環(huán)境材料學第6章材料的環(huán)境友好加工及制備.ppt

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1、第六章 材料的環(huán)境友好加工及制備,加工工藝 制備技術,環(huán)境材料學,6.1 降低材料環(huán)境負擔性的技術 6.2 清潔生產技術,目標：提高資源能源效率，減少污染排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,,,,,,材料產業(yè),可持續(xù)發(fā)展,原料,工藝,資源、材料流、F-4、F-10,LCA、指標、標準、數據庫,評價,產品,污染控制、治理和修復，清潔生產，再利用，再循環(huán),生態(tài)設計，綠色材料、環(huán)境降解材料、環(huán)境協(xié)調材料、環(huán)境工程材料,可持續(xù)發(fā)展的工藝范疇,6.1 降低材料環(huán)境負擔性的技術,細節(jié)性的具體措施,6.1 降低材料環(huán)境負擔性的技術,避害技術 污染控制技術 再循環(huán)利用技術 補救修復技術,6.1.1 避害技術,通過改變生產方

2、式、技術更新和工藝置換來減少有害物的產生，改善環(huán)境，減少污染。,鹵代烴類：化學性質穩(wěn)定（難降解）；脂溶性高（易被 有機體吸收）；水溶性低（難以排除，生物積累顯著）,重金屬：極易與蛋白質分子結合，破壞蛋白質與其它金屬 離子平衡，使蛋白質如酶、DNA失去活性，造成生物體 中毒,6.1.1 避害技術,無害或低害原料替代,工藝優(yōu)化內部處理有害物,排放前轉化,有毒有害物 質零排放,,,,1. 用無害材料替代有害材料,氯堿行業(yè)用無（低）汞觸媒替代汞觸媒 無氰電鍍 鉛替代技術（蓄電池、印刷模子、無鉛涂料、油漆） ,2. 用環(huán)境友好的生產工藝代替污染較重的生產工藝,不產生有害物質（中間排放）的工藝 將有害物

3、質無害化并回收利用的工藝,,有污染的工藝,環(huán)境友好工藝,資源 能源,,,,,,產品 無害廢物,,苯胺生產,鐵粉還原硝基苯,鐵泥廢渣廢水 含大量硝基苯和氨基苯,氫氣催化還原 流態(tài)化技術,大大減少了有害物排放,,,6.1.2 污染控制技術,,生產,廢物處理,資源 能源,,,,產品 無害廢物,,,,,對向環(huán)境排放的污染物，在排放到環(huán)境以前進行處理的工藝過程和技術。,6.1.2 污染控制技術,分離處理，減少有害物排放 無害化轉化處理 有害物收集儲存處理,分離處理,電磁快速加熱金屬-塑料復合體系,無害化轉化處理,物理轉化處理（分離、沉淀、過濾、吸附、吸收） 化學轉化處理（氧化、還原、催化、生物處理）,有

4、害物收集儲存,廢氣除塵 廢水廢渣,6.1.3 再循環(huán)利用技術,實質：線性的開放系統(tǒng)末端封閉系統(tǒng)，即輸出廢物返回輸入端 再循環(huán)：a. 工藝流程內部；b. 不同的生產部門；c. 廢棄產品的再利用,將未排放入環(huán)境的廢料或已排放的廢棄物重新利用。包括：資源再生化；廢物回收再利用；能源回收再利用,,,,材料,廢棄,資源 能源,,,,無害廢物,,,,零部件,產品,,,,,,,1 資源再生回收利用,能否保持原有使用性能？ 循環(huán)生產 改性使用（如汽車保險杠回收再生） 降級使用（汽車鋼材做建筑鋼材使用） 固廢 建筑材料（尾礦、鋼渣、灰渣）前景好 有機廢料 化學助劑（塑料用作還原劑等） 回收處理成本與技術

5、支持,礦石資源消耗 “第二礦業(yè)”,,,2 能源回收利用：節(jié)能&減排,可回收能源,垃圾、秸稈、etc.,典型的再循環(huán)工藝原理,反應,催化劑再生,蒸餾,處理,,,,,,,催化劑循環(huán)利用,原料,回收利用,廢熱,副產品,失效催化劑,廢棄物,產品,廢氣排放,案例 秸稈利用,燃料： 飼料、肥料：還田 基料：食用菌養(yǎng)殖 原材料：造紙,一、空氣氧化氣化法，氣化爐中不完全燃燒，CO為主的低熱值可燃氣 二、干餾熱解法，熱解爐中進行隔絕空氣干餾，獲得以CH4、H2為主的中熱值可燃氣，同時獲得人造木炭和木焦油等工業(yè)產品 三、氣化發(fā)電法，氣化獲得可燃氣，再通過燃氣發(fā)電機發(fā)電。,6.1.4 補救修復技術,,資源 能源,,

6、,,產品,補救修復,,,,無害 廢棄物,,生產,廣義上包括對由于過去污染物排放的積累造成的環(huán)境污染 的補救和修復，和由于正在進行的生產過程對環(huán)境造成的 污染的補救修復處理,6.1.4 補救修復技術,核工業(yè)：廢物 縮減 固化 深埋 分離 轉化,環(huán)境凈化材料 環(huán)境修復材料,,,,,6.2 清潔生產技術,系統(tǒng)性 把污染物消除在它產生之前,提高資源效率，減少環(huán)境污染的工業(yè)模式 環(huán)保可持續(xù)發(fā)展概念 整體預防和組織管理的環(huán)境策略,有效避免排放廢物帶來的環(huán)境風險和處理處置費用 提高資源效率，降低產品成本,定義、意義、目標 清潔生產的理論基礎 清潔生產的主要內容 清潔生產的實現(xiàn)途徑 清潔生產實踐,

7、1994年的“中國21世紀議程”，將清潔生產列為“重點項目”之一,,6.2.1 清潔生產定義、意義、目標,定義（1996年聯(lián)合國環(huán)境署） ：清潔生產是指將整體預防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應用于生產過程、產品和服務中，以期增加生態(tài)效率并減少對人類和環(huán)境的風險。 對生產，節(jié)約原材料，淘汰有毒原材料，減降所有廢物的數量和毒性。 對于產品，旨在減少從原材料的提煉到產品的最終處置的全生命周期的不利影響。 對服務，將環(huán)境因素納入設計和所提供的服務中。,見P244環(huán)境卡片,定義中國21世紀議程：清潔生產是指既可滿足人們的需要，又可合理使用自然資源和能源并保護環(huán)境的實用生產方法和措施。 其實本質是一種物料和能耗最少的人

8、類生產活動的規(guī)劃和管理，將廢物減量化、資源化和無害化，或消滅于生產過程之中。,清潔生產的意義,實踐證明，沿用以大量消耗資源和粗放經營為特征的傳統(tǒng)模式，經濟發(fā)展正愈來愈深地陷入資源短缺和環(huán)境污染的兩大困境：一是傳統(tǒng)的發(fā)展模式不僅造成了環(huán)境的極大破壞，而且浪費了大量的資源，加速了自然資源的耗竭，使發(fā)展難以持久；二是以末端治理為主的工業(yè)污染控制政策忽視了全過程污染控制，不能從根本上消除污染。而清潔生產恰能較好地解決這兩方面的問題，具有以下顯著優(yōu)點。,（一）節(jié)能、降耗、降低成本，增加競爭力 一方面用節(jié)能、降耗、減污和降低生產成本，改善產品質量，提高企業(yè)的經濟效益，增強企業(yè)的市場競爭力。 另一方面，可大

9、大減少末端治理的污染負荷，節(jié)省大量環(huán)保投入（一次性投資和設施運行費），提高企業(yè)防治污染的積極性和自覺性。,（二）通過循環(huán)或重復利用，提高資源效率 清潔生產可以最大限度地利用資源和能源，通過循環(huán)或重復利用，使原材料最大限度地轉化為產品，把污染消滅在生產過程之中。通過改進設備或改變燃燒方式，進一步提高能源的利用率，既可減少污染物的產生量與排放量，又可節(jié)約資源與能源，用較少的投入獲得較大的收益，具有顯著的經濟效益。,（三）清潔生產可以避免和減少末端治理的不徹底而造成的二次污染。 因為清潔生產采用了大量的源頭削減措施，既可減少含有毒成分原料的使用量，又可提高原材料的轉化率，減少物料流失和污染物的產生量

10、及排放量，因此而減少二次污染的機會。,（四）清潔生產可最大限度地替代有毒的產品、有毒的原材料和能源，替代排污量大的工藝和設備，改進操作技術和管理方式，從而改善工人的勞動條件和工作環(huán)境，提高工人的勞動積極性和工作效率。,（五）清潔生產可改善工業(yè)企業(yè)與環(huán)境管理部門間的關系，解決環(huán)境與經濟相割裂的矛盾。,清潔生產的目標,對于產品，清潔生產意味著減降產品從原材料使用到最終處置的全生命周期有不利影響的能源，取消使用有毒原材料，在生產過程排放廢物之前減降廢物的數量和毒性。因此，企業(yè)實施清潔生產，就是使用清潔的原、輔材料，通過清潔的工藝過程，生產出清潔的產品，清潔生產謀求達到兩個目標。,（1）通過資源的綜合

11、利用、短缺資源的代用、二次能源的利用，以及各種節(jié)能、降耗、節(jié)水措施，合理利用自然資源，減緩資源的耗竭。 （2）減少廢料與污染物的生成和排放，促進工業(yè)產品的生成、消費過程與環(huán)境相容，降低整個工業(yè)活動對人類和環(huán)境的風險。,6.2.2 清潔生產的理論基礎,廢物與資源轉化理論 生產過程最優(yōu)化理論 社會化大生產理論,廢物與資源轉化理論（資源效率理論） 在生產過程中，產生的廢物越多，則原料（資源）消耗越大，廢料是由原料轉化而來。 清潔生產使廢物最小化，其實質在于資源得到了最有效利用。 生產中的廢物具有多功能特性，一種生產過程中產生的廢物可作為另一種生產過程中的原料（資源），資源與廢物是一個相

12、對的概念。 清潔生產最好地體現(xiàn)了資源利用最大化，廢物產生最小化，環(huán)境污染無害化。,最優(yōu)化理論 清潔生產實際上是求解滿足生產特定條件下使其物料消耗最少，而使產品產出率最高的問題。此問題的理論基礎是數學的最優(yōu)化理論。很多情況下，廢物最小量化可表示為目標函數，而清潔生產則是求它在約束條件下的最優(yōu)解。,社會化大生產理論 馬克思主義認為，用最少的勞動消耗，生產出最多的滿足社會需要的產品，是社會主義建設的最高準則。馬克思曾預言：機器的改良，使那些在原有形式上本來不能利用的物質獲得一種在新的生產中可以利用的形式，科學的進步，特別是化學的進步，發(fā)現(xiàn)了那些廢物的有用性。當今社會化大生產和科學進步，為清潔生產提

13、供了必要的條件。,,6.2.3 清潔生產的內容,清潔生產,清潔能源 清潔資源 清潔工藝 清潔設備 清潔產品 清潔服務 清潔管理 清潔審計,經濟效益 環(huán)境效益 社會效益,,,（一）清潔的能源 1、最少的能量消耗；常規(guī)能源的清潔利用，如采用潔凈煤技術，逐步提高液體燃料、天然氣的使用比例； 2、可再生能源的利用，如水力資源的充分開發(fā)和利用； 3、低污染新能源開發(fā)，如核能、太陽能、生物質能、風能、潮汐能、地熱能的開發(fā)和利用； 4、各種節(jié)能技術和措施等，如在能耗大的化工行業(yè)采用熱電聯(lián)產技術，提高能源利用率。,太陽能的利用,冰島地熱資源,（二）清潔資源 1、最少的原材料消耗 2、盡量少用、不用有毒

14、有害的原料 3、優(yōu)化原材料使用，提高材料使用效率,（三）清潔工藝及設備 1、無毒、無害的中間產品； 2、減少或消除生產過程的各種危險性因素，如高溫、高壓、低溫、低壓、易燃、易爆、強躁聲、強震動等。 3、少廢、無廢的工藝； 4、高效的設備； 5、物料的再循環(huán)(廠內、廠外)； 6、簡便、可靠的操作和控制； 7、完善的管理等等。,6.2.3 清潔生產的內容,清潔生產,清潔能源 清潔資源 清潔工藝 清潔設備 清潔產品 清潔服務 清潔管理 清潔審計,經濟效益 環(huán)境效益 社會效益,,,（四）清潔產品 1、節(jié)約原料和能源，少用昂貴和稀缺原料，利用二次資源作原料； 2、產品在使用過程中以及使用后不含有危害人體

15、健康和生態(tài)環(huán)境的因素； 3、易于回收、復用和再生； 4、合理包裝； 5、合理的使用功能(以及具有節(jié)能、節(jié)水、降低躁聲的功能)和合理的使用壽命； 6、產品報廢后易處理、易降解等。,2月3日，在日本東京JVC公司的辦公室里，一名雇員展示直徑8厘米的環(huán)保DVD光盤和玉米棒。JVC公司采用科技手段研制出了一系列環(huán)保光盤，它們都是由以玉米淀粉為原料制成的塑料加工而成的。,2月13日，日本電信巨頭NTT公司在東京展示一款名為“袖珍加油站”的新型多用途太陽能充電器。,圖為同濟大學的“超越二號”燃料電池轎車是中國首輛燃料電池轎車“超越一號”的改進型，最高時速超過115公里，0-100公里加速時間為26.7秒。

16、,“Helios”號是一種能夠連續(xù)數月逗留在高空中的飛行器原型，它們計劃用來代替某些通訊衛(wèi)星和研究衛(wèi)星。確保飛行器工作必需能量的太陽能電池安裝在它的機翼上，其翼展比波音-747飛機的翼展還要大約82米，同時其機身長度不超過4米。在2001年“Helios”號曾完成幾次高空試飛，當時創(chuàng)下了試飛高度達2.95萬米的新紀錄。,豐田發(fā)布使用鋰電池的新型概念車,日本專家用黃豆油驅動小拖拉機,2004年5月27日，清華大學汽車系的仇斌老師在介紹他們研制的氫燃料電池車，由于得到了計劃的支持，他們把這輛車命名為“路”。氫燃料電池車把氫氣作為燃料，與傳統(tǒng)汽車相比，無尾氣排放，無污染，能效更高。,酒精作燃料的飛機

17、,（五）清潔服務 1、在售后服務過程中建立環(huán)境意識，通過維護、保修、更換等一系列環(huán)節(jié)減少對環(huán)境的影響； 2、建立廢品回收系統(tǒng)，發(fā)展回收提純工藝，提高廢物回收利用率；,（六）清潔管理 現(xiàn)代化管理，優(yōu)化生產組織，提高生產效率 控制原料消耗 崗位技術培訓 環(huán)節(jié)意識培養(yǎng) 監(jiān)督規(guī)范執(zhí)行,（七）清潔審計 通過對一個生產過程的檢查評價，了解該生產過程的工藝條件，特別是有毒有害物料及其他廢棄物的產生和排放情況，經過對技術、經濟和環(huán)境的可行性分析，判斷現(xiàn)有生產工藝對環(huán)境的影響以及篩選新的生產工藝提供環(huán)境影響定量數據。,6.2.4 實現(xiàn)清潔生產的途徑,改進設計，使用清潔的能源和原料 采用先進的工藝技術與設備 改善

18、管理，綜合利用 從源頭消減污染，提高資源利用效率 減少排放,1、源削減 （1）改進產品設計、調整產品結構。 （2）用無害或少害的物料，不產生或少產生污染物。 （3）改革工藝和設備，開發(fā)全新流程。 （4）加強管理。,2、廢物循環(huán)利用，建立生產閉合圈 （1）將流失的物料回收后作為原料返回流程中； （2）將生產過程中產生的廢料經適當處理后作為原料或替代物返回生產流程中； （3）將生產過程中生成的廢料經適當處理后作為其他生產過程的原料回用或作為副產品回收。,3、發(fā)展環(huán)保技術，搞好末端治理 （1）必須清濁分流，減少處理量，有利于組織再循環(huán)； （2）必須開展綜合利用，從排放物中回收有用物質；

19、（3）必須進行適當的預處理和減量化處理。,6.3 清潔生產技術實踐,6.3.1 鋼鐵工業(yè)清潔生產技術,工藝流程圖,鋼鐵產品設計,保證使用性能前提下，充分考慮制造、使用和回收利用的生產周期全過程中的無害化和生態(tài)化要素。 采用清潔能源 節(jié)約水資源 礦產資源有效成分富集與綜合利用 尾礦無害處理與再資源化,鋼鐵產品生產工藝技術,優(yōu)化工藝流程，采用先進工藝技術及裝備，實現(xiàn)高效率、高質量合格率、低消耗和低排放 煉鐵工藝采用高煤比、高風溫、高頂壓、高煤氣利用率、高富氧等工藝技術； 煉鋼、軋鋼：采用熱送熱裝、加熱爐蓄熱式燃燒技術等。,鋼鐵產品生產排放物無害化資源化,氣體、粉塵、廢水、爐渣無害化和資源化 轉爐煤

20、氣回收 煙氣凈化技術 余熱回收技術,,6.3.2 水泥工業(yè)清潔生產技術 原料、燃料替代（粉煤灰、有機廢料） 生產工藝及裝備的更新或優(yōu)化 發(fā)展大型干法水泥生產工藝 純低溫余熱發(fā)電技術，窯爐預熱器和篦冷機的排風余熱回收，35-40kW/t熟料 采用新工藝設備降低各環(huán)節(jié)熱耗、能耗 產品設計 優(yōu)化配料組成，優(yōu)化燒結工藝（溫度、速度）,,其它案例,,其它,11月23日，由山東省政府組織的全省建設資源節(jié)約型社會工作會議在濟南召開，會議以“發(fā)展循環(huán)經濟建設資源節(jié)約型社會”為主題，對全省資源節(jié)約、清潔生產、發(fā)展循環(huán)經濟工作進行了總結表彰。菏澤魯宏公司作為菏澤市資源節(jié)約先進單位代表參加了本次會議，并被山東省人民

21、政府授予“山東省資源節(jié)約先進單位”稱號。,50萬噸互聯(lián)式清潔型焦爐設備，采用了世界最先進的搗固煤技術和無回收技術煉焦技術，焦炭質量好、無污染、投資省、見效快，符合清潔生產和環(huán)境保護的要求。,北京康德環(huán)保股份有限公司率先向國內企業(yè)推出“清潔生產”的嶄新概念，與世界上先進的環(huán)保清潔設備制造商德國威帝、意大利CFM等公司合作，引進開發(fā)了10個大類、50多個品種的工業(yè)清潔設備。,河南義馬1萬噸/年鉻化工,鉻鹽清潔生產工藝技術引發(fā)“行業(yè)革命”,邯鋼是1958年建廠投產的老企業(yè)。由于歷史原因，環(huán)?；A薄弱，欠賬多，包袱重，污染較嚴重。隨著經濟發(fā)展和人民生活水平的提高，使我們越來越認識到，環(huán)境保護是鋼鐵企業(yè)

22、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎和保證。,清潔生產是環(huán)境保護的關鍵,,世界銀行中國環(huán)境支援項目“推進清潔生產”,我國第一個清潔生產項目 在中國較完善地創(chuàng)建了中國的清潔生產方法學體系 編制了企業(yè)清潔生產審計（核）手冊及其培訓教材，以及化工原料、絲綢印染、電鍍和啤酒等四個行業(yè)的清潔生產審計（核）指南。 樹立了27家示范企業(yè)，進行了29輪審核。項目完成后，對其中17家企業(yè)進行了跟蹤調研。經統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)這17家企業(yè)削減廢水排放量60.07萬噸/年（削減率對多數企業(yè)在10%20%左右），削減COD排放量5845.40噸/年，充分證明了通過實施清潔生產可以同時給中國企業(yè)創(chuàng)造顯著的環(huán)境和經濟效益。,1993年至199

23、6年,中國挪威合作推廣清潔生產項目,通過清潔生產審核，15家企業(yè)共產生339項廢物削減方案。每年可節(jié)省資金4，874萬元人民幣，同時削減廢水排放23萬噸、COD排放600噸以及固體廢物24噸。 通過改善企業(yè)內部管理、采用簡單的再循環(huán)利用、略微改進生產過程、改變原材料和使用實用的工藝技術等措施，就能夠削減10%20%工業(yè)企業(yè)產生的廢物。同時，還能為企業(yè)帶來可觀的經濟效益。此外，通過技術革新和改造，實施廢物削減的中長期方案，能進一步削減25%30%的工業(yè)廢物排放。,19931995年,案例 “錳三角”,湘、黔、渝,,案例 “錳三角”,2005年8月，國家環(huán)境保護總局清潔生產中心進行調研 2007年

24、3月，向財政部正式提交了“錳三角”環(huán)境評估及跨界環(huán)境污染綜合防治對策項目的申請報告 2007年8月份，財政部正式批準了該中央財政預算項目 全部工作預計到2008年年底完成。,預期可以實現(xiàn)以下目的： （1）經濟效益：錳三角地區(qū)的電解錳企業(yè)實施清潔生產審核后，將使企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能、降耗、減污、增效的目的。 （2）間接經濟效益：通過本項目的實施，大幅度減少因環(huán)境污染造成的農業(yè)、生態(tài)方面的損失；降低環(huán)境污染事故的風險造成的損失；降低周邊群眾因環(huán)境污染的發(fā)病率，節(jié)約醫(yī)療費用；同時通過建立跨行政交界地區(qū)環(huán)境污染防治綜合對策，在我國其它跨行政交界區(qū)控制污染、降低隱患，產生巨大的間接經濟效益。 （3）社會效

25、益：通過本項目的實施，實現(xiàn)電解錳行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境優(yōu)化增長，控制行政交界區(qū)的環(huán)境污染，保障行政交界區(qū)群眾的生存環(huán)境；另一方面，由于企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，將提高當地就業(yè)率，解決農村剩余勞力問題，緩解廠群矛盾，維護社會安定。,分析案例 云南鋁業(yè)股份有限公司,員工3200余人 年產電解鋁40萬噸、炭素制品17萬噸、鋁加工15萬噸 總資產達50億元，銷售收入近70億元 1998年至2005年間，相繼通過了ISO9001、ISO14001、ISO10012、OHSAS18001、QS-9000認證和清潔生產審核,基本情況：, 先進技術設備 設備、工藝,采用186KA和300KA大型預焙電解技術（37億

26、元），淘汰60KA鋁電解自焙槽 建設完成5套煙氣在線監(jiān)測裝置 煙氣凈化：主要特征污染物氟化物噸鋁排放指標為0.576kg （國內領先） 年回收利用的氟化物近5000噸，噸鋁能耗平均降低2000kwh 低污染、低能耗、高科技的內涵式發(fā)展, 實施清潔生產,共產生可實施方案124項，累計投資4223萬元 鋰鹽添加工藝探索，實現(xiàn)了更低能耗的鋁電解生產 平均降低430KWh/t.Al，年節(jié)約近1.5億KWh電 （國際領先） 其它主要物耗能耗水平達到國內先進, 工業(yè)余熱發(fā)電 能源再利用,石油焦煅燒高溫余熱發(fā)電 年累計發(fā)電量2500萬Kwh 產生經濟效益約800萬元, 廢物綜合利用 資源回收利用,利用電解槽大修陰極底塊制作陽極保護環(huán),實現(xiàn)廢物資源化 陽極消耗平均從430kg/t.Al降低到380kg/t.Al,年節(jié)約炭塊近1.5萬噸 投入700余萬元建設“三防”渣場兩個，工業(yè)垃圾安全處置率達100%, 水資源循環(huán)利用,生活污水經處理后滿足GB/T189202002城市雜用水水質標準 全部回用于產品冷卻、綠化澆灌、公用衛(wèi)生間沖洗 公司的取水量年減少近20萬噸，有效保護了水源地陽宗海,