第8讲-清洁生产

污灌增加的原因：水土分布不均匀，华北、西北污水排放增加，农业用水矛盾加大污水灌溉环境污染防治的补充分类：纯污水灌溉（全年用污水灌溉）清污混灌（清水、污水混合使用或轮流灌溉）间歇污水灌溉（只在冬季或作物生长期迸行污水灌溉）以色列每年大约用３亿ｍ３处理过的净化水用于农业灌溉，计划２０１０年全国１／３的农业灌溉将使用处理过的废污水。日本与捷克使用生活废污水经过物理净化或生化处理后即用于农田灌溉西班牙采用喷灌方式对果树进行污水灌溉，总面积为８０００ｈｍ２

我国污灌区面积不断扩大大型污水灌溉主要分布在我国北方大中城市近郊区，如北京、天津、辽宁、山西和新疆地区占全国污水灌溉面积的85%污水灌溉的效益（1）提供灌溉水源引黄灌溉地区渠道老化退化废弃情况严重污水灌溉缓解黄河水灌溉压力，黄河两岸污灌区面积达1.2×104

hm

2（2）提高土壤肥力污灌能增加土壤肥力：N、P、K营养元素污灌区污水排放量/104

t.d

-1NH4-NP/mg.L

-1K/mg.L

-1含量全量t.a

-1石家庄532038696西安467212089824保定1657.83375沈阳2630-502847-4745上海3021.2232110.7氨氮、磷、钾分别比清灌区水质高出70.6-93.5、11.4-27.7、12.2-13.0倍污灌增加腐殖质含量，污灌12年后土壤中腐殖质含量为2.9%，清灌区仅为1.9%；土壤中胡敏酸含量也显著增加，污灌20年与13年其含量分别为9.6%与4.7%，清灌区只有1.8%。（2）提高土壤肥力污灌改善了土壤物理性质

增加土壤小团粒，降低土壤密度与坚实度，更加有利于作物生长

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

春季增加幅度较大，污灌区农田土壤中细菌总数是非污灌区的4–25倍

细菌变化较大，放线菌、真菌数量增加；青霉、曲霉、交链格孢霉均显著增长。增加土壤肥力改善土壤物理性质污灌能增强土壤微生物活性增加作物产量每年净增粮食6×108kg；西安：22515–3000kg/hm2(80年代)沈阳：3750–4500kg/hm2(1988年)指标/mg.L

-1灌溉含量灌溉后2d灌溉后4d含量净化效果/%含量净化效果/%SS6592536211283总氮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-生活污水灌溉农田的净化效果污灌的净化机制(1)理化吸附和交换吸附作用——土壤(2)生物氧化作用——土壤动物与微生物(3)化学和光化学降解——日光辐射(4)植物的吸收和代谢——植物污灌存在的问题(1)有机质过多消耗土壤中的氧气，导致缺氧环境；(2)微量元素过多，对植物产生毒害；(3)油过多，堵塞土壤空隙，隔绝氧气，加速土壤的还原；(4)有害物质（重金属、有机氯等）破坏农田生态系统稳定；(5)城市和医院污水造成病原菌污染。生物防治技术研究热点微生物处理技术植物修复技术富营养化治理1、污泥法除氮三段污泥法（生物除氮经典方法）：去除BOD硝化脱氮碱硝酸氮去除率达70%以上聚磷菌聚磷菌2、活性污泥法除磷磷去除率达93%以上3、高等水生植物：水葫芦、眼子菜水葫芦又称凤眼莲眼子菜大面积水葫芦聚集在福建水口电站坝前，船舶通行受阻4、建立良好的水生生态系统初级生产者：植物消费者：动物分解者：微生物高等植物必须达到初级生产者、消费者和分解者在种类和数量上达到平衡木槿叶：吸收含氯有机物，对SO2吸收量极高抗性和吸收大气污染物植物的选择泡桐：对SO2、Cl2、HCl、HF等吸收夹竹桃：在高浓度的SO2环境能正常生长，对粉尘、烟尘有吸收

依靠森林群落净化大气污染物质森林净化大气污染物质的能力很强1hm2森林的净化效率：O3：9.6×104t/aSO2:748t/aCO:2.2t/aNox:0.38t/aPAN:0.17t/aA、森林群落结构越复杂，疏密度适中（0.5—0.7）净化效率越大；B、植物净化（大气）能力与抗性能力相结合．乔、灌、草相结合，因地制宜，合理配置。林带能阻滞气流的速度，使空气中夹持的污染物在林前大量沉降；由于气流遁过林带，在林带内被植物吸附和吸收。城市居民每人约需60m2的绿地，住宅区每人要保持28m2.澳大利亚的堪培拉绿地已占该城面积的58.5%，人均绿地面积达70.5m2主要研究内容：与污染控制有关的化学机制以及工艺技术中的化学基础性问题。终端污染控制模式研究模式：

清洁生产/污染预防模式污染控制化工技术——清洁生产

研究目的（绿色化学）从化学反应入手从根本上减少或消除环境污染，并创造出产污系数低、资源消耗最少的先进工艺技术。发展方向原材料的循环使用和废弃物资源化等技术的研究与开发。清洁生产/污染预防模式对生产过程，要求节约原材料与能源，淘汰有毒原材料，减降所有废弃物的数量与毒性；对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响。微生物燃料电池电池中含有镉、锰、汞、镍、锌等金属焚烧：产生金属富集程度极高的飞灰造成严重的大气污染；填埋：重金属溶解渗入下面土层和含水层，直接污染水体或土壤堆肥：同堆肥中其他产品反应，加速重金属溶出，通过食物链进入人体。传统处理方式：焚烧、填埋、堆肥微生物燃料电池土壤灯土壤时钟橙子时钟涂料清洁生产工艺苯——剧毒溶剂，破坏神经系统和造血组织甲苯、二甲苯——损害神经系统，破坏臭氧层甲醛——损害呼吸道及内脏，刺激眼角膜乙二醇醚类溶剂——损害血液循环系统及神经系统有毒有害涂料VOC(挥发性有机化合物)涂料清洁生产工艺以水作为溶剂固体含量在60%以上无溶剂体系，利用光照，在光引发剂作用下，在物体表面结膜固体废物资源化固体废物资源化：

采取管理和工艺措施从固体废弃物中回收有用的物质和能源。处置固体废物并把它转化为可供人类利用的资源越来越引起人们的重视。

美国1965年制定《固体废物处置法》，1970年修订成为《资源回收法》，1976年又修订成为《资源保护再生法》；中国1979年制定的《关于工业“三废”综合利用的若干规定》深圳废料回收公司美国废弃物回收工业协会（ISRI）德意志联邦共和国化学工业协会最早建立废物交换制度，并与邻国奥地利、卢森堡、荷兰、比利时、丹麦等签订合作协议；西欧共同体商工委员会于1978年建立废物交换市场。北欧的瑞典、丹麦、芬兰和挪威建立了北欧废物交换所一、废物生产单细胞蛋白（一）什么是单细胞蛋白？单细胞蛋白（Single-Cell-Protein,简称SCP)一词是由美国麻省理工学院（MIT)的CarrollWilson教授于1966年首先提出的。蛋白质蛋白质

——轻工业重要原料蛋白质

——医药业重要原料传统蛋白质的来源：动物蛋白植物蛋白1、SCP——微生物蛋白通过培养单细胞生物而获得的菌体蛋白质。1967年在第一届世界单细胞蛋白会议上，将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。包括细菌、放线菌中的非病源菌、酵母菌、霉菌和微型藻类等。2、生产蛋白的微生物假单胞菌假丝酵母绿色木霉藻类主要生产SCP的微生物比较：3.开发SCP的意义世界人口激增，粮食方面仅靠植物的传统生产方法，其增长率已赶不上世界人口的增加率；人民生活水平不断提高，对动物蛋白的需求量加快；粮食不足中最严重的是蛋白质问题食品蛋白质的短缺与微生物蛋白质利用的可能性促进了SCP的生产与开发，在60-70年代SCP受到世界科技界和工业界的注目；1967年召开了第一次SCP会议，并确认开发SCP是解决粮食饲料的重要途径之一。SCP的营养价值微生物菌体的70％～85％为水分，干物质中的主要成分是糖类、蛋白质、核酸、脂类及灰分。SCP干物质中蛋白质含量：细菌：60％～80％小球藻：55%~60%

酵母菌：45％～55％丝状真菌：30％～50％4、SCP的特点大豆：35%～40%

（1）SCP营养丰富：氨基酸的组成较为齐全；单细胞蛋白中还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质利用单细胞蛋白生产蛋白饲料优于马铃薯渣制品饲料（2）生产原料来源广、价格低廉利用某些工农业废弃物还可实现环境保护！原料糖质原料石油化工产品氢气和碳酸气石油原料（3）生产速率高一般蛋白质生产速度同生物体重的倍增时间成正比。微生物的倍增时间比牛、猪、鸡等快千万倍。20-120min2-6h1–2周1–2月4–6周（4）劳动生产率高生产不受季节气候的制约，易于人工控制；在大型发酵罐中立体式培养SCP工厂10万吨酵母/年45%蛋白质年产4.5万吨蛋白质1亩大豆田200kg大豆/年40%蛋白质年产80kg蛋白质1个SCP工厂=562500亩土地所产的大豆（5）单细胞生物易于诱变比动、植物品种容易改良可采用物理、化学、生物学等方法定向诱变育种，获得蛋白质含量高、质量好、味美并易于提取蛋白质等优良菌种。5、SCP生产的现状及其发展趋势以纯培养的微生物作为食物始于第一次世界大战期间，当时西欧主要以糖蜜为原料生产食用和饲用酵母。在二战期间，德国用木糖生产食用酵母，第一次工业化生产了SCP作为人们的食品。二战的德国科技——“人造肉”德国燃料化学家柏吉乌斯，1933年以后进行了合成食物的技术的开发改良；利用酵母菌体生产的蛋白营养价值很高，含有人体必需的8种氨基酸，一般成人每天吃干酵母10～15g。亚硫酸纸浆废水——酵母蛋白产量达11000吨，最高年产达5万吨，作为军需蛋白质食品。1955年，联合国粮农组织的蛋白质咨询组织(PAG)制定了有关SCP研究的指导方针。60年代，英国B.P.公司利用微生物脱去石油中的蜡，同时生产饲料酵母作为副产品，从此石油蛋白问世。解决了工业化生产问题食品安全性受到挑战70年代后，不少国家相继建厂，投入生产。发展到利用甲烷、甲醇、乙醇、乙酸等为原料生产SCP；80年代，甲醇SCP在英国已经工业化，SCP工厂的建立曾被列为生物工程的首项成就。目前，对于开发生产SCP的廉价原料特别是植物纤维素的利用已成为研究的热点；利用无限再生的二氧化碳为碳源的自养微生物制造SCP的研究也受到重视，包括藻类、光合细菌和氢细菌为最有希望。第一类为农作物类代食品：水稻、小麦等的叶、秆、根及玉米皮、稻谷壳等，以及薯类作物的叶、茎、根三年困难时期：代食品第二类为野生代食品：榆树叶、树皮、野苋菜、洋槐叶、沙枣之类。第三类为小球藻、红萍等浮游植物：1960年7月6日，《人民日报》的社论《大量生产小球藻》明确提出，小球藻不仅是很好的精饲料，而且具有很高的食用价值“人造肉精称为三年自然灾害时期主要的代食品”白地毛霉淘米水、涮锅水、残菜帮、烂水果、树叶、野草、野菜、农作物根茎叶20℃～30℃，2-3d

四类指合成类代食品，如“人造肉精”、“人造肉”

（三）生产SCP的基质1、烃及其氧化衍生物石油烃、天然气及其氧化物（甲醇、乙醇、醋酸等）2、农林牧产品加工工业的固体废料、废水木材加工的木屑、刨花、锯末等造纸工业的亚硫酸盐纸浆废水、废纸制糖的蔗渣、废糖蜜等“变废为宝”，多种用途3、城市有机垃圾和农村农产废物4、工业废气

火电厂、钢铁厂等排出的CO、CO2、SO2等废气（四）SCP生产的工艺技术单细胞蛋白生产的一般工艺过程pH值与温度（五）单细胞蛋白生产中应该考虑的问题1、核酸含量高，这可能会危害某些生理功能紊乱症患者的健康：食品中核酸转化为尿酸的过程如下：2、毒性物质存在的可能性（如从培养基中吸收重金属，微生物自身产生毒素等）；3、在人类消化管道中消化得很慢，会使使用者产生消化不良或过敏等症状。二、纤维质原料生产酒精乙醇作为燃料的优点有：

1

产能效率高；

2在燃烧过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；