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发信人: wangcx (灌水无罪), 信区: Environment
标  题: 第七章　可持续发展的科技
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年07月08日15:42:33 星期二), 站内信件

第七章　可持续发展的科技
科学技术的进步在改变人类命运过程中，有伟大而神奇的力量。在人类面临环境退化与经
济发展两难境地从而寻求可持续发展的今天，科学技术的发展无疑占有极其重要的地位。
特别是污染控制技术、清洁生产技术、综合利用技术，资源能源的合理开发利用技术等等
，对可持续发展战略的实施有着突出的作用。

在环境保护领域，可持续发展的科技，是要求这些科技的应用能够带来环境风险的显著下
降。环境风险涉及污染与环境退化给人类健康、经济资源基础和社会福利带来的风险。那
些对降低这些环境风险可以作出直接贡献的和可以显著减少为降低这些环境风险所发生的
费用的技术，都可以列入可持续发展的科技范畴。

新的科学技术在环境保护领域的广泛应用，是和环保产业的发展分不开的。环保产业的发
展要以科技成果为基础，同时，科技成果要通过环保产业来应用于环境保护的实践。

第一节　污染控制技术
污染控制技术是指能够减少或降低污染物的产生与排放，或能够对污染物的产生、扩散、
危害加以控制转化的一切技术。它最大限度地利用了现代科学技术的新成果。

根据在生产（生活）过程中不同阶段应用的技术，污染控制技术又可以分为前处理技术，
过程控制技术、后处理技术和全过程控制技术。

前处理技术是指生产前的控制技术，它主要是研究人类生产（生活）活动可能造成的环境
破坏问题，预先将可能的破坏因素剔除。

过程控制技术是指对人类生产（生活）活动过程中产生的不利于环境的因素加以控制。转
化或综合利用的技术。

后处理技术是研究废弃物或有害物以及包含有这些物质的载体在排放到环境前，对它们进
行无害化处理或降低它们的危害程度，以达到环境自净程度的技术。后处理技术是目前应
用的最多、最广泛的污染控制技术。

全过程控制技术是指对生产原料处理、生产工艺过程及产品的最小（或没有）污染、最大
节省能源和资源、最低无害化、最好的综合利用的技术。

一、大气污染控制技术

大气污染已经成为全球极为关注的环境热点问题。大气污染物的主要来源是人类的工业活
动。控制这些污染物的产生量和排放量是大气污染控制的主要课题。

1．消烟除尘技术

粉尘与烟气主要来源于燃烧设备和工业生产工艺。

对粉尘的净化控制，主要是三类技术（详见表7－1）。

对于烟气的处理技术，主要是三种：一是洗涤吸收技术，典型装置是烟气洗涤塔。二是吸
附技术，典型装置是过滤层净化器。三是催化处理技术，典型装置有催化燃烧器、热催化
器等。

表7－1 粉尘的净化控制技术

技术名称重力沉降除尘技术吸附与吸收除尘技术电收尘技术
技术机理重力原理吸附、吸收原理电场原理
典型装置沉降室

旋流除尘器布袋除尘器

过滤除尘器

吸收洗涤塔静电除尘器
除尘效率 90%或以下 95%以上 98%以上
广泛应用领域  小型设备、低烟气量的粉尘处理工业生产（如水泥、医药）、有害粉尘的
处理大型燃煤设备

其它工业设备

2．脱硫技术

SO2是造成酸雨的主要污染物，它来源于矿物燃料（煤、石油）的燃烧和工业生产工艺（如
炼铝、炼抽等），其中主要是工业燃煤过程中的排放。

①燃煤的脱硫技术

燃煤的脱硫技术大致可分为煤燃烧前脱硫、煤燃烧中脱硫和烟气脱硫等三类技术。

表7－2列出了有关燃煤的主要脱硫技术。

表7－2 燃煤的主要脱硫技术

　技术名称
脱硫效率
燃烧前
煤碳洗选技术 40%－60%
煤气化技术 85%以上
水煤浆技术 50%
燃烧中
型煤加工技术 50%
流化床燃烧技术（CFBC） 70%
烟  气

脱  硫湿法石灰石（石灰）－石膏法 95%以上
简易石灰石（石灰）－石膏法 70%－80%
海水脱硫工艺 60%－70%
烟气磷铵复肥法（PAFP） 50%－80%
碳酸钠、碳酸镁和氨做吸收剂工艺 60%－80%
半干法喷雾干燥法（LSD） 70%－95%
干法吸收剂喷射法 50%－70%
电子法电子束辐照技术 50%－70%
其它脱硫除尘一体化技术 40%－70%

煤炭物理法洗选技术是一种比较通用的十分成熟的燃烧前脱硫技术。我国煤炭的入洗量约2
.8万吨，占全国原煤产量的1/5。我国的城镇民用煤基本上是采用型煤加工技术制成的型煤
，工业用型煤只占工业总用煤量的0.05%。

烟气脱硫是目前大型燃煤燃油设备广泛使用的脱硫方式。石灰石（石灰）-石膏法工艺是目
前使用得最广泛的烟气脱硫技术。

②对于生产工艺与燃油设备硫排放的主要控制技术有：

废气净化技术：用洗涤塔或反应器使含硫气体与吸收剂进行混合，使之发生化学反应，达
到除硫的目的。

回收利用技术：用回收装置将气体中达到一定浓度的硫分离回收，制成工业产品。

③脱硫的根本出路是改变能源结构

目前，对于硫或SO2的控制技术主要还是后处理技术。显然，解决问题的根本途经是改变能
源的结构，大量采用清洁能源，如太阳能、核能、地热能、风能。由于这些能源受气候、
科技发展水平和经济状况的影响极大，因此，在全球范围广泛应用清洁能源,在相当一个时
期内还不可能实现。

我国的能源主要是煤，其在能源中占的比重居世界第一。在今后相当长的一个时期内，我
国的能源仍将是以煤为主。因此，对于燃煤的脱硫技术的开发研究，对我国就具有很重要
的意义。

3．汽车废气净化技术

造成光化学烟雾污染事故的罪魁祸首是汽车废气的排放。人类在经历了多次的光化学烟雾
污染事故以后，才开始重视研究汽车废气的控制技术。

①机外净化技术。目前我国的汽车废气控制技术，主要是机外净化。

机外净化技术主要有两种：尾气净化技术和节油器技术。

尾气净化是在排气消声处，加入载有可与尾气污染物进行反应的物质的填料，使尾气得到
净化。这种装置大多采用催化反应机理，但它的净化效果不是很稳定，如果安装和使用不
当，容易带来汽车动力性能下降、油耗增高的问题。

节油器技术是在发动机汽化器处，安装一个控制阀片，根据汽车的工况不同，对汽化器的
燃油与空气的供给进行补充调整，使燃油能够在燃烧室充分燃烧。向燃油中加添加剂，其
作用机理也是使燃油充分燃烧，达到节油和净化的目的。节油器技术的节油效果为2%～10
%，净化效果不是很突出。

②机内净化技术。机内净化技术是在发动机的工艺结构设计上入手，保证燃料能够在机内
尽可能的燃烧完全。这种技术的研究，主要集中在：a．改变燃料的供给方式，采用燃油喷
射系统。b．点火系统的电子化设计。

燃油喷射电子点火系统的应用，使发动机的性能前进了一大步，也使尾气的排放状态有了
明显改善。工业发达国家生产的汽车发动机，大多采用了这种技术。

③能源替代技术。这主要是改变汽车所使用的能源，采用污染小或清洁的能源来替代燃油
。如用煤气或天然气替代燃油的汽车；电动汽车；太阳能汽车等。

由于受到动力性、技术保障、能源来源以及经济发展等方面的影响，这类技术大多处于研
制或试用阶段。从发展前景看，在下个世纪，这类技术会得到广泛的推广使用。

4．工业有害气体控制技术

工业有害气体控制技术主要是三种：洗涤吸收技术、催化燃烧技术、回收再利用技术。

洗涤吸收技术的机理是用特定的洗涤液对有害气体进行洗涤，使气体中的有害物被吸收在
洗涤液中，或与洗涤液中的特定物质进行化学反应，然后再对洗涤液进行相应的处理，达
到收集、转化有害物的目的。应用装置主要是废气洗涤塔。

催化燃烧技术的机理是让有害废气通过催化装置，在高温下，有害物质被燃烧、热解、转
化。其典型装置有催化燃烧器、催化热解炉。

回收再利用技术的机理是让有害气体通过特定的装置，将其中的可再生利用的物质进行分
离、提纯、或化学转化，使之成为原料或产品，同时使废气得到净化。由于各种生产工艺
和可利用的物质的不同，所以，没有典型的应用装置。

5．氯氟烃和卤族化合物类物质（ODS）的控制与消减

氯氟烃（CFCs）和卤族化合物类物质是一种无色、无味、在常温下即气化的物质。它的广
泛使用，已经破坏了大气中的臭氧层。目前，尚没有良好的技术来修复由于它的排放所造
成的破坏。主要措施是消减CFCs的使用量，直至停止使用。为此，各国都在进行积极的工
作，在替代品的研究开发上，已取得了很大进展。

根据1989年1月1日生效的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》及有关修正文件的规
定，在下个世纪初，全球将停止使用受控CFCs和卤族化合物类物质。中国作为发展中国家,
有多于发达国家10年的宽限期，但最终还是要停止生产和使用消耗臭氧层物质。为此，中
国政府于1993年制定了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》，并于同年将此方案报
送联合国及有关国际机构。

中国实施消减CFCs并最终停止生产与使用ODS的技术手段主要有：a．CFCs生产结构的调整
，即在不增加CFCs总生产能力的基础上，将CFCs的分散生产变成集中生产，为最终转产创
造有利条件。b．建立替代品生产体系。几年来，在这方面我国已经取得了积极的进展：一
些无氟冰箱已经问世；在发泡材料生产领域，用丁烷、戊烷和CO2与HCFC－22混合物，替代
CFCs的使用。c．停止非必要场所的ODS的使用。比如消防中，在一些不必要使用哈龙灭火
器的场所，用干粉灭火器等代替。d．回收循环使用技术。在停止生产与使用ODS期限前，
采用回收循环使用，可减少ODS的生产量。

二、水污染控制技术

自然水体（江河、湖泊、海洋）与地下水的水质控制，城市生活污水和工业废水的处理，
是水污染控制技术研究的主要内容。经过多年的努力，水污染控制技术已经成为污染控制
技术中发展最快、工艺种类最多、手段最完备的技术。

1．废水处理技术

废水根据来源不同，可分为生活污水和工业废水两大类。其特性主要是指废水中的污染物
种类及其物理化学性质、浓度等。由于废水中所含的污染物不同，其特性也不同。

废水中污染物的种类及主要控制的水质指标，详见表7－3。

表7－3 废水中污染物的种类及主要控制指标

污染物种类主要控制的水质指标

固体污染物固体悬浮物（SS）、浊度、总固体（TS）

需氧污染物生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、总需氧量（TOD）、总有机碳（TO
C）
营养性污染物氮、磷

酸碱污染物 PH值

有毒

污染物无机化学毒物金属毒物：汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、钴、锰、钛等

非金属毒物：砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸根等

有机化学毒物农药（DDT、有机氯、有机磷等）、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃（如
：苯并芘）、芳香族氨基化合物
放射性物质 X射线、α射线、β射线、γ射线

油类污染物石油类、动植油类

生物污染物致病细菌、病虫卵、病毒、细菌总数、总大肠细菌数

感官性污染物色度、臭味、浊度、飘浮物

热污染温度

废水主要控制的水质指标有：有毒类物质、有机物质、悬浮物、细菌总数、PH值、色度、
温度等。

废水污染的控制治理技术，按对污染物实施的作用不同，大致可分为两类：一类是通过各
种外力作用，把有害物从废水中分离出来，称为分离法。另一类是通过化学或生化的作用
，使其转化为无害的物质或可分离的物质（此部分物质再经过分离予以除去），称为转化
法，分离和转化的技术是多种多样的，其详细种类，见表7－4、表7－5。

习惯上，又按处理机理的不同，将废水污染控制治理技术分为四类：物理法、化学法、物
理化学法和生物化学法。

现代废水处理技术，按处理的程度，划分为一级处理、二级处理和三级处理。

一级处理主要是去除废水中的悬浮固体和飘浮物质，同时起到中和、均衡，调节水质的作
用。主要采用筛滤、沉淀等物理处理技术。处理水达不到排放标准，必须进行再处理。

二级处理主要是去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质。主要应用各种生物处理技
术。处理水可以达标排放。

三级处理是在一级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步
处理。采用的处理技术有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等、处理水可直接
排放地表水系或回用。

表7－4 废水处理的分离法技术

污染物存在形式分离法技术
离子态离子交换法、电解法、电渗析法、离子吸附法、离子浮选法
分子态萃取法、结晶法、精馏法、浮选法、反渗透法、蒸发法
胶体混凝法、气浮法、吸附法、过滤法
悬浮物重力分离法、离心分离法、磁力分离法、筛滤法、气浮法

表7－5 废水治理的转化法技术

技术机理转化法技术

化学转化中和法、氧化还原法、化学沉淀法、电化学法
生物转化活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、生物塘法和氧化沟法

废水中污染物的组成相当复杂，往往需要采用几种技术方法的组合，才能达到处理要求。
对于某种废水，具体采用哪几种技术组合，要根据废水的水质、水量、污染物特性、有用
物质回收的可能性等，进行技术和经济的可行性论证后才能决定。

2．工业废水处理

工业废水的污染控制，是水污染治理的主要工作。

工业废水主要污染控制指标有：COD、BOD5、SS、PH、石油类、有机污染物、氰化物、重金
属污染物、色度、温度等。

①工业废水处理的典型工艺流程

工业废水的处理工艺，一般都是多个处理技术的组合。

由于各工业行业、各不同规模企业的生产工艺不同，废水治理技术的选择和组合也就有很
差别。每一种工业废水都有相应的处理工艺。

典型的工业废水处理工艺流程见图7－1。

图7－1 工业废水处理的典型工艺流程

②常用的分离技术及装置与设施

常用的分离法技术有沉淀、混凝、气浮、吸附、过滤、离子交换、电渗析等。主要装置与
设施有：予沉隔油池、混凝器和混凝絮凝池、沉淀池、汽浮机、活性炭吸附装置、过滤器
、离子交换器、电渗析水净化机等。

图7－2是肉类食品加工废水处理的工艺流程，这个组合工艺，基本上全是采用分离法技术
。

图7－2 肉类食品加工废水处理工艺流程

③常用的转化技术及装置与设施

常用的转化法技术有厌氧、好氧、活性污泥、生物膜、絮凝等。主要装置与设施有：曝气
机与曝气池、厌氧发酵他、活性污泥池、生物转盘、生物滤膜、氧化塘、氧化沟、絮凝池
等。

图7－3 工艺中的二级处理，主要是采用转化法技术。

3．城市生活污水处理技术

城市生活污水的处理大多采用二级处理技术。控制的主要指标有：BOD5、SS、PH、COD、温
度、营养性污染物、生物性污染物、感官性污染物等。

在工业发达国家，其城市污水的处理率在90%以上，基本上得到了有效控制。城市污水处理
厂大多采用活性污泥～曝气池二级生物处理技术，部分采用了三级处理工艺。我国城市污
水的处理起步较晚。在未来10年，大部分中等及其以上城市都将建成城市污水二级处理厂
。典型的城市污水处理厂工艺流程，可见图7－3。

图7－3 典型的城市污水处理厂工艺流程

三、固体废弃物污染控制技术

固体废弃物主要分为两大类：工业废物和城市垃圾。

为有效控制固体废弃物的产生量和排放量，相关控制技术的开发主要在三个方向：过程控
制技术（减量化）、处理处置技术（无害化）、回收利用技术（资源化）。其中，资源化
回收利用技术是目前重点研究的内容。

1．固体废弃物控制技术

工业废物中某一物质的组分一般较大，因此，在略加处理后，可以直接回收或资源化利用
。如：某些食品加工行业的废物，是饲料生产的原料；燃煤火电厂的粉煤灰，可直接做为
原料生产水泥或建筑构件，也可以略加配制后，做高速公路的路基土。

在工业发达国家，废物的减量化明显，而且回收利用率很高。工业固体废物与城市垃圾大
多进行了分类，回收可再生的物质，余下的部分主要采用填埋、焚烧、制肥等方法进行处
理。

我国的工业废物回收利用较好，但行业之间比较，却是参差不齐。城市垃圾的资源化利用
在我国是刚刚开始，城市垃圾大多没有进行分类，处置方法以填埋为主。近几年，一些城
市开始建设城市垃圾处理厂，进行资源化利用，其主要技术方案是焚烧发电供热和生产复
合肥。表7－6列出了主要的固体废弃物污染控制技术。

表7－6 固体废弃物污染控制技术

类别
主要处理处置技术

过程控制技术（减量化） 1 原料能源的优化技术

2 生产工艺的技术改造
处理处置技术（无害化）
1 分类法

2 填埋法

3 固化法

4 生物消化法

5 投弃海洋法

6 焚烧法
回收利用技术（资源化）
1 分类回收利用法

2 焚烧发电供热法

3 堆肥法

4 饲料法

5 沼气法

6 其它资源化技术

2．固体废弃物处理典型工艺流程

图7－4 典型的固体废弃物处理工艺流程

图7－4是一个典型的固体废物处理工艺流程，它是多个具体的处理技术的组合。其中，以
资源化技术为主。资源化技术是固体废物处理技术的发展趋势。

3．城市生活垃圾的主要处理技术

城市生活垃圾的成分复杂，要资源化利用，必须先进行分类。下面介绍几种常用的城市生
活垃圾的处理技术。

（1）填埋法

填埋法是一种非资源化利用的技术。由于它有处理成本低、工艺较简单不需要大量的维护
和运行人员等优点，目前被广泛采用。

这项技术的关键点有三处：a、垃圾填埋场的选址是十分重要的。选址时要认真遵循的原则
是：远离生活区和水源地；避开上风口和水源地上游；自然地理条件不适宜飘浮扩散和渗
漏。b、对填埋场需要进行严格的防渗漏处理，以免垃圾中的有害物在雨水或地表径流的
冲刷下随水渗漏，污染地下水和相邻土壤。c、垃圾场表面覆土和排气管网设置。在垃圾填
埋场使用到规定的期限后，应在其表面进行覆土绿化，可以做为绿地。在保证无危险和对
人体无害的前提下，垃圾填埋场覆土后，也可做为某种功能的用地，如建高尔夫球场，但
绝对不允许做为建筑用地和农作物及果树栽培用地。城市生活垃圾中含有大量有机物，在
填埋后由于发酵会产生气体，这些气体必须引出，否则会造成危害。因此，要根据垃圾的
组分状况，设置合理的垃圾填埋场排气管网系统，在填埋场使用过程中同时进行施工。另
外，在填埋场使用期满，表面覆土后，排气管网的出气口应设置在安全的位置和高度。

（2）堆肥法

堆肥法是一种生活垃圾资源化利用的方法。堆肥技术是利用生物对垃圾中的有机物进行发
酵、降解，使之成为稳定的有机质，并利用发酵过程产生的温度杀死有害微生物以达到无
害化卫生标准的垃圾处理技术。

堆肥的技术方法，按堆肥时间长短分为：露天堆肥法、半快速堆肥法、快速堆肥法。按生
产方式分为：厌氧土法堆肥法、好氧露天堆肥法、好氧仓式堆肥法。其中，快速堆肥是最
先进的（好氧仓式堆肥是快速堆肥的一种），它的发酵时间是3－5天。露天堆肥是投资最
小的技术方法，但占地面积大，它的发酵时间是15－25天。

堆肥法消纳的固体量（即能够转化为肥料的量）约为80%或以上，垃圾处理后的产品是一般
堆肥或有机复合肥。

堆肥的主要原料是生活垃圾与粪便的混合物。堆肥生产的主要工艺过程是：

生活垃圾－分类－破碎－发酵－烘干－磨粉－配料－造粒－干燥－包装－出厂

如果是生产一般堆肥，则在发酵工艺完成后，即可直接使用。如果生产有机复合肥，则在
配料工艺需要添加一定配比的化肥。有机复合肥的有效肥力是一般堆肥的4～5倍。

（3）焚烧法

焚烧法也是一种生活垃圾资源化利用的方法。焚烧技术就是利用焚烧炉及其附属设备，使
垃圾在焚烧炉内经过高温分解和深度氧化的综合处理过程，达到大量消减固体量的目的，
并将垃圾焚烧产生的热量进行回收利用的垃圾处理技术。

焚烧处理是目前垃圾处理技术中，消减固体量最大的一种技术方法，其消减量可达95%以上
。焚烧技术的优点是：可迅速地、大幅度地减少可热解性（包括可燃性）物质的容积；彻
底消除有害细菌和病毒；破坏毒性有机物；能够回收热能。

用焚烧技术处理生活垃圾，需要垃圾有一定的热值，一般要求在3000J/Kg以上。否则，在
焚烧过程中，需要向焚烧炉内喷射燃料，以保证炉内的正常燃烧。

焚烧余热可发电或供热，因此，垃圾焚烧厂一股都是建设成焚烧发电供热厂。一个日处理6
00吨的垃圾焚烧发电厂，生活垃圾的热值如按6270J/Kg计算，则发电功率可达6000KW，即1
吨垃圾可以发240度电。

生活垃圾的焚烧技术，在国外已经得到广泛应用，建成了许多的垃圾焚烧发电厂。在我国
，这项技术的应用只是刚开始，目前已经建成或正在筹建垃圾焚烧厂的城市有深圳、广州
、上海、北京、珠海、厦门、合肥等。

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