料被认为是实现食品包装产业可持续发展的重要手段 法国知名糖果公司将推 绿色包装盒 用蔗糖做成 这种提炼自植物的包装盒和传统的化学包装盒在外观上并无区别 这两种包装盒只是在塑料的制取方式上不一样 前者是从甘蔗中提炼的 后者是从石油中提炼的 循环产业 Circulationindustry 实例2 通过将回收的咖啡渣萃取成咖啡纱线母粒 再制成咖啡纱线并织成衣服 其纳米粒子相较于纯棉来说 可提供3倍以上的异味控制效果 咖啡渣天然崎岖不平的微小孔洞也是紫外线的最好屏障 能够折射 散射紫外线 可提供比纯棉高5倍以上的紫外线防护效果 在处理咖啡渣的过程中 还能提炼开发出咖啡香皂 洗发乳 沐浴乳 精油等其他产品 能够达到资源再循环的后续利用 循环产业 Circulationindustry 实例3 在新修的卫星路快速路高架桥下 有工人正在铺设绿色的路面 在卫星路南侧人行道旁 施工人员开辟出一条两米宽的绿色路面 几台小型压路机正在向世纪广场方向开去 绿色路面已经延伸出百余米距离 这条小路是沥青路面 之所以呈现绿色 是因为我们在沥青里添加了特殊的塑胶颗粒 刘向东介绍 除了绿色 红色 蓝色 黄色等颜色均可以按照需要进行施工 这种彩色沥青成本虽然比普通沥青高 但在施工时不用像普通沥青那样先加热乳化再铺设 每百吨能省下燃油两万余元 大量减少碳排放 与普通沥青路面相比 彩色沥青能提高施工效率 缩短1 5的工期 而且行车舒适 噪音小 这种材料绿色环保 是可以吃的 9 2生态环境材料 ecologicalenvironmentmaterial 9 2 1金属类生态环境材料 金属类生态环境材料 钢铁工业生态化思路 钢铁工业生态化的具体办法 其他工业实例 金属材料的生态设计 金属材料的生态设计方向是提高金属材料矿石开采 冶炼 生产 应用全过程中与环境的协调性 追求低环境负荷性 安全性 功能性和经济性 目前研究的重点是可循环金属材料设计 设计的要求是不使用循环再生中难以除去的元素 尽可能不使用枯竭性元素 不使用有毒元素 不采用再循环再生过程中难以分离的生产方法 钢铁材料作为人类社会应用最广 产量最大的金属材料 因此接来下以钢铁为例 阐述金属材料的环境协调化和循环再利用 注意听讲 钢铁工业生态化 Ecologicalsteelindustry 钢铁工业物质循环及生态化模式图 我国再生资源行业已迈向正轨 2009 9 2 2无机非金属 Inorganicnon metallic 类生态环境材料 传统无机非材料所面临主要环境问题 使用性能与环境协调性的矛盾突出 制备过程中能耗较高 排污严重 使用后很难再回收利用 31 无机非金属材料 Inorganicnon metallicmaterial 传统无机非金属材料 是人类社会生产活动与生活活动所必需的基础材料 主要有水泥 陶瓷 玻璃 耐火材料 耐磨材料等 其他诸如搪瓷 碳素材料 非金属矿物材料等 开讲啦 新型无机非金属材料 主要是指那些20世纪中期发展起来的 具有特殊性能和用途的材料 是多学科交叉的结果 主要包括先进陶瓷 非晶态材料 人工晶体 无机涂层 无机纤维等 9 2 2 2无机非金属材料的生态化设计 优先发展特种陶瓷 采用先进的生态陶瓷生产技艺 实施再循环利用 减少废弃物排放 节能降耗 选用标准原料 采用大吨位压砖机 采用压釉一体化 静压成型等 生态陶瓷 泡沫陶瓷 玻璃陶瓷 特种陶瓷 生物医学工程类材料 纳米技术内的陶瓷颗粒增强钛基复合材料 生态 生态水泥是针对 生态型 水泥工业而言的 也称之为绿色水泥 健康水泥 和环保水泥 生态水泥就是利用各种固体废弃物作为原燃料制造的水泥 这种水泥能降低废弃物处理的负荷 节约资源 能源 达到与环境共生的目的 是21世纪水泥工业生产技术的发展方向 水 泥 无机非金属材料生态化设计实例 生态水泥 大力发展新型干法水泥技术 推广水泥清洁生产技术 大力推进废弃物的综合利用 废弃物做水泥工业燃料 加强废热综合利用 实施能源开发与节约并举 生态水泥在生产生活中的利用 生态水泥制作的房子 生态水泥地砖 9 2 3高分子类 highpolymermaterial 生态环境材料 主要研究内容 高分 传统高分子材料的环境生态问题影响 高分子材料的大量生产和消费 必然会带来大量废弃 这种废弃表现在三个方面 一 废弃物种类繁多 涉及飞机内装材料 汽车零部件 橡胶轮等 二 废弃物数量巨大 世界每年所产生的塑料废弃物死其产量的60 70 橡胶废弃物约是其产量的40 三 绝大部分废弃物几乎不能自然降解 水解与风化 因此 高分子材料的生态化设计就显得尤其重要 9 2 3 2高分子生态环境材料的生态化设计 高分子材料零排放技术 可降解塑料 生物降解塑料 降解塑料的前景 高分子的生态化设计主要包括 环境负荷小的高分子合金设计 可再生循环高分子材料设计 热熔性加工性好的增强高分子材料设计 完全降解高分子材料设计 超长寿命高分子材料设计 功能高分子设计 高分子加工及使用过程中所产生的有害物质无害化处理技术 高分子材料再生循环工艺技术研究 高分子材料和产品的环境协调性评估及其软件数据库 9 3资源循环利用 在资源走向枯竭的今天 充分利用废弃物进行回收再生与再资源化具有重要意义 目前 世界各国正巨资投入从技术 政策 法律法规等方面研究资源再生与再资源化 金属材料再生 无机非金属材料再生 高分子材料再生 居民生活垃圾循环利用图 可回收资源循环利用流程图 9 3 1金属材料再生 以废钢铁再生为例 废钢铁回