烟草废弃物利用研究

烟草废弃物利用研究（精选9篇）

烟草废弃物利用研究 篇1

烟碱是烟草中一种主要生物碱,存在于烟草全株,特别是烟叶中。烟碱有独特的二相作用,在温度低于60 ℃ 时,可在水中以任意比混溶,且极易溶于三氯甲烷、苯、乙醚、石油醚等大多数有机溶剂。烟碱有剧毒且具有高挥发性,但在常温下挥发率较低。少量烟碱会使中枢神经兴奋但并不会直接对人体造成伤害,但是大剂量的烟碱会抑制中枢神经系统,会引起呕吐以及恶心,严重时可能导致死亡[1,2,3]。因而作为烟草中天然吡啶型生物碱的主要成分,烟碱在农业上可以作为植物杀虫剂,具有快速降解且无残留等优点; 目前配制油料、蔬菜、水果、粮食、牧草等农作物杀虫剂的是40% 的硫酸烟碱。

在开发高新技术产品方面,高纯度的烟碱也应用在其中。 高级香烟的改良剂也是由烟碱制得的柠檬酸烟碱。又因为烟碱对神经系统具有兴奋和麻痹作用,在医药业方面可用于研究治疗蛇虫咬伤、皮肤瘙痒、无名肿痛等症状的药物; 烟碱经氧化后可以得到烟酸,广泛应用于食品方面以及化工医疗方面。随着我国化工、农业、医药工业的发展,烟碱在市场上的需求量大,尤其是对于高纯度的烟碱需求量更大。

目前从烟叶中提取烟碱的常见方法有离子交换法[4,5]、水蒸汽蒸馏法[6,7]、萃取法[8,9]等。采用离子交换法提取烟碱的操作周期较长、产品的得率也较低而且树脂容易引起中毒,不利于工业推广,需要进一步研究。水蒸汽蒸馏法流程简单、操作方便,但不足之处是处理设备太过庞大,效率较低,所得到的烟碱产品纯度较低,不能够满足市场上对高纯度烟碱的需求,在工业方面已经很少应用。萃取法已经有一定工业基础, 其中的有机溶剂可以选择乙醚、氯仿、氯乙烯烃等。本文以废弃烟叶为原料,利用浸提法提取烟碱,采用单因素试验和正交试验法考察了浸提时间、浸提温度、Na OH浓度等因素对烟碱提取率的影响,获得了浸提烟碱的最佳工艺条件。

1实验部分

1.1试剂和仪器

氢氧化钠、浓硫酸均为分析纯,购自国药集团化学试剂公司。蒸馏水为实验室自制。

电子分析天平,抽滤机,数显恒温水浴锅,高速万能粉碎机,电热干燥箱,紫外可见分光光度计。

1.2实验方法

1.2.1烟碱浸提实验

分别配制 氢氧化钠 浓度为0. 8% 、0. 747% 、0. 5% 、 0. 253% 。将烟茎在干燥箱中50 ℃ 下干燥,粉碎过筛后。称取干燥后烟茎粉末2. 5 g,置于250 m L烧杯中,用配好的氢氧化钠溶液浸泡,在恒温水浴锅中加热,搅拌浸提,设置好浸提温度与时间,一定时间后趁热抽滤,得提取液; 取滤液,滤液稀释100倍。用式( 1) 计算烟茎中烟碱的含量。

式中: 1. 059是校正系数; F是产品稀释倍数; 34. 3是烟碱在水溶液中比消光系数; V为得到产品体积; D259、D236和D282是指紫外分光光度计测紫外光区在259 nm、236 nm和282 nm三处测定吸收峰峰面积。

1.2.2分析方法

采用单因素分析方法考察浸提时间、浸提温度、Na OH浓度等因素对烟碱提取率的影响。

采用正交试验法获得最佳烟碱提取工艺条件。以烟碱的提取率作为主要的评价指标,考察浸提时间、浸提温度、Na OH浓度对烟碱提取率的影响。

2结果与讨论

2.1正交实验分析

根据预先设计好的正交实验方案,测定不同条件下烟碱的提取率。实验结果如表1,计算结果如表2。

烟碱提取率Y与Na OH浓度( X1) 、浸提时间( X2) 、浸提温度( X3) 之间的回归系数方程可用式( 2) 表示。

对式( 2) 中各系数进行了分析,如表3所示。此外还计算出式( 2) 相关系数R = 0. 7846,决定系数R2= 0. 6156,F值 = 0. 8895,p - 值 = 0. 5872,剩余标准差S = 0. 4193。

2.2单因素分析

2.2.1不同浸提时间

当浸提温度为室温,不加Na OH溶液时,浸提时间对烟碱提取率的影响如图1所示。

由图1可以得出,烟碱提取率随着浸提时间的增加,先是慢慢增加后又开始降低。对该现象可能的解释是,开始浸提阶段主要是扩散作用,时间越长,烟碱浸出的越多,但是由于存在浓度平衡,当达到一定的浓度后,即使继续增加浸提时间, 也将不再有烟碱浸出。所以当时间增加到一定程度后烟碱的浸提率没有继续升高,反而是下降的趋势。

2.2.2不同NaOH浓度

用Na OH溶液浸泡烟叶能够将其中的烟碱溶解到水中,它就是游离的烟碱,因此Na OH溶液可以很好的将烟碱浸泡出来。Na OH浓度分别为0. 80% 、0. 747% 、0. 50% 、0. 253% ( 浸提时间4 h、温度为室温) 与提取率之间的关系如图2所示。从图中可以看出烟碱的提取率随着Na OH浓度的增加先是降低而后慢慢增加,烟叶用0. 8% Na OH溶液浸提效果最高。分析其可能的原因是Na OH溶液浓度的逐渐提高,使得烟碱在水相中的溶解度下降,烟碱提取率降低,但是烟叶中大部分的烟碱都是以弱酸弱碱盐的形态存在,因为水平衡,p H值越高时,游离烟碱含量增加。从而Na OH浓度升高时,烟碱提取率又有所上升。

2.2.3不同浸提温度

由图3可以得出,烟碱提取率随着温度的逐渐升高,刚开始是慢慢升高,然后是降低。温度较低时,升高温度,烟碱的提取率慢慢升高,但是当升高到一定温度时,会使烟叶中烟碱不能够充分的浸泡出来。在70 ℃ 温度下,浸提效果较好。分析其原因可能是由于烟碱的溶解是一个吸热的过程,温度升高利于烟碱提取,但随着温度持续升高,烟碱提取率降低。70 ℃ 溶解程度最大,70 ℃ 以上时溶解程度降低,烟碱提取率下降。

2.3最佳提取工艺的验证

由正交实验结果和单因素分析获得最优条件: Na OH浓度为0. 8% 、浸提时间为3. 9 h、浸提温度为70 ℃ 时测得的烟碱含量最高为1. 0060% 。

为进一步验证最佳的工艺条件: Na OH浓度为0. 8% 、浸提时间4 h、浸提温度为70 ℃ ,进行验证实验结果见表4。

3结论

本实验通过正交试验设计法和单因素分析法研究了不同的Na OH浓度、浸提温度、浸提时间对烟碱提取率的影响,实验结果表明最佳烟碱提取条件: Na OH浓度0. 8% 、浸提温度70 ℃ 、浸提时间4 h。通过三元二次回归正交设计方法,得出烟碱提取率Y与Na OH浓度( X1) 、浸提时间( X2) 、浸提温度 ( X3) 之间的回归方程。

烟草废弃物利用研究 篇2

摘要：以龙水镇高坑村为例,通过对高坑村固体废弃物污染状况的分析,从生活垃圾、种植业、工业、医疗固体废物等方面探讨了农村集中集聚地固体废弃物综合利用与处置对策,以供政府相关管理部门决策时参考.作 者：朱俊任 蒋贞贞 路媛媛 ZHU Jun-ren JIANG Zhen-zhen LU Yuan-yuan 作者单位：朱俊任,ZHU Jun-ren(重庆工商大学,废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆,400067;重庆工商大学,环境与生物工程学院,重庆,400067)

蒋贞贞,路媛媛,JIANG Zhen-zhen,LU Yuan-yuan(重庆工商大学,环境与生物工程学院,重庆,400067)

烟草废弃物利用研究 篇3

关键词：进境盐渍牛皮 固体废弃物 危害 资源化处理

我国是世界最大的进口牛皮市场，占全球20%以上份额。2013年，全国共检验检疫进口牛皮98.8万吨、货值27.27亿美元，同比分别增长12.89%、20.22%，主产地为美国、澳大利亚、巴西、加拿大、南非、意大利等十多个国家和地区。大量盐渍牛皮进境带来经济效益同时，也带来了大量的固体废弃物。据资料显示，1t原料皮产生的固体废弃物超过600kg，也就是说原料皮中的60%属于废弃料，其中成品革约占250kg左右，在原料皮中约为20%-30%，90%以上的固体废弃物都被当作没有利用价值的垃圾焚烧或者深埋，或者雇请环卫部门收走，或者直接被加工企业卖掉，目前国内还没有针对固体废弃物无害化处理的标准，也没有大规模成型规范的回收利用机构，这些进境盐渍牛皮加工产生的固体废弃物造成资源浪费的同时，还为我国带来了极大的动物疫情传播隐患和严重的环境污染。

1 进境盐渍牛皮固体废弃物的产生及危害

在制革过程中，固体污染物主要源自以下几个阶段，如图1所示。根据鞣制与否，可分为鞣前下脚料（不含鞣质）和鞣后下脚料（含鞣质，少量含染料和涂层）；根据下脚料产生时皮的性质，又可分为原皮下脚料、灰皮下脚料、蓝皮下脚料（铬鞣）和成革下脚料。其中，目前在泉州的皮革加工企业中，唯一能带来微薄商业价值的是最后的成品皮革下脚料，其他下脚料均作为废弃物通过各种途径处理掉，造成巨大的资源浪费，同时还带来疫情传播风险和环境污染。

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图1

1.1 疫情传播风险

在《中华人民共和国进境动物一、二类传染病、寄生虫病名录》中列出的97种动物疫病，其中口蹄疫、疯牛病、炭疽等超过20种的动物疫病都属于牛易感的。在对盐渍生牛皮进行盐渍处理的过程中，对于某些病菌来说，在高浓度渗透压的作用下，其生长繁殖会起到不同程度的抑制，甚至被杀灭，但是通过高浓度渗透压抑制、杀灭所有的病菌存在一定难度，例如炭疽杆菌，以及一些耐盐菌株等，在自然环境中，炭疽芽胞具有顽强的生存力。另外，在对牛皮进行盐渍处理时，出现不均匀、不彻底的现象，在牛皮的剖面处存在褐色的污秽物，在一定程度上营造了病菌繁殖的环境。在牛皮去毛、去肉、修边、削匀等加工过程中，这些幸存的病菌随着固体废弃物一起排放到外界，对周围环境势必会造成疫源性污染，如果没有经过及时有效的无害化处理，如适逢病媒昆虫滋生繁殖季节，将会吸引诸如苍蝇蚊虫等昆虫媒介，这些昆虫携带病毒、细菌等多种病原体，将脊髓灰质炎病毒、肠道传染病伤寒、副伤寒、痢疾、霍乱等多种疫病进一步传播给人、动物。

1.2 环境污染

1.2.1 进境盐渍牛皮固体废弃物污染水

目前，在处理生牛皮的工艺方面，我国制革工业主要采用剖蓝湿革的技术，在生产过程中，会产生大量含铬的固体废弃物。对于这些含铬固体废弃物，如果不进行回收处理，那么将会导致部分铬离子进入水中。由于三价铬离子属于蛋白凝固剂，会刺激人体的消化道、呼吸道，以及皮肤等，进而威胁到人的身体健康。对于浓度较高的三价铬来说，甚至对植物的生长构成影响。研究资料显示，环境中的三价铬离子浓度超过50mg/L时，就会抑制水稻的生根和发芽；当浓度超过200mg/L时，将会导致水稻无法正常生长。另外，肉渣、油脂等以及由化工材料带入的有机物，使得水中悬浮物的含量在一定程度上大大增加。这些悬浮物在微生物的作用下将会发生腐烂变质，使得废水中的COD（化学耗氧量）、BOD（生物耗氧量）进一步增加，造成水体富营养化，水中的传染病菌等微生物迅速繁殖，造成水污染，进一步危害人体健康。

1.2.2 进境盐渍牛皮固体废弃物污染土壤

在过去几十年的时间里，我国都是通过在土壤中堆放或填埋的方式对未经处理的皮革固体废弃物进行处理，进而在一定程度上使得土壤中含有大量的硫化物、铬化物，进一步污染土壤。在土壤中，如果硫化物的浓度过高，就会导致植物的老根发黑腐烂，并且影响新根的生长，造成农作物枯萎。对于动植物来说，虽然铬是其生长的基本元素，通常情况下，适量的铬会促进动植物的成长，但是，如果制革固体废弃物直接堆放在土壤中，或者直接用作农田肥料，这样会使得土壤中三价铬等离子的浓度出现不同程度的增加，进而在一定程度上对农作物的正常生长产生不良影响，通过食物链的富积，甚至间接的危害人体健康。

1.2.3 进境盐渍牛皮固体废弃物污染大气

在日常生产过程中，皮革固体废弃物主要是对水体、土壤造成污染，相对来说对大气的污染较轻，但是需要给予高度重视。在磨革过程中产生的大量革灰，容易形成粉尘，进而对周围环境造成污染。在细菌的作用下，被丢弃的皮革固体废弃物中的蛋白质被分解，释放出恶臭的气体，进一步破坏周边居民的生活环境。同时细菌在分解皮革固体废弃物中蛋白质的过程中，产生大量的硫，当环境中的pH值发生变化时，会释放硫化氢气体，进而在一定程度上强烈刺激人的眼睛、呼吸道等，如果人们长时间受到低浓度硫化氢的影响，就会出现不同程度的头晕、多汗、恶心等症状，反之当浓度较高时，会出现眼花、眩晕，甚至死亡。

目前，在处理固体废弃物时，焚烧是很多制革厂普遍采用的方法，但是焚烧会产生有毒气体，例如氧化硫、氧化氮等，并且燃烧时容易使三价铬发生氧化反应，进一步生成毒性更强的六价铬，并且六价铬可以吸附在烟尘粒子上，进而在一定程度上随着烟尘粒子散到空气中，进一步对人的皮肤、呼吸道等造成伤害。

2 进境盐渍牛皮固体废弃物的再利用途径

在制革过程中，如果不加以利用生产中产生的固体废弃物，一方面会污染环境，传播疫病，另一方面造成资源的浪费。近年来，国内外研究者对这个问题给予高度的关注。根据是否铬糅可以将皮革固体废弃物分为铬糅前的动物组织污泥和铬糅后的蓝皮屑和成皮屑，以下是近几年国内外对固体废弃物再利用的途径研究：

2.1 皮革固体废弃物在生产生活中的应用

2.1.1 生产甲烷

在工业生产过程中，通过消化的方式利用制革污泥制取沼气。所谓厌氧消化就是借助厌氧微生物的分解作用，进一步分解污泥中的有机物，使其趋于稳定。在厌氧细菌的作用下，分解有机物，进一步产生沼气。其处理过程是，将皮革固体废弃物切成10mm左右的小块，通过加温使微生物大量繁殖，在微生物的作用下，肉渣中的有机物分解放出CH气体，一般情况下，油脂越多，产生的气体就越多。在35℃环境下，1kg肉渣通过进行20天的消解，其产生CH气体大约有615L，净含量约为75%。如果固体废弃物中不含铬，那么消化处理后的残渣可以进一步用作混合肥料，可以直接施于农田。

2.1.2 制备饲料

在制革污泥中，有价值的物质含量比较大，其中，粗蛋白、灰分、纤维素、脂肪酸分别约占28.7%～40.9%、26.4%～46.0%、26.6%～44.0%、0～3.7%。其中70%的粗蛋白以氨基酸形式存在，并且污泥蛋白中含有家畜生长所需的各种氨基酸，各种氨基酸之间相对平衡，因此可以作为动物的饲料蛋白。固体废弃物脱铬处理后，废皮中残留微量的铬，这些铬能够进一步促进动物的成长发育。

2.1.3 用作皮肥生产的原料

目前，在日本、韩国、欧洲及台湾等一些发达国家和地区，利用制革固体废弃物生产有机肥料广泛用于农业生产。在皮革固体废弃物中，由于含有N、P、S、K、Ca、Mg、Al、Fe、Cr等化学元素，因此制备的肥料具有较好的肥效，进而在一定程度上可以为植物提供生长所需的养分。根据研究资料统计显示，在农业生产中，利用含铬皮革的下脚料加工制作肥料，可以使得水稻增产18%，小麦增产36%。在农业生产过程中，能否应用制革含铬固体废弃物做生产肥料，通常情况下取决于铬含量，在含量较低的情况下，不会对人体、环境产生影响和危害。

2.2 皮革固体废弃物用于制备胶原纤维及造纸

动物皮作为胶原纤维最集中的组织，其胶原含量超过95%，这种胶原通常情况下是宝贵的生物质资源，属于良好的功能性材料。在研制纺织胶原蛋白纤维过程中，选择皮革固体废弃物做原材料，一方面可以开发新型的绿色纤维，进而在一定程度上满足市场对高档纤维面料的需要，另一方面可以重新利用大量的皮革废弃物，进一步挖掘皮革工业废弃物的价值。与一般纤维相比，胶原纤维具有相同的机械强度，同时在热、化学、生物等方面具有独特的稳定性。

2.3 用皮革固体废弃物制备皮革化工材料

在弥补天然皮革的性能方面，皮革复鞣填充剂作为皮革化学品往往缺乏均一性，并且在部位差、出裁率、丰满度等方面都不理想。对于提取的胶原产物，王鸿儒等用乙醇胺和己二酸进行酰胺化链，对改性得到的蛋白填充剂进行转移，通过转移处理后，不含强的电离基团，进一步填充铬鞣革，进而在一定程度上使得成革的机械性大大提高，同时改善了成革的手感，并且革的丰满度、粒面平整度等性能都有所提高。

2.4 用皮革固体废弃物提取胶原蛋白

在革工业生产过程中产生的废弃物，其蛋白质含量超过 30%，在蛋白中，胶原蛋白质量超过90%。作为天然的生物资源，胶原蛋白广泛应用于食品、医药等高附加值领域，同时受到人们的普遍关注和认可。碱法、酶法、酸法、氧化法、焚烧法以及联合处理法等是从革屑中进行脱铬、提胶的常用方法。

2.5 建材利用

2.5.1 制砖。台湾一个研究小组发现，利用制革污泥可压制成普通建筑用的“生态砖”。这种污泥生态砖是将10%制革污泥混入黏土砖中，在900℃的条件下进行烧制，通常情况下可以达到最佳的效果。

2.5.2 制水泥。在生产水泥的过程中，高炉水渣、粉煤灰副产品和石膏炉渣、烟尘等是常用的废弃物。近年来，日本研究出利用制革污水处理产生的脱水污泥为原料制造水泥。这种类型水泥在燃料耗用量、排放量等方面具有一定的优势，因此这种水泥也称“生态水泥”。

3 建议

在皮革工业生产中，随着不断应用化学工业、生物技术、机械制造等领域的先进技术，在一定程度上改善、提高了制革工业的技术水平。为了确保皮革工业的持续发展，需要正确处理制革与资源、环境之间的关系，合理利用皮革固体废弃物，进一步确保环境的和谐性。一是建议皮革行业协会等地方组织机构发挥凝聚带头作用，对进境盐渍牛皮定点加工企业乃至整个皮革加工行业产生的固体废弃物探讨和研究群体加工处理的可行性方案，真正实现皮革加工固体废弃物的变废为宝的最终目标；二是建议进出口检验检疫部门进一步完善进境盐渍牛皮固体废弃物处理的检验检疫标准法规制定，严把国门，防止动物疫病传入；三是建议地方政府充分重视进境盐渍牛皮固体废弃物的疫情隐患，环境污染和资源浪费等危害，进一步推动固体废弃物资源化处理再利用相关的科技论文研究，最终实现制革固体废弃物的无害化、绿色化、再生化。

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烟草废弃生物质热解实验研究 篇4

关键词：热重分析,生物质,热解,升温速率,粒径

化石染料的广泛使用对环境的危害已广为人知:一是二氧化碳造成的温室效应;二是二氧化硫所引起的酸雨污染;三是氮氧化物, 这些都带来了严重的环境污染和气候变化问题。据资料显示[1], 2012至2013年我国的进口原油接近2.7亿吨, 对外的依存度超过了55%, 煤炭进口3.2亿吨, 供需矛盾的出现势必会严重影响国家的石油安全。化石能源的枯竭和环境的恶化严重制约着当今社会的发展, 而生物质能以其独特的特点 (可再生性, 低二氧化碳排放, 几乎不排放二氧化硫) 跃然纸上。因此, 科学高效地利用生物质能源必将成为解决我国能源环境的有力措施之一。在刚出台的十三五规划中也承诺在2030年实现减排65%, 非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右, 其中也提到了加快发展生物质能的要求。现阶段最常见的生物质能源利用方式是生物质气化、燃烧将其转化为高效洁净能源产品或燃料物质。

烟草业是贵州省的支柱产业。常年种植烤烟20万公顷左右, 产量40万吨左右, 约占全国烤烟总量的20%, 是全国烤烟生产的第二大省。这就导致每年势必会有大量的烟草废弃物出现, 而它们得不到高效利用就会造成资源浪费。近年来, 大多数烟草废弃物的研究都着重于提取烟碱、植物蛋白和茄尼醇, 制备活性炭、堆肥和生物质类燃料等[3], 而很少有关于烟草废弃物热解特性的研究。所以可以通过研究烟草废弃物热解特性, 了解挥发分热解析出规律, 使烟草废弃物能够得到广泛高效的利用, 实现企业节能减排, 达到废物资源化利用的目的, 为特定行业的废弃物处理提供新的路径。

文章以烟梗为主要研究对象, 同时与烟杆、典型生物质玉米秸秆进行对比, 采用热重分析方法研究不同粒径、不同温升速率下烟梗、烟杆及玉米秸秆的热失重曲线, 分析其热解特性。

1 实验部分

1.1 采样

实验所用生物质样品是烟梗、烟杆和玉米秸秆, 均采自清镇市。将采集来的样品在105℃的鼓风干燥箱中干燥2小时, 然后磨制成5个实验样品, 分别是:80目烟梗、150目烟梗、200目烟梗、80目烟杆、80目玉米秸秆。

1.2 实验仪器及方法

本实验采用的是德国耐弛同步热分析系统STA409PC。

实验方法:取12.5±0.5mg的实验样品放入热天平坩埚中, 在纯氮条件下以不同的升温速率进行实验, 从室温升温到900℃。升温速率分别设定为5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min;保持载气流量为40ml/min;保护气为氮气, 保持其流量在15ml/min。

记录不同条件下TG-DTG-DSC曲线, 通过曲线分析其热解过程。

2 实验结果分析

2.1 热重特性分析

以80目烟梗在氮气40升温速率5℃/min的条件下的TG-DTG曲线 (图1) 进行分析, 由TG-DTG曲线可看出烟梗主要经历了五个热失重阶段。初始失重阶段是从20℃-118.8℃, 该阶段DTG存在一个失重峰, 主要发生水分的析出[4];第II个失重阶段是从118.8℃-178.9℃, 由于温度低于200℃, 所以该阶段主要归因于烟梗中低沸点化合物的析出[4];第III个失重阶段是从178.9℃-339℃。此过程存在两个失重峰, 主要是烟草中的大分子聚合物的热解, 析出大量挥发分[4], 失重最多的阶段, 其质量损失百分比达到了34.29%。第一个失重峰是在178.9℃-260.6℃期间, 主要是半纤维素的热解析出少量挥发分, 第二个失重锋是在260.6℃-339℃期间, 这是由于纤维素的热解析出大量挥发分[5], 最大失重峰峰值温度为289.6℃;第IV个失重阶段是从339℃-510℃, 主要是因为高温使木质素热解, 导致质量损失;第V个失重阶段是从510℃-899.5℃, 生物炭缓慢形成, 产生炭的残留物[6]。

2.2 不同生物质热重特性比较分析

以80目烟梗在氮气40升温速率15℃/min的条件下的TG-DTG曲线 (图2) 进行分析比较, 由几种不同生物质的TG-DTG曲线可知, 烟杆热解与烟梗热解过程表现的TG-DTG曲线走势形状大致相同, 烟杆的TG曲线向低温区移动, 烟杆没有明显的半纤维素热解析出峰, 但是在最大失重速率点左边有一个侧肩, 这是由于半纤维素和纤维素热解温度区间出现重叠, 导致半纤维热解峰的消失[5];失重过程中的最大失重速率较大, 后期失重峰的失重速率较小, 但是相差都不是很大。烟杆残留质量百分比为26.87%, 烟梗残留质量百分比为30.91%;而玉米秸秆的热解与烟梗热解曲线相比, 失重过程只经历了三个热失重阶段, 分别是水分的析出, 半纤维素、纤维素热解析出挥发分和木质素高温热解阶段, 残留质量百分比为24.76%。玉米秸秆在水分析出阶段的失重速率较慢;在半纤维素、纤维素析出挥发分时期, 质量急剧失去;在最后的木质素高温热解阶段失重较缓慢。

烟梗、烟杆和玉米秸秆的DTG曲线峰值点对应的温度不同且挥发分析出的起始点和终止点也不同, 这是由于不同生物质中半纤维素、纤维素和木质素的含量和矿物质含量不同。整个热失重过程DSC曲线存在一个大的放热峰。烟梗残留质量百分比最多, 其次是烟杆, 玉米秸秆是残留质量百分比最少的。这是由于烟梗含有较多的木质素, 热解析出的挥发分较少;而玉米秸秆是高纤维素, 低木质素生物质, 在纤维素热解阶段质量急剧变化, 大量析出挥发分导致最后残留质量百分比最少。

2.3不同升温速率下烟梗的热重特性比较分析

由80目烟梗在氮气流量40ml/min不同升温速率下的TG-DTG曲线 (图3) 比较可知, 随着升温速率的升高:DTG曲线向高温区移动且失重速率均增大。即随着升温速率的增大, 最大失重速率点的温度向高温区移动, 挥发分的析出产生了延迟现象, 这是由于升温速率的提高增大了样品颗粒内外的温度差, 而生物质的导热率较小, 导致传热不良, 颗粒内部温度较低, 外部温度较高, 这便导致了内外反应速率不同。也就是文献[7]中提到的热滞后现象。失重速率的增加是由于升温速率的提高, 析出的挥发分在颗粒表面的停留时间缩短, 促进了挥发分的析出。烟杆和玉米秸秆的TG-DTG曲线随着升温速率的提高也表现出相似的变化规律。

2.4 不同粒径烟梗热重特性比较分析

由烟梗在氮气流量40ml/min升温速率5℃/min条件下不同粒径TG-DTG曲线 (图4) 可知, 随着粒径的减小, 炭的残留百分比分别为32.78%, 29.97%, 27.02%, 呈逐渐减小趋势[6], 峰值温度随粒径的减小向低温区移动[7], 在低温区的热解持续时间较短。这是由于粒径较大, 生物质颗粒传热能力较差, 内部升温较缓慢, 热解能力变差, 析出挥发分减少。

3 结束语

农业废弃物资源化利用技术研究 篇5

1 我国农业废弃物资源化利用技术现状

我国农业废弃物种类繁多, 因为废弃物类型不同, 所以所采用的废弃物利用技术也不同, 本文将按照农业废弃物处理对象的不同分析资源化利用技术现状。

1.1 植物废弃物利用技术

植物纤维性废弃物在农业废弃物中占有相当大的比例, 同时也是农业生产的主要非产品性产出。目前, 在植物废弃物处理方法中, 普遍采用的技术有废物还田技术、气化技术、固化技术等。废物还田技术是投入最小, 同时也是最简便的一种资源化利用技术, 是将农作物秸秆等直接退还土壤, 在补充土壤有机质的同时, 还能丰富土壤的微量元素, 提高土壤活力。气化技术是利用气化原理将植物废弃物在有限供氧条件下转化为可燃气体的技术。秸秆等植物废弃物由C、H、O等元素组成, 这些成分被点燃之后可以变为可燃性气体。这些气体可以作为城乡管道的供气能源或直接取代传统燃料发挥作用, 从而创造更多的清洁能源。采用气化技术进行植物废弃物再利用不仅具有较高的利用效率, 而且所产出的能源级别也较高, 将是未来农业废弃物资源化利用的一个重要发展方向。固化技术是将松散的植物废弃物等通过压缩工艺制成固体物质的工艺技术, 产出的固体物质可以是复合材料用于建筑生产, 也可以是化学制品用于工业生产。除上述技术外, 还可以将多种植物废弃物按照一定比例混合后栽培食用菌或用于污染治理, 在此不作赘述。

1.2 动物废弃物利用技术

动物废弃物主要指禽畜饲养中所产生的粪便。在禽畜粪便处理方面, 目前所采用的技术主要包括肥料化技术、燃料化技术和饲料化技术三种。肥料化技术分为堆肥技术和制肥技术。堆肥技术是利用微生物在特殊环境下将禽畜粪便转化为腐殖质土壤的技术, 是一种化学降解技术。制肥技术则是运用特殊工艺处理高温堆肥产品产出颗粒化复合肥的技术。经制肥技术所产出的复合肥不仅可以为作物生长提供均衡的养分, 而且使用起来也更加方便, 与化学肥料相比优势显著。燃料化技术指通过厌氧菌发酵过程将禽畜粪便转化为沼气的技术。沼气可以直接作为燃料, 剩余的沼液、沼渣则可以用来肥沃土壤或者渔业养殖。因此, 该项技术将禽畜饲养、农作物种植及渔业养殖等产业有机结合起来, 构建出了一种可以往复循环的生态模式。禽畜粪便中含有丰富的养分, 比较适合禽畜反刍, 禽畜粪便只要经过适当的灭菌处理, 就可以用于动物商品化饲料生产。我国在禽畜粪便饲料化处理及研究方面已积累了丰富的经验。

2 腹膜生物反应器技术 (MCT)

2.1 MCT技术简介

随着农业废弃物资源化利用技术研究的不断深入, 我国在借鉴国外成功经验的基础上开拓创新, 探索出了农业废弃物资源化利用的新途径——腹膜生物反应器技术 (MCT) 。该项技术是借助腹膜生物反应器原理来进行沼气干法发酵的工艺。从国内外发展现状来看, 沼气干法发酵无论是在工作效率、处理量上, 还是在后期运营管理上都具有突出的优势, 系统稳定性较强, 而且随着沼气发酵技术的不断进步, 干法发酵技术相关设备设施还将得到不断的完善。可以说, 干法发酵已成为农业废弃物沼气技术的发展主流。MCT技术的出现进一步提高了沼气技术水平, 使沼气发酵技术及工艺流程更加完善。MCT技术的基础是腹膜槽生物反应器。该反应器是一个可以容纳物料的装置, 连接柔性膜与槽体。由于柔性膜的密封性较强, 使反应器内部形成一个严格的厌氧环境, 这样一来, 固体废弃物就可以经过发酵产生高质量沼气。除反应器之外, MCT技术系统还包括一个搅拌装置和一系列的配套设施装备, 搅拌装置可以充分搅拌反应器的物料, 保证其完全反应。此外, 也可以促使厌氧菌在强力机械搅拌的情况下与物料混合均匀, 提高厌氧菌发酵接种效果。

2.2 MCT技术的工艺流程

MCT技术的工艺流程大致可以分为以下几个环节: (1) 将符合要求的物料置入发酵槽, 每种物料需要分层堆放避免混合; (2) 利用搅拌装置充分搅拌物料, 之后混入厌氧菌及相关菌剂, 再次搅拌均匀; (3) 将柔性膜覆盖在发酵槽上, 同时密封连接口, 设置一个完全密封的环境, 使厌氧菌充分作用; (4) 发酵结束后掀开柔性膜并将反应器的沼气抽干, 对剩余物质进行脱水处理制备肥料。

上述流程可以总结为:预处理→厌氧发酵→发酵完成。

2.3 MCT技术的特点

MCT技术的最大特点是有效解决了厌氧菌与好氧菌发酵条件转换的问题, 实现了快速进出料, 同时借助搅拌装置提高了厌氧接种效率。该技术不仅操作简单, 而且投入成本低, 系统耗能少, 安全性极高, 适合各种物料的沼气发酵处理。我国在该项技术研究及应用方面取得了突破性的进展, 北京市大兴区MCT试验工程日均生产沼气109 m3, 甲烷含量高达55%。MCT技术能够对固体农业废弃物进行大规模的高效转化, 同时实现零污排放, 经济效益、社会效益显著。在能源紧缺、环境污染日益加剧的今天, MCT技术具有广阔的发展前景, 在沼气工程方面将得到越来越广泛的应用。

3 结束语

从“提高资源利用效率, 减少环境污染”的角度分析, 农业废弃物资源化利用技术研究具有广泛而深刻的意义。在今后的技术研究中, 应当努力探索出更加简单、环保、经济的工艺技术, 并开创综合利用模式, 提高农业废弃物再利用水平, 促进我国农业生产、农民生活的可持续、健康发展。

摘要：近年来, 我国在农业废弃物资源化利用技术研究方面取得了突破性的进展, 但是与发达国家相比仍然存在较大差距。因此, 有必要对现有技术进行总结、分析, 不断探索出符合我国国情及农村发展现状的先进技术。

关键词：农业废弃物,资源化利用,废物利用,农村发展

参考文献

[1]吕豪豪, 刘玉学, 杨生茂.生物质炭化技术及其在农林废弃物资源化利用中的应用[J].浙江农业科学, 2015 (01) :19-22.

烟草废弃物利用研究 篇6

1 生物循环体系规划

1.1 循环体系,生产结构的设计

朝阳地区每年大有时长5～6个月的温度较低,这对养殖、种菇及沼气发酵都有很大影响。为保证循环体系常年正常运行,猪舍、沼气池、菇房都建成封闭式日照温室,三者互相连通,有机结合,形成一个循环体系[2]。

1.2 循环体系中农村废弃物被利用的流程

有机废物中的秸秆加入人禽粪便进入沼气池发酵生产沼气。将沼气用作饲养及种菇所需能源,沼液加工处理成高效无毒的液体化肥用于农业生产,沼渣加有机废物中的玉米芯、果壳、谷壳及林业废物栽培食用菌,食用菌生产产生的菌糠经加工处理用于饲养家畜。

有机废物在这一生物循环体系中不断被分解利用及转化。其中一部分被转化为气体燃料甲烷;一部分转化成为供人们食用的高质量食品——食用菌;还有一部分则被转化成为高效、无公害的液体肥料。将肥料用于农林业的生产,促进农业生产,同时又产生新的有机废物,为这一循环体系提供物质基础,从而保证这一生物循环体系良性发展。农村废弃物被利用的流程如图1所示。

2 循环体系可行性实验分析

2.1 生物循环规律

在生物循环系统中,农业生产中的植物为生产者,其利用太阳能,将空气中的二氧化碳及土壤中的各种矿物质通过光合作用转化成有机物,同时将太阳能转化成生物能贮藏起来。人和动物为消费者,它们消耗植物生产的有机物及能量用于自身生命活动,同时代谢产生大量有机废物。异养微生物为分解者,它们将有机物分解用于自身的代谢活动,同时将其彻底分解成为水、无机盐及二氧化碳。微生物起到连接生产者与消费者的作用,使之构成生物循环体系,从而维持自然界的物质平衡。该文正是利用这一规律,设计有机废物多级利用的生产过程。

2.2 以沼渣加玉米芯等有机废物进行食用菌栽培

食用菌多为腐生菌,它利用无生命的有机物质作为营养及能量来源,尤其适宜在含纤维素、半纤维素、木质素丰富的有机基质上生活,沼渣是人畜粪便及秸秆经厌氧微生物发酵产沼气后的残余物。经研究得知,发酵基质中的蛋白质、脂肪、糖类物质基本被利用。而纤维素、半纤维素只有20%～30%被利用,最多不过30%～40%,而木质素则基本不被利用。未被利用的物质存留于沼渣中,被利用的物质除了转化成为甲烷作为气体燃料引出沼气池外,其中有10%左右转化成成菌体蛋白存在于沼渣中;另外,还有一部分转化成维生素、氨基酸、矿物质、氮、磷等无机化合物溶于沼液及沼渣所含水分中。这些是沼渣栽培食用菌的理论依据,试验也证实这一技术的可行性。试验是在大棚栽培食用菌时进行的,研究表明,用沼渣加玉米芯作原料的成本,是用纯棉籽皮作原料成本的1/5,增产21%～24%,比用纯玉米芯作原料降低成本3%,增产10%～20%。分析子实体氨基酸及蛋白质含量分析,结果证明沼渣加玉米芯生产出来的子实体质量最好,纯棉籽皮的次之,纯玉米芯的最差具体如表1所示。

(%)

2.3 食用菌菌糠可成为饲料的加工原料

食用菌为大型丝状真菌,其特点是具有较强的分解纤维素、半纤维素、木质素的能力,以及将有机废物转化为菌体蛋白及菌类多糖、维生素、无机盐等物质的能力,其形成的子实体为人们提供高质量食品。菌丝体中含有与子实体同样的物质,由于其与被分解转化后的残余物混在一起形成菌糠,故还未被人们利用。通过对比试验分析,发现菌糠中含有丰富的营养物质,具体如表2所示。

研究表明,底料经菌体一系列生物转化过程成为菌糠后,粗蛋白质含量提高,粗纤维含量显著下降,无氮浸出物含量提高。此外,菌糠中还含有丰富的氨基酸、多糖及铁、钙、锌、镁等微量元素以及一些代谢产物如微量酚性物、少量生物碱、黄酮及甙类,还含有肌酸、多肽的衍生物等(表3),具有抗菌免疫等多种生理活性,可提高畜禽的抗病力,有效调节和改善畜禽生理代谢机能。总之。菌糠中所含的丰富营养成分决定菌糠饲料完全可用于饲喂畜禽[3,4]。

程云辉等在肉羊育肥的日粮中添加20%的菌糠,肉羊增重虽不如配合饲料,但由于生产成本降低,因而对生产效益无影响,并可节约饲料用粮[5];与干玉米秸秆直接饲喂比较,在饲喂平菇菌糠试验期间,羊增重提高34.6%[6]。

菌糠经过进一步处理,其营养价值和饲喂效果将有明显的提高。用热带假丝酵母发酵平菇菌糠,其粗蛋白含量可提高15.23%[7]。李志香等用酵母菌发酵以棉籽壳为基质的菌糠料,其粗纤维含量下降30%,粗蛋白含量增加14.5%,且游离氨基酸的含量和种类均有明显的增加[8]。将平菇菌糠和玉米粉混合后二次发酵用于肉鹅喂养,虽产量较常规精料喂养低3.1%～7.6%,但经济效益高11.9%～22.0%,具有较好的实际应用价值[9]。

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3 结论

该文探讨以沼气池为纽带,种菇、畜禽养殖相结合,使农村有机废物进入科学的生物循环体系,一方面提高办沼气的经济效益,另一方面为栽培食用菌提供成本低、质量好的原料,实现畜禽饲养、沼气生产与食用菌栽培科学的生物循环体系,使农村有机废物更加科学地综合利用。

摘要：从生物转化的角度,探讨利用农村有机废料生产沼气,建立一个生物种群多,结构层次健全,能流、物流较快循环的立体生态农业的模式,从而实现食用菌栽培、家畜饲养和环境保护的可持续发展。

关键词：农村有机废弃物,沼气,生态体系

参考文献

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[4]刘晓牧,王中华,李福昌,等.菌糠的营养价值及应用[J].中国饲料,2000(18):12-13.

[5]程云辉,钱勇,钟声,等.秸秆菌糠在肉羊育肥生产中的应用[J].江苏农业学报,2007,23(5):495-496.

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[7]马纯艳,王升厚.菌糠单细胞蛋白饲料生产技术的研究[J].食用菌,2005(3):56-58.

[8]李志香,蔡元丽.菌糠发酵饲料的研究[J].中国畜牧兽医,2003,30(5):8-9.

烟草废弃物利用研究 篇7

1 固体废弃物概述

工业固体废弃物主要指在工业的生产过程中所排放出来的采矿废石、燃烧后的固体废渣、不合格的原料尾矿以及冶炼或是化工生产过程中产生的废物。国家统计出来的数据显示, 我国工业生产所产生的固体废弃物正呈现逐年上升的趋势, 尤其是最近5a, 固体废气物的年增长率达到了10%。这其中, 以下述5个行业所产生的固体废弃物为主, 分别是电力行业、热力生产与供应业、金属的冶炼与加工行业、有色金属的矿采行业以及采矿业。这5个行业所产生的固体废弃物就达到了总量的80%。固体废弃物的堆积不仅占据了土地资源的使用权, 同时还会造成大气以及水资源的污染, 对环境也构成了很大的威胁。大多数情况下, 由于急需使用堆放地点, 所以这些固体废弃物便被简单地处理, 导致了严重的资源浪费。

2 工业固体废弃物的现况分析

2.1 工业固体废弃物的产量与堆放情况分析

从图1中可以看到, 我国的工业废弃物产量在2009年的时候就已经超过了20亿t, 以此统计表格为依据可以预测, 到“十二五”发展计划结束的末期, 我国工业废弃物的产生量将有可能达到30亿t。

另外, 虽然这近10a来工业固体废弃物的产量一直呈急速增长的趋势, 但它的利用率却不到60%。每年堆积或者存放起来的废弃物总量就有5亿t, 而目前的总堆积量甚至已经突破100亿t。与欧洲国家对工业固体废弃物的利用水平相比, 我国在资源利用方面仍有较大的提升空间, 需要继续加强资源利用水平的研究力度。

2.2 工业固体废弃物的分类

通过最近几年的统计资料可以看出, 我国的工业固体废弃物大多来源于尾矿、采矿以及燃烧之后所产生, 且废弃物的组成比较稳定, 这与我国丰富的矿物资源有关。由于的矿物资源基本可实现自给自足, 因此开采量较大。表1是产生工业固体废弃物最多的5个行业, 在2005~2009年期间的固体废弃物产量以及各自所占的比例。由表1可以看出, 最近几年这5个行业所产生的工业固体废弃物一直都占到了我国的固体废弃物总量的80%, 且各自的比例也比较稳定。这也从侧面反映出, 对这些固体废弃物有针对性的进行利用, 可以使固废问题得到有效解决。

2.3 工业固体废弃物的分布特征

我国工业固体废弃物的产生地主要集中在中、西部。尤其是山西省、四川省内蒙古以及西部经济不太发达的地区, 固体废弃物的产量都非常的高。但是受到市场、价格以及国家政策等多方面的影响, 这些地方对产生的工业固体废弃物的利用率都非常低, 造成了资源的严重浪费。而在我国沿海经济较为发达的地区, 固体废弃物的利用率则明显有了提高。比如, 上海、江苏等地区已经将固体废弃物的利用率提高到了95%以上, 各地区对工业固体废弃物进行综合利用的技术水平极为不均衡。

3 工业固体废弃物综合利用的技术分析

3.1 工业废渣制微晶玻璃

微晶玻璃是一种多晶固体, 由玻璃经控制晶化技术制得。作为新型的微晶材料, 微晶玻璃有着耐腐蚀、耐高温、强度、硬度与绝缘性都较高等优点。由于微晶玻璃的介电损耗比较低并且化学稳定性好, 因此在航空航天、生物医学、国防等领域被广泛的应用。

将工业废渣支撑微晶玻璃是资源综合利用的最好体现, 不仅避免了工业废弃物带来的环境污染、堆积占地, 同时还实现了资源的再利用。

3.1.1 铬渣

铬渣是在铬盐生产中产生的一种固体废渣, 具有一定的毒性。皮肤或是粘膜组织接触到六价铬离子会被腐蚀, 长期接触的话甚至会导致全身中毒。通过一定的方法将铬渣中所含的六价铬离子转化为三氧化二铬, 然后作为微晶玻璃的成核中心可以最大限度的降低六价铬离子的浓度, 让铬渣无毒化。

3.1.2 磷渣

磷渣的主要成分是二氧化硅和氧化钙, 属于高钙硅渣。二氧化硅和氧化钙都是微晶玻璃中的主要成分, 可以代替部分的石灰石与硅砂用作基础玻璃种的化学原料。磷渣制成微晶玻璃不仅能有效减少磷渣给环境带来的伤害和污染, 还可以降低微晶玻璃的生产成本。

3.1.3 钛渣

高炉钛渣所含的化学成分非常多, 包括氧化镁、氧化钙、二氧化硅、氧化铝等, 是一个多组元的复杂体系, 呈灰棕色。由于工业钛渣的成分复杂, 因此一般都是直接作为矿渣微晶玻璃的生产原料来使用。其中, 钛渣中所含的氧化钛是一种性能非常优良的助熔剂与晶核剂, 但由于它比较容易从微晶玻璃的表面析出, 因此, 在使用氧化钛的时候, 通常还需要加入一些其他的晶核剂。由钛渣和其他化学成分共同组成的复合晶核有着非常好的化学稳定性与力学性能。

同理, 复合矿渣、尾矿尾砂等也都可以分别制成微晶玻璃, 降低它们对环境所带来伤害的同时还可以实现资源的循环利用, 促进可持续发展。

3.2 工业固体废弃物应用到干混砂浆中

干混砂浆由于性能优良, 得到了迅速的发展和利用, 而其组成对干混砂浆的性能起到决定性作用。干混砂浆的组分主要有胶凝材料、辅助胶凝材料、骨料、化学添加剂和其他一些类似颜料、纤维之类的组分。干混砂浆的性能主要包括其保水性、施工性、强度、吸水性、粘结抗拉强度等。目前, 工业固体废弃物中的废橡胶粉、煤矸石、矿渣、粉煤灰、脱硫石膏等都已经在干混砂浆中得到了一定程度的应用。

3.2.1 粉煤灰

粉煤灰在干混砂浆中主要是作为辅助胶凝材料。辅助胶凝材料的加入可以达到改进干混砂浆强度、流动性与工作性的目的, 这主要是因为粉煤灰中含有很多的玻璃微珠, 它们可以有效增强砂浆的流动性能。另外, 玻璃微珠还可以让干混砂浆填料颗粒中较重的颗粒悬浮起来, 这样浆体中所含的气泡就可以快速地排出。实践证明, 将粉煤灰加入到水泥砂浆中以后可以降低砂浆的分层度和水胶比, 同时提高其稠度与流动性, 有效减少砂浆在流动过程中的损失率。

3.2.2 矿渣

矿渣在干混砂浆中的应用可以提高水泥砂浆的韧性、强度以及抗折强度, 但它有一个缺点, 就是会对干混砂浆的流动性造成一定的影响。矿渣中所含的微粉能起到改善砂浆界面结构与孔结构的作用, 并且降低孔隙率, 因此, 100mm以上有害空隙的数量就会大幅度减少。

3.2.3 煤矸石的利用技术

煤矸石是一种伴随煤炭而生的坚硬岩石, 种类有手选矸石、洗选矸石、巷道掘进矸石等。原煤的生产中, 有10%~15%产生的是煤矸石。因此, 要想实现煤矸石的综合利用, 对煤矸石中碳元素、矿物的含量与组成进行分析是必不可少的一个过程。煤矸石的来源不同, 含碳量也会大不相同。煤矸石属于沉积岩, 由多种矿岩组成, 与煤系在地层中共生。在对煤矸石进行综合利用时, 三氧化二铝的含量以及三氧化二铝与二氧化硅的比值是需要考虑的主要参数。

对煤矸石进行工业利用的时候, 含碳量是主要的依据。含碳量较低的煤矸石, 一般作为混凝土骨料、水泥的掺料等建材使用, 而含碳量高的煤矸石, 由于发热量较高, 因此多作为燃料使用。需要注意的是, 如果煤矸石的含硫量偏高, 则应该先进行脱硫处理;假如硫的存在形态并无危害, 还可以进行回收。我国对煤矸石进行综合利用的途径主要有:发电或是作为燃料供热;充当路基的填充物;作为建材等。近年来, 用煤矸石来制备性能较高的混凝土、耐火材料等研究技术有了较大进展。控制煤矸石的掺入比例生产出来的混凝土不仅可以提高水泥的性能, 更能大大的节省生产成本。

将用煤矸石等废弃物生产出来的产品与市场上的现有产品用同一标准来衡量, 会让煤矸石的产业化实现充满难度。因此, 在研发煤矸石利用技术的同时也应该开发出针对煤矸石的工业产品所制定的标准, 以此来推动工业固体废弃物资源化利用的进程。

4 结语

综上所述, 我国工业固体废弃物的资源化利用可以有两个发展思路:一是继续探索以减量为原则的利用技术来达到降低成本与提高经济效益的目的;二是以资源利用最大化为原则, 研发针对性更强并具有更高价值的利用技术。在这两种思路的共同作用下, 我国一定可以实现工业固体废弃物的资源化利用, 让生产出来的产品在市场上得到认可, 从而实现工业固体废弃物的产业化发展。另外, 对于工业固体废弃物标准体系的建立也是不可缺少的。只有以完善的体系作为标准, 利用废弃物所得到的产品才能拥有市场竞争力, 进而创造更大的经济价值。

参考文献

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[6]查建宁.工业固体废弃物与循环经济[J].环境导报, 2002 (03) .

废弃物在景观设计中的利用研究 篇8

随着经济的发展和物质的不断生产, 每年我国的废弃物也达到了上亿吨, 这些废弃物中大多数还是可循环利用的资源, 但被利用的废弃物数量少之又少。园林设计师的任务是将大自然的水、植物和地形地貌等进行综合调配, 创造出一个人工的环境。在对园林进行设计时, 将可循环利用的废弃物应用于园林中, 不仅可达到废弃物重新利用的作用, 同时也能达到“绿色”园林的效果, 使园林别具一格, 更为“景观”, 更为环保。

1 废弃物的定义

所有的人为产物和自然产物, 在人们的活动中变得逐渐破损或陈旧后, 最终失去了原有的使用价值, 或未失去原有的使用价值而由于破旧被抛弃的物品, 如拆迁后的砖石和混凝土、废弃自行车等固态物体均被称之为废弃物。将废弃物拆解或碾磨后而得到的废旧材料, 可应用于园林中的路面、墙体等构件中, 如园林道路中可采用废弃混凝土经破碎筛分后作为再生粗骨料重新浇筑混凝土, 园林墙体中可采用废旧自行车拼接而成的艺术围墙等, 从而对废弃物进行充分的重复利用, 达到另一种艺术效果。

2 废弃物在园林景观中的应用

2.1 废弃物整合雕塑和园林小品

有些废弃材料, 如金属、木材等, 由于受磨损而被舍弃, 园林设计师对这些废弃物进行使用时可进行筛分和打磨改造, 重新组织成小型雕塑或园林小品。对这些材料进行运用, 可明显突出废弃物的园林效果和艺术价值, 但是由于所使用的原材料数量和种类有线, 因此采用这种方法对废弃物进行利用的利用率较低。

如对金属类废弃物材料进行再利用时, 金属才俩具有较好的延性和可焊接性, 因此利用时可将金属材料进行拆解或焊接从而形成一种新的外观形态, 从而组装成雕塑或小品。对金属材料进行不完全的拆解和焊接重组, 采用这种方法可以保留金属原有的轮廓, 如对废旧自行车进行拆解, 将车头和车座锯掉, 首尾相连焊接于一根钢管上, 可形成一堵1m高的围墙, 不仅使废旧自行车重新焕发活力, 同样也提高了园林的艺术效果。机械厂内生产过程中产生的边角料或其他废旧金属, 对其进行完全拆解, 得到零件类的金属材料, 将这些废旧材料进行有效拼接, 得到全新的雕塑。采用这种方法对金属废弃物进行施工时, 需专业的雕塑艺术家完成, 园林设计师的主要工作是将这些成型的雕塑安置于合适的地方, 将金属的锈蚀感与周边的植物环境进行鲜明对比, 突出其欣赏效果。

如对木材类的废弃物材料进行再利用时, 由于木材属于天然纤维类物品, 经过时间的推移, 其外部和内部均存在明显的纹理, 由于木材类材料质地温暖, 经过改造后适宜与人体接触。与众多废弃物原材料相比, 人们更倾向于对木材的青睐, 因此对木材进行消毒和改造后, 可在园林里制作成备受人们欢迎的园林小品设施。如在上海世博会的后滩公园中, 园林设计师采用铁路工程中拆除的枕木经切割消毒改造后, 重新铺设于公园道路中, 作为游客散步的栈道, 成为一种特殊的踏步。由于枕木过去使用时间较长, 其外部木质松软, 内部材料致密, 游客踩踏时脚感不会觉得太过于干硬。并且枕木经受长期的雨雪侵蚀, 其外表面也呈现出许多破损和裂纹, 这些破旧的迹象与园林结合, 可呈现出别致的景观效果, 并且具有一定的防滑作用。

2.2 废弃物装饰性利用

由于许多废弃物本身体积较小, 无法对其再进行切割利用, 如建筑垃圾中的废旧石材铺装材料和砖瓦等硬度较高的材料, 需经过长年的风雨侵蚀后才会将其表面棱角等去除, 从而形成一种新的纹理, 并且这类材料较脆, 抗撞击性较差, 由于上述原因的存在, 使得这些材料不能单独进行设计成为一道景观, 需将其与其他构筑物结合使用, 如将其粘合或铺贴于构筑物上, 从而起到一定的装饰效果。由于这类建筑材料废弃物个体较小, 对其进行铺贴时需进行大面积粘合和铺贴才能体现出其艺术效果, 因此对其进行利用时利用率较高。

2.3 废弃物粉碎再利用

由于城市的发展和扩张, 许多还可继续使用的建筑由于不能满足当下经济发展的需要而被拆除, 拆除后产生大量的砖、混凝土废弃物, 对这些废弃物进行处理时, 由于其性质稳定, 只能对其进行堆积掩埋处理。而将这些废弃建筑材料进行破碎筛分后可作为再生骨料应用于园林道路中, 作为一种新型铺装材料, 采用这种做法对建筑垃圾的需求量较高, 对其再生利用率也较高。对建筑垃圾进行再生利用时, 需对建筑垃圾进行消毒、破碎和分级处理。如将筛分后的骨料堆积于园林中指定位置, 堆积至指定标高时则成为园林中底层的骨架, 再在其上部堆积绿化种植土并栽培相应植物。如天津市的南翠屏公园曾采用建筑垃圾造山, 采用了211.5万m3的建筑垃圾和45万m3的市政游泥, 建造了高达50 m的山体, 成为天津市唯一的山体公园。采用废弃混凝土还可制作成透水砖, 可铺设于市政道路中人行道处, 使用透水砖铺设的道路不仅透水性良好, 避免雨水汇集, 同时还能解决城市中的热岛效应。在园林中使用这种材料制作的透水砖, 同样也可避免园林道路中出现雨水汇集的现象, 并且在透水砖的孔隙中还可种植花草, 避免泥土出现在道路上, 保持了道路的清洁。在园林道路中使用再生透水砖也实现了可持续发展的政策, 将园林变为一个绿色、环保、可持续的园林。

随着我国城市道路的发展, 汽车数量也逐年增加, 汽车数量增加的同时所产生的废弃轮胎数量也逐年增加, 轮胎厂对废旧轮胎的回收率极低, 大多数轮胎都被焚烧处理, 焚烧处理后产生大量的有害物质, 并且焚烧处理轮胎属于严重的资源浪费。将废旧轮胎破碎筛分后可铺设成橡胶人行道, 如上海的南奉公路则采用破碎筛分后的橡胶粉铺设成废旧人行道, 将废旧橡胶粉与聚氨酯类的胶合剂经一定的工艺制作后形成再生橡胶板材, 整块的铺设于道路中。将废旧橡胶粉制作成橡胶地面砖, 再在其中添加一定色素而形成彩色弹性橡胶地砖, 应用于学校、幼儿园、托儿所、游乐场中等场所不仅具有冬天保温还具有夏天防潮的效果。将废旧橡胶粉制作成上述市政材料或幼儿所用地砖, 所用材料量极大, 这种方式不需对橡胶进行改性处理, 破碎筛分后可直接进行使用, 这无疑是对废旧轮胎的最好的利用方法。

3 结论

综上所述, 在园林设计中将废弃物应用于园林中, 可将废弃物经改造加工后制作成雕塑、小品、装饰性材料、地砖、橡胶道路等, 这些方法是对废弃物的原始形态进行彻底的改变, 并且利用率较高, 不仅可将废弃物重新进行利用, 同时所制作出的成品也具有一定的经济价值和观赏价值, 超过了其原有的价值, 并且将园林设计为绿色园林、可持续发展园林。

摘要：通过对各种废弃物的表观形态进行分析, 得到将废弃物进行加工改造可制作成雕塑、小品、装饰品、道路板材等应用于园林设计中, 实线园林的绿色性和可持续发展性。

关键词：废弃物,园林,设计,可持续发展

参考文献

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烟草废弃物利用研究 篇9

1.1 开发背景

目前全国工业废弃物的年产生量已经超过10亿t, 2005年全国的工业废物产生总量达到13.4亿t, 历年累计的堆场面积已经超过0.1万km2, 工业废弃物的处理率约为50%, 每年生活垃圾产生量已经超过1.5亿t, 2005年全国城市生活垃圾、粪便的年总产生量达到1.85亿t, 无害化处理率约为50%, 北京、上海等部分大城市垃圾的日产生量已经超过了12 000 (摘自2005年中国环境公报) 。生活垃圾及市政污泥的处置问题已影响到我国城市化发展的进程。

目前, 销毁废弃物特别是危险废弃物最有效的处置方法就是焚烧法。焚烧的基本原理即是在高温条件下, 使有机物分解成小分子, 最后变成CO2和水等无机物。氧化必须完全, 这是焚烧废弃物特别是危险废弃物的基本要求。为了达到这一要求, 必须防止可能发生的氧化不完全或合成等反应, 以避免不完全燃烧产物和有害气体 (如CO、CHi、HCl、SO2等) 造成二次污染。因此对废弃物特别是危险废弃物的焚烧, 在工艺、设备和运行操作等方面都有严格的要求。为达到上述要求, 建造和运行危险废弃物的专用焚烧炉, 基建投资和运行费用都是相当高的。现有焚化炉焚烧温度一般为850~1 200℃, 物料停留时间一般为2 s, 焚烧难以分解的物质时, 会有少量有机废弃物排入大气, 焚烧后的炉渣还要深埋或处理, 这都有可能对环境产生二次污染。通过大量的试验和监测发现, 水泥回转窑在处理废弃物方面与建专用焚化炉相比较而言更具优越性。

1.2 从焚烧工艺来看, 水泥回转窑具有以下特点:

1.2.1 处理温度高。由于熟料焚烧的要求, 回转窑

内物料烧成温度必须保证在1 450℃左右 (窑内最高的气流温度可达1 800℃或更高) , 在如此高温下废弃物中主要有机物的有害成分焚毁率可达99.99999%以上, 即使很稳定的有机物也能被完全分解。

1.2.2 焚烧空间大。回转窑是一个旋转的筒体,

一般直径在3.0~5.0 m, 长度在45~100 m, 以每小时100~240转的速度旋转, 焚烧空间很大。因此它不仅可以接受处理大量的废料, 而且可以维持均匀的、稳定的焚烧气氛。

1.2.3 焚烧停留时间长。由于回转窑筒体较长,

斜度小, 旋转速度低, 物料在回转窑高温环境中的停留时间长, 物料从窑尾到窑头总停留时间大于30分钟;气体在高于1 300℃温度的停留时间大于4 s, 焚烧停留时间长是一般专用焚烧炉所无法比拟的。

1.2.4 处理规模大。正是由于回转窑具有处理温

度高、焚烧空间大、热容量大以及焚烧停留时间长等特点, 加之回转窑运转率高 (一般年运转率大于90%) , 决定了回转窑的废物处理规模较大。并且, 随着我国工业技术水平的提高, 回转窑的日产能力逐步提高, 其热稳定性和抗波动能力不断加强, 从而在处理废弃物的规模和采用可替代原燃料的数量上也有较大的空间。

1.2.5 回转窑及分解炉内呈碱性气氛。一方面能

对燃烧后产生的酸性物质 (如HCl、SO2和CO3-2等) 起中和作用, 使它们变成盐类固定下来, 可避免普通焚烧炉燃烧废气产生的“二次污染”问题。

1.2.6 回转窑焚烧有毒有害废料, 可使有害废料

中可能存在的金属元素 (包括重金属) 固化在水泥熟料矿物中, 并且固化稳定, 因而回转窑起到了尾气净化和重金属高温固化的双重作用。

1.2.7 回转窑系统是负压状态运转, 烟气和粉尘不会外溢, 从根本上防止了处理过程中的再污染。

1.2.8 回转窑处理工业废弃物完全可以利用水泥

生产的废气处理系统, 粉尘排放浓度很低, 污染物排放量少。特别是由于水泥窑的预热器系统产生活性Ca O, 具有很好的吸硫作用, 所以整个系统不需采取特殊措施, SO2的实际排放浓度也很低。美国国家环境保护署测量结果表明, 当回转窑使用有害物作为代替原燃料时, 空气中的有害物排放量不会增加, 不造成新的污染, 对空气质量无影响, 有时甚至有改善和降低污染物综合排放量的作用。

另外, 与建专用焚化炉相比, 回转窑处理废弃物除具上述优越性外, 还有它的独特性, 即:所有其他的处理方式都存在焚烧灰渣的二次处理问题, 回转窑可直接利用灰渣。熟料是以氧化钙、氧化硅、氧化铁等为主要成份的无机矿物。熟料需消耗一定燃料, 某些含热值的废弃物在回转窑上焚烧, 可替代部分熟料生产所需燃料。废弃物焚烧后残渣 (例如污泥残渣) , 均成为无害盐类, 往往具有可利用的组分, 替代部分熟料生产的天然原料, 并且在废弃物的处理过程中, 直接参与了熟料的固相反应、液相反应和熟料烧结过程, 参与熟料矿物的形成。因此回转窑处理废弃物不存在焚烧灰渣的二次处理和周转污染。回转窑处理废弃物是实现废弃物处理和资源化利用的一种新工艺, 应该是废弃物处理的发展方向。

1.3 研究工作的目的、意义

随着我国环保法规的日益完善、执法力度的不断加强、公众环保意识的提高, 以及政府对城市工业废弃物治理的重视, 我国对以城市为中心的危险废物的环境污染治理力度不断加大。国家环境保护总局、国家经济贸易委员会、科学技术部已于2001年底发布了《危险废物污染防治技术政策》。在该政策指引下, 部分城市已经开始或准备建设城市工业废弃物焚烧处理装置和城市工业废弃物填埋场, 国家环保总局规划在全国范围内建设7~9个大型危险废物集中处理处置中心。并提出了我国危险废物管理的阶段性目标:

*到2005年, 重点区域和重点城市产生的危险废物得到妥善贮存、实现安全处置;实现医院临床废物的环境无害化处理处置;将全国危险废物产生量控制在2000年末的水平;在全国实施危险废物申报登记制度、转移联单制度和许可证制度。

*到2010年, 重点区域和重点城市的危险废物基本达到环境无害化处理处置。

*到2015年, 所有城市的危险废物基本实现无害化处理处置。

水泥回转窑处理废弃物在无害化水平、污染控制、建设投资和运行成本方面具有诸多优点, 是较为适合我国国情的城市工业废弃物无害化处理和资源化利用设施。

在发达国家, 水泥回转窑是焚烧处理城市工业废弃物的重要设施, 得到了广泛的认可和应用。随着水泥回转窑焚烧废物的理论与实践的发展与各国相关环保法规的健全, 该项技术在经济和环保两方面显示出了巨大优势, 形成产业规模, 在发达国家城市工业废弃物处理中发挥着重要作用。

水泥生产是个高能耗过程, 燃料成本占生产成本40%, 消耗大量优质资源, 水泥工业当前的首要问题就是节能、降耗、环保和资源的合理利用。水泥窑处置废弃物技术, 一方面减少了对传统不可再生资源的消耗量, 减少了对环境的破坏;另一方面大量的消纳废弃物, 大大减轻了社会的环境负荷;水泥窑处置废弃物技术既降低了水泥生产的成本, 提高了企业的经济效益;又降低了废弃物处置成本, 有利于实现资源再利用和经济可持续发展。因此, 开发水泥窑处置废弃物技术, 建设示范工程是非常必要并十分有利的。

有害废弃物管理是城市工业废弃物的一个重要组成部分, 也是中国环境保护的一个突出矛盾。有害废弃物系指固体废物中具有毒性、反应性、腐蚀性、易爆炸性和易燃性废物, 中国目前年产生量约3 000万t, 占工业固体废物年产生量的35%, 不仅是资源的浪费, 而且是水、大气和土壤的重要污染源。与水、大气相比, 中国固体废物的管理与污染控制相对薄弱, 至今没有建立废物最小量化管理制度、没有一个符合安全标准的有害废物安全填埋场和区域性集中焚烧厂 (摘自中国环境白皮书) 。中国已经把通过实施清洁生产以减少废物产生列入工业可持续发展议事日程, 把有害废物管理与处理处置和利用研究列为国家科技发展的重点之一。在采用焚烧技术来处置工业废弃物的问题上目前基本上有两个发展方向, 一个是投大量资金建专业焚烧炉, 另一个方向是利用水泥回转窑来处理工业废弃物, 随着有关理论与实践的发展和成熟, 后者在经济、防止二次污染、固废无害化处理的彻底性方面显示出越来越大的优势。因为水泥回转窑在焚烧过程中具有处置废物数量大、投资少、运行费用低及窑内气体温度高、滞留时间长、自净化程度高、二次污染少、处理彻底等优点。

1.4 项目的水平

该项研究成果已在北京水泥厂有限责任公司示范工程运行一年多, 现场考核表明:系统对废弃物处置的适应性强、自动化程度高, 排放气体的有害物含量低。经中国科学院生态环境研究中心、北京市环境保护监测中心等单位检测, 在废弃物处理量达5t/h时, 系统热耗3 212 k J/kg、NOx排放浓度561 mg Nm3, 二恶英的排放浓度0.0005 ng I-TEQ/m3, 明显低于国家《危险废物焚烧污染控制标准》要求, 产品质量符合国家标准要求。

示范线工程运行结果表明, 该项研究成果达到了同类技术的国际先进水平, 经济与社会效益显著。

1.6 应用范围

新型干法水泥生产日产1 000 t以上规模的水泥线, 管理比较严密的企业, 都可以使用本项目的技术处置城市工业废弃物。

2 目前取得的进展情况、创新点

2.1 进展情况

天津水泥工业设计研究院有限公司建立并完善了废弃物分析检测方法及制度, 积累了大量废弃物的性状参数。研究了不同废弃物的合理处理模式, 为水泥窑处理废弃物工程的良好运行积累了第一手资料。

2.1.1 开发了预处理、焚烧的技术与装备, 为水泥窑处理废弃物奠定了技术基础。

2.1.2 建立了年处理10万t废弃物的示范线工

程, 实现了水泥窑规模化、自动化、高效彻底的处理工业与城市废弃物。

2.2 项目的创新点

2.2.1 通过全面分析多种废弃物的特性, 建立

了废弃物特性与水泥工艺相关性的关系。针对国内废弃物处置没有专门预处理中心, 废弃物来料复杂的问题, 建立了行之有效的废弃物运输、储存、处置的技术规章制度和职业卫生规章制度。

2.2.2 在国内率先开发了带剪切破碎、固液调

和、大推力输送的废弃物预处理工艺, 拓宽了水泥窑处置废弃物的范围。开发了焚烧废弃物的烧成系统, 并用自行开发的计算机软件, 对焚烧废弃物烧成系统进行了仿真模拟运行, 提高了装备运行的可靠性。在国内首次实现了垃圾飞灰的焚烧处理技术, 改变常规垃圾灰填埋的处理模式, 节省土地资源。

2.2.3 采用SNCR技术、喷水快速降温技术、高

效袋收尘技术实现了降低NOx排放, 低粉尘排放和低二噁英排放的目的。

3 已取得的经济效果、社会效益及前景

3.1 已取得的经济效果、社会效益

3.1.1 本课题示范线工程采用垃圾焚烧残渣作

为粘土质替代原料, 年可节约砂岩矿资源4万t左右;替代燃料的利用, 节约标准煤约1.2万t, 随着可替代燃料处置量的增加, 对能源的节约效应将更加显著。利用水泥窑的高温环境处置有毒有害工业废物, 和专业焚烧炉相比, 节约了专业焚烧炉所需要补充的优质燃料消耗, 且对低热值和基本无热值的城市工业废弃物适应能力更强, 依照本项目焚烧处置的城市工业废弃物其平均低位热值1 000 kcal/kg (收到基城市工业废弃物) 而论, 采用水泥回转窑焚烧处置比专业焚烧炉处置节约燃料折合标煤约0.5万t。因此从废物处置形成的CO2排放量来看, 相当于向大气中实现CO2年减排3.7万t。

3.1.2 利用水泥窑处置城市工业危险废弃物比

建专业焚烧炉投资省, 运行费低。以单位废物的装机容量比较, 专业的危险废物焚烧炉的单位废物处置电耗约为200~250 k W·h/t危险废物, 而利用水泥窑实现废物的协同处置, 其电耗仅为50~100 k W·h/t危险废物, 节能效果显著。

3.1.3 水泥窑处置废弃物的容量大, 3 000 t/d

生产线处理工业危险废物能力可以达到约10万t/a, 5 000 t/d生产线可以达到15~20万t/a。和专业焚烧装置相比, 采用水泥窑协同处置危险废物, 设备的年吨废物投资由约1万元/ (t危险废物年) 降低到500~1 000元/ (吨危险废物年) 的水平上, 投资经济性指标好, 废物处置的能耗水平降低40%, 运行的成本更低廉。实现了废物的彻底无害化和资源化利用, 处置的效果最优。

3.1.4 通过水泥窑协同焚烧处置危险废物, 简

化了废物处置的工艺环节, 实现了不同工业门类之间废物的最优化处置, 通过废物处置与资源能源回收利用的良好结合, 实现废物处置与水泥生产的优化组合, 在污染物排放总量上实现了污染指标的本质性降低, 符合循环经济发展的要求。

3.2 前景