项目 - 百万立方

科技4 循环与净化

循环与净化板块目录：

一.废弃固体处理

（一）金属固体处理

（二）塑料固体处理

（三）电子产品处理

（四）纺织品处理（回收率95%）

（五）农业废弃物处理

二.废水处理及回收利用

（一）膜处理

（二）微电解技术

（三）除磷与除氮

（四）氯化

三.废气处理

四.居民生活垃圾回收方法

一.废弃固体处理

（一）金属固体处理

1.分类收集。为了处理与利用的方便，应据不同材质加以分类收集，如不同种类的铸铁或铸钢、不同牌号的各类钢材、不同种类的有色金属或合金等，均应分门别类进行收集和存放，然后按不同性质加以处理和回收利用。

2.回炉熔炼。回炉熔炼是回收利用废旧金属最简便和最常用的方法，无论哪一种金属均可通过回炉熔炼加以回收利用。

3.修旧利废。修旧利废是指直接利用废旧金属材料制成新的工业或民用产品，或者是将废旧制品(包括各种零部件和工具)加以修复或改制，再度用于生产。实践证明，这是一种有效的和经济合理的方法。例如，金属的边角余料或残次制品，可直接用来加工制作机械设备的零部件和各种民用器具。各种废旧工具，如链刀、锯条、铣刀、拉刀等，均可加以修复或改制成其它刀具再度使用。对于陈旧报废的机械设备，应尽可能将全部零部件拆卸下来，并按用途详细分类，以便重新用于生产。其中，一些完好的通用零部件可直接用于生产，较次的可经加工处理后再用。对于表面有金属镀层的零件，通常表面已部分损伤而不能直接应用，此时可采用电化学退镀法进行退镀处理，一方面将母体金属重新利用，另一方面可以回收各种贵重的有色金属。

4.金属粉末和切屑的利用。金属粉末是在机械切割、研磨和刃磨等工序中产生的。在大批量生产中，一般用固定设备加工单一零部件，从而可以做到分类收集。对于钢铁粉末，通常可以利用磁力分选器将其与磨料及润滑冷却液分开。这样分类收集的钢铁粉末及化学成分单一清楚，可作为粉末冶金的原始混料成分用于批量生产。在小批量生产中，由于一台机床要加工不同合金零件，难以将金属粉末分类处理，一般只能将它们集中起来送去回炉炼钢。

钢铁粉末利用的另一种方法是利用它的磁性。粉末受到磁铁吸引，即在其两极上形成疏松的瘤状物。将磁铁两极上的瘤接通，并把高速旋转的、需要抛光的零件置于其间，于是每个金属颗粒都成为一把独特的微型刀具。成千上万把微型刀具既快又好地进行抛光，可使工件表面研磨至13级精度，并可节省抛光膏和洗涤剂。

大量的金属切屑产生于车、铣、刨、钻等加工工序，其中主要是钢铁切屑。在实际生产中，要按钢铁牌号进行分类比较困难。通常只能混在一起回炉熔炼，这样只能炼出品位很低的合金钢，而且熔炼过程中直接损耗率很高，因而是很不经济的。

目前国外已经出现利用切屑的新方法：一种是将切屑直接在1000～1200℃的高温下进行热冲压制成新的零件，废物利用率可达100%。另一种方法是将切屑直接加工成钢粉制件而不经熔炼铸造。先用汽油或煤油洗去切屑上的油污，然后装入球磨机或振动式磨机内，添上酒精磨碎，直至粒度达到要求。制得的钢粉用合成橡胶煤油溶液拌匀，再用500吨压力机压成毛坯，然后进行热锻或热轧。用这种工艺制造的刀具，寿命及稳定性比标准刀具高二倍。

对于各种有色金属的粉末和切屑，一般是分类收集后回炉熔炼而加以再生回收。

5.利用废旧黄铜制备铜粉。黄铜是机械工业生产中应用较多的有色金属之一，它是含有其它金属元素的铜锌合金。黄铜废料主要是金属加工过程中产生的大量切屑和粉末，另外还有其它废旧铜材，如散热管(片)等。它们除可以回炉熔炼外，还可以直接加工成铜粉。由于铜粉在工业上的广泛使用，利用廉价的废旧黄铜制备铜粉具有极为重要的意义。

（二）塑料固体处理

使用可降解塑料，种类为PHA、PLA，可通过高温和微生物作用下降解为二氧化碳和水及其余无害物质，实现在自然界中的物质循环，不会对环境产生影响。

由于现有技术的局限性，幻海世界会根据需要生产少量PET，多用于建筑材料、机械、科研和电子产品的设计。

PHA的优势及缺点:P HA具有与传统石油基塑料相似的材料特性，但它可以从可再生资源中合成。PHA具有可生物降解、生物相容、独立于化石资源的特点，可完全降解为自然界的生态循环。传统包装塑料在表层土壤中的降解周期约为1-2个世纪，而PHA生产的田间地膜可以在富含微生物的土壤环境中迅速降解，具有较高的生态和经济优势。生命周期评估表明，与传统塑料相比，PHA在生态性能方面具有很大的优势，特别是使用工业和生态副产品作为基材。PHA已广泛应用于各种应用。PHA良好的生物相容性使其可用于医疗领域。它可以为各种组织和器官的生长提供环境，并且不致癌，其大部分降解产物存在于动物体内。缺点是硬度不够高。

PLA的优势及缺点：硬度较高，可弥补PHA无法涉及的领域。生产技术成熟，PLA是最常见的可降解塑料之一，以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物。PLA生产过程无污染，而且产品可以生物降解，使用后的PLA可以通过堆肥，在温度高于55°C或富氧和微生物作用下降解为二氧化碳和水，实现在自然界中的物质循环，不会对环境产生影响。

目前聚乳酸的生产主要采用丙交酯开环聚合工艺将乳酸先脱水生成低聚物，然后解聚生成丙交酯，再开环聚合制得聚乳酸。

PLA还具有可靠的生物安全性、生物可降解性、良好的力学性能和易加工性，广泛用于包装、纺织行业、农用地膜和生物医用高分子等行业。

缺点是降解条件相对苛刻。但由于PLA在生物降解塑料中具有相对较低的成本，PLA的消费量居于前列。

PLA的生产工艺：丙交酯开环聚合法[1]

原料：80%的 L-乳酸；辛酸亚锡（分析纯）；乙酸乙酯（分析纯）；三氯甲烷（分析纯）；甲苯（分析纯）

仪器：分子筛5A型;乌氏粘度计;ZKD-6090 全自动新型真空培养箱;DF - 101S 集热式恒温加热磁力搅拌器

合成工艺：

1. 丙交酯的合成工艺

取L-乳酸40mL、辛酸亚锡1.6mL，磁子一个，加入到100mL的茄型烧瓶中，油浴加热。缓慢升温并减压，温度升到115°C，真空度升到0.02MPa，脱游离水2h。此后边升温边减压（每5°C升温减压一次），温度升为175°C，真空升为0.08MPa，保持此状态继续脱水2 h，得到聚乳酸齐聚物。乳酸齐聚物解聚得到丙交酯;真空度升为0.098 MPa，迅速将温度升到240°C蒸出丙交酯，最终解聚温度升到285°C，直到无丙交酯蒸出为止。将粗丙交酯用水冲洗抽滤，40℃真空干燥4h，乙酸乙酯提纯，最终得到无色透明的细针状晶体。

2. 聚乳酸的合成工艺

将丙交酯（提纯三次后的丙交酯1.5g），辛酸亚锡（单体摩尔质量的0.1%）溶液（甲苯为溶剂），加入到25mL的单口梨形烧瓶中，在130°C、真空度为0.98MPa的封闭系统中开环聚合，反应6h。自然冷却，得到乳白色块状聚乳酸，三氯甲烷溶解，甲醇沉淀，过滤，35℃真空干燥24 h，得到白色絮状纤维固体。

PHA的生产工艺：蓝水生物技术

原料：用含有淀粉、纤维素的廉价的混合底物，富营养废水、餐厨垃圾、地沟油也可利用

菌种：利用从新疆盐湖土壤样品中分离筛选得到的2株嗜盐微生物，分别命名为盐单胞菌HalomonasTD01和盐单胞菌HalomonascampaniensisLS21，应用于无灭菌的开放式连续发酵，均表现出了优异的PHA合成能力。

步骤和仪器：用2个发酵罐体系进行盐单胞菌TD01的无灭菌连续发酵，第1个发酵罐用于培养细菌，并将其中的细菌和培养基连续地泵入第2个发酵罐;第2个发酵罐的培养基含有葡萄糖且限制氮源以促使细菌进行PHB积累。最终在第1个发酵罐中细胞干重达到40g/L，PHB含量为60%（质量分数），葡萄糖到PHB的碳源转化率在20%~30%之间;而在第2个发酵罐中细胞干重较低，在20g/L左右，但PHB含量保持在70%（质量分数）以上，碳源转化率超过了50%。

利用盐单胞菌LS21及其重组菌进行的无灭菌连续发酵，其过程持续了65天，且无杂菌污染，细胞干重最高达到70g/L，PHB最高含量达到74%（质量分数）。

限制及处理办法：

微生物的污染问题：通过基因工程改善菌株，应用强健的生产菌株[3]

PHA积累：根据细胞的酶促机制，使用较短的PHA（scl-PHA）或更尖锐的PHA（mcl-PHA）[4]

细胞生长受限：让碳更多地转化为PHA，高含量的脂肪酸（FFA）可以额外提供用作PHA生物合成的碳源[5]

PET的生产方式：直接酯化法

原料：TPA（用高浓度PX、醋酸、醋酸锰、溴化氢制成）、EG、Mn

主要设备：反应釜

辅助设备：往复式压缩机、蒸发器、离心分离器、风干机、冷凝器、造粒机等

PHA的处理办法：掩埋

可直接掩埋在河口堆积处和活性污泥中，40周左右可完成降解。

PLA的处理办法：经水解反应分解之后再靠微生物分解

在自然环境中首先发生水解，通过主链上不稳定的酯键水解而成低聚物，然后，微生物进入组织物内，将其分解成二氧化碳和水。在堆肥的条件下（高温和高湿度），水解反应可轻易完成，分解的速度也较快。

聚乳酸可以被多种微生物降解。如镰刀酶念珠菌，青霉菌，腐殖菌等。镰刀酶念珠菌、青霉菌都可以完全吸收D,L 乳酸，部分还可以吸收可溶的聚乳酸低聚物。因此可通过堆肥及添加酶（如猪胰腺酯肪酶、猪肝脏的梭基酯酶）的方式降解，降解率达98%。 [注6]

PET的处理办法：物理回收法

将废PET切碎成片，从PET中分出HDPE、铝、纸和粘合剂，PET碎片再经洗涤、干燥、造粒。洗涤常釆用80-100°C热水来软化或溶解粘贴标签和底座的EVA粘接剂或其他类型粘接剂，为防止脱落的粘接剂再粘附PET碎片，需在水中加入乳化剂。清洗液根据废料属性配制，可滤去杂质重新加热后循环使用，洗涤可在装有搅拌器的特别清选罐内进行，为保证清洗的效果，洗涤可釆用二级洗涤工艺。PET碎片通常釆用离心脱水机使碎片含水量降至2%，再经带式或管式干燥机干燥，使水份含量降至0.5%。德国克朗斯公司成功开发的高质量PET循环再造系统，年加工量可达1.5万吨PET，经加工后的PET原料可直接制作成其他PET容器，生产成本大大降低。经该技术处理的再循环产品，不仅能直接混合制作瓶坯，同时，再循环产品由於乙醛与黄色素含量低，还能满足纯净和质量的要求，成本比一般新材料低20%-30%。

（三）电子产品处理

经过拆卸，废旧电路板、内存条、显卡、手机主板等各种电子设备都含有多种稀有金属，这些金属的通过电子垃圾处理设备分离后，得到各种纯金属颗粒。

（四）纺织品处理（回收率95%）

1、清洁

在废旧纺织品再利用之前首先要进行预洗、漂洗、干燥、消毒等。在这一环节中，有一个重要的影响因素就是水的处理和循环系统。常用的消毒方法有紫外线消毒、蒸汽消毒、消毒液浸泡消毒。消毒液浸泡消毒的成本较高，对衣物有着损害，所以一般不采用此种方法。

2、纤维分离

在回收的废旧品中，大部分包含有多种纤维成分，所以在加工利用之前要进行纤维分离工作。最常见的纺织品是由聚酯纤维和棉纤维混合而成，我们可以采用分解聚酯，滤除棉纤维的方法;或者采用将棉纤维用粘胶法或者铜氨法以及用酸进行降解，然后滤除聚酯纤维，把棉纤维分离出来。对于多种合成纤维混纺的织品，可以通过粉碎放到水中然后采用离心机对粉碎的纺织品进行分离。

目前对废旧纺织品的加工利用主要有以下3种方法：机械法、化学法、物理法.

（1）机械法

机械法可以直接对废旧纺织品的废片进行加工利用;或者直接加工成纱线的再生纤维。几年来纺织业的环锭纺、摩擦纺、转杯纺技术日趋成熟，有效地处理了回收废品中的纤维，并且保障了纱线的质量。如把分离出的废棉及落棉用作转杯纱的原料配线使用。通过对废棉、回丝的处理，开发出了特种工业基布，为纺织纤维的循环利用和清洁生产提供了重要保障。

（2）化学法

聚酯纤维是当前纺织品中最重要的成分，利用化学法将合成纤维中的高分子进行降解，转换成单体，然后利用这些单体进一步加工成新的化学纤维材料。目前对这类废旧品的处理方法主要有水解法、醇解法、热解法和超临界法。

（3）物理法

利用物理法可以不破坏高聚物的化学结构，不改变它内部的组成，通过相关处理使之具有符合纺织品原料品质。

（五）农业废弃物处理

常规处理方式：厌氧消化（沼气池）、循环到塑料生产工艺

厌氧消化：厌氧消化可提质增效，通过增加外源氢可以提高秸秆发酵沼气中甲烷的浓度，微量元素可以提高沼气工程的产气效率，从而助力产生更多清洁的能源；用含固率为20%以上的物料来发酵的干法厌氧发酵

蔬菜废弃物超高温工艺构建与应用：超高温处理蔬菜废弃物过程中增加的芽孢杆菌的含量有助于增温，辣椒秸秆在处理过程中会发生温度降低现象

二.废水处理及回收利用

（一）膜处理

陶瓷膜是以无机陶瓷原料经特殊工艺制备而成的非对称膜，呈管状或多通道状。陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质（或液体）透过膜，大分子物质（或固体颗粒、液体液滴）被膜截留从而达到固液分离、浓缩和纯化之目的。无机陶瓷膜具有耐高温、化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂、机械强度高，可反向冲洗、抗微生物能力强、可清洗性强、孔径分布窄，渗透量大，膜通量高、分离性能好和使用寿命长等特点。

（二）微电解技术

微电解技术是处理高浓度有机废水的一种理想工艺，该工艺用于高盐、难降解、高色度废水的处理不但能大幅度地降低cod和色度，还可大大提高废水的可生化性。

该技术是在不通电的情况下，利用微电解设备中填充的微电解填料产生"原电池"效应对废水进行处理。当通水后，在设备内会形成无数的电位差达1.2V 的"原电池"。"原电池"以废水做电解质，通过放电形成电流对废水进行电解氧化和还原处理，以达到降解有机污染物的目的。在处理过程中产生的新生态[OH-] 、[H] 、[O]、Fe2+ 、Fe3+等能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，达到降解脱色的作用；生成的Fe2+ 进一步氧化成Fe3 +，它们的水合物具有较强的吸附- 絮凝活性，特别是在加碱调pH 值后生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂，它们的絮凝能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体，能大量絮凝水体中分散的微小颗粒、金属粒子及有机大分子，其工作原理基于电化学、氧化- 还原、物理以及絮凝沉淀的共同作用。该工艺具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、处理时间短、操作维护方便、电力消耗低等优点，可广泛应用于工业废水的预处理和深度处理中。

（三）除磷与除氮

A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2-4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异养菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。

A/0工艺包括了A/0除磷工艺与A/0脱氮工艺，通常除磷效果可达到90%以上，脱氮效果在80%以上。该工艺不需外加碳源脱氮，又能充分实现反硝化且易于控制污泥膨胀，投资和运行费用较低。

（四）氯化

二氧化氯的消毒机理主要是通过吸附、渗透作用，进入细胞体，氧化细胞内酶系统和生物大分子，较好地杀灭细菌、病毒，且不对动植物产生损伤，杀菌作用持续时间长，受PH影响不敏感。二氧化氯发生器，是一种运行成本很低、药物投加准确、消毒效果极佳的设备，不含制氯厂出品的那些复杂甚至有害的成份，使用氯酸钠与盐酸定量滴定，控制反应生成量的办法来实现，其总反应表达如下：

三.废气处理

废气的处理应从两方面进行：一是针对悬浮粒状污染物的废气除尘；二是针对气态污染物的废气净化气态污染物的控制主要是利用物化性质，如溶解度、吸附饱和度、露点及选择化学反应等的差异，将污染物从废气中分离出来；或者将污染物转化为无害或易于处理的物质。废气净化的基本方法有吸收法、吸附法、冷凝法、催化转化法及燃烧法等。

四.居民生活垃圾回收方法

每位居民需学习垃圾分类的条款，违者会按程度大小处罚一定数量的贝贝。投放时间为早晨8：00-9：00。

（1）废旧纸张：按纸箱、纸袋、书本杂志的类别分别用绳子固定绑好后丢弃，每周一投放。

（2）塑料：按类别分为PLA、PHA和PET三种（每种产品会在包装上注明所用种类），PET材料需要清洗污渍，分别进行回收，每周二投放。如果无法处理干净污渍，请放在另一个专门的垃圾桶中。

（3）瓶瓶：饮料食品用、化妆品用、内服药用，用水冲洗后，放入网袋，每周三投放。

（4）罐罐：饮料食品包装用铝罐、铁罐，用水冲洗后，放入网袋，每周三投放。

（5）喷雾罐、液化气瓶、干电池（锰电池、碱电池、一次性锂电池）：塑料材质的瓶盖请归类到塑料，喷雾罐、液化气瓶请尽量用完后再丢弃，放入网袋，每周四投放。

（6）餐厨垃圾：请将水控干后丢弃，放在PHA塑料袋中，每两天投放一次。

（7）油油：请将油吸到纸或布里，或用凝固剂使之凝固，与餐厨垃圾同步投放。

（8）服装、纸尿布：请去除污物后丢弃，放在PHA塑料袋中，每周二周五投放一次。

（9）小废纸纸：沾有污渍的纸张、餐巾纸等。放在PHA塑料袋中，每周五投放一次。

（10）少量的枝枝叶叶：请把长度控制在30厘米之内，放在PHA塑料袋中。每周一周四投放一次。