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海游叶

 
 
 

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国外治理“三废”的新技术  

2010-12-02 09:43:06|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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发展生态经济,建立友好型环境,做到自然和谐、社会和谐,确保社会经济可持续发展,必须加强废气、废水和废物的治理。20世纪90年代以来,世界各国,特别是主要工业国和新兴工业国,投入大量资金和研究力量,加强治理“三废”的探索,取得了许多令人瞩目的创新成果,有效地促进了生态平衡和社会的可持续发展。本文拟对本世纪国外出现的治理“三废”新技术,作一归类梳理,以供有关方面参考。

一、治理废气的新技术

1.治理工业废气的新技术。

⑴法国国家科研中心开发出新型材料,可大量吸附二氧化碳。它是由铬元素和对苯二甲酸合成的一种多孔复合纳米材料。由于它表面布满直径为3.5纳米的小孔,因此吸附能力十分强大:这种材料在25摄氏度的温度下,1立方米可储藏400立方米二氧化碳。

⑵目前,烟尘过滤装置均采用聚丙烯制成。焚烧设备运行时,烟尘中的二氧化碳很容易沉淀在其表面,在温度升高时,沉淀物又会脱落,重新回到烟尘中,造成排放超标。为解决这一难题,烟尘过滤装置必须定期更换,而且更换过程复杂,成本昂贵。近年,德国开发出具有“吸毒”功能的黑塑料,既能吸附对环境有害的二氧化碳等物质,又能阻止沉淀到焚烧设备烟尘过滤装置的表面。

⑶多伦多大学研制出一种探测炼钢炉内氧化碳浓度的无源红外传感器,并成功进行了原型工业试验。它能够提高大型炼钢熔炉的燃烧效率,同时降低二氧化碳等有害温室气体的排放。如果加拿大所有大型工业熔炉都推广使用这项技术,每年将减少15.7万吨二氧化碳气体的排放。

⑷瑞典瀑布能源公司试验开发煤基含氧燃料技术。他们通过在纯氧中而不是空气中燃烧煤炭的方法,对传统的火电厂进行改造。由于空气中含有大量氮气,所以传统发电厂会产生主要由氮气和部分二氧化碳及水组成的气溶胶混合物。问题在于,把二氧化碳与氮气分离需要大量能量,因此捕获二氧化碳的成本很高。但是,在煤基含氧燃料技术中,气溶胶主要由二氧化碳和水组成,而水很容易浓缩和去除,这样形成的纯净二氧化碳很容易收集。

⑸德国亚琛工业大学正在研究把发电厂排放的大量二氧化碳转化成有用的塑料原料。研究人员已建立一个催化剂研究中心,并与拜尔公司合作,准备利用二氧化碳生产廉价的聚碳酸酯塑料。这项研究不仅有利于减缓气候变暖,而且应用前景非常广阔,因为聚碳酸酯塑料是生产塑料瓶、DVD光碟和镜片等塑料制品非常普遍的原料,每年全球的需求量达数百万吨。

⑹以色列本·古里安大学利用海藻吸收二氧化碳,提炼生物燃料。其基本思路是,收集发电厂排出来的二氧化碳气体,把它们导入一个能生存海藻的系统。肥料和烟囱中排放出的碳,能帮助海藻大量繁殖。海藻含有的植物油约占体重的四分之一,提取这种植物油就能制成生物燃料。来自植物的生物燃料更清洁,造成的污染更小。

⑺加拿大探索用藻类生物反应器系统吸收二氧化碳。这种系统可以与煤、天然气发电厂或大型工业设施相结合。开发的思路是,把大型工业设施排放的二氧化碳气体,引导到一个人工“藻类农场”,农场里的藻类植物靠吸取二氧化碳生存,待其长大成熟后用作工业原料。成熟的藻类含油量丰富,可以用来生产生物柴油、酒精、动物饲料以及各种塑料。

⑻英国诺丁汉大学碳捕获和存储技术创新中心,利用一个与植物光合作用相似的过程,发明出把二氧化碳转化成沼气的技术。

2.治理汽车废气的新技术。

⑴英国北威尔士一名有机化学家和两名工程师,研制成一个名为“绿盒”的装置,可以安装在汽车后方消音器的旁边,收集喷出的废气。绿盒回收的废气包括二氧化碳和一氧化二氮,收集所得的废气经藻类生物反应器处理,再经提炼形成生物柴油,又可供车辆使用。

⑵日本产业技术综合研究所开发出在低温条件下,对柴油车尾气中氮氧化物进行高效分解净化的电化学反应器。它可在250℃以下,分解氧浓度高达约20%的柴油尾气中的氮氧化物,有望取代现有的柴油车尾气净化装置。

3.治理厨房废气的新技术。

德国莱布尼茨低温与等离子体研究所等发明一种厨房油烟过滤装置,可以去除恼人的厨房油烟和气味。它由三部分组成:一是吸收油烟中较大颗粒的过滤器;二是等离子体过滤器,它可将气体变成等离子体,各种污染物颗粒会与带电等离子体粒子发生反应,最终形成稳定的化合物;三是活性炭过滤器。这种新装置能够过滤掉最细小的污染物颗粒,甚至可以处理烟道中的污染水汽。

4.治理香烟废气的新技术。

俄罗斯科学院生化物理研究所,对铝代硅酸盐和硅酮进行处理后,获得一种具有超强吸附能力的材料。他们用这种材料制成香烟过滤嘴,可有效吸收香烟燃烧气体中的尼古丁、挥发性亚硝酸盐、多环芳香烃、焦油和重金属等有害物质,其过滤功能大大超过普通香烟的过滤嘴。

二、治理废水的新技术

1.治理工业废水的新技术。

⑴新加坡南洋理工大学土木与环境工程系科研人员,利用细菌混合物净化废水新技术,可把废水中的有机化合物减少七成多。一般废水的主要有机物为氮和磷,而特定的几种细菌,会自动分解这些物质以获取自身所需的能量。利用这些细菌来分解清除有机物,比起目前采用的物理或化学方法来清除有机物更为简易。同时,可在废水中加入少量铁矿石,让有机物被氧化的同时,铁离子进行还原反应,从而使氧化还原反应持续不断。经过这样的处理后,废水的有机物含量便能大幅度降低。

⑵日本东京工业大学从蟹壳中提炼的脱乙酰壳多糖,能有效清除工业废水中的有毒物质苯酚。

⑶美国研制成能清除水中重金属的治污新材料。美国西北大学和能源部阿尔贡国家实验,共同开发出一种多孔的新材料,可以像海绵一样吸收水中的重金属,将诸如水银或铅这样的污染物从水中清除掉。该新材料是一种由凝胶制成的坚硬的泡沫状物,其中大部分的液体被气体所代替。实际上,它是一种新型气凝胶,其原料与制作半导体所用的原料是一样的。传统的气凝胶由二氧化硅或碳制成,通常是白色或无色的,不吸收任何光线,而这种新型气凝胶可以吸收光线。科研人员把新型凝胶放置在含有金属离子的溶液中,发现它不仅清除了溶液中大部分的水银,还“带走”了大量的有机化合物。它非常像海绵,只是这种海绵的孔壁表层能防止硫原子进入溶液。

⑷德国斯图加特弗劳恩霍夫研究协会,发明世界第一套离心式污水处理装置,该装置采用转片过滤器,在金属筒内装有直径31厘米、厚度6毫米和0.2毫米孔径的多孔陶瓷滤片。这些陶瓷滤片安装在旋转空心轴的几厘米处,同时可用作排水管。陶瓷片旋转的目的是不让脏物积得太厚,以影响其过滤功能。当脏物积得太多时,通过离心机将其抛出加以清除。这使污水处理厂可以避免频繁更换过滤器。

⑸韩国研究人员用木棉树纤维,开发出一种能迅速吸收水面上各类油污的环保材料。它的吸收能力,是目前清除漏油用无纺布的4~6倍,并能够多次重复使用。它还可用于清理甲苯、苯和烹饪用油。

2.治理农业污水的新技术。

⑴日本三得利公司开发出一种利用植物净化水质的新技术:改造蓝翅蝴蝶草基因,使其能够大量吸收水中的磷。这不仅可以减少农业污水,净化农业生产水质,而且含磷高的蓝翅蝴蝶草还能成为好肥料。

⑵日本农业食品产业技术综合研究所开发出一种新技术,利用简单的设备就可以从养猪场排出的污水中提炼出元素磷,再利用于制造肥料等领域。

3.净化压舱水的新技术。

新加坡研发出压舱水净化系统。压舱水是在船舶没有运载货物航行时,为保持船身平衡而注入船舱的海水,当船舶入港装载货物时,就会排出压舱水,但却容易把别处的海洋生物带入当地水域,导致外来生物入侵,进而影响海洋生态。为此,新加坡环境科学工研院在海事及港务管理局、热带海洋科学研究院、义安理工学院、海皇轮船及美国海运局支持下,完成这套压舱水净化系统。试验表明,它的净化率达百分之百。

3.净化饮用水的新技术。

⑴以色列沃特希尔公司推出一款净水装置,只有10克重、7厘米长,外形小巧,像个软木塞,可以套在瓶子、容器和水龙头的出口处。当脏水流经净水装置时,可以得到快速清洁,流出来的就是可以直接饮用的干净水。

⑵发现检测饮用水中镭元素的新技术。有关研究表明:呼吸吸入镭,注射或食道摄入镭,以及身体暴露于一定量的镭辐射中,都会导致癌症和其他的疾病。为了确保健康,需要检测周围生活环境中镭的存在。美国乔治亚理工研究所环境辐射中心的科研人员,发现了一种有效检测饮用水中镭的方法,它可以显著减少测试时间。这种方法只需两个步骤:一是将盐酸和氯化钡投入水样中,加热至沸腾,再加入浓硫酸,反应后收集镭的沉淀物,干燥并称重;二是利用伽马射线光谱系统,分析检测沉淀物中镭—226和镭—228的含量。过去,利用原始方法检测一种类型的镭元素需要4个小时,检测镭—226和镭—228则需要8个小时。现在,这个新技术可同时检测两种同位素,主要技术只要花费半个小时。

三、治理废物的新技术

1.发明废物利用的新技术。

⑴俄罗斯国立鲍曼技术大学,研制出能废物利用的实验型发电机,它主要由两大构件组成:燃气制造炉和基于柴油发电机技术的内燃机。其燃气制造炉,能以锯末、畜粪、泥炭和褐煤等为燃料。当这些物质在炉内依次经过烘干、脱氧和燃烧等工序后,便有混合气体生成。其中可燃气体占混合气体总量的近一半,它会进入内燃机汽缸,压缩燃烧并做功,通过连杆装置驱动发电机发电。

⑵日本帝人公司推出涤纶再生先进循环再利用流程装置:把穿旧废弃的涤纶面料服装进行回收集中,再经过粉碎,制成颗粒状,然后经过化学处理分解,成为聚酯原料,然后纺丝再生,变成新的涤纶原料,又可再制作服装。

⑶德国阿博格等利用皮革废料开发出模塑皮革。把清洗干净的皮革废料磨成细粉放入铣床,制成绒毛纤维。再用一条包括阿博格塑机在内的小型挤出生产线,将这些绒毛纤维原料,与不同颜色(通常大多选择黑、棕、灰三种)的树脂颗粒混合在一起,生产出模塑皮革。它具有天然的质地和吸汗能力,比硬塑料的触感柔和,也更显美观舒适。

⑷日本以碎玻璃为主要原料,掺入少量粘土等,经粉碎、成型、晶化、退火制成一种新型环保节能材料——玻晶砖,为碎玻璃开辟了一条高附加值再利用的新途径。

⑸日本东京都立产业技术研究所,用玻璃瓶碎片和钢筋混凝土淤渣为主要原料,加入少量硫化铁、硫酸钠和石墨,制成弯曲强度和耐酸性均高于大理石的装潢材料,成功地实现了变废为宝。

⑹英国一家公司开发出一套新的生产程序,把制造巧克力时所产生的废料转化成乙醇,然后与植物油混合起来制造生物柴油。

⑺意大利生物化学分子研究所的科研人员发现,西红柿加工后的废料,尤其是废弃的西红柿皮,可提取复合糖化物,经过提炼和净化,可转化成为一系列可降解的环保塑料制品,包括人们购物经常使用的塑料袋以及在农田使用的塑料薄膜等。

2.发明分解废弃物的新技术。

⑴以色列特拉维夫大学与魏茨曼科学院一起,发现了一种由分子联合体组成的人造分解剂。它可分解树木、棉花和其他植物的纤维素。同时,运用基因工程的方法,对它的结构进行重新安排,把不同的结构要素进行重新组合,终于找到可以分解人造纤维素的分解剂。这一发现,可以提高垃圾处理和回收的效率。

⑵法国威立雅研制出生物反应器填埋场,废弃物降解时间缩短一半。生物反应器填埋场的原理,是通过控制渗沥液的回灌来保证填埋场的最佳湿度,从而加速废弃物的降解。此项技术有很多优点,通过压实废弃物显著增加了废弃物填埋的库容,加速废弃物稳定化进程,从而缩短废弃物填埋场封场之后的维护期,使填埋场尽快与周围环境相协调。

⑶俄国喀山大学开发堆肥法清除石化污染物:先在堆放场晾晒石化油泥,再将晒干的油泥一层一层地刮下。与此同时,收集一种生物过滤工艺使用过的木屑填充料,将这些木屑撒在特制的堆肥场底层,使其厚度达到30厘米。随后,将刮下的干油泥铺在木屑层上,再往干油泥上撒木屑,如此叠加并使总高度达到1.4米。木屑堆中含有特定的微生物,能通过分解吸收,清除、转化油泥中的污染物。

⑷日本京都大学开发出一种利用微生物处理生鲜垃圾的新技术,具有吃掉垃圾不吐渣的效果。与以往微生物处理方法相比,其残余的污泥量只有过去的5%,可稀释后冲入下水道。

3.发明能自然降解的包装材料。

⑴瑞典保洁生态公司研制成能自动消失的包装塑料。发明者罗森的灵感来自蛋壳。对于鸡蛋来说,蛋壳是绝好的包装材料,缺点是容易破碎,主要原因在于碳酸钙占95%比例太高,而且其余5%的天然蛋白质黏合剂也缺乏韧性。于是,罗森不用天然蛋白质作为黏合剂,而选用了天然气里提取的塑料聚烯烃。同时,他也找到了最佳配方:70%的碳酸钙和30%的聚烯烃。这样制成的“洁净材料”,看起来和摸上去都很像传统的塑料,但它不是塑料。实验表明,它有玻璃般的坚硬,又有橡皮般的柔软,是塑料、纸板和铝制包装可行、廉价的替代品。尽管其成分中含有塑料,但聚烯烃对环境的影响是很小的,它可以降解为碳和氧。

⑵日本大阪大学成功合成全部来自植物原料的透明高分子薄膜:通过综合运用发酵法和化学聚合法,把玉米中制得的聚乳酸转变成纳米纤维,以此作为增强剂,对以大豆为原料制成的聚合物进行合成,获得透明而具柔性的薄膜。

⑶英国贝卢公司开发的玉米制塑料饮料瓶,在商业肥料作用下只需12周便可全部降解,大大缩短了降解所需时间,是环保型材料应用领域的又一新突破。

⑷日本高崎造纸公司用食品工业废弃的苹果渣生产出果渣纸。其制法是:除去果渣中的子粒,将其捣成纸浆,加入适量的木质纤维即可造纸。这种纸使用后容易分解,可焚烧或做堆肥,亦可回收重新造纸,不易污染环境,可用于食品包装。

⑸加拿大企业在全球率先开发出完全氧基可降解聚苯乙烯泡沫包装产品。它加入了一种添加剂,可与食品直接接触。它在氧气、热、紫外线或机械压力作用下,能变成细粉再被细菌和其他微生物分解,3年内可降解。这种可降解泡沫材料的问世,有利于减轻环境压力。

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