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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 来源 种类类 工业废业废 弃物 城乡乡生活废废弃物 农业废农业废 弃物 液体废废弃物 废弃物种类 来源 种类类 工业废业废 弃物矿业 、石油、建筑、食品、塑料、 皮革、橡胶、纺织 、造纸、电器等 城乡乡生活废废弃物食物、污污泥、垃圾、粪粪便等 农业废农业废 弃物秸秆、粪粪便、残留物等 液体废废弃物工业废 水、生活污水、农业废 水等 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 名称 数量/（104 t)名称数量/（104 t) 稻草16000花生壳100 稻壳3000甘蔗渣800 麦秆7000甜菜渣500 玉米芯1250棉籽饼饼460 棉秆1500油菜籽饼饼240 棉籽壳200林业废业废 料1500 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。 工艺艺方法pH值值有机质质NP2O5K2OCaOMgO水分 碳酸法8.023.510.690.650.2735.974.7255.9 1 亚亚硫酸法6.058.661.191.240.525.591.0769.5 5 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550600万吨 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。 重金属污染重金属污染是土壤污染的重要构成，土壤的重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，期性，造成的后果很严重，影响对象广泛，影影响对象广泛，影 响区域广、危害人口多响区域广、危害人口多！严重地威胁着农产品严重地威胁着农产品 的安全和人体的健康！的安全和人体的健康！ 重金属污染的菌根修复 l l 直接结果：重金属制约植物（尤其是农作物）的生直接结果：重金属制约植物（尤其是农作物）的生 长，造成长，造成严重减产严重减产 l l 间接结果：重金属通过间接结果：重金属通过食物链食物链进入人体，危害人体进入人体，危害人体 的健康的健康 全国每年仅因重金属污染而减产粮食全国每年仅因重金属污染而减产粮食10001000多万吨，另外被重金属多万吨，另外被重金属 污染的粮食每年也多达污染的粮食每年也多达12001200万吨，合计万吨，合计经济损失至少经济损失至少200200亿元亿元。 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 南方都市报南方都市报 20052005年年1111月月1818日日 珠江三角洲珠江三角洲 经济增长经济增长 污染加剧污染加剧 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根据国家环保总局牵头完成 的的典型区域土壤环境质量典型区域土壤环境质量 状况探查研究状况探查研究（2002-2002- 20052005）的分析，珠江三角洲）的分析，珠江三角洲 地区土壤环境质量状况从总地区土壤环境质量状况从总 体上看较为严重，主要表现体上看较为严重，主要表现 为为污染面积广污染面积广、污染物种类污染物种类 多多、污染危害大污染危害大。 广东省珠江三角洲重金属污染现状 珠江三角洲农田菜地土 壤重金属污染状况 10%10%严重严重 超标超标 40%40%超标超标 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 珠三角地区珠三角地区20%20%的农田灌溉水源的农田灌溉水源 都受到了汞污染都受到了汞污染 国内外重金属污染治理的现状与问题 原位钝化原位钝化 去除重金属去除重金属 污染土壤的修复污染土壤的修复 植物修复植物修复 AMAM真菌真菌 促进植物根系吸收养分促进植物根系吸收养分 增强植物对多种生物、非生物胁迫增强植物对多种生物、非生物胁迫 的抗性的抗性 影响植物的群落结构影响植物的群落结构 AMAM真菌，又称丛枝菌根真菌真菌，又称丛枝菌根真菌 A Arbuscular rbuscular M Mycorrhizal ycorrhizal fungifungi 提高植物对重金属胁迫的抗性！提高植物对重金属胁迫的抗性！ 接种AM真菌 根际钝化 地上部累积生物量增加 植物钝化植物提取 菌根修复菌根修复 分泌螯合物，土壤中钝化重金属分泌螯合物，土壤中钝化重金属 菌丝吸附重金属菌丝吸附重金属 细胞膜选择性地阻碍重金属细胞膜选择性地阻碍重金属 细胞质中钝化重金属细胞质中钝化重金属 向外排放重金属向外排放重金属 液泡中分隔重金属液泡中分隔重金属 可以促进植物对重金属离子的可以促进植物对重金属离子的 吸收吸收 可能降低重金属离子在土壤中的可能降低重金属离子在土壤中的 移动性移动性 植物修复（Phytoremediation) 就是筛选和培育特种植物，特别是对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，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。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(Rhizofilt raction) ：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 51600 Se 100 蜈蚣草 2015 (mg/kg) 金属元素 植物种 Cu 甘薯属高山薯 异叶柔花 星香草 Cd 遏蓝菜属爱遏蓝菜 Co 星香草 异叶柔花 Pb高山漆姑草属高山漆姑草 遏蓝菜属圆叶遏蓝菜 Ameica martitima var. balleri Mn澳洲坚果属脉叶坚果 串珠藤属红茎串珠藤 Ni 九节属套哇九节 叶下珠属匍匐九节属套哇九节珠 庭花菜 庭芥属贝托庭芥 Berkheya coddii Zn 遏蓝菜属爱遏蓝菜 铜钱 属白铜钱 景大叶遏蓝菜 遏蓝菜属短瓣遏蓝菜 芥菜属巴丽芥菜 堇菜属芦苇荃菜 景天属东南景天 Se 黄氏属总状黄氏 Re 铁芒其 As 风尾蕨科蜈蚣草 风尾蕨科大叶井口边草 Cr 线蓬 尼科菊 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(Thlaspi caerulescens ) 两种生态型东南景天在自然条件下的生长状况 Growth of two ecotypes of Sedum alf