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在現代包裝設計中我們接觸到最多的,更新最快的莫過于食品的包裝。在我國食品工業發展迅猛的今天,人們的生活理念和消費模式正在發生重大變化,包裝在人們生活中也越來越重要,對食品包裝也提出了新的要求,本世紀食品市場的競爭在很大程度上取決于包裝質量的競爭。科學技術突飛猛進,食品包裝日新月異,而食品包裝理念也顯現出新特色,食品包裝要以多樣化滿足現代人不同層次的消費需求;無菌、方便、智能、個性化是食品包裝發展的新時尚;拓展食品包裝的功能、減輕包裝廢棄物對環境污染的綠色包裝已成為新世紀食品包裝的發展趨勢。
在本次實習中我接觸到了一些綠色包裝,綠色包裝也是現在國家大力提倡的一種包裝,這種包裝現在在食品行業被廣泛運用。這類包裝是指對生態環境無污染、對人體健康無害、能循環和再生利用的包裝。在人們對生態環境極為關注的今天,食品的綠色環保包裝也成為一種必需。據專家預測,未來10年內綠色食品將主導世界市場,而綠色包裝則是綠色食品在消費者中間的通行證,它對子塑造綠色食品品牌有著重要的意義。從協調社會發展和生態環境保護出發,世界各國都把減量、復用回收及可降解作為生態環保包裝的目標和手段。
在清華大學和中科院微生物研究所共同努力下,已圓滿完成了用廢糖蜜為原料生產可生物降解塑料聚羥基丁酸酯(PHB);用基因工程菌生產可生物降解塑料PHB;用水解淀粉為原料生產可生物降解塑料PHB及其共聚物PHBV以及可生物降解塑料PHB的改性和應用等研究成果。并在此基礎上實現了國際上首次規模化生產第三代PHA羥基丁酸共聚羥基已酸酯(PHBHHx),由微生物合成的生物可降解材料聚烴基脂肪酸PHA,具有優良的生物可降解性、相容性、電壓性以及光活性,其結構的多樣性,加上由結構變化所帶來的新材料性能,使這種材料在食品包裝方向應用前景十分廣闊。
德國PSP公司近期開發出泡沫紙生產新工藝,用它生產的包裝材料可代替泡沫材料。該種泡沫采用舊報紙和面粉作材料,先將回收的舊書報切成碎條,再碾成纖維狀的紙漿,將其和面粉以2比l的比例混合,混合后的紙漿注入擠壓壓成圓柱顆粒。擠壓過程中,原料受水蒸汽作用成為泡沫紙。用該種泡沫紙作原料,可以根據不同的需要生產出多種形狀的塑料包裝。泡沫紙可一次成型,不用化學添加劑,使用后還能回收加工。
運用現代超級粉體技術,將原材料粉碎成10~25ium之間的顆粒稱為超微粉,近年來研究發現,利用超微粉技術制備淀粉基生物降解塑料具有明顯的優越性。超微淀粉粒度小,均勻,具有極大的比表面積,蓄含巨大的表面能,使其流動性和填充性得到顯著提高,用于制備生物降解塑料時可有效地改善材料的力學性能,能夠在保證材料使用性能的前提下,大大提高淀粉的添加量,這對于降低成本,節約石油資源,開發天然淀粉的應用,提高塑料生物降解率都有非常重要的意義。
美國農業研究局南部地區中心利用大豆蛋白質、添加酶和其它處理劑制成大豆蛋白質包裝膜,用于食品包裝,能保持良好的水份、阻止氧氣進入,與食品一起蒸煮,既易于降解減少環境污染,又可避免食物的二次污染。
關鍵詞:生物基塑料 概念 存在問題 未來展望
近年來隨著生物基塑料的研發和應用,一些傳統的塑料制品已經被其替代,生物基塑料已經在解決資源和環境問題上發揮了重要作用。本文分析了生物基塑料的研究狀況及當前發展中遇到的主要問題,并對生物基塑料的未來發展前景進行展望,以期為經濟社會的可持續發展做出貢獻。
一、生物基塑料的概念
1.生物基塑料的定義
2003年11月日本的生物塑料協會將生物塑料定義為生物分解塑料和生物基塑料。所謂生物分解塑料(BDP)是指,在一定環境條件下,這類塑料能夠由細菌、藻類、真菌等微生物的作用分解,而不會帶來環境問題,目前生物分解塑料既來源于石油又來自可再生資源。所謂的生物基塑料(BBP)是指可再生資源例如淀粉、蛋白質、纖維素、木質纖維素、生物聚合物及二氧化碳等,以這些材料為原料加工而成的塑料,就被稱為生物基塑料。所謂生物塑料就是指綠色的生物材料,它不會對環境造成污染,或能夠減輕對環境的污染,是給空氣帶來二氧化碳負擔的“碳中性”材料。
2.具有代表性生物基塑料產品的特點比較
3.生物基塑料的檢測標準
對生物基塑料的檢測方法主要是通過對其進行C-14分子標記,然后測量其產品中各組分的碳原子是生物碳或化石碳及含量在總有機碳中的百分比(質量分數)。例如計算以淀粉為原料制造的淀粉基塑料的生物基含量:
50%淀粉與50%聚乙烯的淀粉基塑料,其中淀粉生物C含量為41%、聚乙烯生物C含量為82%,其生物基含量的計算方法為(50%×41%)÷(50%×82%+50%×41%)=33.3%。日本的生物含量的等級分為4個:25%~50%,50%~75%,75%~90%,>90%,其中25%~50%的產品所占的比例最大。
二、當前生物基塑料發展狀況
隨著,公眾環保意識的逐步增強,探尋資源的可再生方法已經得到了越來越多人的關注,將一些常見的可再生資源例如谷物、木材、甜菜等制造成生物聚合物,實現資源的再生。目前,生物基塑料的研究已經完成了由初級研究到商業化、規模化方向的發展,截止到2012年全球生產制造的生物基塑料產量達500Kt左右,其所能帶來的能量達1060kt,根據美國Fredonia集團的研究報告表明,生物基塑料的需求量在未來的幾年里其增長率仍會大幅度提高。歐洲的生物塑料協會預測在未來的幾年里生物基塑料的生產規模仍然會擴大,今后可被生物分解的生物基塑料中制造業產品如兒童玩具、汽車裝飾用品、汽車零件及家用電器等的需求量最大且增長速度最快,預測增長速度會超過20%。目前生物基塑料在我國的應用主要是在以下5個行業:一包裝行業;二制造業;三紡織業;四農用地膜;五醫學業。
三、生物基塑料使用的主要技術
1.“生物成型”技術
作為世界知名的可口可樂公司承諾在2020年,本公司所使用的所有的PET容器都將使用生物材料,該產品主要是由美國著名的生物技術公司Virent、Gevo共同研發生物合成PX工藝,實現PTA的綠色化。Virent公司已經成功的采用了“生物成型”技術,將玉米、甘蔗等含糖作物與糠醛生物共同轉化為PX,實現了完全由可再生材料合成生物基PET。
2.分子重組技術
目前,國際上知名的生物化工企業Virent、Gevo、Avantium等已經成功的應用生物技術從植物、農作物的廢棄物等資源中進行分子重組轉化為PX,并通過氧化技術生產出PTA,從而實現了100%的PET生物基產品。
3.“YXY”技術
美國生物化工Avantium公司與美國高校共同研發了“YXY”技術,該技術將植物源獲得的呋喃糖通過生物技術轉化為2,5-呋喃羧酸,從而與MEG酯化聚合生成PEF,目前 已經實現了PEF聚酯瓶的商業化生產。
四、幾類生物基塑料的國內外研究進展
目前國內外研究較多且開發和技術相對成熟的生物基塑料主要有:淀粉基生物降解塑料、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等。
1.淀粉基生物降解塑料
淀粉基生物降解塑料是淀粉經過改性、接枝反應后與其他聚合物共混加工而成的一種塑料產品, 具有投資少、成本低、方便快捷、等特點。目前共研發出填充型、光-生物雙降解型、共混型及全淀粉型四種可降解塑料。經過30年的研發歷史,淀粉生物降解塑料已廣泛應用于化工、農業以及化妝行業等。
2.聚乳酸生物降解塑料
聚乳酸是以乳酸為原料合成的材料,具有無毒、無害、高強度、易加工成型及可全降解性能等特點。因此,聚乳酸是一種能真正達到生態和經濟雙重效應的環保材料,是近年來國內外著重研究和關注的生物降解塑料。但價格較高對其大規模應用有一定的限制。
3.聚丁二酸丁二醇酯生物降解塑料
丁二酸和丁二醇經縮聚形成聚丁二酸丁二醇酯, 其具有優良的力學性能和耐熱性,并且其加工定型和穩定性方面也比其他生物基塑料好。總體而言,其綜合性能優異, 性價比合理, 具有良好的應用推廣前景,。
另外,國內外正在研究開發一些新型生物基塑料。例如:美國農業部研究由檸檬酸和丙三醇制得的生物降解聚合物,美國加州大學正在推出的利用碳水化合物和肽合成生物材料以及國內相關研究部門研究以農產品為原料制造可塑淀粉生物降解材料,顯示出未來生物技術塑料發展的前景巨大。
五、生物基塑料發展中存在的主要問題
1.生物基塑料的性能較石油基塑料有差距
目前形成產業的生物基塑料的性能(力學性能、穩定性、耐熱性、燃燒性、阻隔性等)較石油基塑料的性能上還存在著一定的差距,在很多要求嚴格的領域中,生物基塑料不能夠替代石油基塑料,因此必須通過對其性能進行改造的手段,盡量使其性能達到可利用的標準。
2.生物基塑料的生產投資大、成本高
相關國外《生物基生命周期對環境影響的全面分析》調查研究表明,生物基塑料的制造所使用的農作物,較普通的農作物而言使用的農藥、化肥的量更大,其產品對環境污染的影響更大,因此在投資項目時一定要全面分析,慎重做決定。
六、展望生物基塑料的發展前景
1.生物基塑料替代傳統能源
隨著經濟社會的發展,全球面臨的資源和環境問題日趨加劇,環境污染、資源匱乏、能源短缺都迫使人們急切探尋新能源來替代傳統的能源。用可再生資源替代石油資源已經成為人們關注的焦點,隨著人們生活水平的提高,對石油資源的需求量只會與日俱增。隨著全球氣候變暖問題的日益嚴峻,美國能源情報署2006年初預測,到2025年,世界的二氧化碳排放量將達3.88×107kt,而中國目前的二氧化碳排放量已經達到3.8×106kt,因此中國面臨的減排工作還是十分嚴峻的,同時相關研究表明,生物基塑料的節能減排效果顯著,生物基塑料的二氧化碳排放量比石油基塑料的排放量少20%~30%。因此,生物基塑料的發展有巨大的市場潛力。
2.生物化學工藝技術發展為生物基塑料發展帶來新革命
生物化學工藝技術的發展為生物基塑料的性能、生產工序、生產成本等都有了突破性的改變,其不僅能夠使生物基塑料的性能達到最佳狀態,而且能夠大幅度的降低生產成本,提高淀粉及纖維素的含量,并且還能夠直接或間接的使用非糧食淀粉,節約糧食資源。
3.生物基塑料產品種類不斷增加,應用領域不斷擴大
隨著人們生活水平的提高對生活質量的要求越來越高,綠色食品、綠色包裝都是人們追求的新事物,而生物基塑料就是綠色包裝的典型資材。而且今后不會單單僅僅將生物基塑料的產品種類局限于包裝上,會將生物基塑料的應用領域擴大到農業領域、醫藥領域、紡織領域等,他們都將在各自領域發揮著巨大的作用,實現資源替代和環境資源矛盾的緩解,更加有利于國家的可持續發展。
七、結語
近年來,生物基塑料的生產技術體系目前已經得到了確立,并且隨著生物材料和生物生產技術的發展,其在節能減排和緩解資源環境壓力發揮著顯著的優勢,通過對生物基塑料的研究和應用的現狀進行綜合分析,生物基塑料具有巨大的市場潛力。并且當前生物基塑料作為石油基的替代品使著我國的資源利用正朝著綠色、高效、高附加值、規模化、標準化的方向發展,從而為我國走經濟可持續、能源可持續、資源可持續發展的道路奠定了基礎,因此生物基塑料具有十分美好的發展前景。
參考文獻
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從環保產業的定義看,環保產業的界定與涵概的內容具有相當的廣泛性,并與其他產業相互交叉與滲透。因此在實際應用中往往有兩種不同的統計分類方法:一種就是上述定義的廣義的分類;另一種是專指污染控制與治理的技術、設備和服務,即狹義的分類。其中,通常將狹義界定的部分視為環保產業的核心。
一、中國政府實施可持續發展戰略,成為環保產業發展的新機遇,環保產業可望成為軍轉民的一個重要領域“九五”期間到2010年是中國經濟高速發展的關鍵階段,不可避免地要經歷一個工業化、城市化和大規模資源開發的過程。盡管我國的環保工作取得了較大成績,但全國環境形勢仍很嚴峻,環境污染和生態破壞成為嚴重影響和制約我國經濟發展的重要因素。為實現本世紀末力爭使環境污染和生態破壞加劇趨勢得到基本控制,部分城市和地區環境質量有所改變等目標,國務院制定了《國家環保“九五”計劃和2010年遠景目標綱要》,并將可持續發展作為我國經濟的發展戰略。第四次全國環保大會提出到2000年所有污染物必須達標的要求,并推出《污染物總量控制計劃》和《跨世紀綠色工程計劃》兩項重大舉措,以及為之配套的一些其他政策、措施,必將促進各地區、企業投入區域和點源的污染治理。而目前我國環保產業技術水平、生產規模還不能適應環保事業的需要,難以參與國際競爭。環保產業是具有很大潛力的“朝陽產業”,這正是軍工行業在軍轉民過程中需要尋求的符合國家產業政策、具有廣闊市場前景的產業。因此環保產業有可能成為軍轉民的新領域。
二、軍工行業環保產業的現狀與發展環保產業的條件近十年來,軍工行業將過去治理本行業污染的技術和設備逐步推向市場,許多有志之士都致力于環保產業,企業的環保部門與車間合作,開發環保技術和設備,設計院、大專院校和科研部門也紛紛參與環保市場競爭。經過十多年的發展,各軍工行業都涌現出一批環保產業單位,有的已在我國環保產業中占有一席之地。據了解,到1995年,航空、船舶、兵器等行業環保產業產值均在3億元左右。以兵器工業為例,涉足環保產業的單位有40多個(多為企事業單位的二級企業),共開發了大氣污染防治技術與設備(脫硫除塵)、水污染防治技術與設備(如高濃度有機廢水、電鍍廢水、CLO2發生器)、環保器材和凈化設備(水和空氣凈化器、水處理藥劑等)、汽車摩托車消聲器、環境監測儀器、固體廢物處理和綜合利用設備、無公害環境標志產品(可降解塑料、氟里昂替代品R134a、新型制冷空調)等7大類70多種產品。環保從業人數為1萬余人。其中環保產品的生產、技術開發、產品銷售和“三廢”綜合利用構成了兵器工業的主體。從兵器工業的環保產業基本現狀可以看出:(1)盡管產品、技術種類較多,但規模不大,產值不高,缺乏主導產品。按年產值3億元計算,僅占全國產值(300多億元)的1/100;(2)從事環保產業的單位主要是二級法人單位;(3)科研成果轉化率低,商業化、產業化程度也很低;(4)環保產業單位的經營機制也是制約市場開發的一個重要因素。
鑒于以上原因和其他多種因素,目前,軍工行業的環保產業在全國環保市場的份額還比較低,在組成我國環保產業的“四個方面軍”——鄉鎮企業、地方環保部門所屬環保公司、國務院各部門所屬企業、外國公司中所處地位尚不突出。因此,軍工行業要將環保產業真正發展成為其支柱民品還將面臨著許多挑戰。但也應該看到軍工行業所具備的潛在優勢還沒有發揮出來。綜合起來,軍工行業具有發展環保產業的優勢條件主要體現在:
(1)國防科技工業強大的科技開發能力和所擁有的高新技術正是提高我國環保科技水平的希望所在。
(2)各軍工行業均涉及較廣泛的產業領域,如機械、光電、化工等,具有健全的制造業基礎和完善的配套能力,具有發展環保產業所需的產業基礎。
(3)軍工業特有的軍品生產技術、某些專業領域的技術優勢以及特有污染物的治理技術都有化為通用環保技術、進入環保市場的巨大潛力。如兵器工業的活性炭開發、生產及其應用技術,在環保產業中就具有廣泛的應用領域;航空工業的新材料、制冷、空調、電子等先進技術優勢都可廣泛應用于環境保護產業,船舶工業的大型燃油爐、除油裝置等技術基礎同樣有廣泛應用前景。
(4)軍工產品質量管理體系將使軍工行業環保產品具有更高的可靠性,為改變我國目前環保產品質量低劣的狀況提供保障、創造條件。
(5)國內外的銷售網絡體系,較強的設計能力和工程承包能力,使軍工行業具有參與國際、國內環保工程承包的能力和國內外環保產品營銷的優勢。
三、環保產業市場淺析從當前的環保產業市場分析來看,可將環保市場分為受國家環保政策和執法力度影響的區域和點源的污染控制和污染治理市場以及隨著人民生活質量要求的提高,形成的家用環保市場這兩大環保產業市場。
(1)第四次全國環保大會以后,國家環保執法力度的加強,使得許多潛在的環保市場正在轉化為現實的市場。
·《國務院加強環保工作的決定》要求到2000年所有污染物必須達到排放標準,否則屆時將被停產或關閉,這就使得目前大量超標排放的企業不得不限期治理,從而進一步擴大了環保技術和設備的需求。《決定》還嚴令關、停、并、轉目前嚴重污染環境的小造紙、小電鍍、小煉焦、小制革、小化工等“15小”企業,從而促進了其他類似企業的治理。到2000年我國城市污水集中處理率要求達到20~30%,50萬人口以上的城市都要建立污水處理廠,到2010年城市污水集中處理率達到40~50%,因此,城市污水處理廠是當前水處理市場的重要方面。第四次全國環保大會上推出的《總量控制計劃》和《跨世紀綠色工程計劃》兩項重大舉措,不僅要求污染物達到濃度排放標準,而且要使污染物總量控制在計劃指標之內;《跨世紀綠色工程計劃》共投資4800億元,其中“九五”期間為第一期工程投資1860億元,重點治理“三湖”(太湖、巢湖、滇池)和“三河”(淮河、遼河、海河),這些區域成為我國“九五”期間的主要環保市場。
·我國關于SO2控制區和酸雨控制區的劃定,以及對SO2征收排污費后,鍋爐燃燒煙氣脫硫技術和設備具有很好的市場,電廠大型鍋爐的煙氣脫硫和工業中小型鍋爐的煙氣脫硫成為兩大市場。我國現有中小型鍋爐43萬臺,年耗煤3.5億多噸,年排放SO2800多萬噸,占SO2排放量的40%,因此中小型工業鍋爐和電廠鍋爐脫硫具有很好的市場需求。
·城市大氣污染物的60%至70%來自汽車(摩托車)等機動車的排氣污染。過去,由于我國使用含鉛汽油,使得尾氣凈化的催化劑“中毒”,影響這一技術的推廣和使用。現北京、上海、廣州開始使用無鉛汽油,禁止使用含鉛汽油。1998年西安、重慶、天津等市使用無鉛汽油,2000年全國使用無鉛汽油,這就為我國汽車摩托車的尾氣催化凈化器的使用創造了條件。機動車尾氣凈化器正處于研究與開發階段,這是目前正在形成的市場。近日,一些城市已要求檢測不合格的在用車必須安裝凈化器。
·我國每年產生大量的城市垃圾和工業垃圾,嚴重污染環境,目前很多單位積極開發大型焚燒爐,并尋求示范工程;由于資金和技術問題,垃圾處理這一市場將在2000年開始的我國第十個五年計劃時,成為環保工作的重要領域和環保產業的重要的潛在市場。另外,“白色污染”也是目前一個重要的環境因素,為解決此問題,可降解塑料及其深加工制品如農用薄膜、包裝物具有良好的市場前景。
·新的環保標準,對污染物提出了更高的要求,新增控制指標,也開拓了環保產業的新的領域。如新的綜合污水排放標準,要求對廢水的TOC進行監測,總量控制要求與之配套使用的污水流量采樣器,這些都是目前需要開發的環保監測儀器。
(2)人民生活質量要求的提高,形成空氣和水凈化器等家用環保產品的市場。許多城市自來水有些指標不合格。隨著人民生活水平的提高,人們對環境質量的要求也日益提高。針對開放的消費品市場,家庭或小區的水凈化器、居室和車用空氣凈化器都是當前關系到千家萬戶、市場容量比較大的暢銷產品。
另外,各軍工行業自身的污染治理(如老污染源的治理和新建項目的環保“三同時”項目)所需的技術與設備也是一個重要的環保市場。
四、環保產業科技開發與產業發展的重點根據市場需求和現有基礎,結合各行業的技術優勢和特點,是確立其開發重點的原則之一。根據有限目標,重點突破的原則,兵器工業確立了以下領域作為環保產業的開發重點:
(1)大氣污染防治技術和設備開發生產除塵—脫硫一體化技術與設備,并建立電廠鍋爐的示范工程。
(2)水處理設備重點開發醫藥等高濃度有機廢水、電鍍等表面處理廢水處理的成套化、系列化設備,中小城市的污水處理和中水回用。
(3)垃圾處理設備及綜合利用
(4)車輛尾氣凈化器等汽車環保產品技術開發重點:汽車、摩托車排氣凈化器,并總成為消聲、凈化一體器
(5)空氣、水凈化設備、器材與材料
(6)清潔產品和無公害環境標志產品技術開發重點:可降解塑料及其深加工和設備的國產化;氟里昂代用品134a。
(7)環境工程承包利用設計優勢,進行工程承包,帶動環保產品的銷售。
(8)環保儀器、環境監測儀器及其他領域技術開發重點:總量控制儀器,注重該領域與國外進行技術合作與引進。另外,還應開發生態與生物技術,開展環保咨詢(如ISO14000的認證與咨詢等)。
五、軍工行業發展環保產業的挑戰和擬采取的對策與建議軍工行業具有發展環保產業的條件和基礎,環保產業市場為軍轉民提供了良好的機遇,但要充分將其優勢發揮出來,首先應面對來自自我和外部的挑戰:·市場機制對現有的計劃體制的挑戰。·規模經濟的發展趨勢對現有的零星的、小規模生產的挑戰。
·集團優勢對分散經營的挑戰。·國外技術、資金對國內環保市場沖擊和對軍工行業目前脆弱的環保產業的挑戰。
·國家環保產業的宏觀調控及扶持政策滯后對軍工行業發展環保產業扶持政策的挑戰。
面對這些挑戰,要使環保產業成為軍工行業民品的重要補充或新的經濟增長點,擬采取的對策與建議如下:
(1)行業管理部門,從各行業的實際出發,加強統籌規劃和統一管理,加強環保產業的領導,引導并促進環保產業的規模化進程,并注重相關部門的協調。
(2)加強產、學、研的結合,按產品結構或技術開發的優勢,進行資產重組,組建專業性的技術開發公司或環保產業集團,盤活存量資產,發揮整體優勢。
(3)加大環保科研開發投資力度,落實環保產業資金渠道。
環保產業發展的關鍵在于技術和產品的開發,而目前環保科研小試費用匱乏;中試研究和科技開發很難列入重點項目;因此加大環保科研和科技開發投入是發展環保產業的前提;同時將成熟的技術產業化產品列入民品項目固定生產投資渠道。
建議建立國防科技工業環保產業發展基金,以支持和引導國防工業環保產業的發展。
(4)開展廣泛的、多層次的國內、國際合作面對激烈的市場競爭,我們要轉變觀念,開展與環保產業的各方面軍(鄉鎮企業、地方環保企業、國務院直屬工業部門、國外環保公司)合作,取各家優勢,為我所用。
與鄉鎮企業合作,充分利用和借鑒其靈活的機制和市場開拓能力;與地方環保部門合作,享受地方政策的保護與支持;與國務院有關行業,特別是缺乏環保專業隊伍和制造基礎的行業結成戰略聯盟,或為其提供技術和制造能力的支持;與國外公司合作,創辦合資企業,合作開發、引進和消化技術,開發適合我國國情和發展中國家市場需求的技術和設備,提高我們的技術水平。同時,充分利用外貿和海外工程承包力量,開拓國際市場。
【關鍵詞】污水處理廠;污泥;綜合利用;資源化
目前,我國污水處理率達到80%,污泥產生量隨之越來越多。根據《中國污泥處理處置市場分析報告(2013)》預測,到2015年,全年城鎮污水處理廠濕污泥(含水率80%)產生量將達到3359萬噸,即日產污泥9.2萬噸。現階段,我國污水處理廠污泥處置仍以原始粗放的填埋為主,數以千億的污水處理的投資是否換來“污染轉移”備受各界媒體關注,由此,污泥的安全處置引來熱議。污泥處理不當排入環境,不僅造成資源浪費,也會產生二次污染,危害人類。
全國范圍內污泥的處置方式主要有污泥土地利用、焚燒與協同處置、建材利用、填埋。填埋是我國當前處理污泥的常見方法,污泥是一種資源,如何加以利用變廢為寶,實現污泥資源化將成為污泥處置領域的重點發展技術。污水處理廠污泥不含Pb、Ag、Hg、Cd、Cu、Pb、Bi、As、Cr、Ni、Co、Ba等,其組成成分具體如表1:
表1 污水處理廠污泥組成成分表
1 污泥土地利用資源化
幾十年來受重金屬風險影響,污泥制成的有機肥曾一度被農業部禁止施用農田,只能用作填埋土、路基土、綠化土。我國污水處理廠污泥處理方式技術成熟,經過高溫好氧發酵后各項指標是經得起考驗的,而且轉化成有機肥后腐殖質、有機質能有效改善土壤。污泥的土地利用能促進土壤有機質的回歸。
2 縮減污泥處理處置成本
“重水輕泥”思想仍然存在,污泥的處理處置是每個污水處理廠正常運營過程中的一項重要難題,由于污泥處理未列支于污水處理費用,一般的污水處理廠能夠實現正常運轉主要依靠政府補貼。降低污泥處理處置成本方式是考慮輔料的選擇,行業內先后選擇鋸末、花生殼、玉米須以及加工粉碎后的玉米棒等均不理想,最終采用腐熟物料作為新的輔料,成本降低了將近三分之一。
3 污泥產品及應用
由于下游產業鏈不完善,業外人士對污泥產品認識不清,污泥產品的去向令人堪憂。實際上,污泥的高溫好氧發酵處理有效的殺滅病蟲卵、雜草種子、穩定有機質、脫除水分,而且各項指標均符合《城鎮污水處理廠污泥處置 林地用泥質》標準,可以用于園林綠化和處理,根據需要進一步處理也可用于生產有機復混肥料用于農業生產。隨著各項合作,污泥作為綠化土,作為肥料,得到有效推廣使用,實現了增收。2014年世界園藝博覽會也采用了污泥產品作為栽培基質,尤其是名貴苗木的栽培基質各項指標要求較高,污泥完全符合該指標要求,世園會的植物栽培、育種都選擇了污泥產品作為栽培基質,并給與了充分肯定,植物長得好,又節約了資源,可謂經濟效益、社會效益和環境效益的大豐收。
污泥產品已經得到廣泛使用,污泥與垃圾混合堆肥具有經濟簡便的優點;污泥消化制沼氣有效減少了污泥數量;污泥燃料化技術主要采取HERS與SF法制成燃料;污泥的建材利用減少了建設焚燒爐的投資,利用自身的熱值節能了能耗;污泥產品作為粘結劑將無煙煤加工成型煤,降低了灰渣中的殘炭,防治了污染;污泥制成可降解塑料,有效地解決了“白色污染”;污泥低溫熱解制成燃料油是一個能量自給有余的過程,有客觀的發展前景;污泥生產滅火劑是經濟效益很好的項目得到了推廣及應用。
污泥資源化技術也不免存在各種各樣的問題,因此,污泥產品在使用過程中要注意一些問題,比如土地利用方面,利用前應進行無害化處理,不能在同一地點長期超量施用污泥。
4 結語
污泥的處置一直是處理處理廠正常運行的障礙,在資源和能源日益短缺的今天,能夠將污泥綜合利用資源化將是一件利國利民的重大舉措。土地利用是符合我國現狀的主要利用方式,因此,污泥成分中對重金屬等各項指標的控制尤為重要,各種有機肥的生產能夠消化大量的污泥,亦能夠產生較好的經濟效益。在實際應用過程中應污泥處置標準的出臺將能夠帶動污泥綜合利用產業的規范化、規模化發展,從而實現污泥的集約化處理。
【參考文獻】
[1]鄒琳.城市污水處理廠污泥最終處置方法研究[J].中機國際工程設計研究院有限責任公司,2011.
化學工業是國民經濟的基礎性產業,為經濟發展和人們生活提供了物質基礎。長期以來,污染一直是困擾化學工業的致命問題,制約著化學工業的健康發展。化工過程既伴有原子間的重新組合,又有相變發生,因而在節能降耗方面潛力很大。近年來,化工生產綠色化的研發和應用正方興未艾。
綠色化工就是在化工產品生產過程中,從工藝源頭開始運用環保理念,推行源消減、進行生產過程的優化集成、廢物再利用與資源化,從而降低成本與消耗,減少廢棄物的排放和毒性,減少產品全生命周期對環境的不良影響。綠色化工的興起,使化學工業環境污染的治理由先污染后治理轉向從源頭上根治。
綠色化工理念注重從產品的全生命周期來考察其生產和使用對環境帶來的影響,包括綠色原料、綠色產品和綠色過程等方面。要真正實現化工生產的綠色化,首先要從源頭上減少有毒有害物質的使用,運用綠色化學的手段實現零排放;其次從工藝和設備兩方面著手,大力研究開發從整個工程鏈中減少或消除污染的綠色工程技術,并在此基礎上進行過程系統綜合,降低能耗,實現廢物最小化和環境影響最小化;然后從循環經濟角度提高資源的綜合利用率,降低廢物產生和排放。
綠色化工已被全球列為21世紀實現可持續發展的一項重要戰略,是解決資源、能源緊缺和環境惡化的重要途徑,是提高人類生存質量和保證國家與民眾安全的核心基礎科學與技術。綠色化工和清潔生產工藝技術將向節能、環保的方向發展。化學與材料、生命、信息、能源、資源、環境等領域的結合將開辟新的發展方向,為提高人類生活質量和環境改善提供多種途徑。
一、全球綠色化工態勢
1995年美國設立“總統綠色化學挑戰獎”,自1996 年開始每年頒發一次。1997年成立了綠色化學協會,致力于環境友好化學合成和處理的教學、科研工作。美國加州提出兩項州議案,要求按照加州綠色化學行動法促進綠色化工發展。美國已著手創建一項能夠明確鑒別綠色化學品和綠色工藝的綜合性工業標準,實行綠色化工第三方認證,目前有近50家單位在參與制定。
歐洲的綠色化工也很活躍。英國的綠色化學網從2003年開始創建,2006年成員已達到1500家;為鼓勵綠色化工,英國還設立綠色化工水晶獎、英國綠色化學獎、英國化學工程師學會環境獎等獎項。法國化工業正逐步將農作物用于化工領域,據預計,未來農業領域綠色化工創造的財富很可能超過農產品本身。
日本已從污染型的工業社會轉變為全球環境的領跑者和節能超級大國。與1990 年相比,2006 年日本化學工業減少二氧化碳排放15%,而同期化工產品總產量卻增加了30%。2000年日本成立了綠色與可持續化學網絡,開展綠色與可持續發展化學的研究開發、教育、獎勵、國際間的合作、信息交流等工作,并發起設立“綠色和可持續發展化學獎”。
巴西因擁有豐富的植物資源,生物塑料的生產成本比其他地區低很多,從而吸引了眾多投資者。巴西的公司已經將中等規模甘蔗基高密度聚乙烯推向市場,并在生物基乙醇生產、生物乙醇制烯烴、生物基丁烯等方面有較快進展。一些跨國公司也積極參與巴西的綠色化工計劃。不遠的將來巴西將成為全球最大的綠色塑料生產國。
大型石化公司正努力發展綠色化工,不斷提高能效,以降低溫室氣體排放,使用對環境友好的新工藝,減少生產過程的環境污染。如,阿克蘇諾貝爾公司銷售產品的18%來自其“生態優質”產品,與市場上的主流產品相比,留下的環境印跡低得多,公司到2015年計劃將此份額增加到30%。
二、國內綠色化工進展
石化工業是國民經濟的支柱產業。2010年我國石化行業規模以上企業總產值達8.88萬億元,占全國規模以上工業總產值的12.7%。石化產品廣泛用于工業、農業、人民生活等各個領域:它為農業提供化肥、農藥和塑料薄膜等,為能源、交通和居民生活提供石油、天然氣、液化氣等燃料,為汽車、船舶、航空航天、機械工業等提供合成材料、輪胎、涂料和膠粘劑等產品,為紡織工業提供合纖單體、合纖聚合物、染料及紡織助劑,為輕工家電業提供各種塑料材料、功能材料,為電子工業提供印刷電路板基材、塑封料、光刻膠、高純試劑和特種氣體等,為建筑業提供塑料建材、保溫材料、建筑涂料、防火材料等,為醫藥工業提供基本化工原材料,為軍事工業提供軍用化工產品,為人民生活提供各種相關的日用化學品……
我國化工產業的出路就在于摒棄粗放的生產模式,推崇“綠色化工”,發展環保型產品,采用先進技術,實現清潔生產,最大限度地降低三廢排放量,采用循環經濟手段,提高資源利用率。
科學發展強調人與自然的和諧。
2006年國務院《關于落實科學發展觀加強環境保護的決定》指出,我國環境保護雖然取得了積極進展,但環境形勢嚴峻的狀況仍然沒有改變。
我國綠色化工研發正在興起。南開大學與天津大學已于2003年聯合組建了天津綠色化學化工實驗室。2008年2月,廣州化工集團有限公司等11家企業和華南理工大學、南開大學、浙江大學等6所重點高校發起組建的廣州綠色化工產學研戰略聯盟正式啟動。
綠色化工產品應用備受關注。如,綠色化工材料和技術滲透到了北京奧運會的方方面面,為北京奧運會成功舉辦發揮了重要作用。
三、南京化工園區綠色化工思考
1.發展現狀
南京化工園區按照“國際一流、國內領先”的要求,經過10年的發展已初具規模,各項事業正蓬勃發展。園區在綠色化工方面做了大量工作,取得了較好成效。園區實現了集約發展,通過公用工程共享,提高了土地利用率;采用熱電聯供,實行按能級配置使用能源,提高了效率;強制推行清潔生產審核和循環經濟試點工作,企業節能降耗有了明顯改善。
(1)綠色碳一化工產業鏈。合成氣是碳一化工的源頭,園區合成氣實行集中供應,生產效率高,資源和能源得到合理利用,廢棄物少。惠生(南京)化工有限公司以煤為原料生產合成氣,向菱天公司、藍星公司和揚巴公司供應,并分離出一氧化碳產品供給塞拉尼斯醋酸裝置,多余的一氧化碳和氫氣生產出甲醇。實現了一氧化碳和氫氣合理配置,最大限度地提高煤的有效利用率,降低碳排放。
項目采用世界上最先進工藝技術,其中煤氣化采用GE 德士古水煤漿氣化技術;工藝氣體的凈化和CO深冷分離采用林德公司低溫甲醇洗工藝;甲醇合成單元采用國內自主開發的高效等溫反應器和高性能合成催化劑;精餾系統采用“三塔”流程。同時配套克勞斯裝置回收煤氣中的硫,極大地減少二氧化硫排放,屬于清潔煤化工項目。此外,項目還利用余熱發電,有效地利用了煤的化學能,實現了企業一半用電量自給。項目還做到廢水循環利用,廢渣深加工利用、廢氣提取二氧化碳綜合利用。
在醋酸合成方面,園區集聚了兩大世界一流的醋酸生產商BP和塞拉尼斯,它們的生產技術屬當今世界頂級技術。從合成醋酸的反應方程式看,甲醇羰基化合成醋酸符合“原子反應”要求,反應只有一步,全部的反應物原子都變成了產物,沒有原子損耗。
Celeance 公司在傳統Monsanto 法的基礎上開發成功AO Plus 工藝,與傳統Monsanto法比優勢明顯:裝置的時空產率提高到20-40mol醋酸/升·小時;投資費用節省40%;公用工程消耗降低30%。近年,塞拉尼斯公司對AOPlus 的技術進行了改進,可將裝置產能由120萬噸/年提高到150萬噸/年,單位產品成本大大下降。
BP 公司在Monsanto 法基礎上改進,于1996年推出了BP Cativa工藝。催化劑體系具有如下優勢:主催化劑便宜;穩定性好,可以維持高得多的濃度,具有更高的時空產率20-30mol醋酸/升·小時;投資費用節省10%-30%;由于體系中水濃度低于2 w%,副產物丙酸少,因此公用工程消耗降低20%-40%;采用該技術,可將原有裝置產能提高30%以上。
(2)聚氨酯材料。聚氨酯是由多異氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等擴鏈劑或交聯劑等原料制成的聚合物,廣泛應用于汽車制造、冰箱制造、交通運輸、土木建筑、鞋類、合成革、織物、機電、石油化工、礦山機械、航空、醫療、農業等領域。由于它的使用可以節省能耗,因而屬于綠色化工產品。園區在聚氨酯領域有較強的綜合能力。
(3)綠色涂料及助劑。“綠色涂料”是指節能、低污染的水性涂料、粉末涂料、高固體含量涂料和輻射固化涂料等,主要是從減少涂料總有機揮發量、降低溶劑的毒性、提高用戶的安全性等方面加以改進。
我國是涂料生產大國,但高性能環保型涂料的發展落后于發達國家。化工園區在“綠色涂料”領域形成了產品集聚,有環保助劑、高性能樹脂和安全的涂料產業鏈。如長江涂料公司年生產能力8萬噸,是我國涂料行業設施最齊全、設備最先進、工藝領先、技術超前、環境優美、國內一流、國際接軌的現代化油漆制造基地,國內涂料10強企業。
園區還是國內最大的醇醚溶劑基地。醇醚類溶劑與水有很好的相溶性,被廣泛地用于水性涂料,作助溶劑,起偶聯使用。德納(南京)化工有限公司目前有丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯六套生產裝置,其中丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯生產能力達到10萬噸/年,產品質量達到電子級;乙二醇丁醚生產能力達到9 萬噸/年,乙二醇丁醚醋酸酯生產能力達到3萬噸/年。
(4)水處理劑。水處理產品和服務是環保產業的重要組成部分。納爾科工業服務(南京)有限公司由全球最大的水處理劑制造商美國納爾科公司投資設立,年產3.7萬噸水處理劑,包括年產7000噸橡膠聚合體、5000噸液態聚合體和年產2.5萬噸混合物等市場暢銷產品,最終將實現年產15 萬噸產量的規模。工廠設備先進、生產工藝世界一流,定位為納爾科在全球的核心生產廠之一,可供應納爾科產品線的所有核心技術產品。
(5)資源綜合利用。在乙烯裂解過程中,主要產品為“三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)三苯(純苯、甲苯、二甲苯)”,同時也生產一定量的碳四、碳五、碳九等副產品,這些副產品中碳四已經得到較好的利用,碳五、碳九的利用與否直接關系到資源綜合利用水平的高低,對園區綠色化工建設有重要影響。
南京源港精細化工有限公司碳五綜合利用項目包括8 萬噸/年碳五分離裝置、2萬噸/年碳五石油樹脂裝置,是目前國內同類裝置中規模較大的企業之一,主要產品為雙環戊二烯、脫環碳五加氫樹脂。
南京齊東化工有限公司正在新建16萬噸/年裂解碳九深加工項目,生產石油樹脂7萬噸。
2.對策措施
(1)引入“生態效率分析”方法并制定相應標準,定量、科學地評價入園項目。
(2)構建園區的綠色化工政策環境,一方面限制污染大的項目進入,另一方面鼓勵綠色化工項目。
(3)項目入園需要進行前置性技術先進性、環境安全性評價,優先選用綠色化工項目。
(4)加大力度,提升園區現有企業技術,削減污染物、有毒物的產生和排放。
(5)以生態園區創建為契機,加強循環經濟建設,提高資源利用率。
(6)加強對企業的監管,杜絕偷排現象,保證裝置的安全運行,降低事故率。
(7)建立綠色化工專項基金,獎勵綠色化工項目,資助綠色技術開發。
(8)跟蹤國內外綠色化工技術、工藝和產品,向企業推薦新技術、新產品。
(9)建立綠色化工工程研究中心,開發利用和推廣有市場前景的綠色化工技術。
3.今后重點發展的項目
(1)環氧丙烷。國外以過氧化氫和丙烯直接合成環氧丙烷技術已成熟,我國也正在積極研發。2010年我國環氧丙烷總產量約124萬噸,大多采用污染較嚴重的氯醇法工藝生產。該工藝設備腐蝕嚴重,而且產生大量氯化鈣和工業廢水,難以處理。而過氧化氫直接氧化法生產環氧丙烷,幾乎不產生三廢。BASF公司和韓國SKC公司分別建成30萬噸/年和10萬噸/年HP-PO裝置。
園區有大型環氧丙烷裝置,采用的就是氯醇法工藝,而且鐘山化工廠搬遷項目還有10萬噸氯醇法環氧丙烷,如果能夠合并改為20-30萬噸雙氧水氧化法工藝,不僅技術上可行,也可大大降低環境污染。
(2)淀粉基生物降解材料。淀粉基塑料可分為填充型、共混型和全淀粉塑料等三類。目前我國淀粉基塑料主要是填充型淀粉塑料,已屬于逐步淘汰型品種。共混型淀粉塑料與單獨的合成聚合物相比,其具有較快的降解速度和較好的力學性能,部分產品可完全降解。全淀粉塑料是真正的完全降解塑料,其成本與常規塑料更為接近,是最具發展前途的可降解淀粉塑料。
目前,日本住友商事會社、日本谷物淀粉公司、美國Novon International 公司、意大利Ferruzzi 公司和Novamont 公司等已宣布研制成功全淀粉降解塑料,其中美國Novon International公司的“NOVON”全淀粉塑料產品的生產能力已達到4.5萬t/a,意大利Novamont公司開發的“Mater Bi”全淀粉塑料產品的生產能力已達到1萬t/a。
(3)聚乳酸。聚乳酸(PLA)是一種具有良好生物降解和生物相容性的合成高分子材料,可在使用到一定時間后逐漸降解,并最終變成對人類、動植物和自然環境無害的水和二氧化碳。中科院長春應化所與浙江海正集團合作已經建成了國內最大的5000t/a PLA 生產裝置。2007年,日本化纖協會公布東麗公司成功開發出將以PLA和纖維素為主要成分的植物纖維進行混煉,使用耐熱性、剛性及成型性較好的植物纖維強化PLA塑料。
(4)二氧化碳綜合利用。二氧化碳是溫室氣體,國際上減碳呼聲日益高漲,中國政府承諾到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%,二氧化碳捕集與綜合利用是碳減排的重要途徑。
(5)碳酸二甲酯(DMC)。這是一種無毒、環保性能優異、用途廣泛的化工原料。作為有機合成中間體,可替代劇毒的光氣、氯甲酸甲酯、硫酸二甲酯等作為甲基化劑或羰基化劑使用,提高生產操作的安全性,降低環境污染;作為溶劑,DMC可替代氟利昂、三氯乙烷、三氯乙烯、苯、二甲苯等用于油漆涂料、清潔溶劑等;作為汽油添加劑,DMC 可提高其辛烷值和含氧量,進而提高其抗爆性;此外,DMC還可作清潔劑、表面活性劑和柔軟劑的添加劑。因此它是一種具有發展前景的“綠色”化工產品。
生產可采用甲醇羰基合成法和二氧化碳法,這兩種方法的原料在園區非常豐富。園區要在新材料項目上有大的突破,就應當寄希望于碳酸二甲酯的合成技術和應用技術上的突破。
(6)CO2基共聚物。將CO2合成為高分子產物的關鍵是催化劑技術,其合成不必經過高能耗的還原過程,既能保護地球環境又可得到一類頗具特色的新型材料。
河南天冠集團與中山大學合作正在建設5000t/a的生產線;內蒙古蒙西集團采用長春應化所的技術建成3000t/aAPC裝置;中科院長春應化所與中海油合作,正在海南興建3000t/a 裝置;江蘇泰興1 萬t/a 裝置已投產。
(7)綠色環保涂料。20世紀90年代,國際上興起“綠色革命”,促進了涂料工業向“綠色”方向大步邁進。水性涂料、高固體分涂料、光固化涂料和粉末涂料占比不斷提升。2009 年我國涂料總產量達755.44萬噸,首次躍居世界第一,但綠色涂料比重較低。
涂料行業是園區精細化工的一個重要領域,包括助劑、樹脂、涂料成品等品種齊全,“十二五”期間仍有較大發展空間,應當大力發展水性涂料、高固體分涂料,綠色助劑和樹脂。
(8)生物質燃料。生物能源一直是人類賴以生存的重要能源,它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源,在整個能源系統中占有重要地位。生物質能利用主要包括生物質能發電和生物燃料。生物燃料是指通過生物資源生產的石油替代能源,包括生物乙醇、生物柴油、乙基叔丁基醚、生物氣體、生物甲醇與生物二甲醚。
(9)精細生物化學品。1970 年代以來,生物化工得到很大發展,生物化學在發酵、食品、紡織、制藥、皮革等行業都顯示了威力,創造了巨大的經濟價值,特別是固定化酶和固定化細胞技術的應用更促進了酶工業和發酵工業的發展。