第8講-清潔生產(chǎn)

污灌增加的原因：水土分布不均勻，華北、西北污水排放增加，農(nóng)業(yè)用水矛盾加大污水灌溉環(huán)境污染防治的補充分類：純污水灌溉（全年用污水灌溉）清污混灌（清水、污水混合使用或輪流灌溉）間歇污水灌溉（只在冬季或作物生長期迸行污水灌溉）以色列每年大約用３億ｍ３處理過的凈化水用于農(nóng)業(yè)灌溉，計劃２０１０年全國１／３的農(nóng)業(yè)灌溉將使用處理過的廢污水。日本與捷克使用生活廢污水經(jīng)過物理凈化或生化處理后即用于農(nóng)田灌溉西班牙采用噴灌方式對果樹進行污水灌溉，總面積為８０００ｈｍ２

我國污灌區(qū)面積不斷擴大大型污水灌溉主要分布在我國北方大中城市近郊區(qū)，如北京、天津、遼寧、山西和新疆地區(qū)占全國污水灌溉面積的85%污水灌溉的效益（1）提供灌溉水源引黃灌溉地區(qū)渠道老化退化廢棄情況嚴重污水灌溉緩解黃河水灌溉壓力，黃河兩岸污灌區(qū)面積達1.2×104

hm

2（2）提高土壤肥力污灌能增加土壤肥力：N、P、K營養(yǎng)元素污灌區(qū)污水排放量/104

t.d

-1NH4-NP/mg.L

-1K/mg.L

-1含量全量t.a

-1石家莊532038696西安467212089824保定1657.83375沈陽2630-502847-4745上海3021.2232110.7氨氮、磷、鉀分別比清灌區(qū)水質(zhì)高出70.6-93.5、11.4-27.7、12.2-13.0倍污灌增加腐殖質(zhì)含量，污灌12年后土壤中腐殖質(zhì)含量為2.9%，清灌區(qū)僅為1.9%；土壤中胡敏酸含量也顯著增加，污灌20年與13年其含量分別為9.6%與4.7%，清灌區(qū)只有1.8%。（2）提高土壤肥力污灌改善了土壤物理性質(zhì)

增加土壤小團粒，降低土壤密度與堅實度，更加有利于作物生長

小麥、玉米耕作層，在清灌區(qū)土壤密度為1.38g.cm-3、孔隙度為48.3%；污灌區(qū)土壤密度1.33g.cm-3、孔隙度為49.8%（2）提高土壤肥力污灌增加土壤微生物活性

春季增加幅度較大，污灌區(qū)農(nóng)田土壤中細菌總數(shù)是非污灌區(qū)的4–25倍

細菌變化較大，放線菌、真菌數(shù)量增加；青霉、曲霉、交鏈格孢霉均顯著增長。增加土壤肥力改善土壤物理性質(zhì)污灌能增強土壤微生物活性增加作物產(chǎn)量每年凈增糧食6×108kg；西安：22515–3000kg/hm2(80年代)沈陽：3750–4500kg/hm2(1988年)指標/mg.L

-1灌溉含量灌溉后2d灌溉后4d含量凈化效果/%含量凈化效果/%SS6592536211283總氮13.141.5288.51.4289.4氨氮10.860.2297.50.09699.0BOD518.764.0278.6384溶解氧2.074.80-6.64-生活污水灌溉農(nóng)田的凈化效果污灌的凈化機制(1)理化吸附和交換吸附作用——土壤(2)生物氧化作用——土壤動物與微生物(3)化學和光化學降解——日光輻射(4)植物的吸收和代謝——植物污灌存在的問題(1)有機質(zhì)過多消耗土壤中的氧氣，導致缺氧環(huán)境；(2)微量元素過多，對植物產(chǎn)生毒害；(3)油過多，堵塞土壤空隙，隔絕氧氣，加速土壤的還原；(4)有害物質(zhì)（重金屬、有機氯等）破壞農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定；(5)城市和醫(yī)院污水造成病原菌污染。生物防治技術(shù)研究熱點微生物處理技術(shù)植物修復技術(shù)富營養(yǎng)化治理1、污泥法除氮三段污泥法（生物除氮經(jīng)典方法）：去除BOD硝化脫氮堿硝酸氮去除率達70%以上聚磷菌聚磷菌2、活性污泥法除磷磷去除率達93%以上3、高等水生植物：水葫蘆、眼子菜水葫蘆又稱鳳眼蓮眼子菜大面積水葫蘆聚集在福建水口電站壩前，船舶通行受阻4、建立良好的水生生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)者：植物消費者：動物分解者：微生物高等植物必須達到初級生產(chǎn)者、消費者和分解者在種類和數(shù)量上達到平衡木槿葉：吸收含氯有機物，對SO2吸收量極高抗性和吸收大氣污染物植物的選擇泡桐：對SO2、Cl2、HCl、HF等吸收夾竹桃：在高濃度的SO2環(huán)境能正常生長，對粉塵、煙塵有吸收

依靠森林群落凈化大氣污染物質(zhì)森林凈化大氣污染物質(zhì)的能力很強1hm2森林的凈化效率：O3：9.6×104t/aSO2:748t/aCO:2.2t/aNox:0.38t/aPAN:0.17t/aA、森林群落結(jié)構(gòu)越復雜，疏密度適中（0.5—0.7）凈化效率越大；B、植物凈化（大氣）能力與抗性能力相結(jié)合．喬、灌、草相結(jié)合，因地制宜，合理配置。林帶能阻滯氣流的速度，使空氣中夾持的污染物在林前大量沉降；由于氣流遁過林帶，在林帶內(nèi)被植物吸附和吸收。城市居民每人約需60m2的綠地，住宅區(qū)每人要保持28m2.澳大利亞的堪培拉綠地已占該城面積的58.5%，人均綠地面積達70.5m2主要研究內(nèi)容：與污染控制有關(guān)的化學機制以及工藝技術(shù)中的化學基礎(chǔ)性問題。終端污染控制模式研究模式：

清潔生產(chǎn)/污染預防模式污染控制化工技術(shù)——清潔生產(chǎn)

研究目的（綠色化學）從化學反應入手從根本上減少或消除環(huán)境污染，并創(chuàng)造出產(chǎn)污系數(shù)低、資源消耗最少的先進工藝技術(shù)。發(fā)展方向原材料的循環(huán)使用和廢棄物資源化等技術(shù)的研究與開發(fā)。清潔生產(chǎn)/污染預防模式對生產(chǎn)過程，要求節(jié)約原材料與能源，淘汰有毒原材料，減降所有廢棄物的數(shù)量與毒性；對產(chǎn)品，要求減少從原材料提煉到產(chǎn)品最終處置的全生命周期的不利影響。微生物燃料電池電池中含有鎘、錳、汞、鎳、鋅等金屬焚燒：產(chǎn)生金屬富集程度極高的飛灰造成嚴重的大氣污染；填埋：重金屬溶解滲入下面土層和含水層，直接污染水體或土壤堆肥：同堆肥中其他產(chǎn)品反應，加速重金屬溶出，通過食物鏈進入人體。傳統(tǒng)處理方式：焚燒、填埋、堆肥微生物燃料電池土壤燈土壤時鐘橙子時鐘涂料清潔生產(chǎn)工藝苯——劇毒溶劑，破壞神經(jīng)系統(tǒng)和造血組織甲苯、二甲苯——損害神經(jīng)系統(tǒng)，破壞臭氧層甲醛——損害呼吸道及內(nèi)臟，刺激眼角膜乙二醇醚類溶劑——損害血液循環(huán)系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)有毒有害涂料VOC(揮發(fā)性有機化合物)涂料清潔生產(chǎn)工藝以水作為溶劑固體含量在60%以上無溶劑體系，利用光照，在光引發(fā)劑作用下，在物體表面結(jié)膜固體廢物資源化固體廢物資源化：

采取管理和工藝措施從固體廢棄物中回收有用的物質(zhì)和能源。處置固體廢物并把它轉(zhuǎn)化為可供人類利用的資源越來越引起人們的重視。

美國1965年制定《固體廢物處置法》，1970年修訂成為《資源回收法》，1976年又修訂成為《資源保護再生法》；中國1979年制定的《關(guān)于工業(yè)“三廢”綜合利用的若干規(guī)定》深圳廢料回收公司美國廢棄物回收工業(yè)協(xié)會（ISRI）德意志聯(lián)邦共和國化學工業(yè)協(xié)會最早建立廢物交換制度，并與鄰國奧地利、盧森堡、荷蘭、比利時、丹麥等簽訂合作協(xié)議；西歐共同體商工委員會于1978年建立廢物交換市場。北歐的瑞典、丹麥、芬蘭和挪威建立了北歐廢物交換所一、廢物生產(chǎn)單細胞蛋白（一）什么是單細胞蛋白？單細胞蛋白（Single-Cell-Protein,簡稱SCP)一詞是由美國麻省理工學院（MIT)的CarrollWilson教授于1966年首先提出的。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)

——輕工業(yè)重要原料蛋白質(zhì)

——醫(yī)藥業(yè)重要原料傳統(tǒng)蛋白質(zhì)的來源：動物蛋白植物蛋白1、SCP——微生物蛋白通過培養(yǎng)單細胞生物而獲得的菌體蛋白質(zhì)。1967年在第一屆世界單細胞蛋白會議上，將微生物菌體蛋白統(tǒng)稱為單細胞蛋白。包括細菌、放線菌中的非病源菌、酵母菌、霉菌和微型藻類等。2、生產(chǎn)蛋白的微生物假單胞菌假絲酵母綠色木霉藻類主要生產(chǎn)SCP的微生物比較：3.開發(fā)SCP的意義世界人口激增，糧食方面僅靠植物的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，其增長率已趕不上世界人口的增加率；人民生活水平不斷提高，對動物蛋白的需求量加快；糧食不足中最嚴重的是蛋白質(zhì)問題食品蛋白質(zhì)的短缺與微生物蛋白質(zhì)利用的可能性促進了SCP的生產(chǎn)與開發(fā)，在60-70年代SCP受到世界科技界和工業(yè)界的注目；1967年召開了第一次SCP會議，并確認開發(fā)SCP是解決糧食飼料的重要途徑之一。SCP的營養(yǎng)價值微生物菌體的70％～85％為水分，干物質(zhì)中的主要成分是糖類、蛋白質(zhì)、核酸、脂類及灰分。SCP干物質(zhì)中蛋白質(zhì)含量：細菌：60％～80％小球藻：55%~60%

酵母菌：45％～55％絲狀真菌：30％～50％4、SCP的特點大豆：35%～40%

（1）SCP營養(yǎng)豐富：氨基酸的組成較為齊全；單細胞蛋白中還含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質(zhì)，以及豐富的酶類和生物活性物質(zhì)利用單細胞蛋白生產(chǎn)蛋白飼料優(yōu)于馬鈴薯渣制品飼料（2）生產(chǎn)原料來源廣、價格低廉利用某些工農(nóng)業(yè)廢棄物還可實現(xiàn)環(huán)境保護！原料糖質(zhì)原料石油化工產(chǎn)品氫氣和碳酸氣石油原料（3）生產(chǎn)速率高一般蛋白質(zhì)生產(chǎn)速度同生物體重的倍增時間成正比。微生物的倍增時間比牛、豬、雞等快千萬倍。20-120min2-6h1–2周1–2月4–6周（4）勞動生產(chǎn)率高生產(chǎn)不受季節(jié)氣候的制約，易于人工控制；在大型發(fā)酵罐中立體式培養(yǎng)SCP工廠10萬噸酵母/年45%蛋白質(zhì)年產(chǎn)4.5萬噸蛋白質(zhì)1畝大豆田200kg大豆/年40%蛋白質(zhì)年產(chǎn)80kg蛋白質(zhì)1個SCP工廠=562500畝土地所產(chǎn)的大豆（5）單細胞生物易于誘變比動、植物品種容易改良可采用物理、化學、生物學等方法定向誘變育種，獲得蛋白質(zhì)含量高、質(zhì)量好、味美并易于提取蛋白質(zhì)等優(yōu)良菌種。5、SCP生產(chǎn)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢以純培養(yǎng)的微生物作為食物始于第一次世界大戰(zhàn)期間，當時西歐主要以糖蜜為原料生產(chǎn)食用和飼用酵母。在二戰(zhàn)期間，德國用木糖生產(chǎn)食用酵母，第一次工業(yè)化生產(chǎn)了SCP作為人們的食品。二戰(zhàn)的德國科技——“人造肉”德國燃料化學家柏吉烏斯，1933年以后進行了合成食物的技術(shù)的開發(fā)改良；利用酵母菌體生產(chǎn)的蛋白營養(yǎng)價值很高，含有人體必需的8種氨基酸，一般成人每天吃干酵母10～15g。亞硫酸紙漿廢水——酵母蛋白產(chǎn)量達11000噸，最高年產(chǎn)達5萬噸，作為軍需蛋白質(zhì)食品。1955年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織的蛋白質(zhì)咨詢組織(PAG)制定了有關(guān)SCP研究的指導方針。60年代，英國B.P.公司利用微生物脫去石油中的蠟，同時生產(chǎn)飼料酵母作為副產(chǎn)品，從此石油蛋白問世。解決了工業(yè)化生產(chǎn)問題食品安全性受到挑戰(zhàn)70年代后，不少國家相繼建廠，投入生產(chǎn)。發(fā)展到利用甲烷、甲醇、乙醇、乙酸等為原料生產(chǎn)SCP；80年代，甲醇SCP在英國已經(jīng)工業(yè)化，SCP工廠的建立曾被列為生物工程的首項成就。目前，對于開發(fā)生產(chǎn)SCP的廉價原料特別是植物纖維素的利用已成為研究的熱點；利用無限再生的二氧化碳為碳源的自養(yǎng)微生物制造SCP的研究也受到重視，包括藻類、光合細菌和氫細菌為最有希望。第一類為農(nóng)作物類代食品：水稻、小麥等的葉、稈、根及玉米皮、稻谷殼等，以及薯類作物的葉、莖、根三年困難時期：代食品第二類為野生代食品：榆樹葉、樹皮、野莧菜、洋槐葉、沙棗之類。第三類為小球藻、紅萍等浮游植物：1960年7月6日，《人民日報》的社論《大量生產(chǎn)小球藻》明確提出，小球藻不僅是很好的精飼料，而且具有很高的食用價值“人造肉精稱為三年自然災害時期主要的代食品”白地毛霉淘米水、涮鍋水、殘菜幫、爛水果、樹葉、野草、野菜、農(nóng)作物根莖葉20℃～30℃，2-3d

四類指合成類代食品，如“人造肉精”、“人造肉”

（三）生產(chǎn)SCP的基質(zhì)1、烴及其氧化衍生物石油烴、天然氣及其氧化物（甲醇、乙醇、醋酸等）2、農(nóng)林牧產(chǎn)品加工工業(yè)的固體廢料、廢水木材加工的木屑、刨花、鋸末等造紙工業(yè)的亞硫酸鹽紙漿廢水、廢紙制糖的蔗渣、廢糖蜜等“變廢為寶”，多種用途3、城市有機垃圾和農(nóng)村農(nóng)產(chǎn)廢物4、工業(yè)廢氣

火電廠、鋼鐵廠等排出的CO、CO2、SO2等廢氣（四）SCP生產(chǎn)的工藝技術(shù)單細胞蛋白生產(chǎn)的一般工藝過程pH值與溫度（五）單細胞蛋白生產(chǎn)中應該考慮的問題1、核酸含量高，這可能會危害某些生理功能紊亂癥患者的健康：食品中核酸轉(zhuǎn)化為尿酸的過程如下：2、毒性物質(zhì)存在的可能性（如從培養(yǎng)基中吸收重金屬，微生物自身產(chǎn)生毒素等）；3、在人類消化管道中消化得很慢，會使使用者產(chǎn)生消化不良或過敏等癥狀。二、纖維質(zhì)原料生產(chǎn)酒精乙醇作為燃料的優(yōu)點有：

1

產(chǎn)能效率高；

2在燃燒過程中不生成有毒的一氧化碳，其污染程度低于其他常燃料所造成的污染；