资源循环科学与工程概论
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资源循环科学与工程概论
资源循环科学与工程是一门研究如何最大限度地利用资源、实现资源高效循环利用的学科,它涵盖了节能减排、资源利用与再生、废物处理与回收利用、环境管理与保护等多个领域,旨在推动可持续发展。
资源循环科学与工程主要包括以下内容:
1. 资源循环利用理论与方法:研究资源循环利用的理论基础、方法和技术,包括资源评估、资源循环利用模式、生态经济学等。
2. 节能减排技术与管理:研究如何有效地减少能源消耗和排放物的排放,包括低碳经济、清洁能源等。
3. 资源再生技术与管理:研究如何实现资源循环利用,包括废弃物再生利用技术、水资源循环利用技术等。
4. 废物处理与回收利用:研究如何对废弃物进行有效处理和回收利用,包括固体废物处理等。
5. 环境管理与保护:研究如何运用科学的管理方法和技术,保护环境,预防环境污染。
资源循环科学与工程的发展对于促进资源的合理利用、促进工业发展、实现可持续发展具有十分重要的意义。
2021年硕士研究生招生考试大纲
考试科目名称:资源循环基础考试科目代码:817
一、考试要求
资源循环基础考试大纲适用于北京工业大学材料与制造学部先进材料研究院(0805J2)资源环境与循环经济(交叉学科)的硕士研究生招生考试。
考试内容主要为资源循环科学与工程概论,这门课程是资源环境与循环经济学科的重要基础理论课。
要求考生对资源的概念和分类有很深入的理解,系统掌握资源的特性、循环科学基本原理、资源循环利用工程技术基础等知识,具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
二、考试内容
1.深入了解资源和资源循环之间的区别与联系
2.掌握资源循环利用与资源循环的的区别与联系
3.熟练掌握合理利用生物资源的主要途径和措施
4.熟练掌循环经济“3R”原则
5.掌握清洁生产的内容和特点
6.熟练掌握绿色设计的方法及其与传统设计的区别
7.理解固体废弃物的资源的属性
8.熟练掌握贵金属提炼的一般方法及流程
9.了解常用湿法冶金方法
10.了解废旧电子产品循环利用及其技术
11.理解再制造的定义,掌握再制造的基本技术及工艺
12.掌握高分子废料的前处理及循环利用常用技术
13.掌握尾矿可回收矿物种类及其综合利用技术
14.掌握典型冶炼渣特性及其综合利用技术
15.了解资源循环利用的经济价值及核算方法
16.结合国际资源循环管理的主要经验,分析我国开展资源循环管理的主要对策
三、参考书目
1.《资源循环科学以工程概论》,周启星化学工业出版社,2013年出版。
专业方向:固废资源化利用。
李玉祥,郑伍魁,朱绘美,张耀君(西安建筑科技大学材料科学与工程学院,陕西西安710055)摘要:针对资源循环科学与工程本科专业课程教学,以西安建筑科技大学该专业课程体系为案例,通过对毕业生和专业研讨会调研,分析了课程体系建设的现状和存在的问题。
借鉴其他高校资源专业的课程体系和教学内容,通过梳理各门专业课程的教学内容和相互联系,构建了资源专业课程体系课程群,探索了课程体系优化的方法和增加创新实践环节的具体措施。
关键词:资源循环科学与工程;课程体系;创新实践中图分类号:F124.5;X705;G642.0文献标志码:A文章编号:1674-0912(2020)02-0014-04当前,严重的环境污染和资源能源危机已成为制约我国经济社会发展的主要问题,发展资源循环产业是综合解决资源、环境和社会发展问题,实现社会可持续发展的有效途径。
正是基于此背景,我国设立了战略新兴产业专业———资源循环科学与工程。
该专业是多学科交叉专业,涉及环境、材料、化工、经济等多个知识领域,如何设置课程体系,既能兼顾多学科重要知识,培养多学科交叉复合型人才,又能突出特色,摒弃简单的课程堆积;如何实现教学内容创新,提高学生的学习兴趣和实践能力,对资源循环科学与工程这一新专业的建设和发展非常重要。
西安建筑科技大学材料与矿资学院2011年获批开始招生,招生规模为两个班。
作为新办专业,可借鉴的经验很少,培养方案、课程设置、教材建设等都不够完善,制约了专业发展,也影响人才培养的质量[1,2]。
课程体系和教学内容能体现专业特色[3],是专业建设的重要组成部分,充分体现了专业培养目标定位和办学特色[4],对学生的专业认知感受至关重要。
因此,通过调研资源循环科学与工程专业学生的感受,调研全国其他高校该专业的建设情况,结合近几年专业的建设经验,对课程体系优化的方法途径和教学内容创新进也是实现培养目标的保障,直接关系到资源循环科学与工程专业的定位和特色,而教学内容则对学生的感受和学习兴趣影响很大。
资源循环科学与工程专业培养方案一、培养目标本专业培养具备资源循环工程专业基础科学知识、工程技术及创新能力(目标D、具有分析与解决资源循环复杂工程问题的能力(目标2)、具有从事资源循环技术与管理沟通、协调与团队合作能力(目标3)、具备生态文明意识、工程伦理、社会责任、国际视野、终身学习和自我发展能力(目标4),能在环保、市政、住建、商贸、发展改革、海关、城市执法等政府相关部门、资源循环设计单位、工矿企业、科研单位、学校等单位从事资源循环利用工程咨询、规划、设计、研发、生产、管理与教育等方面工作的亚合型高级人才,二、毕业要求学生系统掌握循环经济,资源开发与循环利用的基本理论和基本知识,具有从事资源开发与循环利用的工程研究、设计、开发与管理的基本技能,了解经济、法律、管理等相关的人文社科知识,具备本专业知识和技能的综合应用能力。
毕业生应获得以下核心能力:1 .具有材料、化学和生物等自然科学基础知识以及计算机、力学和制图等工程基础知识,并能用于分析、解决资源循环领域复杂工程问题。
2 .能针对资源开发与循环利用等技术问题开展实验设计和研究,并能对实验结果进行科学分析和处理。
3 .具有资源循环利用的工程设计开发能力,包括工艺设计、设备研发和文件编制等。
4 .具有资源循环领域的生产项目管理能力,能进行有效地协调、沟通、项目资源整合和团队合作。
5 .具有资源循环利用园区建设规划、方案设计和经营管理能力。
6 .具有专业文献资料检索、信息收集与分析评价能力,并能结合资源循环专业知识和技能解决系统性、复杂性的工程问题。
7 .关注社会、经济、环境和资源等热点议题,了解与专业相关的法律法规、技术标准,具有国际视野、自主学习、终身学习和知识扩展能力。
8 .遵守国家法律法规,具有社会责任感,能在工程实践中能够理解社会、健康、安全、法律、文化、环境对可持续发展及生态文明建设的影响,遵守工程职业道德和规范,尊重多元观点。
三、"培养目标-毕业要求"和"毕业要求-课程体系"对应矩阵.一)“培养目标-毕业要求”对应矩阵(以在相应部位标识)毕业要求I 培养目标(二)“毕业要求-课程体系”对应矩阵(以关联度标识,课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计,四、核心课程资源循环科学与工程概论;复合材料制备与应用;清洁生产与过程安全;工业生态学;生物质资源循环利用技术;矿产资源循环利用技术;聚合物资源循环利用技术;聚合物资源循环利用实验;废旧制件拆解技术与实践。
资源循环科学与工程概论课后习题答案P381.试述资源与资源循环两者之间的区别与联系。
区别:资源是指人类生存、发展和享受所需要的一切物质的和非物质的要素,包括自然资源、人力资源、资本资源和信息资源等,而资源循环则是指人类在利用资源的过程中会产生废弃物,将这些废弃物加以利用实现其价值才是资源循环所起的本质作用。
联系:资源循环是以资源为基础上的循环操作,脱离资源则资源循环也没有意义,而资源又可以在循环利用中产生新资源,资源循环可以将资源利用过程中高残留的废弃物又进一步转化为资源,可见资源的产生是来自循环的过程。
因此,资源与资源循环又是紧密联系的。
11.资源循环利用的科学定义是什么?它与资源循环有什么不同?①资源循环利用的学科定义是根据资源的成分、特性和赋存形式,对自然资源综合开发、能源原材料充分利用和废物回收再生利用,通过各环节的反复回用,发挥资源的多种功能,使其转化为社会所需物品的生产经营行为。
②与资源循环相比,资源循环利用对资源的利用更细致,它可以根据资源的成分、特性、赋存形式综合开发,充分利用。
而资源循环则只是把利用资源过程中的废弃物转化为资源,没有更进一步开发、21.资源循环科学与工程的学科定义是什么。
资源循环科学与工程是一门研究资源循环科学原理和资源循环利用工程技术的科学,分为资源循环科学和资源循环工程两部分。
P722.何谓绿色化学、绿色化工?为什么要进行资源替代?你是如何理解资源循环的化学化工基础的?①绿色化学被定义为旨在减少或消除有毒有害物质使用与生成的化工生产过程设计策略与方法,它可以分为定性和定量两部分。
绿色化工是在绿色化学概念的基础上开发的、从源头上阻止环境污染的化工技术。
②进行资源替代可以提高现有能源的利用效率,减少释放能量过程中对环境的污染,用新资源,新能源代替旧资源(传统资源)也是绿色发展的主要手段。
③使用无毒无害原料及可再生资源,原子经济性反应和高选择反应,采用无毒无害催化剂,采用无毒无害溶剂,生产环境无害的绿色化学产品。
[资源循环科学与工程概论]资源循环科学与工程概论下载资源循环科学与工程概论1、清洁生产清洁生产是指将综合的环境策略持续的应用于生产过程和产品中,以便减少对人类和自然环境的风险。
清洁生产是指既可满足人们的又可合理使用自然资源和能源并保护环境的而是用生产方法和措施。
就生产过程而言,清洁生产包括解约原材料和能源,淘汰有毒原材料并在全部排放物的废弃物离开生产过程以前减少它和数量和毒性。
对产品而言,清洁生产策略旨在减小产品在整个生产周期过程中对外部环境人类和环境的影响。
清洁生产包含的三方面内容:1.能源清洁。
(a常规能源的清洁;b可再生能源的利用;c新能源的开发;d新能源的开发和各种节能技术)2.生产过程清洁。
包括尽量少用或不用有毒有害原料,产出无毒无害的中间产品,减少或消除生产过程的各种危险因素。
3.产品清洁。
产品在使用过程中所节约原料天然橡胶和能源,尽量用到核能可再生能源或二次能源,截叶减少昂贵和稀缺资源的使用,产品的包装、使用损耗功能和使用寿命设计合理,产品潮汐能已于回收且可再生为原料,易处理、降解且无污染。
清洁生产的理论支撑体系:1.守恒和平衡理论。
生态系统守恒定律中的物质要素总是保持守恒,既不能无缘无故增减,又不能居然缺位,只是从一种形态分解为另一种形态。
2.创新理论。
就企业生产而言,把纯粹从来没有过的关于不生产要素和生产条件的“新组合”引入生产体系。
2、堆肥生活垃圾堆垃圾堆肥技术与秸秆的堆肥技术技术原理相同,也是在微生物的作用下,降解和转化关键步骤有机物质的生物化学过程,在此投资过程中实现垃圾减量。
根据堆肥条件不同,可分为好氧堆肥和需氧堆肥。
由于好氧堆肥比厌氧堆肥时间短、肥效好、异味少,一般生活垃圾堆肥均指的是好氧堆肥。
生活焚化炉由于成分复杂,而堆肥过程中只有可降解有机物才能发挥作用,因此在堆肥前垃圾中的金属、塑料、碎玻璃、陶瓷等必须经过分选祛除,分选后的垃圾可单独堆肥,也可和城市污水处理厂的污泥或者农业废弃物混合后堆肥。
资源循环科学与工程概论1、清洁生产清洁生产是指将综合预防的环境策略持续的应用于生产过程和产品中,以便减少对人类和环境的风险。
清洁生产是指既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的而是用生产方法和措施。
就生产过程而言,清洁生产包括解约原材料和能源,淘汰有毒原材料并在全部排放物和废弃物离开生产过程以前减少它的数量和毒性。
对产品而言,清洁生产策略旨在减少产品在整个生产周期过程中对人类和环境的影响。
清洁生产包含的三方面内容:1.能源清洁。
(a常规能源的清洁;b可再生能源的利用;c新能源的开发;d新能源的开发和各种节能技术)2.生产过程清洁。
包括尽量少用或不用有毒有害原料,产出无毒无害的中间产品,减少或消除生产过程中的各种危险因素。
3.产品清洁。
产品在使用过程中节约原料和能源,尽量使用可再生能源或二次能源,减少昂贵和稀缺资源的使用,产品的包装、使用功能和使用寿命设计合理,产品已于回收且可再生为原料,易处理、降解且无污染。
清洁生产的理论支撑体系:1.守恒和平衡理论。
生态系统中的物质要素总是保持守恒,既不能无缘无故增减,又不能无缘无故缺位,只是从一种形态转化为另一种形态。
2.创新理论。
就企业生产而言,把一种从来没有过的关于生产要素和生产条件的“新组合”引入生产体系。
2、堆肥生活垃圾堆肥技术与秸秆的堆肥技术技术原理相同,都是在微生物的作用下,降解和转化有机物质的生物化学过程,在此过程中实现垃圾减量。
根据堆肥条件不同,可分为好氧堆肥和厌氧堆肥。
由于好氧堆肥比厌氧堆肥时间短、肥效好、异味少,一般生活垃圾堆肥均指的是好氧堆肥。
生活垃圾由于成分复杂,而堆肥过程中只有可降解有机物才能发挥作用,因此在堆肥前垃圾中的金属、塑料、碎玻璃、陶瓷等必须经过分选去除,分选后的垃圾可单独堆肥,也可和城市污水处理厂的污泥或者农业废弃物混合后堆肥。
堆肥后的成品肥料应达到如下标准:1.有机质含量大于。
2.成品肥料不得对环境有害,病菌、害虫卵、杂草种子等已经杀灭。
3.肥料外观呈褐色或茶褐色,无臭味,质地松散。
农业废弃物堆肥由于比较分散,通常就地处理的较多,机械化程度低,露天堆肥所占比例较大,通风采用翻堆的方法,通常不进行控温。
生活垃圾堆肥的规模更大,尽管也有露天堆肥,但更普遍的情况下是利用大体积的发酵仓进行规模化的生产,温度和通风都可以采用仪器控制。
生活垃圾好氧堆肥流程:1.预处理。
主要是分选、破碎和加入调理剂,将不可堆肥物质去除后将垃圾破碎至12-60mm的粒径,之后调整含水量和C/N比,加入结构调理剂和能源调理剂。
2.主发酵。
是堆肥过程的升温阶段和高温阶段,通常采用强制通风方式,持续4-12d。
3.后发酵。
对非过程的降温阶段和后熟保肥阶段,自然通风即可,一般持续20-30d。
4.后处理。
进一步分选去除预处理阶段未彻底去除的金属、塑料、碎玻璃等杂质,如有需要可进一步破碎堆肥产品。
5.脱臭。
在发酵过程堆体内可能有部分时间或者部分区域发生厌氧反应,产生有臭味的气体,因此应进行除臭处理,常用的除臭装置是堆肥过滤器。
堆肥的操作方式主要有静态好氧堆肥(一次性进料,堆肥结束前不再进料)、间歇式好氧动态堆肥(间歇式进料和出料)以及连续式好氧动态堆肥(连续进料出料)。
3、堆肥焚烧垃圾焚烧是指在氧气存在的条件下,炉温800-1000℃的焚烧炉膛内,通过焚烧,使得垃圾中有机成分被充分氧化,并释放出热量的过程。
垃圾焚烧释放的热量可以经锅炉转化为蒸气,再由汽轮机、发电机转化为电能,在此过程中实现垃圾的减量化和生物质能的循环利用。
垃圾燃烧后产生的尾气中有二噁英、硫化物、氮氧化物和烟尘等多种污染物,需要净化并达到一定标准后才能排入大气中,因此烟气处理装置也是垃圾焚烧发电系统的重要组成部分。
影响生活垃圾焚烧过程的因素:生活垃圾的性质(指粒度、热值和含水率)、停留时间、湍流度、温度和空气过量系数。
焚烧炉的主要形式:炉排型焚烧炉(世界范围内应用最广,适用于大规模的垃圾集中处理)、流化床焚烧炉(中国应用范围比较广的,是垃圾燃烧更充分、对有害物质破坏更彻底的一种焚烧方式)、回转窑焚烧炉(适用于难燃烧物质,或者水分变化范围较大的垃圾,但处理量小,灰分处理较困难)。
焚烧生成的烟气的去除:1.颗粒物的去除。
可以选用中立沉降室、旋风除尘器、喷淋塔、文氏洗涤器、静电除尘器及布袋除尘器等,除尘装置不仅可以去除灰分,还可以去除挥发性重金属及氯化物、硫酸盐或氧化物,以及吸附在灰分中二噁英等有机污染物。
2.酸性气态污染物的去除。
可以使用碱液为吸附剂进行湿式洗涤,也可以采用干式洗涤剂进行吸收,还可以使用气态污染物与碱液反应生成固态物质而被去除。
3.氮氧化物的去除。
可以选用非催化还原法、选择性催化还原方法、氧化吸收法或者吸收还原法等。
4.二噁英的去除。
可以首先用活性炭或活性焦固定床层对二噁英进行吸附浓缩,然后再将其彻底氧化为CO2、HCl、HF等物质,吸附在灰分中的二噁英可在除尘装置中去除,也可通过提高燃烧温度和使垃圾充分燃烧等手段减少二噁英的释放。
4、再制造拆解再制造产业是以产品全寿命周期理论为指导,以废旧产品回收再利用为目标,以绿色环保、优质节材、高效节能为准则,以先进生产技术为手段,进行废旧产品的修复、改造等一系列技术措施的总称。
再制造技术是对废旧产品的高技术修复,使零部件尺寸、形位、表面品质等性能恢复到全新零部件的品质,甚至超过全新零部件,通过装配后形成全新产品,不仅减小了产品或设备对环境的污染,也降低了生产投入的费用。
再制造工艺流程包括:拆解、清洗、检测、加工、零件测试、装配、整机磨合试验、喷漆包装等步骤。
再制造拆装工艺是对废旧产品的拆解和再知道产品装配工艺过程中所用到的全部工艺技术与方法的统称,再制造拆装包括拆解和装配两个步骤。
再制造拆解是系统的从装配体上拆除其组成零部件,要求不对目标零部件造成损害,拆解分为破坏性拆卸和非破坏性拆卸两种。
按拆解程度可分为完全拆解、部分拆解和目标拆解。
再制造拆解工艺方法可分为:击卸法(利用锤子或其他重物在敲击或装机零件时产生的冲击能量把零件拆解分离)、拉卸法(利用专用顶拔器把零件拆解下来的一种精力拆解方法)、压卸法(利用手压机、电压机进行的一种静力拆卸方法)、温差法(利用材料热胀冷缩的性能加热包容件,实现拆解)及破坏法(在拆解焊接时,为保存核心价值件而必须破坏低价值件时,进行破坏性拆解)。
再制造装配是按再制造产品规定的技术要求和精度,将再制造拆解和加工后性能合格的零件、可直接利用的零件以及其他报废后更换的新零件安装成组件、部件或再制造产品,并达到再制造产品所规定的精度和使用性能的整个工艺过程。
具体装配工艺有:互换法、选配法、修配法、调整法。
5、再制造清洗对零部件表面清洗时再制造过程中的重要工序,不仅是检测零件表面尺寸精度、几何形状、粗糙度、表面性能、磨蚀磨损及黏着情况等的前提,而且是零件进行再制造的基础。
清洗工序的基本要求包括:1.彻底清除工件表面的油污、涂料。
2.彻底清除工件内部的机油垢和水垢 3.在清洗过程中保证工件不因高温而产生变形或金相组织的改变4.保证工件不因化学物质而被腐蚀5.保证清洗工序的残渣、废液不对环境产生污染。
再制造清洗时借助于清洗设备将清洗液作用于废旧零部件表面,采用机械、物理、化学或电化学方法,去除废旧零部件表面附着的油脂、锈蚀、泥垢、水垢、积炭等污物,并使废旧件表面达到所要求的清洁度的过程。
废旧产品拆解后的零件根据形状、材料、类别、损坏情况等分类后采用相应的方法进行清洗。
1.清除油污。
主要用化学方法和电化学方法,有机溶剂、碱性溶剂和化学清洗剂是常用的清洗液,清洗方式有人工方式和机械方式。
2.清除水垢。
一般采用化学去除法,包括磷酸盐清除法、碱溶液清除法和酸清洗法。
3.清除锈蚀。
主要方法有机械法、化学酸洗法和电化学酸蚀法。
4.清除积炭。
常使用机械法、化学法和电解法等。
再制造清洗技术:1.热能清洗技术。
热能对各种清洗方法都有较好的促进作用。
2.压力清洗技术。
喷射清洗技术通过喷嘴把加压的清洗液喷射出来冲击清洗物表面的清洗方式较喷射清洗。
3.摩擦与研磨清洗技术。
是用气体喷砂和液体喷砂方法对零件或产品表面进行清洗的方法。
4.超声波清洗技术。
在超声环境下,清洗毛坯表面油脂的过程称为超声清洗。
5.电解清洗技术。
电解清洗是利用电解作用将金属表面污垢去除的清洗方法。
6.化学清洗技术。
化学清洗是采用一种或几种化学药剂清除设备内侧或外侧表面污垢的方法。
6、铅蓄电池干电池分为一次电池和二次电池。
一次电池主要有锌碳电池、碱锰电池以及氧化汞和氧化银等纽扣电池。
二次电池主要包括镍镉电池、镍氢电池和锂电池。
蓄电池可通过电能转换逆反应机制实现再储能操作,从而可以重复使用,但受制于热力学第二定律,每一个冲-放电循环中俊辉使一定量的的有效组分耗散,放电特性随着循环的积累而劣化,当劣化后的放电特性不能满足使用要求时,蓄电池失去使用价值同样变为废电池。
铅蓄电池回收处理方法:铅蓄电池的体积较大,而且铅的毒性较强,所以在各类电池中,最早进行回收利用,工艺较完善。
废铅蓄电池的泥渣物相主要是PbSO4、PbO2、PbO、Pb等,其中PbO2是主要成分,它在正极填料和混合填料中所占质量为41%-46%和24%-28%。
因此PbO2还原效果对整个回收技术具有重要影响,其还原工艺有火法和湿法。
火法是将PbO2与泥渣中的其他组分PbSO4、PbO等一同在冶金炉中还原冶炼成Pb。
但由于产生SO2和高温Pb尘等二次污染物,且能耗高,利用率低,故将逐渐被淘汰。
湿法是在溶液条件下加入还原剂使PbO2还原转化为低价态的铅化合物。
还原剂中以硫酸溶液中加FeSO4还原PbO2法较为理想。
还原过程为:7、锂电池锂金属是贵重金属资源,锂电池具有较高的回收利用价值。
无论是一次性锂电池还是锂离子蓄电池,由于品种、类型一直处于发展变化中,即电池化学组成及构造不断变化,造成废锂电池的回收利用比其他的已成熟、稳定的废电池更困难。
锂离子蓄电池使用寿命长,投入市场时间短。
一次性锂电池实验室回收流程:将破碎后的锂电池筛分后,就得到负极锂电极。
由于金属锂溶于水时,与水发生快速反应,放出大量的热,生成氢气和可溶于水的氢氧化锂。
英雌不能直接在水或酸中溶解废锂电池。
实验表明,采用异丁醇水溶液可以使这一反应安全进行,反应的同事,通入二氧化碳气体,生成高统一纯度的碳酸锂沉淀。
将沉淀静置分离后,加入盐酸,使沉淀溶解,再通过电解可得到高纯度的金属锂。
正极中的金属锰可通过酸溶解、电解得到。
此方法还有待生产性实验验证。
8、粉煤灰粉煤灰是煤燃烧排放出的一种黏土类火山灰质材料。
它就是指锅炉燃烧时,烟气中带出的粉状残留物,简称灰或飞灰。
它还包括锅炉底部排出的炉底渣,简称炉渣。