废弃物资源化利用生态工程.ppt

第七章废弃物资源化利用生态工程 第一节概述第二节工业废弃物资源化生态工程技术第三节农业废弃物资源化生态工程技术 第一节概述 废弃物指在社会的生产 流通 消费等一系列活动中产生的 不再具有原来使用价值而被丢弃的物质 或是提取组分后弃之不用的剩余物质 废弃物种类 废弃物种类 废石堆 尾矿 煤矸石 排土场 弃渣场 采空区 秸秆焚烧 秸秆焚烧的残留物 垃圾 我国几种主要农林废弃物 第二节工业废弃物资源化生态工程 一 工业废弃物的生态效益工业固体废弃物指工业生产过程和工业加工过程产生的废渣 粉尘 碎屑 污泥等 包含各种有害成分 重金属 有机污染物 病原微生物等 由于固体废弃物来源途径不同 其污染途径也不同 见下页图 弃置堆存填埋 地下水 污泥 江 河 湖等地下水 废物处理地 食用植物 水生动植物 工业废弃物的生态效应 供水 肥料 改良土壤 人类食物 人类疾病 污水处理厂 悬浮大气颗粒 动物 奶 肉 污泥 燃烧 尘埃 大气 肺 皮肤 工业固体废弃物源 食用水生动植物 第二节工业废弃物资源化生态工程 二 工业废弃物资源化工程的基本模式1 糖厂废渣 包括滤泥 蔗渣 蔗髓等 100t甘蔗可产糖12t 蔗渣23t 含水50 和干滤泥0 7t 蔗渣纤维可造纸及制纤维板 滤泥的养分含量较高 可制取有机肥 但不同的制糖工艺养分差异很大 不同制糖工艺滤泥的成分 第二节工业废弃物资源化生态工程 二 工业废弃物资源化工程的基本模式2 酒精 味精厂高浓度有机废液传统的方法 氧化塘新方法 废液浓缩技术 作为有机肥的原料3 粉煤灰 燃煤电厂或工厂燃煤动力排放处理后可作为肥料资源4 其他 第二节工业废弃物资源化生态工程 三 工业废弃物资源化技术1 利用工业废料制有机肥制糖业发酵业造纸业化工工业 糖醛渣钢铁工业 钢渣电力工业 粉煤灰 糖蜜酒精纸浆废液 有机复合肥 废水处理 畜产品 饲料酵母 农产品 农田 工业废弃物资源化农业生态工程 制糖业发酵业造纸业 养殖场 化工工业 糖醛渣钢铁工业 钢渣电力工业 粉煤灰 粪便 粪便 饲料 第二节工业废弃物资源化生态工程 三 工业废弃物资源化技术2 工业废弃物作饲料利用发酵工厂的废液生产饲料酵母 东欧 俄罗斯 110 104吨 80 以上的酒精蒸馏液来生产饲料酵母 美 日 将酒精蒸馏液用多效蒸发器浓缩 干燥制成固体废料我国也生产酵母 104吨 和饲料酵母 1500吨 饲料酵母 小知识 用作畜禽饲料的酵母菌体 饲料酵母 指以碳水化合物 淀粉 糖蜜 以及味精 造纸 酒精等高浓度有机废液 为主要原料 经液态通风培养酵母菌 并从其发酵醪中分离酵母菌体 不添加其他物质 酵母菌体经干燥后制得的产品 呈浅黄色或褐色的粉末或颗粒 蛋白质的含量高 维生素丰富 其组成随原料和菌种而异 各种饲料的名称常冠以原料名 以表示其特点 如亚硫酸盐纸浆废液酵母 糖蜜酵母 乳清酵母 正烷烃酵母 甲醇酵母等 饲料酵母粉 益生素饲料酵母粉 高活性干酵母 第二节工业废弃物资源化生态工程 一 污泥资源化技术工业和生活污水沉积出来的固体物质 二 垃圾处理 污泥产量 美国目前所积累的干污泥的总量已达到1000万吨欧洲各国总量达660万吨日本为240万吨至2005年法国每年产干污泥达1200万吨目前我国每年排放干污泥约为550 600万吨 城市污泥成分分析 城市污泥的特征城市污泥不同于其他的固体废物 它具有以下几个主要特征 1 含水率高 一般达到70 以上 2 微生物 病原体含量高 3 恶臭 同时向大气排放温室气体污染环境 4 超细粉末 在热干燥处理过程中存在较大的危险 5 含有重金属和有机污染物 污泥主要组分及其元素在其中的分布 干物质计 中国和英国 美国 瑞典城市污泥中重金属的含量 城市污泥中的重金属的迁移转化及其生态效应 城市污泥 农业利用 填埋 焚烧 填海 土壤污染 水体污染 大气污染 植物 人 动物 城市污泥中的重金属的迁移转化及其生态效应 城市污泥 农业利用 填埋 焚烧 填海 污染 污染 污染 植物 人 动物 污泥农用情况荷兰 占55 其次是丹麦 法国和英国 占45 美国占25 我国对污泥农用资源化的理论研究与实践均相差甚远影响污泥农用的最主要限制因素Cu Pb Zn Ni Co Cr Hg Cd Mo等重金属存在 农业上利用注意 1 处理病原体消化处理 堆肥 在70度下进行30分钟低温杀菌 添加石灰 将pH值调至12 4以上 用氯将污泥进行稳定化处理和杀菌 农业上利用注意 2 为减少重金属污染 应严格控制排放 3 作为肥料 有3种方法 直接使用 干燥污泥及制成复合肥料 利用特定的动物 植物和微生物吸收 降解重金属 1 动物 2 微生物 3 植物 生物处理措施 利用特定的动物 植物和微生物吸收 降解重金属 1 动物 蚯蚓和某些鼠类 2 微生物 细菌产生的特殊酶能还原重金属 且对Cd Co Ni Mn Zn Pb和Cu等有亲合力 3 植物 植物修复 Phytoremediatio 超量累积植物 Hyperaccumulator 生物处理措施 1土壤蚯蚓的特性 喜温 15 25 为最佳温度 喜湿 怕干 蚯蚓体内含水量80 左右 喜暗 怕光 蚯蚓昼伏夜出 喜空气 喜静 疏松饵料有利于蚯蚓生长 利用蚯蚓在处理农业有机废弃物和生活污水上的应用 蚯蚓处理农业有机废弃物的方式有机废弃物 蚯蚓的消化系统 分解转化 成为自身营养物质 蚓粪 农田肥料 蚯蚓在处理生活污水上的应用 下图 微生物修复 土著微生物外来微生物基因工程菌采用基因工程技术 将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌 用于生物修复的其他生物这些生物包括藻类 微型动物 植物等 难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转化微生物 适宜的环境条件 营养微生物的生长需要维持一定量的C N P营养物质及某些微量营养元素 电子受体环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧化分解时需耗氧 有毒有害有机污染物的化学性质污染现场和土壤的特性 微生物在环境污染治理中的作用 微生物对有机污染物的降解与转化微生物是自然界中的分解者 在好氧条件下 它能将有机污染物彻底氧化 分解成CO2 H2O SO42 PO43 NO2 NO3 等无机物 在厌氧条件下 能将有机物降解 转化成小分子有机酸 CO2 H2 CH4等 因此 微生物是生物修复中污染物降解的主力军 微生物对重金属的转化与固定微生物虽然不能降解重金属 但是可以降低其毒性 并可将其累积在菌体内使之固定 汞的去甲基化及还原例如 蓝绿色假单胞菌 变形杆菌可使汞离子转化成元素汞 经10小时后挥发掉的汞可达75 假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞 累积及固定重金属在微生物累积重金属方面 已阐明同细胞内金属硫蛋白 Metalothioneins 简称MT有关 MT是一种低分子量的细胞质蛋白 同Hg Zn Cd Cu Ag等重金属有强烈的亲和性 结果使重金属富集并抑制其毒性 重金属污染是土壤污染的重要构成 土壤的重金属污染具有隐蔽性或潜伏性 不可逆性和长期性 造成的后果很严重 影响对象广泛 影响区域广 危害人口多 严重地威胁着农产品的安全和人体的健康 重金属污染的菌根修复 直接结果 重金属制约植物 尤其是农作物 的生长 造成严重减产间接结果 重金属通过食物链进入人体 危害人体的健康 全国每年仅因重金属污染而减产粮食1000多万吨 另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨 合计经济损失至少200亿元 大宝山 矿水随意排放 拦泥坝形同虚设 翁源县上坝 癌症村 死者名单 1987 2005年计250名 何新韶男 76岁 2005年4月死于食道癌何兆南男 41岁 2005年1月死于肺癌梁寿财男 40岁 2004年8月死于肝癌何先福男 25岁 2004年7月死于骨癌和肺癌何俾模男 79岁 2004年5月死于食道癌何来发男 74岁 2004年5月死于癌症何石保男 51岁 2004年3月死于食道癌曾细花女 42岁 2004年1月死于肝癌 南方都市报2005年11月18日 珠江三角洲 经济增长 污染加剧 广东省珠江三角洲重金属污染现状 根据国家环保总局牵头完成的 典型区域土壤环境质量状况探查研究 2002 2005 的分析 珠江三角洲地区土壤环境质量状况从总体上看较为严重 主要表现为污染面积广 污染物种类多 污染危害大 广东省珠江三角洲重金属污染现状 珠江三角洲农田的重金属污染严重 土壤污染导致部分地区20 30 的蔬菜出现重金属超标 珠三角地区20 的农田灌溉水源都受到了汞污染 国内外重金属污染治理的现状与问题 原位钝化 去除重金属 污染土壤的修复 植物修复 AM真菌 促进植物根系吸收养分增强植物对多种生物 非生物胁迫的抗性影响植物的群落结构 AM真菌 又称丛枝菌根真菌ArbuscularMycorrhizalfungi 提高植物对重金属胁迫的抗性 菌根修复 分泌螯合物 土壤中钝化重金属菌丝吸附重金属细胞膜选择性地阻碍重金属细胞质中钝化重金属向外排放重金属液泡中分隔重金属 可以促进植物对重金属离子的吸收 可能降低重金属离子在土壤中的移动性 植物修复 Phytoremediation 就是筛选和培育特种植物 特别是对重金属具有超常规吸收和富集能力的植物 种植在污染的土壤上 让植物把土壤中的污染物吸收起来 再将收获植物中的重金属元素加以回收利用 植物提取 Phytoextraction 植物挥发 phytovolatilization 植物稳定或固化 Phytostabilization 根系过滤 Rhizofiltration 植物修复的主要方式 植物降解 Phytodegradation 植物吸收污染物后 在体内同化污染物或释放出某种酶 将有毒物质降解为无毒物质植物提取 Phytoextraction 指利用超积累植物从土壤中吸收重金属 并将其转运和储存到该植株的可收割部分 植物固定 Phytostabilization 植物通过改变土壤的化学 生物 物理条件来抑制其中的污染物 使其发生沉淀或被束缚在腐殖质上 减少它对生物和环境的危害植物挥发 Phytovolatilization 植物吸收污染物后 将其降解 散发到大气中 或把原先非挥发性的污染物变为挥发性污染物送入大气中 如有毒的Hg2 经植物挥发后变成了低毒的Hg 高毒的硒变成了低毒的硒化物气体 根际根滤 Rhizofiltraction 通过植物根系吸收 沉淀水中的污染物来达到修复目的 它与植物提取的异同之处 都是使污染物在植物体表或体内富集 但根滤只发生在植物根系或植物的水下部分 而植物萃取引起的污染物的富集出现在植物地上部分 而不是在根系中 2 典型的植物修复过程 过程修复目标污染物介质污染物所用植物应用状态植物提取提取收集土壤 污泥 蜈蚣草 遏蓝菜实验室污染物沉积物 印度芥菜中试试验 根际过滤提取收集地下水 放射性元素印度芥菜实验室污染物地表水重金属向日葵 水葫芦中试植物稳定污染物稳定土壤 污泥 印度芥菜沉积物 向日葵 草工程应用植物挥发从介质中提地下水 土壤 杨树 桦树实验室取污染物挥沉积物 污泥印度芥菜野外工程应用发至空气中有机氯溶剂 3 典型重金属超积累植物 典型的超积累植物种元素超积累植物元植物种名地上部分素含量要求元素含量 100天蓝遏蓝菜1800 1000天蓝遏蓝菜10200 1000高山甘薯12300 10000粗脉叶澳洲坚果51800 1000九节木属47500 1000圆叶遏蓝菜8200 10000天蓝遏蓝菜51600Se 100蜈蚣草2015 mg kg 砷污染土壤的植物修复基地 湖南郴州 在湖南郴州市建立了世界上第一个砷污染土壤的植物修复基地 面积13亩 在含砷80mg kg的土壤中 通过种植生长迅速的砷超富集植物 蜈蚣草 每年可以从土壤中吸走20kg砷 ha 砷去除效率约12 遏蓝菜 Thlaspicaerulescens 两种生态型东南景天在自然条件下的生长状况GrowthoftwoecotypesofSedumalfrediiHundernaturalcondition 目前 世界上已经发现Cd Co Cu Ni Pb Mn Zn超富集植物400多种 其中73 为Ni的超富集植物 成本低 据美国实践 种植管理费用在每1ha200一10000美元之间 比物理化学处理的费用低几个数量级不会破坏土壤的生态环境 可以增加土壤的有机质含量 激发微生物的活动 更有助于固定土壤 控制重金属污染土壤容易形成的风蚀和水蚀现象 蒸腾作用可以防止污染物向下迁移 同时可以把氧气供应给根际 有利于有机污染物的降解 植物修复的不足 超累积植物通常具有以下不足只能积累某些元素 还未发现能积累所有关注元素 Pb Cd As Cu等 的植物 生长缓慢 生物量低且植物物种受到地理气候条件的限