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有机废物资源化利用及生态工业和农业园区模式研究

作　者: 闫灵均
导　师: 马放
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 有机废物资源化生态工业园区生态农业园区
分类号: X70
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

环境污染与生态破坏使我们付出了巨大的资源和环境代价，资源与环境的双约束难题成为越来越突出的问题，这些问题严重制约了我国未来的发展。因此，资源的高效、经济、多尺度和循环利用成为解决资源、环境和发展之间瓶颈问题的有效手段。目前，对于有机废物资源化利用研究比较分散，也不够深入和全面，主要是一些政策和理论的探讨。本文从食品加工和农业生产两个方面，选取具有代表性的有机废物进行资源化利用研究，分析典型有机废物成分特点，据其探讨有机废物资源化的方法路线，并进行较详细的效益分析，利用有机废物资源化利用实践研究的结论，进而探讨生态工业园区和生态农业园区的模式构建。结合浮渣的资源化方案，以及现行处理乳品废水的水解酸化-好氧工艺，提出了乳品废水处理全流程资源化的技术路线。整个工艺流程由废水资源化系统、浮渣资源化系统和污泥资源化系统3部分组成，从废水到系统产物—水解池浮渣、污泥都得到了资源化利用，主要产品为达标水、脂肪酸、絮凝剂和肥料。通过对谷氨酸发酵高浓度废液成分的分析结合对味精生产过程的解析，提出了利用谷氨酸发酵高浓度废液中丰富的氮源和生物活性物质与玉米秸秆水解混合生产复合型生物絮凝剂，利用高硫酸根含量和当地盛产的风化煤、褐煤混合生产高效腐植酸微生物有机复合肥，同时生产菌体蛋白饲料的味精废水资源化综合利用方案。以青岛琅琊台集团公司在酿酒过程中以及衣康酸和葡萄糖酸钠生物发酵生产过程中产生的粮食酒糟、瓜干酒糟、玉米淀粉蛋白渣、衣康酸母液、衣康酸菌丝体、葡萄糖酸钠菌丝体等废弃物为研究对象，应用生物-微生物技术生产高活性生物蛋白饲料、叶面肥、冲施肥等生物制品，并提出了一整套废弃物全流程资源化的技术路线。为更好的对秸秆类农业废物进行资源化利用，采用正交试验的方法对秸秆进行了预处理实验，结果表明，秸秆稀碱预处理的效果好于稀酸预处理。稀碱预处理最优条件为：反应温度80℃条件下，质量分数为1%的NaOH，反应时间90min。预处理后秸秆木质素含量降低了54.35%，纤维素含量提高了78.24%。提出了一种农业废物秸秆资源化利用的新途径：通过纤维素降解菌降解预处理后的秸秆得到糖化液，应用产絮菌进行发酵生产生物絮凝剂，糖化液的上清液，通过补料生产饲料，进行牲畜的养殖，牲畜产生的粪便用于发酵产生沼气，沼气的底泥用于农田的施肥，实现了秸秆的资源化利用。探讨了海林农场以沼气为核心的农业循环经济模式，实现了物质在养殖业、种植业和农民生活间的梯级利用和清洁能源的使用，减少了物质的投入、废物的产出、提高了资源的利用效率，同时实现了环境效益、生态效益和经济效益；也为北方寒冷地区冬季沼气池内温度低，提供了宝贵的经验，对于北方寒冷地区，发展沼气为核心的循环经济奠定了基础。提出了一套松花江流域哈尔滨段农业面源污染治理方案，以循环经济为理念，通过在松花江流域哈尔滨段沿江区域进行科学合理的区域划分，结合加强污水处理基础设施及其配套管网工程的建设，重点解决畜禽养殖、农药化肥径流、农村生活用水及水土流失四方面带来的水体污染问题，通过使用一系列相关工程技术措施，逐步实现松花江水质生态的全面改善。通过对相关企业的实地考察，对企业产生有机废物的研究，提出以废弃物资源化为核心的工业生态园区循环经济模式。以物质集成、能量集成、信息集成为技术，以具体的物质生态链和远程的信息生态链相结合，构建虚实结合的高科技生态工业园区。核心企业及其相关的附属企业组成工业生态群落，群落问通过产品和能量、水的级联使用与远程企业联系在一起，通过一些共同产品、水或能量关系，构成了多种物质能量链接的酿酒生态工业链、生态链生物发酵生态工业链、环保产业生态工业链等生态工业产业链条，最终各种工业生态构成以区域循环经济理念为核心的园区总体生态工业网络。构建附属企业，充分利用园区核心企业产生的副产物和废弃物进行再生产，较好地体现出工业生态系统物质循环和能量有效利用的理念。提出以生物质能源化为核心的农村生态园区循环经济模式。以农业生产和农村生活中的生物质废弃的资源化和能源化为结点，以农业种植和畜禽养殖为主体，建立了现代化高效农业生态工程模式，并对农业观光园区进行了初步规划设计。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-16
第1章绪论  16-27
  1.1 研究背景  16-18
    1.1.1 资源的开发与环境污染  16
    1.1.2 资源的可持续利用与循环经济  16-17
    1.1.3 废物的资源化利用  17-18
  1.2 国内外研究现状  18-25
    1.2.1 有机废物资源化基础理论  18-21
    1.2.2 有机废物资源化的基本模式与途径  21-23
    1.2.3 低碳经济  23-25
    1.2.4 生态工业园  25
  1.3 课题目的、意义与研究内容  25-27
    1.3.1 课题来源  25
    1.3.2 目的及意义  25-26
    1.3.3 研究内容  26-27
第2章实验材料、仪器设备与分析方法  27-38
  2.1 实验材料  27
    2.1.1 乳品废水浮渣  27
    2.1.2 谷氨酸发酵废液  27
    2.1.3 固体有机废弃物  27
  2.2 实验试剂及仪器设备  27-30
    2.2.1 实验试剂  27-29
    2.2.2 仪器设备  29-30
  2.3 试验方法  30-34
    2.3.1 秸秆的预处理方法  30
    2.3.2 谷氨酸废液预处理  30
    2.3.3 粗脂肪酸的提取  30
    2.3.4 粗脂肪酸的甲酯化  30-31
    2.3.5 酸水解法提取混合脂肪酸的工艺路线  31
    2.3.6 酸值的测定  31
    2.3.7 酸水解条件的优化  31-32
    2.3.8 杯罐混凝实验  32-33
    2.3.9 絮凝效果的测定  33
    2.3.10 残糖的测定  33
    2.3.11 混合脂肪酸的提取方法  33-34
  2.4 分析方法  34-38
    2.4.1 水分的测定  34
    2.4.2 灰分的测定  34
    2.4.3 蛋白质含量的测定  34-35
    2.4.4 脂肪含量的测定  35
    2.4.5 粗纤维含量的测定  35
    2.4.6 谷氨酸废液水质指标及测定方法  35
    2.4.7 还原糖含量的测定  35-36
    2.4.8 乳糖含量测定  36
    2.4.9 总糖含量测定  36
    2.4.10 氮、磷、钾、钙含量测定  36
    2.4.11 气相色谱-质谱分析  36-38
第3章食品加工行业有机废水、废物资源化利用实践  38-58
  3.1 引言  38
  3.2 乳品废水资源化利用实践  38-49
    3.2.1 乳品废水浮渣成分及利用价值研究  38-44
    3.2.2 乳品废水全流程资源化技术路线  44-46
    3.2.3 经济效益和环境效益分析  46-49
  3.3 味精废水资源化利用实践  49-52
    3.3.1 味精废水资源化方案的提出  49
    3.3.2 谷氨酸发酵废液成分分析  49-50
    3.3.3 味精废水资源化综合利用方案  50-52
  3.4 固体废弃物资源化利用实践  52-57
    3.4.1 固体有机废弃物统计  52-53
    3.4.2 固体有机废弃物资源化利用技术方案  53-55
    3.4.3 基于全流程资源化的生态工业链的构建  55-56
    3.4.4 经济效益和社会效益分析  56-57
  3.5 本章小结  57-58
第4章农村有机废物资源化利用模式研究与分析  58-83
  4.1 引言  58
  4.2 秸秆类农业生物质废物资源化制取生物絮凝剂  58-68
    4.2.1 秸秆类生物质废物的预处理  59-64
    4.2.2 预处理后秸秆纤维素的糖化  64-67
    4.2.3 秸秆类生物质废物资源化技术路线  67
    4.2.4 综合效益分析  67-68
  4.3 海林农场农村废物废水资源化利用  68-76
    4.3.1 农场总体产业结构  68
    4.3.2 畜牧业——农业循环发展的新模式  68-69
    4.3.3 污水处理回用工程  69-76
    4.3.4 综合效益分析  76
  4.4 松花江流域哈尔滨段农业面源污染治理方案  76-82
    4.4.1 加强小城镇污水处理技术与设施建设  77-78
    4.4.2 城乡生活垃圾处理技术的应用  78-80
    4.4.3 畜禽养殖污染综合治理技术的应用  80-81
    4.4.4 滨江带人工湿地复合生态治理工程的建立  81-82
  4.5 本章小结  82-83
第5章以资源化为核心的生态工业园区模式实践  83-109
  5.1 引言  83
  5.2 园区建设总体规划方案  83-85
    5.2.1 建设原则与发展目标  83
    5.2.2 功能分区与布局  83-85
    5.2.3 总体开发方案  85
  5.3 园区景观生态规划  85-90
    5.3.1 生态景观分类  86-89
    5.3.2 景观生态安全布局  89-90
    5.3.3 景观生态建设与保护  90
  5.4 园区生态工业网的构建  90-107
    5.4.1 总体生态工业网  90-92
    5.4.2 生态工业链  92-101
    5.4.3 生态工业园区环境承载力  101
    5.4.4 环境绩效评析  101-104
    5.4.5 生态工业园区产业布局  104-107
  5.5 本章小结  107-109
第6章以能源化为核心的生态农业园区模式实践  109-133
  6.1 引言  109
  6.2 政安村高效生态农业示范园区建设规划  109-124
    6.2.1 发展农村有机废物资源化的重要意义  109-110
    6.2.2 农村生态农业园区模式  110-114
    6.2.3 有机废物资源化利用效能分析  114-118
    6.2.4 工艺流程设计  118-122
    6.2.5 环境绩效分析  122-124
  6.3 铁岭农业观光园区建设规划  124-132
    6.3.1 观光旅游农业区总体建设路线  124-125
    6.3.2 项目规划  125-129
    6.3.3 投资估算与财务分析  129-131
    6.3.4 社会、生态效益评价  131-132
  6.4 本章小结  132-133
结论  133-135
参考文献  135-143
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果  143-145
致谢  145-146
个人简历  146

有机废物资源化利用及生态工业和农业园区模式研究

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