自我国实行改革开发之后,我国不仅在各个领域都取得了巨大的进步,而且,我国的环境保护事业也迅速发展起来。通过对环境的大力宣传,人们的环保意识正在逐步提高,同时,我国的环境保护机构拥有了一套完善的环保制度。特别是近几年,我国加大了对环保的投入资金,有很多企业都已经拥有了污水处理设施,将化学工业网废物朝着制度化方向发展。然而,我国环境污染局面并没用改变,处理化学工业的废物的工作量还是非常大的。由此看来,开发各种化学工业废物治理技术已经迫在眉睫。
2我国化学工业废物治理技术发展的现状
2.1回收利用
我国是世界上合成树脂生产和进口最大的国家之一。近几年,我国塑料产业仍然呈现持续增长的趋势发展。根据有关部门的统计,我国国内合成树脂的生产占总量的50%,每年都要从国外进口2000-3000万吨的生产材料。现如今,废塑料的产量给环境带来了巨大的压力,同时也给塑料工业的可持续发展带来了新的挑战。尽管废塑料能够给企业带来很大的经济效益,但是,对这些废塑料运输和加工的过程中管理不科学、合理,那么必将会影响到生态环境。目前,我国各种家用电器和汽车配件成为废塑料的又一主要来源,同时废塑料产品多种多样,大多数都是复合型材料,增加了塑料的回收和利用的难度。
2.2回收和技术发展
我国已经有企业研制出一套新型的废旧塑料处理技术和设备,目前,此技术和设备已经解决了人们非常关注的“白色污染”,并且得到了国家的认可和大力支持。此项技术和设备对塑料产生没有任何要求,所以,不用花费时间来分离不同类型的塑料产品,就可以生产出高质量的油品。使用此技术处理废塑料将会提高出油率。由于废塑料的类型不同,出油情况也是有所不同的,通常情况在70%~80%,有的塑料产品甚至能够达到90%,同时在加工处理后的剩余物还可以供煤炭企业使用,这样一来,不仅减少了废弃物的乱排乱放现象,而且也避免了二次污染。
3开发难生物降解废水技术
化学工业废水主要分为两部分:可生物降解废水与不可生物降解废水。其中,可生物降解废水,可以利用生化处理技术将废水中的污染物分解成为无毒的物质,也或者是将废水的浓度控制在标准的范围内;但是,不可生物降解废水,是当前国家治理化学工业的重点问题。想要解决此类问题,首先要生化处理技术将废水中的不可生物降解为可生物降解,同时也可以利用其它技术来解决不可生物降解废水,例如:电解技术、焚烧技术等。
4开发综合利用技术
我国仍然是一个发展中国家,技术和西方发达国家相比差距还很大。技术生产比较落后,表面原材料转变成成品的产率是非常小的,拥有大量的工业生产废物。由此看来,开发综合利用技术是保护环境,提高经济效益的主要途径。事实上,由于各种原材料放在一起会发生化学反应,但是,化学反应产率并不完全,技术的落后导致产率直线下降,造成很多材料变成废弃物的概率变大。目前,我国的化学种类是非常丰富的,有很多产品的原材料在生产过程中产生的废气、废物、废水都有很大的利于价值。例如:在生产氮肥的过程中,二氧化碳、一氧化碳、氢气产量达到8%%以上,就可以再利用生产干冰、水杨酸、白炭黑等工业产品。从目前来看,化学工业在综合利用资源方面取得了很大的进步。实际上,综合利用的潜力是非常大的,在工业生产过程中,将产生的废气、废渣等回收再利用,就可以生产出其它的工业产品,做到变废为宝。从我国的国情看,化学工业的综合利用技术是和我国社会发展要求相适应的。
5开发废水回用技术
我国的水资源总量是非常大的,但是人均水资源占有量却非常小,仅是世界水资源占有量的25%。有关专家预测未来,当我国人口达到16亿时,我国的人均水资源占有量将会大幅度下降,人民用水将会非常紧张。目前,水资源危机严重的制约着我国的可持续发展。在实际生活中,化学工业不仅用水量大,而且排放废水量也是最多的。现如今,我国的各个企业开始安装废水处理设施,把废水加以回收利用。但是,在回收利用的过程中,要特别注意以下几点问题:第一,必须重视前处理技术的应用;第二,不同的废水要使用不同的设备和技术加以回收利用;第三,由于不同国家的水质是不同的,因此,不能完全照搬外国的技术,只能作为技术参考来对待;第四,对于废水回收工作人员来说,要明确他们的工作,加强对废水处理设备的日常管理。
6建立化学工业废物处理设施
我国废水处理已经有二十多年,因此,积累了不少的经验和教训,为了保证企业排放的废水都能达到国家的排放标准,曾经使所有的工业生产企业都必须建立废水处理装置,然而,经过实践表明,这种分散处理的模式既不经济又不科学。由此看来,在城市中必须要建立大小的废水处理厂,将工业废水集中、统一治理。同时还要建立焚烧装置,和废水治理要进行统一管理。对于大小企业来说,按照焚烧废物的总量,可以建立一个较大的焚烧装置,并使其规模成为规模化的管理,使处理效果最为有效。然而,中小学企业可以由多家企业共同建立一个焚烧装置,这样不仅可以为企业减少大量的资金,而且又可以使处理效果达到最好。
7对传统废水治理加以改造
早在上世界的70年代就已经建立了炼化生产装置,到现在已经有20多年的历史了,通常情况下,建设时间越长,工业废物的处理流程越复杂,而且运行和维修的费用都较高,技术都是比较落后的。所以,企业要适当对传统废水治理加以改造。例如:最早的废水处理设施需要5个以上处理单元,但是,在当代,废水处理设施仅仅需要2个单元就可以完成处理工作,这样一来,对投资费用和运行费用都会有所降低。由此看来,对传统废水治理加以改造是非常有必要的。
关键词：污泥废塑料复合材料
据有关资料显示，目前我国有大中型污水处理厂300多座，日污水处理能力达1千万m3，日排污泥38万m3；十五期间，国家将投资500亿元，在全国新建443座污水处理厂，届时污水处理能力将达到排水量的80%左右，大量污水处理设施的运行将有效地改善水质环境状况。可伴随污水处理产生的脱水污泥又成为新的环境问题，污泥不同于一般工业固体废物，其物理、化学性质很不稳定，在堆存、运输和处理过程中不断发生变化，若处理处置不当，污泥中的病菌、重金属以及腐化过程中的废气可通过多种途径对人畜和环境造成危害。
20世纪80年代，在经济技术发达国家如美国、日本、德国、丹麦，已开始重视污泥处理和资源化问题，并努力将其培育成一种新兴产业，目前，全世界已有70多个国家，150多个城市拥有污泥专门开发机构和收集处理工厂，年收集污泥6500万吨（干基），年创收达40亿美元。我国是世界上的污泥资源大国，仅污水处理厂每年可收集2500万吨（干基）以上，但是，我国在污泥处理和利用方面的总体水平很低，由于认识不充分，研究不系统，管理不健全，还谈不上污泥产业体系的形成。
脱水污泥处理是世界上很多国家共同面临的环境问题。在技术经济发达国家采用焚烧、发酵制气，在发展中国家一般以填埋和农用（包括肥料、燃料）为主，污泥建材利用主要是作为辅料制造水泥、陶粒、建筑砖。近年来日本成功地开发了用污泥焚化渣制造结晶石材，是一种污泥高度减容、无害和资源化的代表性技术。
传统的污泥建材利用技术具有投资大，成本高，产品附加值低的问题。如果不经过高温处理，污泥特有的臭味难以消除，卫生指标不能满足应用要求。克服这些不足，采用新工艺，开发低成本和具有广泛用途的新材料，是污泥资源化的发展方向。
1污泥的基本性质分析
1.1污泥化学组成
脱水污泥的宏观形态是水、有机质、无机物组成的复杂混合物，含水率为80%左右时呈粘滞态，颗粒细小均匀；干燥污泥是有机质、无机物组成的混合物；焚化污泥是普通的硅酸盐化合物。物理状态不同，表现出不同的性质：脱水污泥易酸败发臭，干燥污泥可以燃烧，焚化污泥相对较为稳定。污泥的组成还与处理工艺、季节气候和污水的变动状态密切相关。此外污泥农用必须考虑病菌、病毒、寄生虫卵和重金属含量。表1，表2是我公司第三污水处理厂脱水污泥在不同状态下的化学组成。
表1污泥的化学成分
组成%
污泥种类
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Fe2O3
其它
水
烧失量
脱水污泥
3.40
1.01
0.81
0.10
0.98
0.39
81.8
93.3
干燥污泥
18.7
5.56
4.45
0.55
5.40
2.13
63.2
焚化污泥
50.8
15.1
12.1
1.5
14.7
5.8
表2污泥重金属含量
重金属
Zn
Cu
Mn
B
Mo
Pb
Cd
As
Hg
Cr
Ni
Mg/kg
4635
2086
5311
12
33
150
20
35
0.5
36
100
1.2污泥干燥与焚化
对污泥进行干燥是为进一步利用提供条件，图1干燥曲线表明：温度越高，干燥速度越快，达到相同脱水效果所需要的时间越短。用干燥曲线图还可计算出在污泥含水率为81.8~40%，处于衡速干燥；然后处于减速干燥，最终达到平衡状态，如果温度的推动力高，可以使结晶水进一步脱出。
焚化的目的是为了进行最终处理。污泥的热值可以通过实际测试，也可以通过经验公式进行估算。
经测试，当干燥污泥中的灰份为31.05%时，发热量为1194.98kcal/kg。并可进一步计算出含水率为82%时脱水污泥的热值为215.1kcal/kg。通过热量衡算，污泥自身的发热值不能满足干燥脱水需要的能量，因此污泥的干燥必须外加能源。
含水污泥维持自燃的基本条件是含水率与挥发固体之比应小于3.5，而脱水污泥中含水率与挥发固体之比为7.1，因此，脱水污泥不能自燃。通过物料衡算可以得出可维持自燃的污泥含水率需小于69%。要达到该条件，必须首先脱出总水量的51%。因此污泥的焚烧必须外加燃料。
无论是干燥或焚化污泥，当温度在200～900C0之间，在处理过程中都不可避免地产生恶臭气体和废水，烟气需进行吸收洗涤，废水需氧化、脱色、脱臭和过滤后才能达到排放标准。污泥处理过程中的环保技术是污泥处理方案必须考虑的前提条件。
2实验原理、过程与研究方法
2.1原理
热塑性聚合物如废塑料在熔化温度下，具有流动性和粘结性，在较大范围内可以和其它颗粒材料（如污泥）进行共混获得聚合物复合材料；在复合过程中，对聚合物材料进行交联改性和发泡，抑制气体不能逸出则可使复合材料微孔化；由于聚合物材料的包覆，污泥得以固化；由于污泥颗粒的强化，使所得到的微孔聚合物材料在保持轻质的前提下仍具有较好的刚度和强度。最终材料表现出混凝土的刚度和聚合物的韧性，具有木材的性质，可锯、可钉、可切割、可装饰。经过聚合物固化和表面处理，污泥中的重金属不会渗出，污泥特有的气味可以消除，从而可以使这种材料在工业及民用建筑领域得到应用。
2.2工艺过程
以经过脱水处理、表面处理、稳定处理后的污泥为填充材料，以经过清洁处理、接枝改性后的废塑料为基体材料，在少量功能性添加剂（偶联剂、发泡剂、剂、防老剂、交联剂）的配合下，通过计量、混合、挤出、成型、冷却成为聚合物复合材料及多孔材料。
2.3研究方法
（1）首先用不同形态的污泥与废塑料共混制备出聚合物复合材料，分别考察不同配方、工艺参数对性能的影响；
（2）对聚合物复合材料进行微孔化处理，重点考察聚合物复合材料的性能、发泡剂、交联剂对材料的强度、密度、吸水率的影响。
3实验结果与分析
作为材料中的重要组成部分，聚合物微孔材料的强度、密度、吸水率、颗粒形态都直接影响最终材料的性能。而影响聚合物微孔材料性能的主要因素有废塑料的性能和质量比，污泥种类、质量比，添加剂种类和比例，以及制备工艺参数。
3.1聚合物复合材料性能的影响分析
图2说明，废塑料的种类不同，所制备的聚合物材料性能有所差异，但都在理想范围之内，由于这几种废塑料都是形成白色污染的主要组成部分，原料廉价易得，而且共混改性容易，所以，只要老化不严重，杂质含量低，均可作为理想原材料使用。
图3说明，在工艺条件相同的情况下，随着聚合物材料质量比例的提高，污泥质量分数的减少，材料的抗弯强度、拉伸强度呈上升趋势，而抗压强度则下降。其原因是在颗粒增强的聚合物复合材料中，应对拉伸和弯曲强度产生贡献的强化材料（污泥）本身强度可以视为零，因此复合材料的强度主要取决于基体材料本身的性能和质量比。而抗压强度则不同，由于颗粒材料的体积强化，减少了空隙，提高了抵抗外力形变的能力，所以表现出随着污泥用量增加，抗压强度在一定范围内平稳提高的现象。而当污泥用量超过一临界值时，由于颗粒材料周围没有足够的树脂，造成填充材料的过剩和堆积，并导致性能急剧恶化。
图4表明，污泥的表面状况对材料性能也有较大影响，在相同状态下，干燥污泥的抗弯强度和拉伸强度比焚化污泥好；经过表面处理后，性能有所改善提高。其原因是：干燥污泥在加工温度下，因干馏而产生低分子树脂状物，提高了与聚合物材料的相容性，从而强化了复合效果；对污泥进行表面处理的目的是增加聚合物对颗粒材料的浸润，降低相界面张力，使明显的界面变成具有亚层结构的过渡区域。本研究中使用的复合添加剂是偶联剂、剂、增塑剂和抗热氧分解剂的共混物，它们的协同作用不仅使材料的力学性能有所提高，而且使加工性能得以有效改善。
3.2聚合物微孔材料性能的影响分析
研究表明：在工艺一定的条件下，直接影响材料性能的主要因素有LDPE/HDPE、聚合物/污泥、发泡剂、交联剂等，实验过程选取了L9（43）正交表进行实验，方案和实验结果见表3。
表3L9（43）正交实验方案和结果
因素
水平
LDPE/HDPE
聚合物/污泥
发泡剂
交联剂
性能考核指标
1
A1
B1
C1
D1
密度
2
A2
B2
C2
D2
吸水率
3
A3
B3
C3
D3
抗弯强度
实验方案及结果
序号
A
B
C
D
抗弯强度MPa
吸水率%
密度g/cm3
1
1
1
3
2
18.7
1.6
0.97
2
2
1
1
1
18.0
1.7
1.05
3
3
1
2
3
15.6
2.1
0.97
4
1
2
2
1
12.8
1.3
0.89
5
2
2
3
3
15.4
0.5
0.88
6
3
2
1
2
17.2
0.6
0.88
7
1
3
1
3
13.0
0.8
0.79
8
2
3
2
2
15.7
1.1
0.86
9
3
3
3
1
15.8
1.3
0.72
抗弯强度位级和
I1
44.4
52.3
48.3
46.6
I2
49.2
45.5
44.1
51.6
I3
48.6
44.4
49.8
44.0
级差
4.8
7.8
5.7
7.6
密度位级和
I1
2.65
2.99
2.72
2.66
I2
2.79
2.65
2.72
2.71
I3
2.57
2.37
2.57
2.64
级差
0.22
0.62
0.15
0.07
吸水率位级和
I1
3.80
5.44
3.12
4.28
I2
3.32
2.45
4.61
3.38
I3
4.03
3.26
3.42
3.49
级差
0.71
2.99
1.49
0.90
在正交方案中，A和B因素所代表的是本体复合材料的性能，从级差之和可以看出：它们对材料的密度、强度、吸水率具有决定性影响。通过适度交联，提高了本体材料的刚度和强度，可以消除因发泡而产生的强度下降，使最终材料在保持轻质的情况下仍然具有理想的强度。
作为泡沫材料的制备，在工艺参数和成型机理方面与本体材料具有显著不同，传统的热压化学发泡虽然能够得到具有理想气孔形态的泡沫材料，但由于污泥中的杂质异常复杂，可能会抑制各种添加剂效能的发挥。而污泥中含有大量难以脱出的水本身就是发泡剂。在实验过程中发现，采用辊炼混料，热压成型的工艺并不合适，因为在辊炼过程中，一方面要让聚合物熔化，但又要限制发泡剂分解和逸出，而在聚合物熔化温度下，水已经汽化，再由于尚未达到交联温度，材料无法提供足够的粘弹性保持气体的存在。所以在表3中，发泡剂水（代表了污泥的不同含水率）虽然都有一定的作用，但是从测试的密度值看出，没有明显差别。
吸水率与孔的结构有关，实际上作为聚合物材料本身的吸水率是比较低的，如果有连通孔，水进入后装满孔洞，短时间内不能流出，则引起吸水率增大的假现象。此外，吸水率与材料的表面加工有关，光滑而未加工过的样品吸水率低，机械切割后引起吸水率增大。
通过提高交联度，改变成型方式，并对污泥进行稳定处理，可以得到孔径1mm以下均匀闭孔结构，密度小于0.4g／cm3的微孔材料。
4技术经济分析
4.1材料的技术指标和应用途径（见表4）
表4材料的技术性能和应用途径
材料
项目
聚合物复合材料
聚合物微孔材料
性
能
指
标
1、抗弯强度MPa
15
0.5
2、抗压强度MPa
25
1.8
3、吸水率%
<1
<2
4、密度g/cm3
1.5
<0.4
5、导热系数w/m.k
0.29
0.11
应用
途径
建筑板材、模板、下水管道；市政工程道路砖，流水石，隔离桩；水下材料；化工厂耐腐蚀地砖；
隔音材料，保温材料，漂浮材料，缓冲材料，水上种植载体，建筑用房屋隔断材料，设备包装材料
4.2社会及经济效益分析
昆明市每年排放脱水污泥10万吨，废塑料7万吨以上，目前均以填埋为主，仅处置费就达850万元以上，占用填埋空间近20万m3，还存在潜在的二次污染和爆炸危险性。日积月累，必将产生严重的生态问题。
本项目所采用的原料是以污泥、废塑料为主的固体废物，废物综合利用率达到95%以上。生产聚合物材料的成本一般为1500元/吨，而销售价格可达2400元/吨左右。工艺具有很好的柔性化功能，材料用途广泛，附加值高。技术产业化在资源节约和环境保护方面具有积极意义。
5结论
（1）污水处理厂脱水污泥含水率高达80%左右，在利用前都必须进行处理，干燥和焚化都必须外加能量，而且在处理过程中需要配置废水、废气处理设备；
（2）用经过处理后的污泥与废塑料共用，可以制备出具有较好物理力学性能的新材料，在很多方面表现出木材的性能，可以在工业与民用领域获得应用；
（3）影响材料性能的因素主要有污泥的形态、废塑料种类，以及它们之间的比例，在制备材料过程中，在一定工艺条件下，抑制气体不能逸出，并采取稳泡措施，就可以得到另类轻质高强的微孔材料；
（4）以污泥自含水作为发泡剂制备微孔材料是一种经济环保的技术路线，但有很多技术问题需要进一步研究解决。
参考文献
[1]蒋成爱等，城市污水污泥处理利用研究进展，农业环境与发展，99（16），（3）-13-17；
知识点一：塑料的成分和种类
塑料根据合成树脂的成分分为聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料等；根据受热后的变化可分为热塑性塑料和热固性塑料两类.
辨析聚乙烯、聚丙烯：含C、H元素，可包装食品，燃烧时无刺激性气味.聚氯乙烯：含C、H、Cl元素，会分解出对健康有害的物质，不宜包装食品，燃烧时有刺激性气味.
知识点二：塑料的性能和用途
塑料的性能特点：（1）质轻、绝缘、耐腐蚀、易成型、易加工等；（2）原料来自石油化工，成本低、价格低廉.塑料的用途：塑料可代替金属、木材，用途广泛.
注意塑料的成分不同，性能各异，用途广泛，但其用途也是由其性能的决定的.
知识点三：白色污染
“白色污染”是指塑料垃圾污染，合理的解决办法有：（1）使用降解材料.（2）寻找更合适的代用品.（3）塑料制品回收再生，循环利用.
注意大多数人工合成的材料是非降解的材料，在自然状态下能长期存在，特别是塑料薄膜袋和泡沫塑料容器，造成的环境污染已经给城市环境的治理带来了很大的压力.
二、考点解析
考点一：对塑料成分的探究
例1（三明）在化学的学习中，同学们知道：聚乙烯塑料只含C、H两种元素，如用焚烧方法处理废弃塑料会造成大气污染.化学兴趣小组对聚乙烯塑料在空气中燃烧生成的碳的氧化物组成进行探究.
【提出猜想】
A.只有CO2
B.只有CO
C.既有CO2，也有CO
【查阅资料】微量CO遇到浸有磷钼酸溶液的氯化钯黄色试纸，会立即变蓝；而CO2遇该试纸不变色.
【设计方案】化学兴趣小组在老师的指导下，设计下图所示实验，通过观察装置B、装置C的实验现象，验证猜想.
【实验探究】请你帮助他们写成实验报告.
实验步骤实验现象实验结论及化学方程式点燃酒精灯加热，随即打开弹簧夹，通入干燥的空气.
观察装置B、装置C中的现象装置B中的现象是：
装置C中的现象是：聚乙烯塑料在空气中燃烧，生成碳的氧化物中，既有CO2，也有CO.装置C中反应的化学方程式为：【讨论】
（1）根据实验结论，从环保角度考虑，实验中应对尾气进行处理.处理方法是.
（2）聚乙烯塑料在空气中燃烧，生成物中除了CO2、CO外，还应有的物质是.
解析此题是让学生对聚乙烯塑料进行探究性学习.从聚乙烯塑料在空气中燃烧产生的碳的氧化物组成猜想可能有三种情况，再根据“磷钼酸溶液的氯化钯黄色试纸遇到微量CO会立即变成蓝色，遇CO2无变化”这一信息，通过题中的实验步骤，来确定实验现象.由于聚乙烯塑料含C、H两种元素，所以尾气中除可能含有CO2、CO外，还可能含有水蒸气，尾气点燃，是为了防止CO污染环境.
答案黄色试纸变蓝；澄清石灰水变浑浊；Ca（OH）2+CO2CaCO3+H2O
（1）将尾气收集到气囊中（或将尾气点燃）（2）水（或H2O）
考点二：认识“白色污染”的危害
例2（眉山）下列对废弃塑料制品的处理方法中最为恰当的是
A.焚烧
B.粉碎后深埋
C.倾倒在海洋里
D.用化学方法加工成防水涂料或汽油
解析此题考查的是消除“白色污染”的途径，焚烧会造成大气污染，深埋会污染土壤，倾倒在海洋里会造成海洋污染，回收利用是最好的办法.
答案D.
考点三：开发可降解塑料
例3（宜宾）2004年3月，我国在世界上首先用二氧化碳作为原料生产出了一种无毒、阻气、透明、全降解的塑料——二氧化碳聚合物.有关生产和使用的说法错误的是
A.可以减少二氧化碳的排放，减缓温室效应
B.可以充分利用丰富的廉价资源生产塑料
C.该塑料可广泛应用于医药和食品包装、一次性餐具等方面
D.该塑料的应用可减少臭氧层的破坏