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可降解塑料的前景范文1

關鍵詞：白色污染； 聚乳酸； 降解

前言

S著塑料的廣泛應用和產量的持續增大。“白色污染”問題己變得越來越嚴重，成為當今世界最嚴重污染源之一，己受到各國的重視，并且制定了相關的法律政策來處理。現在各國除了研究如何回收廢棄塑料外，更多的精力是研究可降解的高分子材料，從而在根本上解決塑料的“白色污染”問題。主要原因是高分子材料的回收利用，從理論上講，可以解決環境污染，也可以解決資源短缺的問題，但在實施過程中，往往受到高分子材料本身性質、技術及成本等的限制；而研究開發可降解的高分子材料則成為20世紀70年代以來重要課題，受到世界范圍內的關注仁。

1可降解性高分子材料的降解機理

高分子材料的生物降解是指在生物（主要是指真菌、細菌等）作用下，聚合物發生降解、同化的過程、生物降解主要取決于聚合物分子的大小和結構、微生物的種類以及環境因素。聚合物的降解機理十分復雜，一般認為材料在體內的降解和吸收是受生物環境作用的復雜過程，包括物理、化學和生化因素。物理因素主要是外應力，化學因素主要有水解、氧化及酸堿作用，生化因素主要是酶和微生物。由于植入體內的材料主要接觸組織和體液，因此水解（包括酸堿作用和自催化作用）和酶解是最主要的降解機制。

2聚乳酸的降解性能

與大部分熱塑性聚合物相比，PLA具有更好的降解性能。PLA的降解首先通過主鏈上的降解性能。PLA的降解首先通過主鏈上的C-O水解，然后在酶的作用下進一步降解，最終生成無害的水和二氧化碳。由于具有降解性能，故人們擔心其使用壽命。實際上，PLA的降解速度相對比較緩和；更為重要的是，PLA的降解總是在先行水解之后才可能酶解。依照聚合物的初始相對分子品質、形態、結晶度等，PLA降解的速度可從幾星期到幾個月甚至是1～2年。但如果與微生物和復合有機廢料混合埋入地下，它的降解速度會加快。因此它是一種理想的生物降解材料，特別適宜于2～3年的短期用途。影響PLA降解速度的因素主要有結晶度、玻璃化轉變溫度、相對分子質量和介質的pH值等。水先滲入聚乳酸的無定形區，導致酷鍵斷裂，當大部分無定形區己降解時，才由晶區邊緣向晶區中心逐步降解。晶區降解速度很慢，因此結晶度大小對降解速度有很大的影響。玻璃化轉變溫度低于水解溫度則水解加快。相對分子質量越小及其分布越寬的PLA降解速度越快，這是因為相對分子質量越大，聚合物的結構越緊密，內部的酷鍵越不容易斷裂，并且相對分子質量越大，降解所得的鏈段越長，易溶于水中，產生的H+越少，使pH值下降緩慢。酸或堿都能催化PLA水解，介的pH值也是影響PLA降解速率的重要因素。

3 PLA共混改性的研究進展

通過與韌性聚合物共混，也是常用的改進聚乳酸柔性的途徑，目前人們己經研究的很多共混體系，如乙烯一醋酸乙烯共聚物（poly（ethylene-vinyl acetate））、聚4-乙烯基苯酚（poly（4-vinylphenol）、聚ε-己內酯、聚3羥基丁酸酯（poly（3-hydroxybutyrate）等。

沈一丁等[4]將熱塑性淀粉（TPS）與聚乙二醇（PEG）、聚乳酸（PLA）共混后，采用溶劑蒸發法制備出完全生物降解的聚乙二醇改性淀粉/聚乳酸薄膜（SPLA）。聚乙二醇增塑SPLA薄膜，有效的降低了玻璃化轉變溫度和熱塑性淀粉和PLA的相容性，體系的耐水性、強度均隨著PLA含量的增加而增加，不過這種薄膜的強度和柔性并沒有得到改善。

龔華俊等[5]采用超聲輔助原位濕法合成多壁碳納米管/輕基磷灰石納米復合材料（MWNTs/HA），并通過溶液澆鑄法制備了PLA/MWNTs/HA復合材料薄膜，靜態力學和動態力學性能分析表明，當MWNTs/HA為0.05～0.10份時，對復合薄膜有一定的增韌效果，復合膜的玻璃化轉變溫度隨著MWNTs舊A用量增加呈上升趨勢。

PCL除可以和PLA共聚形成共聚物改善柔性外，還可以與PLA共混來改善PLA基體的脆性。直接共混PLA和PCL，兩種組分是不相容的，兩者混合時必須添加一定的相容劑。Wang等在PLL刀PcL體系中，以亞磷酸三苯酯（TPPi）為催化劑，在熔融狀態下進行混合。結果表明，在共混過程中發生酯交換反應，生成界面相容劑，促進組分均勻分布，提高體系的機械性能，并大大改善了體系的柔性，當添加TPPi2%時，PLLA/pCL（80/20）斷裂伸長率從28%提高到了128%。

顧書英等[11]采用熔融擠出法制備聚乳酸/對苯二甲酸-己二酸-1，4-丁二醇三元共聚酯（PBAT）共混物，發現低含量低的PBAT的加入適當的提高了聚乳酸的斷裂伸長率，不過共混物的拉伸、彎曲性能也有所降低。當PBAT含量較高時，共混物斷面的SEM照片可以明顯觀察到兩相不相容。

4 聚乳酸在包裝領域的生產應用現狀

聚乳酸作為包裝材料有其獨特的優勢，可以說，聚乳酸包裝材料完全可以替代傳統的包裝材料，在很多方面更優于傳統包裝材料。與傳統熱塑性塑料相比，聚乳酸作為包裝材料有以下優點[13]：

（l）完全折疊性和纏結保持力取向性的PLA薄膜具有和玻璃紙膜、金屬薄片等相媲美的完全折疊性和纏結保持力，即可以弄皺或折疊，這些普通塑料膜是不具備的。

（2）高的光澤度和透明度PLA的高透明性和光澤度可以和玻璃紙以及聚對苯二甲酸乙二酯相比，是普通聚丙烯薄膜的2～3倍，低密度聚乙烯的10倍。

（3）阻隔性能和良好的印刷性能乳酸的基本重復單元使得PLA是一種內在極性的材料，這種高的極性導致聚乳酸具有高的表面能，從而產生良好的印刷性能，此外它還能夠阻止脂肪族分子的透過，具有很好的抗油性。

（4）低溫熱封性能無定形聚乳酸薄膜的熱封溫度和EVA（巧%）相同，都在80～85℃之間。

以上的這些優點，注定聚乳酸會在包裝領域大放異彩，就目前的生產狀況來看，聚乳酸薄膜開發應用的前沿集中在日本和美國，國內僅僅出于起步階段。

5 可降解塑料的開發趨勢及發展前景

可降解塑料盡管存在種種問題，但它的發展方興未艾，以下幾個方面代表了可降解塑料的發展方向：（1） 積極開發高效廉價光敏劑、氧化劑、生物誘發劑、降解促進劑和穩定劑等，進一步提高可降解塑料的準時可控性、用后快速降解性和完全降解性。（2）為避免二次污染，同時保證有豐富的原料，以天然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料將會越來越受到重視。（3） 水解性塑料和可食性材料由于具有特殊的功能和用途而備受矚目，也成為環境適應性材料的又一熱點。（4） 充分利用基因工程技術培育可生產聚酯的生物性植物以降低生物降解塑料的成本。

可降解塑料的發展，不但在一定程度上緩解了環境污染，而且對日益枯竭的石油資源也是一個補充。許多國家已開始考慮用生物可降解塑料代替部分石油化工合成塑料，并陸續頒布了一些法規，如意大利的立法規定自1991 年起所有包裝用塑料都必須可降解，我國也已開始考慮禁用不可降解的塑料制品。據日本生物降解塑料實用化檢討委員會預測，今后10 年內全世界生物可降解塑料的市場規模為130 萬噸。我國每年產生的塑料垃圾達100 萬噸以上，若其中的20 %以降解塑料取代的話，需求量也在20 萬噸以上，市場潛力是很大的。可降解塑料的發展適應了人類可持續發展的要求，因此，可降解塑料的發展前景是美好的。

參考文獻

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[2] 任杰.化學工業出版社.北京.2003.10

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[4]賀小虎，章慶國，李新松.中國臨床康復2005，9（38）：36～38

可降解塑料的前景范文2

關鍵詞：可降解；生物膜載體；水處理

中圖分類號;F407.61 文獻標識碼：A

引言

目前，我國水處理技術的不斷進步，以及國家對環保事業的日益重視，大大促進了各種新型的水處理填料的研究、開發與應用，可降解生物膜載體是其中最具潛力者之一。今后，生物膜載體的發展方向將不僅僅是提高效率、優化性能，而且也在滿足環境要求、防止二次污染、高效利用能源等方面。在特定的條件下，可降解生物膜載體通過一定的時間后能被附著在其表面的細菌、霉菌、原生動物、后生動物等各類水處理微生物降解，其自身分子量逐漸變小，最終代謝成CO2和H2O，而不會產生生物膜載體殘渣，從而解決了水處理填料殘渣對環境的二次污染問題。因此，國內外對可降解生物膜載體在水處理中的應用的研究逐步深入。

目前，實驗室研究和工程應用中的可降解生物膜載體的種類較多，各自特性有較大差異。本文著重探討了可降解生物膜載體的基本特性，介紹了其類別和研究現狀，并對可降解生物膜載體今后的研究方向進行闡釋。

1 可降解生物膜載體的基本特性

首先，可降解生物膜載體應具備傳統生物膜載體的基本特性：（1）比表面積大、孔隙率高并且不易堵塞。生物膜載體通常含有充足的內外表面積，可為微生物提供棲息和繁殖所需的載體表面和生存空間，維持生物膜反應器內較大生物量和生物多樣性。生物膜載體上附著的生物量是隨著比表面積和孔隙率的增大而增多的，而生物量的增多又可以提高反應器可承受的最大有機負荷量。（2）易流化。孫廣路[1]等研究了生物膜載體在移動床生物膜反應器（MBBR）運行中的堆積現象，獲得了MBBR的填料分布方程，證明了生物膜載體易流化的重要性。（3）無毒害作用。生物膜載體必須保證運行過程中不會分解出抑制微生物正常生長的有害物質。（4）價格低廉且易于取材。（5）機械強度大。生物膜載體的機械強度應能保證其在使用周期中的壽命和穩定性。

除此之外，針對傳統生物膜載體使用后含有大量有毒有害物質，通常的焚燒、填埋等垃圾處理方法難于去除，使載體殘渣及有害物質長期存在于自然界中，造成環境的二次污染現象，可降解生物膜填料可在一定使用期后自發地或在附著微生物產生的活性降解酶作用下降解為簡單小分子物質，這些小分子物質可作為微生物的營養物質被分解吸收，從而不會導致二次污染。

2 可降解生物膜載體的分類

目前，可降解生物膜載體的研究對象主要有三類：（1）天然高分子生物膜載體；（2）聚酯類可生物降解聚合物（BDP）生物膜載體；（3）改性可降解塑料生物膜載體。

2.1 天然高分子生物膜載體

天然高分子生物膜載體的生產原料十分容易獲得且價格較低廉，同時，由于其來自于自然環境，具有對微生物無毒害作用，傳質性能好，可完全被生物降解等優點，但天然高分子生物膜載體也普遍存在著強度較低，壽命短的問題。近年來，研究較多的天然高分子生物膜載體有纖維素、殼聚糖、海藻酸鈉等。

纖維素是植物細胞的主要成分，是由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機溶劑，是適合生物膜附著的理想載體。趙薇等[2]對比研究了未改性、交聯、交聯且陽離子化纖維素生物膜載體的性能，各種環境因子對纖維素的降解，以及對生物膜生長的影響情況。研究結果證明對纖維素生物膜載體進行交聯或者陽離子化，均可以降低載體降解的速度。同時，陽離子化還會促進附著的生物膜的形成和生長。李斌等[3]利用農業廢棄物（玉米芯、棉花、稻殼以及稻草）為反硝化碳源濾料，對比研究了這4種天然高分子生物膜載體的靜態釋碳量和質量、長時間的生物脫氮效果和微生物的附著特性。結果表明：相比較下，玉米芯載體在運行初期可以溶出較多的有機物質，從而促進微生物的附著和生物膜的繁殖生長。同時，這4種天然高分子生物膜載體中玉米芯表現出的長時間的生物脫氮效果最好。

殼聚糖是一類天然的堿性多糖，其前身甲殼素在自然界中具有豐富的儲量，僅次于纖維素。殼聚糖具有可生物降解性、較好的生物親和性、易改性和易固定化等諸多有利于作為生物膜載體的特性。20世紀90年代以來，以殼聚糖為生物膜載體的微生物固定化技術得到廣泛研究。肖湘竹等[4]利用殼聚糖制備固定化厭氧污泥微球，研究了上流式厭氧污泥床反應器對TNT廢水的處理，TN的去除率為75.76%～94.76%，達到了良好的處理效果。

Ettayebi等[5]在研究處理含酚廢水時采用了海藻酸鈣珠體作為假絲酵母菌的載體，24小時COD、一元酚和多元酚去除率分別為9.7%、69.2%和55.3%，處理效果良好。同時，微生物載體可促使假絲酵母菌的最大活性期達到5個月。

2.2 聚酯類可生物降解聚合物生物膜載體

合成型聚酯類生物膜載體是最常見的可生物降解有機合成聚合物生物膜載體。該類生物膜載體主要采用植物為原料，通過發酵生產制取。其中，聚羥基脂肪酸酯（PHA）可降解生物膜載體在近20多年來得到迅速發展。

蘇彤等[6]以PHA為碳源和生物膜載體，研究其去除地下水中硝酸鹽的影響因素。結果表明：在一定條件下，PHA為生物膜載體能有效地去除地下水中的硝酸鹽，且可以提高生物膜對pH的適應能力。董明來等[7]在構建反硝化生物膜反應器用以研究反硝化效果及生物膜上微生物的組成時，采用了一種新型的可生物降解的聚合物――聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作為反硝化碳源和微生物附著生長的載體。研究結果表明：利用該生物膜載體構建的反應器脫氮效果顯著，并且可以表現出良好的抗沖擊負荷能力；并進一步研究了以PBS為碳源和生物膜載體的序批式生物膜反應器對含鹽水體的異養反硝化過程。結果表明：PBS具有良好的可生物降解性和顯著的去除硝態氮的能力，可以作為處理低C/N含鹽廢水較理想的反硝化碳源。

2.3 改性可降解塑料生物膜載體

過去的研究認為：聚烯烴類如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）由于具有疏水性、高摩爾質量、并且缺乏能被微生物利用的官能團，因而生物降解十分困難。然而，隨著研究的深入，許多研究者發現原本不可降解的聚烯烴塑料經過特定的改性處理后可以具有一定的生物降解性能，獲得可生物降解塑料生物膜載體。其原理是采用一定方法在聚烯烴分子上引入易降解的基團、易斷裂的化學鍵、易轉移的基團或原子，或分子上連接或整體成分上摻合一些微生物可吞噬的成分如淀粉、殼聚糖等。

3 展望

目前，對可降解生物膜載體在水處理中的應用的研究正在逐步深入的過程中，其應用前景十分廣泛，但距投入工程實踐的應用中尚需一定時間，仍有許多問題亟待解決：（1）對于上述三類可降解生物膜載體的降解機理尚未被完全解釋清楚；（2）如何解決載體材料的成本與生物可降解性之間的矛盾；（3）如何實現可降解生物膜載體降解速度的精確控制；（4）目前可降解生物膜載體在水處理中的應用仍局限于反硝化等某些特定的處理過程，如何拓展其在水處理其他領域應用等。

參考文獻

[1] 孫廣路, 李山, 孫承林. 推流式移動床生物膜反應器填料分布研究[J]. 環境工程, 2009, 27: 202-204.

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[3] 李斌, 郝瑞霞. 固體纖維素類廢物作為反硝化碳源濾料的比選[J]. 環境科學, 2013, 34(4): 1428-1434.

[4] 肖湘竹, 趙國偉, 陳夢雪. 殼聚糖固定化厭氧污泥微球的制備研究[J]. 中國西部科技, 2007, 04:1-2.

[5] Khalil Ettayebi, Faouzi Errachidi, Latifa Jamai, et al. Biodegradation of polyphenols with immobilized Candida tropicalis undermetabolic induction[J]. FEMSMicrobi-oligy Letters, 2003, 223(2): 215-219.

可降解塑料的前景范文3

中國農業大學食品科學與營養工程學院的冷小京教授回答了這個問題。近日，冷小京所帶領的團隊研究出可以食用的保鮮膜。這種保鮮膜直接包裹在食品外，不僅可以起到保鮮作用，更可以與食品一起食用。

隨著都市生活節奏的加快，保鮮膜已逐漸成為日常生活中的一種必需品，但傳統的保鮮膜屬于石油制品，不僅難以降解，而且包裝食品過程中容易產生塑化劑危害人體健康。為了讓食品保鮮更加安全放心，科學家們一直致力于研發新的技術改進傳統的食品保鮮。

這項技術在國外很早就已經開始著手研究。研制出來的這種保鮮膜是從牛奶中提取來的，通過對乳清蛋白加工從而形成膜用于保鮮。牛奶含有酪蛋白和乳清蛋白，酪蛋白提取后做出來的是奶酪，做成奶酪后會有很多的廢水跑掉，而廢水里含有大量的乳清蛋白，乳清蛋白自身是一種優質蛋白，是人體非常需要的。

國外的類似研究相對而言已經比較完善了。而冷小京所帶領的團隊從制作奶酪的廢水里把乳清蛋白提取出來然后做成了膜，也算是一種牛奶制品。

保鮮膜也能補鈣

提及想法的產生，冷小京說他的初衷是為了食品的安全保鮮。早在2007年國家863項目對此進行了支持，使用乳清蛋白做膜一開始考慮的是機械強度，保鮮膜要結實，要包別的東西，防刺穿能力、保鮮能力都要強，要具備柔軟和延展性。

研發的過程中所用的材料全是食品級的材料，連塑化劑都是食品，這樣做出的膜就不再是普通意義上的包裝膜了。于是冷小京開始思考，既然都是用食品級的材料加工，那保鮮膜本身也是一種營養因子的提供者而具備一些營養，那么膜本身就應該可以食用。

“于是我們在里面添加了一些別的營養因子、功能保健因子。接下來，我們就要考慮不光要有營養還要維持原先的機械強度。我們在這兩個之間做了很多的基礎研究，于是后來出現了可食用保鮮膜。”冷小京研究出來的可食用保鮮膜有的可以用來補鈣，有的可以用來補充維生素。

從研究角度來看，可食用保鮮膜分為幾類，一種是加強包裝方面的功能性，包括抑菌能力、殺菌能力、抵抗紫外線輻射的能力。另一種是營養可以控制的，可以加入不同的維生素或者營養因子。

這項技術不僅在國內有了研究成果，早在2012年9月，阿根廷布宜諾斯艾利斯大學的研究人員就利用植物中的淀粉提取物，成功地發明了一種可以食用的塑料。這種塑料不但無毒無害，包裹在食物上還具有保鮮作用，而且易于降解，不會對環境構成危害。

在冷小京看來，兩項研究的原理和初衷都是相同的。

從傳統中借鑒

傳統的食品保鮮大多是用保鮮膜完成，而這種保鮮膜自身屬于化工制品，含有大量的化工元素。食品包裝膜在微波爐熱飯的時候用量非常大，可這種保鮮膜一旦碰到高溫，尤其是飯菜的油脂較多時，就很容易破裂，這種破裂本身意味著材料的斷裂，這樣就會有肉眼看不見的碎片跟飯菜混在一起，于是許多的化工原料就在人們不經意的時候被吞咽到身體里。

另外大量傳統化工做成的材料作為食品包裝，都有對人體有害的化工助劑溢出遷移的現象。化工材料從膜或者塑料里直接溢出到食品里面，如果食品里含有油性的物質，二者就會進行結合。長期下去，人體會因此產生越來越多的健康隱患。

為此，科研界一直致力于研究可以食用的保鮮材料。冷小京說：“可食用膜里面的塑化劑也可以食用，把它和食品的外包裝隔開，即使膜里面有東西溢出，溢出的也是食品級的原料，這樣就排除了安全隱患。從化學角度來看，盡管傳統材料溢的化學品含量沒有達到影響健康的程度，但是依然是一種隱患，我們不能忽略不計，科研界應該在科技上找到解決的辦法。所以可食用保鮮膜的問世在應用領域上屬于不可避免。”

研究初期，冷小京的團隊也遇到了大量的問題。失水快無疑是其中最核心的一個，乳清蛋白做成膜以后，漏天放置，一兩個小時內就會脫水，形成的膜就變的很硬很脆，一掰就斷，不能做包裝材料。

“于是我們就加入了可食用的塑化劑和甘油，用它們來代替水。以前水用來做塑化劑的時候，形成的膜在水里一泡一蒸發，膜就變成很硬了。而塑化劑放進去以后，膜就變得柔軟，加上甘油不易蒸發，放進去后水分跑掉了，甘油就進去了。所以我們的膜從物理感官上就像一個透明的塑料布，柔軟性好、透明度高。”冷小京介紹。

可食用保鮮膜既然可以被人類吃，相應的也可以被微生物吃掉。冷小京當然已經考慮到了這個問題，“膜的設計決定它的性質，我們的膜增加了抗菌素，比其他的食品的抗菌能力強很多，別的食品可以被污染，但這個膜就不容易被污染。抗菌素仍然被多數人忌諱，不愿意食用。但如果把它放在膜里就沒關系，膜可以選擇不吃也可以扔掉。”

當然，任何食品都有保質期，可食用保鮮膜作為一種可食用物質也有保質期，過了保質期就不能再食用了。目前可食用膜的保質期為半年到兩年。

依然存在隱患

可食用保鮮膜也不是完美的，具有自己的缺點。這種膜從設計的角度考慮是一種內包裝膜，跟食品直接接觸，外面還是要有一層塑料包裝。直接把它當外包裝膜固然可以，但是其性能就沒有化工產品對外界的抵抗能力強。

食品的本質，既是它的優點同時也是缺點。

與傳統的保鮮膜相比，可食用膜的應用領域不同，有相當一部分材料可以用可食用材料取代，但是有很多材料依然是不能被取代的。比如有些材料需要比較強的機械能力，撕不破拉不斷，需要高強度的材料才行。而一些塑料的杯盤碗碟、紙張、布等完全可以被可食用材料取代。

至于可食用保鮮膜徹底取代傳統保鮮膜，在技術上還有很長的路要走。

隨著研發的深入，這項技術已基本趨于成熟，在冷小京的實驗室里，做出一批可食用膜僅需要一個小時的時間。談及該項技術未來的發展，冷小京希望能夠將技術產業化、進入大工業生產階段，他也正在積極地選擇合適的廠家進行工業生產。

目前這種可食用保鮮膜的成本維持在每幾毛錢左右，這在食品領域中已非常低，但相對于傳統化工包裝材料還是較高。冷小京認為由于剛剛走出實驗室，再加上食品不像化工產品一樣可以大工業化生產，成本高是不能避免的，而一旦形成大工業化生產成本就一定會降下來。

塑料的食品化？

可食用保鮮膜，能夠替代傳統工業塑料保鮮膜。如果這種理念延伸，是不是所有化工制造的塑料制品都能用食品替代？

中國塑料行業協會專家認為，傳統的塑料都屬于化工制品，其原料為不可再生資源，具有不可降解性。由于這樣的自身缺點，傳統塑料的大量存在就造成了大面積的白色污染，科研界一直致力于研究可降解塑料。可降解塑料能利用可再生資源和食物纖維制造，利用玉米等食品中含有的聚乳酸進行研究，將食品本身的可降解性轉化至塑料領域加以利用。

對于這樣的發展思路，冷小京也表示贊同。“原來的化工產品在最開始研究使用的時候由于限制，很多的原料我們并不清楚就用了，現在看到了危害，就應該尋找一些新的材料去取代。如果將這種理念應用進去，傳統塑料技術的水平、塑料的降解性都會得到提高。比如玉米中含有的聚乳酸可以做膜，這種材料的強度非常高且可以降解，調整設計和成分配方可以控制它的降解快慢。技術方面，傳統的化工原料跟我們的技術之間有很多地方都存在交叉。從分子角度來看，都是高分子形態，這兩個技術也不沖突。雖然二者的出發點完全不一樣，可食用材料在強度上也永遠不會比傳統化工材料高，但在以后的發展中，在跟食品包裝相關的領域里這兩種類型的材料一定會有交集，二者應該是相輔相成的。”

談到未來的發展，冷小京認為這里面的可能性非常多，聚乳酸、蛋白質、海藻酸等材料都是可以食用的，各有各的特色，具有某種程度的共性。科研界可以把很多的東西做成膜，也可以跟聚乳酸混在一起。擁有無窮無盡的方法，看人類需要的是什么，這不是誰取代誰，而是解決需求的問題。所有的材料都有自己的特色，應該各管一塊、相輔相成。將多種材料的優勢最大限度地發揮，必然會有更大的技術進步產生。

但對于這樣的發展思路，我們要辯證看待。可降解塑料可以降低白色污染，但從另一角度來看，技術的發展需要大量的生物資源做儲備，五六噸玉米才可以合成聚乳酸，目前我國的經濟發展還達不到這樣的水平。

況且大量的生物儲備，對糧食安全也會造成一定的威脅。同時大量的生物儲備伴隨而來的是成本的高昂和糧食的短缺。因此，我們需要辯證的看待這項新技術在工業領域中的應用，正視發展初期階段可能伴隨而來的各項問題，并逐漸突破難關。

可降解塑料的前景范文4

關鍵詞：現代生物技術環境保護前景規劃

1.我國生態環境現狀

目前我國由于工業“三廢”污染、農用化肥和農藥的污染以及廢棄塑料和農用地膜的污染，嚴重的影響了我國的生態環境，使得水污染日益加劇，水資源嚴重短缺，全國600多個城市中已有一半城市缺水，農村則有8000萬人和6000萬頭牲畜飲水困難；土壤污染嚴重，耕地面積銳減，近10年來每年流失的土壤總量達50億t，土地荒漠化日益加劇；森林覆蓋面積下降，草場退化，每年減少森林面積達2500萬畝；人們的身體健康受到嚴重威脅，疾病發病率急劇上升。因此，加大環境保護和環境治理力度，加快應用高新技術，如現代生物技術來控制環境污染和保持生態平衡，提高環境質量已成為環保工的工作重點。

2.現代生物技術與環境保護

現代生物技術是以DNA分子技術為基礎，包括微生物工程，細胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技術的總稱。現代生物技術不僅在農作物改良、醫藥研究、食品工程方面發揮著重要作用，而且也隨著日益突出的環境問題在治理污染、環境生物監測等方面發揮著重要的作用。自20世紀80年代以來生物技術作為一種高新技術，已普遍受到世界各國和民間研究機構的高度重視，發展十分迅猛。與傳統方法比較，生物治理方法具有許多優點。

生物技術處理垃圾廢棄物是降解破壞污染物的分子結構，降解的產物以及副產物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人類活動產生的環境污染減輕到最小程度，這樣既做到一勞永逸，不留下長期污染問題，同時也對垃圾廢棄物進行了資源化利用。利用發酵工程技術處理污染物質，最終轉化產物大都是無毒無害的穩定物質，如二氧化碳、水、氮氣和甲烷氣體等，經常是一步到位，避免污染物的多次轉移而造成重復污染，因此生物技術是一種既安全又徹底消除污染的手段。生物技術是以酶促反應為基礎的生物化學過程，而作為生物催化劑的酶是一種活性蛋白質，其反應過程是在常溫常壓和接近中性的條件下進行的，所以大多數生物治理技術可以就地實施，而且不影響其他作業的正常進行，與經常需要高溫高壓的化工過程比較，反應條件大大簡化，具有設備簡單、成本低廉、效果好、過程穩定、操作簡便等優點。

所以，當今生物技術已廣泛應用于環境監測、工業清潔生產、工業廢棄物和城市生活垃圾的處理，有毒有害物質的無害化處理等各個方面。

3.現代生物技術在環境保護中的應用

3.1污水的生物凈化

污水中的有毒物質的成分十分復雜，包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機磷、有機汞、有機酸、醛、醇及蛋白質等等。微生物通過自身的生命活動可以解除污水的毒害作用，從而使污水中的有毒物質轉化為有益的無毒物質，使污水得到凈化。當今固定化酶和固定化細胞技術處理污水就是生物凈化污水的方法之一。固定化酶和固定化細胞技術是酶工程技術。固定化酶又稱水不溶性酶，是通過物理吸附法或化學鍵合法使水溶性酶和固態的不溶性載體相結合，將酶變成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物細胞是一個天然的固定化酶反應器，用制備固定化酶的方法直接將微生物細胞固定，即是可催化一系列生化反應的固定化細胞。運用固定化酶和固定化細胞可以高效處理廢水中的有機污染物、無機金屬毒物等，此方面國內外成功的例子很多，如德國將能降解對硫磷等9種農藥的酶，以共介結合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于處理對硫磷廢水，去除率達95%以上。

3.2污染土壤的生物修復

重金屬污染是造成土壤污染的主要污染物。重金屬污染的生物修復是利用生物作用，削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬的毒性。其原理是：通過生物作用改變重金屬在土壤中的化學形態，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環境中的移動性和生物可利用性，通過生物吸收、代謝達到對重金屬的削減、凈化與固定作用。污染土壤的生物修復過程可以增加土壤有機質的含量，激發微生物的活性，由此可以改善土壤的生態結構，這將有助于土壤的固定，遏制風蝕、水蝕等作用，防止水土流失。

3.3白色污染的消除

廢棄塑料和農用地膜經久不化解，估計是形成環境污染的重要成分。據估計我國土壤、溝河中塑料垃圾有百萬噸左右。塑料在土壤中殘存會引起農作物減產，若再連續使用而不采取措施，十幾年后不少耕地將顆粒無收，可見數量巨大的塑料垃圾嚴重影響著生態和環境，研究和開發生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技術一方面可以廣泛地分離篩選能夠降解塑料和農膜的優勢微生物、構建高效降解菌，另一方面可以分離克隆降解基因并將該基因導入某一土壤微生物中，使兩者同時發揮各自的作用，將塑料和農膜迅速降解。同時，還需大力推行可降解塑料和地膜的研發、生產和應用。

3.4化學農藥污染的消除

一般情況下，使用的化學殺蟲劑約80%會殘留在土壤中，非凡是氯代烴類農藥是最難分解的，經生態系統造成滯留毒害作用。因此多年來人們一直在尋找更為安全有效的辦法，而利用微生物降解農藥已成為消除農藥對環境污染的一個重要方面。能降解農藥的微生物，有的是通過礦化作用將農藥逐漸分解成終產物CO2和H2O，這種降解途徑徹底，一般不會帶來副作用；有的是通過共代謝作用，將農藥轉化為可代謝的中間產物，從而從環境中消除殘留農藥，這種途徑的降解結果比較復雜，有正面效應也有負面效應。為了避免負面效應，就需要用基因工程的方法對已知有降解農藥作用的微生物進行改造，改變其生化反應途徑，以希望獲得最佳的降解、除毒效果。要想徹底消除化學農藥的污染，最好全面推廣生物農藥。

所謂生物農藥是指由生物體產生的具有防止病蟲害和除雜草等功能的一大類物質總稱，它們多是生物體的代謝產物，主要包括微生物殺蟲劑、農用抗生素制劑和微生物除草劑等。人們正在研究將外源毒蛋白基因如編碼神經毒素的基因克隆到桿狀病毒中以增強桿狀病毒的毒性；將能干擾害蟲正常生活周期的基因如編碼保幼激素酯酶的基因插入到桿狀病毒基因組中，形成重組桿狀病毒并使其表達出相關激素，以破壞害蟲的激素平衡，干擾其正常的代謝和發育從而達到殺死害蟲的目的。

參考文獻

[1]孔繁翔.環境生物學.北京：高等教育出版社，2000

可降解塑料的前景范文5

關鍵詞現代生物技術生態環境環境保護

1我國生態環境現狀

目前我國由于工業“三廢”污染、農用化肥和農藥的污染以及廢棄塑料和農用地膜的污染，嚴重的影響了我國的生態環境，使得水污染日益加劇，水資源嚴重短缺，全國600多個城市中已有一半城市缺水，農村則有8000萬人和6000萬頭牲畜飲水困難；土壤污染嚴重，耕地面積銳減，近10年來每年流失的土壤總量達50億t，土地荒漠化日益加劇；森林覆蓋面積下降，草場退化，每年減少森林面積達2500萬畝；人們的身體健康受到嚴重威脅，疾病發病率急劇上升。因此，加大環境保護和環境治理力度，加快應用高新技術，如現代生物技術來控制環境污染和保持生態平衡，提高環境質量已成為環保工作者的工作重點。

2現代生物技術與環境保護

現代生物技術是以DNA分子技術為基礎，包括微生物工程，細胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技術的總稱。現代生物技術不僅在農作物改良、醫藥研究、食品工程方面發揮著重要作用，而且也隨著日益突出的環境問題在治理污染、環境生物監測等方面發揮著重要的作用。自20世紀80年代以來生物技術作為一種高新技術，已普遍受到世界各國和民間研究機構的高度重視，發展十分迅猛。與傳統方法比較，生物治理方法具有許多優點。

（1）生物技術處理垃圾廢棄物是降解破壞污染物的分子結構，降解的產物以及副產物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人類活動產生的環境污染減輕到最小程度，這樣既做到一勞永逸，不留下長期污染問題,同時也對垃圾廢棄物進行了資源化利用。

（2）利用發酵工程技術處理污染物質，最終轉化產物大都是無毒無害的穩定物質，如二氧化碳、水、氮氣和甲烷氣體等，常常是一步到位，避免污染物的多次轉移而造成重復污染，因此生物技術是一種既安全又徹底消除污染的手段。

（3）生物技術是以酶促反應為基礎的生物化學過程，而作為生物催化劑的酶是一種活性蛋白質，其反應過程是在常溫常壓和接近中性的條件下進行的，所以大多數生物治理技術可以就地實施，而且不影響其他作業的正常進行，與常常需要高溫高壓的化工過程比較，反應條件大大簡化，具有設備簡單、成本低廉、效果好、過程穩定、操作簡便等優點。

所以，當今生物技術已廣泛應用于環境監測、工業清潔生產、工業廢棄物和城市生活垃圾的處理，有毒有害物質的無害化處理等各個方面。

3現代生物技術在環境保護中的應用

3.1污水的生物凈化

污水中的有毒物質的成分十分復雜，包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機磷、有機汞、有機酸、醛、醇及蛋白質等等。微生物通過自身的生命活動可以解除污水的毒害作用，從而使污水中的有毒物質轉化為有益的無毒物質，使污水得到凈化。當今固定化酶和固定化細胞技術處理污水就是生物凈化污水的方法之一。固定化酶和固定化細胞技術是酶工程技術。固定化酶又稱水不溶性酶，是通過物理吸附法或化學鍵合法使水溶性酶和固態的不溶性載體相結合，將酶變成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物細胞是一個天然的固定化酶反應器，用制備固定化酶的方法直接將微生物細胞固定，即是可催化一系列生化反應的固定化細胞。運用固定化酶和固定化細胞可以高效處理廢水中的有機污染物、無機金屬毒物等，此方面國內外成功的例子很多，如德國將能降解對硫磷等9種農藥的酶，以共介結合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于處理對硫磷廢水，去除率達95%以上；近幾年我國在應用固定化細胞技術降解合成洗滌劑中的表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)方面取得較大進展，對于含100mg/L廢水，降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母細胞降解含酚廢水也已實際應用于廢水處理。

3.2污染土壤的生物修復

重金屬污染是造成土壤污染的主要污染物。重金屬污染的生物修復是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬的毒性。其原理是:通過生物作用(如酶促反應)改變重金屬在土壤中的化學形態，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環境中的移動性和生物可利用性，通過生物吸收、代謝達到對重金屬的削減、凈化與固定作用。污染土壤的生物修復過程可以增加土壤有機質的含量，激發微生物的活性，由此可以改善土壤的生態結構，這將有助于土壤的固定，遏制風蝕、水蝕等作用，防止水土流失。

3.3白色污染的消除

廢棄塑料和農用地膜經久不化解，估計是形成環境污染的重要成分。據估計我國土壤、溝河中塑料垃圾有百萬噸左右。塑料在土壤中殘存會引起農作物減產，若再連續使用而不采取措施，十幾年后不少耕地將顆粒無收，可見數量巨大的塑料垃圾嚴重影響著生態和環境，研究和開發生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技術一方面可以廣泛地分離篩選能夠降解塑料和農膜的優勢微生物、構建高效降解菌，另一方面可以分離克隆降解基因并將該基因導入某一土壤微生物(如：根瘤菌)中，使兩者同時發揮各自的作用，將塑料和農膜迅速降解。同時，還需大力推行可降解塑料和地膜的研發、生產和應用。

有些微生物能產生與塑料類似的高分子化合物即聚酯，這些聚酯是微生物內源性貯藏物質，可以用發酵方法進行生產，由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔點、高彈性、不含有毒物質等優點而在醫學等許多領域有極好的應用前景。為了降低成本、提高產量，人們正在用重組DNA技術對相關的微生物進行改造，此方面目前一個研究熱點是采用微生物發酵法生產聚-β羥基烷酸(PHAs)，研究人員正設法構建出自溶性PHAs生產菌種，即將PHAs重組菌進行發酵，在積累大量的PHAs后，加入信號物質，使裂解蛋白產生，細胞壁破壞，PHAs析出，以簡化胞內產物PHAs的提取過程，降低提取成本。

3.4化學農藥污染的消除

可降解塑料的前景范文6

關鍵詞：污泥，前沿技術，資源化，發展趨勢

The Present Situation and Tendency of Sludge Front

Treatment Technology

WeiZhen Shen

(Beijing Machinery and Electricity Institute, Hi-tech Co.Ltd., Beijing 100027,China)

The main development direction for the sludge treatment is tending to disposal of resources and energy utilization in the world in recent years. Therefore, such as anaerobic digestion and aerobic fermentation technology and other traditional mainstream technology has been vigorously sought. Meanwhile, the techniques of sludge pyrolysis to produce oil fuel and sorbents, and composting to be used in soil are studyed. The paper puts forward that the present situation and tendency of sludge front treatment technology of domestic and overseas, and discussed its developing trend.

中圖分類號：TU992文獻標識碼： A

經過幾十年的發展，歐美、日本等發達國家已出臺了較完善的污泥處理處置與資源化政策法規及標準規范，相關技術和設備也趨于成熟，以在污泥無害化處理處置的基礎上實現最大程度的資源化再利用作為總體思路和技術路線，逐步形成了以污泥厭氧消化、好氧發酵、干化、焚燒、土地利用為主流技術，并不斷研發污泥制油、生產活性炭、研制動物飼料等前沿技術的污泥處理處置市場。

雖然近年來我國污泥領域發展較快，各項技術和專用設備有了較大進展，主流技術、前沿技術同步發展的污泥處理處置市場也正在形成。但與發達國家相比，我國污泥處理處置率仍然低下，技術和設備水平仍然落后，污泥處理處置總體思路和技術路線也不夠明晰，相關的法律法規及標準規范不夠完善，總之我國污泥處理處置市場還有很長的一段路要走。由于國情不同，各國采用處理方式和技術也各不相同，本文對國內外目前前沿技術發展現狀進行綜述。

1、國內外污泥處理處置與資源化前沿技術進展

1.1 污泥制油能源利用技術

污泥中的有機質可以轉化為燃油，能有效控制重金屬的排放，可回收利用易儲藏的液體燃油，可獲得較高的油品收率，提供700 kWh/t 的凈能量，破壞有機氯化物的生成，具有污泥處理與能源利用的雙重性質。污泥制油技術分為兩種方法：污泥熱解制油技術和污泥直接熱化學液化法。

1.1.1污泥熱解制油技術

污泥熱解制油是利用污泥中有機物的熱不穩定性，在常壓（或高壓）和缺氧的條件下加熱污泥至高溫，借助污泥中所含的硅酸鋁和重金屬（尤其是銅）的催化作用將污泥中的脂類和蛋白質轉化成碳氫化合物，由于干餾和熱分解作用使污泥最終轉化為價值較高的燃料油、反應水、不凝性氣體（NNG）和炭。

熱解生成的油收率與污泥中的有機物含量直接相關，通常生污泥最高（占44%），其次為剩余污泥（35%），消化污泥最低（25%）。發熱量可達到29~42.1 MJ/kg，與石油提煉廠生產出來的石油低級餾出液相似，可以直接用于柴油機車和發電。但熱解油黏度高、氣味差。熱解油的大部分脂肪酸可轉化為酯類，酯化后其黏度低約4倍，熱值可提高9%，氣味得到很大改善。不凝氣熱值2~9MJ/kg，污泥炭熱值約10MJ/kg，熱解前的污泥干燥、反應器加熱可利用產品中低級燃料（燃料氣、炭）的燃燒來提供能量，實現能源循環。污泥熱解制油過程如圖1。

污泥熱解制油過程示意圖

污泥熱解工藝最初是Bayer等人在1978年提出， 1986年，澳大利亞的Perth和Sydney兩個城市建起污泥熱解制油的第二代試驗廠，為大規模污泥低溫生物油化技術的進一步開發提供了大量的數據和實踐經驗。1999年8月，世界上第一套污泥低溫熱解制油工業化工藝裝置——Enersludge在澳大利亞成功試運行，處理規模（按干污泥計）為25t/d，每噸污泥可產出200~300L與柴油類似的燃料及約半噸的燒結炭，并申請為專利。

1.1.2污泥直接熱化學液化制油技術

鑒于污泥低溫熱解制油需要對脫水污泥進行干燥而耗能巨大，因此英、美、日對污泥直接熱化學液化法研究較多。污泥直接熱化學液化制油是將經過機械脫水的污泥（含水率約70%~80%），在250~340℃、5~15MPa條件下，并以碳酸鈉作為催化劑，污泥中有近50%的有機物能通過加水分解、縮合、脫氫、環化等一系列反應轉化為油狀物，得到的重油產物用萃取劑進行分離收集。重油產品的組成和性質取決于催化劑的裝填與反應溫度。反應過程可得到熱值約為33MJ/kg的液體燃料，收率可達50%左右（以干燥有機物為基準），同時產生大量不凝性氣體和固體殘渣。基本工藝流程圖如圖2所示。

污泥直接熱化學液化制油技術的設備可分為間歇式反應裝置和連續式反應裝置兩類。間歇式反應中，污泥脫水至含水率70%~80%即可滿足相關反應要求，向高壓釜中加入液化催化劑Na2CO3后，高壓釜經過排氣后沖入氮氣至所需壓力，隨后升溫。隨著溫度的增加，工作壓力隨之增加。然后通過壓力調節閥釋放高壓來使工作壓力保持恒定，反應產生氣體被氣體儲罐收集。連續設備的運用不僅在工藝上可以得到更大的改進，在運行費用上也會大大降低，推進該技術的應用。

目前直接熱化學法處理污泥的典型工藝包括：美國 PERC工藝，LBL工藝，日本資源環境技術綜合研究所的液化工藝，荷蘭 Shell 公司的 HTU工藝等。

根據國外的經驗，目前的投資成本與運行維護成本均比較高，同時，涉及的操作條件比較復雜，需要考慮諸多的因素如反應溫度、反應時間、觸媒種類、觸媒添加量、反應壓力等。此外，油化處理效率也與污泥種類性質等有關。

污泥直接熱化學液化制油的基本流程圖

1.2 污泥建材利用技術

污泥建材利用主要包括利用污泥及其焚燒產物制磚、輕質陶粒、生態水泥、制纖維板、熔融微晶玻璃等。

總的來說，污泥的多項建材利用技術已經成熟，應用前景良好。其中，建筑磚塊、輕質材料以及水泥材料等技術，已經在日本、德國等國家開始進行規模化生產應用或者在計劃大規模生產再利用。其中日本在這方面走在了前面，已經有許多成功運行的工程實例，據統計到2002年末，日本污泥有效利用率高達63%，其中建材利用的比例為40%。在我國，污泥用于建材資源化利用是一種有效的污泥減量化及資源化手段，在北京、重慶及上海等地均進行過相應的生產性研究。總的來說，大多還處于研究及嘗試的階段。

1.2.1污泥制磚

脫水污泥主要由Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO、MgO等粘土礦物質成分組成，其性質近似粘土，具有可塑性、燒結性、耐熱性和吸附性，并且污泥中含有大量灰分和鋁鹽或鐵鹽等混凝劑成分，可以作為建筑材料中的添加劑，為其制磚創造條件。比較常見的污泥制磚技術主要有兩種：

①污泥焚燒灰制磚

該方法是將污泥焚燒灰添加適量輔料（如粘土、粉煤灰、煤矸石等）成型燒結制磚。污泥焚燒灰中的SiO2含量較低，因此在利用污泥焚燒灰制磚時，需添加適量的黏土與硅砂，從而提高SiO2含量。一般較為適宜的質量配比為焚燒灰：黏土：硅砂=1:1:（0.3~0.4）。污泥焚燒灰制造流程如下圖3.

②干化污泥直接制磚

該法是直接將干燥的城市污泥破碎后與粘土等輔料成型燒結制磚，同時可以利用污泥中潛在熱值。干化污泥用于直接制磚時，應對污泥中的成分進行適當的調節，使其成分與制磚黏土的化學成分相當。當污泥與黏土按質量比1:10配料時，污泥磚可以達到普通紅磚的強度。此污泥磚的制造方式受坯體中有機揮發分含量的限制，當有機揮發物達到一定限度會導致燒結開裂，從而影響磚塊的質量，污泥摻加比例較低。因此，從黏土磚限制要求來看，生污泥較難成為一種適宜的污泥建材方法。干化污泥制磚工藝流程圖見圖4。

污泥焚燒灰制磚工藝流程

污泥干化后制磚工藝流程

污泥的摻量比例、成型壓力和焚燒溫度是決定磚抗壓強度、吸水率、熱導率、抗折強度等性能的關鍵性因素。當污泥摻量為0~200 g/ kg 時， 隨著污泥摻量的增加，污泥磚的抗壓強度明顯降低，吸水率隨之增大。成型磚坯密實度下降，在焙燒過程，污泥中重金屬熔融固化，有機物揮發，所形成的氣孔和孔洞降低了磚體抗壓強度及。當污泥摻量低于100 g/ kg 時，污泥磚性能符合國家《燒結普通磚》標準( GB 5101- 2003) 要求。當成型壓力為20~60 MPa時， 隨成型壓力的增大，污泥磚的抗壓強度逐漸升高，吸水率逐漸減小。當燒結溫度為900~1100℃時，隨著溫度的升高，污泥磚的抗壓強度逐漸增強，吸水率逐漸降低，當燒結溫度高于1050℃時，磚的抗壓強度和均已達到了標準要求。當保溫時間超過1.5 h 時，隨著保溫時間的延長，污泥磚的降低，吸水率也相應增大。

美國、英國等發達國家都在該領域進行了較多的研究，對污泥制磚工藝、污泥制磚的影響因素、污泥磚塊產品的性質等方面取得階段性研究成果。其中，日本的污泥焚燒灰制磚技術，走在世界前列，受到越來越多的重視。目前已經有8座完整規模的廠用100%的污泥焚燒灰制磚。制成的磚塊被廣泛用于公共設施。德國對于污水污泥的建材利用才剛剛起步，沒有任何長期工業上的實踐，正借鑒日本的經驗，并與日本開展合作研究項目。

在我國，有關利用污泥焚燒灰制磚的報道很少，而利用干污泥直接制磚卻有較多的文獻說明。如中石化勝利油田規劃設計研究院、同濟大學環境科學與工程學院、南京制革廠等研究機構、高等院校和國內企業對干污泥直接制磚進行了試驗研究，但缺乏實際的工程應用，所以在今后的研究中還要結合經濟效益進行投資、收益的估算并大膽借鑒國外經驗，開發污泥前處理及混合焙燒等成套工藝及配套設備，才能將污泥的制磚利用付諸實際。

1.2.2污泥制陶粒

污泥陶粒是污泥經加工制粒或粉磨成球后燒脹而成的一種人造輕陶粒，具有輕質高強、保溫隔熱、耐久性好、抗震性好等優點。污泥制陶粒主要工藝流程如下圖5。

污泥陶粒生產工藝流程圖

濕污泥與預先干化好的干污泥一起進入污泥混合機，經混合、均勻化后形成顆粒，完成均化過程后，送至干化器進行干燥。污泥干化器主要分為直接加熱和間接加熱。為了防止污泥在干化過程中結成大塊，一般采用旋轉干化器。干化器的熱風進口溫度為800~850℃，排氣溫度為200~250℃。污泥經干燥后從含水率80%左右下降到5%左右。干化器的排氣進入脫臭爐，爐溫控制在650℃左右，使排氣中的惡臭成分全部分解，以防產生二次污染。部分燃耗是在理論空氣比約0.25以下燃燒，使污泥中的有機成分降解，大部分成為氣體排出，另一部分以固定碳的形式殘留。部分燃燒爐內的溫度控制在700~750℃。燃燒的排氣中含有許多未燃成分，送至排氣燃燒爐再次燃燒，產生的熱風可作為污泥干化的熱源。部分燃燒后的污泥中的固定碳為10%~20%，熱值為1256~7536kJ/kg。燒結是制陶粒的最后一道工序，燒結陶粒的強度和相對密度與燒結溫度以及產品中殘留碳含量有關。殘留碳的含量與陶粒的強度成反比，殘留碳的含量越多，強度越低。燒結溫度在1000~1100℃之間為宜，超出此溫度范圍陶粒強度會降低。陶粒的相對密度隨燒結溫度升高而減少，在上述溫度范圍內，其相對密度為1.6~1.9，燒結時間一般為2~3min。

歐美、日本等發達國家對利用各類污泥制陶瓷產品的可行性做了研究，并對制成的樣品進行了吸水率、多孔性、線性收縮和橫向斷裂強度等物理性能和浸出液的測試。我國多個企事業機構都對污泥制備陶粒技術進行了研究，比如同濟大學的研究人員對蘇州河底泥為主要原料燒制陶粒的工藝參數進行了分析，以及廣州華穗輕質陶粒制品廠采用城市污水處理廠污泥替代河道淤泥或部分粘土燒制輕質陶粒，并獲得成功。

1.2.3污泥制水泥

污泥的化學特性與水泥生產所用的原料基本相似，垃圾焚燒灰的化學成分中一般有80%以上的礦物質是水泥熟料的基本成分。因此利用水泥回轉窯處理污泥來制造水泥，不僅具有焚燒法的減容減量化特征，且燃燒后的殘渣成為水泥熟料的一部分，不需要對焚燒灰進行填埋處置，是一種兩全其美的生產途徑。利用污泥做生產水泥的原料有三種方式：一是直接用脫水污泥；二是干化污泥；三是污泥焚燒灰。不管是采用哪種方式，關鍵是污泥中所含的無機成分必須符合生產水泥的要求。除CaO含量較低、SiO2含量較高外，污泥焚燒灰的其它成分含量與硅酸鹽水泥含量相當，因此，污泥焚燒灰加入一定量的石灰或石灰石，經煅燒即可制成硅酸鹽水泥。污泥水泥性質與污泥的比例、煅燒溫度、煅燒時間和養護條件相關。與普通硅酸鹽水泥相比，在顆粒度、相對密度、波索來反應性能等方面基本相似，而在穩固性、膨脹密度、固化時間方面較好。

世界上發達國家利用水泥窯處理廢棄物生產生態水泥已有20余年的歷史，擁有成熟的經驗。1996年4月瑞士的HCBRekingen水泥廠成為世界上第一家具有利用廢料的環境管理系統的水泥廠，并得到ISO14001國際標準的認證。在歐洲水泥生產者聯合會所屬的水泥廠中每年焚燒處理100萬t有害廢物。日本40多家水泥企業，其中50%以上工廠均處理各種廢棄物。雖然我國同濟大學、上海水泥廠等也做了利用污泥代替粘土生產水泥的嘗試，但總體來說，利用垃圾焚燒灰、市政污泥等廢棄物來生產水泥尚屬起步階段。

1.2.4污泥制纖維板

污泥中含有大量有機成分，利用其中的粗蛋白與球蛋白（酶）能溶解于水及烯酸、稀堿、中性鹽水溶液的性質，在堿性條件下加熱、加壓后發生蛋白質變性，制成污泥樹脂（又稱蛋白膠），使之與漂白、脫脂處理的廢纖維壓制成板材，即為污泥生化纖維板。污泥制纖維板的工藝流程圖見圖6。

污泥制纖維板的工藝流程圖

污泥樹脂調制是將脫水至含水率85%~90%的污泥與藥品混合，裝入反應器攪拌均勻，然后通入蒸汽加熱至90℃保持20min后，再加入石灰，在90℃條件下反應40min即可。為使其具有較好的凝膠性、預壓成型時容易脫水，可在調制中投加堿液、甲醛及混凝劑（如三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁或聚合氯化鋁），還可加硫酸銅以提高除臭效果和加水玻璃以增加樹脂的粘滯度及耐水性，使成品經久耐用。

國內外已有人嘗試用污泥來制纖維板，但制造過程和成品仍有一些氣味，需要脫臭，強度也有待提高。

1.3活性污泥制取活性炭

由于污泥中含有大量有機物，在一定的高溫下以污泥為原料通過改性可以制得含碳吸附劑。根據污泥碳化機理，污泥吸附劑一般分為直接活化和熱解碳化后再活化兩種。其中，熱解碳化后再活化最為常用，主要包括熱解碳化和活化兩個步驟。碳化是把原料熱解為碳渣，活化是關鍵步驟，是根據要求把碳化物變為所需要的多孔結構物質。目前活化方法有兩類：物理活化和化學活化。相對于物理活化，化學活化需要較低的溫度，活化產率高，通過選擇合適的活化劑控制反應條件可制得高比表面積活性炭。但化學活化對設備腐蝕性大，污染環境，其制得的活性炭中殘留化學藥品活化劑，應用受到限制。污泥吸附劑生產工藝流程如下圖7。

針對不同的污泥和所制吸附劑的不同用途，可相應采用不同的制備方法，而不同的制備方法所得到的吸附劑性能差別很大。影響吸附劑性能的主要因素有：活化藥劑的種類、濃度、熱解時間、熱解溫度和活化溫度等。活性炭微孔的形成和發展與原材料的孔結構、活化劑的種類、活化溫度、活化時間、活化劑流量、催化劑種類、催化反應速度等諸多因素有關。

污泥制備吸附劑工藝流程

近年來，美國、日本、法國、中國、西班牙、新加坡等國家的研究者對污泥改性制備吸附劑技術進行了較多的研究。近年來，研究的重點是污泥熱解方法及工藝的優化、吸附劑制備中間過程和方法的改進、活化藥劑的選擇等方面。

1.4污泥中蛋白質利用技術

1.4.1制造動物飼料

污泥中粗蛋白占28.7%~40.9%，灰分占26.4%~46.0%，纖維素占26.6%~44.0%，脂肪酸占0~3.7%。其中，70%的粗蛋白以氨基酸形式存在，包括蛋氨酸、胱氨酸、蘇氨酸等。污泥蛋白中幾乎含有家畜所需的所有氨基酸，且各種氨基酸之間相對平衡，是一種非常好的飼料蛋白來源。

但是，活性污泥作動物詞料還存在一些問題，主要包括毒性方面和非毒性方面的問題。毒性方面的問題主要有：①病原菌的污染問題。②活性污泥飼料組織學和病理學研究：飼喂污泥蛋白質飼料，動物肺、肝、腎、心臟和內臟等組織有何異常。③污泥重金屬毒性物質動物發生元素積累問題。非毒性方面的問題主要有：①化學組成，商業價值低。②與傳統動物飼料相比，污泥蛋白質飼料的適口性差、消化性低、營養價值不足，近來的研究系采用化學或酶處理活性污泥以提高其蛋白質消化率。③污泥干燥的經濟性問題。但即使如此，用污泥作飼料將是變廢為寶的一項重要舉措，值得深入的研究。

1.4.2制造蛋白質滅火器

目前國內滅火劑主要有NaHCO3、NaCl干粉滅火劑、蛋白滅火劑等種類。其中，蛋白類泡沫滅火劑以其可靠性大、安全系數高、生物降解性強等優良的性能一直占據著泡沫滅火劑市場的主導地位。但由于國內飼料蛋白源匱乏導致其價格較高，因此，利用污泥水解蛋白質制備蛋白質泡沫滅火劑具有一定現實意義。

武漢市科技局等單位進行了利用剩余活性污泥水解制備蛋白質泡沫滅火劑，并取得一定研究成果，李亞東等研究人員還申請了發明專利。但總體來說，目前該項技術研究還少見報道。

1.4.3污泥中蛋白質提取技術

無論是將污泥蛋白用作動物飼料，還是用于蛋白質滅火器，都需要依靠蛋白質提取技術，蛋白質提取工藝流程圖見圖8。

蛋白質提取工藝流程圖

(1)溶胞技術

提取蛋白質首先要對污泥進行溶胞處理。通常的溶胞方法包括物理、化學、生物以及多種方法聯合等方法。

①物理法

物理溶胞主要是利用機械剪切力破壞細菌的細胞壁，實現污泥細胞的溶解。物理法主要有以下幾種：

高壓噴射法是利用高壓泵將污泥循環噴射到一個固定的碰撞盤上，通過該過程產生的機械力來破壞污泥內微生物細胞的結構，使得胞內物質被釋放出來，從而顯著提高污泥中蛋白質的含量，促進水解的進行。然而，高壓噴射法處理污泥過程的機械能損失較大，所以該方法在實際的工程應用中難以推廣。

超聲波法是利用20KHz到10MHz波段范圍內的超聲波破壞微生物細胞的細胞壁，使得細胞內的有機質釋放出來，從而促進污泥水解和消化的進行。該技術具有無污染、能量密度高、分解速度快等特點，但在細胞破碎后固體碎屑的水解方面卻不如添加堿和加熱法。同時超聲波的作用受到液體溫度、粘度、表面張力等參數和超聲波發生設備的影響，在短時間內難以投入大規模工程化應用。此外，超聲波法設備投資巨大、能耗高，也是這一技術不能迅速推廣的主要原因。

水解法的溫度范圍一般為40~180℃，污泥固體有機物在水解過程中經歷兩個過程：首先是微生物絮體的離散和解體，細胞內的有機物質被釋放并溶解。其次是溶解性有機物不斷水解，脂肪水解成甘油和脂肪酸；碳水化合物水解成小分子的多糖和單糖；蛋白質水解成多肽、二肽和氨基酸；氨基酸進一步水解成低分子有機酸、氨及二氧化碳。與機械破碎、超聲和化學預處理等手段相比，熱水解的優點在于在實現細胞破碎、釋放胞內有機物的同時將大分子有機物水解。

②化學法

化學法主要有以下幾種：

加堿處理法就是在常溫條件下，通過加NaOH、KOH或Ca(OH)2等堿性物質，其作用是在抑制細胞活性的同時，溶解細胞壁，釋放蛋白等細胞內物質。

加酸處理法就是用酸處理污泥，由于污泥微生物的胞外聚合物中含有一些兩性物質，這些兩性物質在酸性條件下會溶解，轉化為溶解性物質，從而對污泥的絮體結構有一定破壞作用，從而達到溶胞效果。

臭氧氧化污泥的過程包括：對微生物的破壁、溶解和對有機物的礦化三個階段。臭氧首先作用于污泥細胞的細胞壁和細胞膜，促使細胞死亡溶解；細胞溶解后胞內的蛋白質、核酸和多糖等物質被釋放出來；臭氧進一步氧化大分子有機物質，使其變為小分子物質或者直接轉變為二氧化碳和水。

③生物法

生物酶技術是指向污泥中投加能夠分泌胞外酶的細菌，或直接投加溶菌酶等酶制劑（抗菌素）水解細菌的細胞壁，以此達到溶胞的目的。但是，同時這些細菌或酶還可以將不易生物降解的大分子有機物分解為小分子物質，隨著溶菌酶量的增加，污泥中蛋白質和多糖濃度隨之降低。

④多種方法聯合

此外，多種方法聯合的方式也逐漸得到重視，包括熱酸法、熱堿法和微波+過氧化氫法等，可以更好的實現污泥溶胞提取蛋白質效果。

(2)蛋白質的分離技術

污泥溶胞液是多糖，蛋白質和脂肪等有機物以及重金屬等多種物質組成的混合溶液，需要將目標蛋白質從其中分離純化出來，從而滿足污泥蛋白在其他領域的應用，主要是通過溶胞液的濃縮和濃縮液的結晶來實現的。

傳統濃縮法主要有減壓蒸餾法和泡沫法分離蛋白質。減壓蒸餾法借助真空泵來降低系統內的壓力，便可以在低溫下對溶液進行蒸發濃縮，適用于那些在常壓蒸餾時未達沸點即已受熱分解、氧化或聚合的物質。泡沫分離蛋白質是利用蛋白質的表面活性對其進行分離的一種方法，分離過程中的條件溫和，對蛋白質的活性影響較小，成本較小，且能耗較低，而且對蛋白質的生物活性沒有明顯影響。但當溶液中含有組分活性相近的物質時，分離效果較差。另外，對于較高濃度的溶液，分離效率便會降低，分離效果較差。近年來隨著膜工業的發展，膜分離法也開始漸漸興起，微濾、超濾、反滲透和電除鹽是目前最為常用的四種技術。

蛋白質結晶方法主要有沉淀法，傳統沉淀法包括鹽析沉淀法、有機沉淀分離法、等電點分離法等。鹽析沉淀是蛋白質提純工藝中最早采用，至今仍為廣泛應用的方法。其原理是在高濃度蛋白溶液中，隨著鹽濃度的逐漸增加，蛋白質水化膜被破壞，其溶解度下降而從溶液中沉淀出來。有機沉淀劑法是向蛋白質溶液中加入乙醇、丙酮等水溶性有機溶劑，降低水的活度。隨著有機溶劑濃度的增大，水對蛋白質分子表面荷電基團或親水基團的水化程度降低，溶液的介電常數下降，蛋白質分子間的靜電引力增大，從而使蛋白質凝聚和沉淀。等電點沉淀法是通過調節溶液的pH值，削弱或破壞分子表面的雙電層及水化膜，分子間引力增加，使兩性電解質的溶解度下降而沉淀析出。

1.5污泥制生物可降解塑料

生物可降解塑料是指在自然界如土壤和/或沙土等條件下，和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培水及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質的塑料。按原材料不同分類，目前生物降解塑料主要有以下幾種：聚羥基烷酸酯(PHA)、聚己內酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物、聚乳酸（PLA）、脂肪族芳香族共聚酯、聚乙烯醇（PVA）類生物降解塑料、二氧化碳共聚物、聚-β-羥基丁酸酯(PHB)等。生物降解塑料可以依靠生物的生命代謝活動來合成，目前國內外的研究主要集中在菌種篩選和培育、反應機理、操作工藝、反應器類型、反應條件和合成物的提取技術方面。

PHA是目前研究較多的生物可降解塑料類型，以之為例，能夠合成PHA的細菌種類很多，包括光能利用菌、古細菌、革蘭氏陽性、革蘭氏陰性菌、好氧菌和厭氧菌，共計65個屬，300多種。其中研究較多的有芽孢桿菌屬(Bacillus)、產堿桿菌屬(Alcaligenes)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、固氮菌屬(Azotobacter)、紅螺菌屬(Rhodospiriclum)和放線菌屬（Actinomyces）等。PHA在細菌體內合成經歷三個步驟：第一步，各種底物經代謝進入三羧酸循環，生成乙酰輔酶COA；第二步，乙酰輔酶COA經各代謝途徑形成各種前體，再由不同酶轉化為(R)-3-羥基脂酰輔酶A；第三步，(R)-3-羥基脂酰輔酶A，再由PHA合酶聚合成為PHA。由于合成的PHA存在于細菌細胞內，因此需要將細胞破碎，才能提取出PHA顆粒從而實現其進一步的利用。目前PHA的提取方法很多，主要有有機溶劑提取、氯酸鹽提取法、酶法提取、堿法提取、機械破碎法等。

生物可降解塑料前景誘人，但仍有一些技術問題需解決：①降解塑料制品機械強度不夠，需要通過與其他聚合物單體共混來使生物降解塑料的某一方面品質得到提升，但是綜合性能卻有不足，這就需要通過技術攻關加以解決；②生產成本需進一步降低；③以污泥為原料的生物可降解塑料的附加值較低，需要通過技術的提高使其得到進一步提高。

2、國內外污泥處理處置與資源化前沿計劃發展趨勢