工业代谢
工业代谢是根据质量守恒原理，对物质从最初开采、到在工 业生产、产品使用，直至变成最终的废弃物之一全过程进行 跟踪。
研究形式 在有限的区域内追踪某些污染物 分析研究一组物质 某种物质成分 物质与能量流
产业共生
产业共生指的是不同企业间的合作，通过这种合作，共同提 高企业的生存能力和获利能力，同时，通过这种共生实现对 资源的节约和环境保护。
5.2 材料的生态设计
生态设计的内涵 狭义的生态设计，是以环境友好技术为前提的工业产品技术。 广义的生态设计，则从产品制造业延伸到与产品制造密切相关 的产品包装、产品宣传和产品营销各个环节，并进一步扩大到 全社会的生态环境服务意识、环境友好的文化意识等。
生态设计针对产品的整个生命周期 生态设计是可以在不同层次上进行的动态设计过程 掌握绿色知识的设计人员是生态设计的主体
大气污染治理材料
❖吸附法与吸附剂
吸附剂的再生 ➢加热解吸再生 ➢降压或真空解吸再生 ➢吹扫再生 ➢置换再生 ➢化学再生
大气污染治理材料
❖过滤材料
➢多孔型过滤材料 ➢纤维型过滤材料 ➢复合型过滤材料
金属基过滤材料 陶瓷基过滤材料 塑料基过滤材料
大气污染治理材料
❖催化材料
催化转化法净化气态污染物是利用催化剂的催化作用，将废气中 的有害物质转变为无害物质或易于去除物质的方法。
追求——人类社会与自然生态系统的和谐发展， 寻求——经济、生态效益和社会效益的统一， 实现——现代工业的生态化转向与人类社会的可持续发展。
工业生态系统的进化
资源
生态系 统
废料 资源
生态系统
废料
一级生态系统示意图 (系统内物质单向流动)
二级生态系统示意图 (系统内有物质的循环流动)
能源
生态系统
三级生态系统示意图 (系统内形成物质的闭路循环)
5.2 材料的生态设计
生态设计的原则
环境原则
生
态
设
技术原则
计
原
则
经济性原则
减少资源消耗 减少能源消耗 减少污染物排放 减少健康安全风险
具有规定的功能 保证产品质量 具有预期使用寿命
费用最低 利润最大
人机工程原则
良好的使用性能 满足消费者个性的要求
5.2 材料的生态设计
生态设计的过程
一定的设计程序 三个设计目标
通过微生物的代谢作用，使废水呈溶液、 胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物 质转化为稳定、无害的物质的污水处理 方法。
好氧生物处理法：好氧微生物在有氧条 件下将复杂的有机物分解，并以释放出 的能量来完成其机体的功能。
厌氧生物处理法：厌氧微生物在无氧条 件下将高浓度有机废水或污泥中的有机 物分解，最后产生甲烷和CO2等气体。
处理方法：中和、化学沉淀、氧化还原
水污染治理材料
• 废水处理技术 物理处理法 化学处理法 物理化学法 生物处理法
利用物理化学作用分离回收污水中 的污染物质（胶体物质、阴阳离子、 大分子有机物等）
处理方法：吸附法、离子交换法、 膜分离法、萃取法、气提法、吹脱法
水污染治理材料
• 废水处理技术 物理处理法 化学处理法 物理化学法ห้องสมุดไป่ตู้生物处理法
环境影响评价 材料的可持续发展理论 材料的生态设计 材料的生态加工
应用研究
环境工程材料 环境友好材料 环境功能材料 废弃物的资源化利用研究
第三章 材料环境影响的评价技术
材料的环境 指标
环境负荷就是指某一具体材料在生产、使用、消 费、再生以及废弃的全过程（整个生命周期）中 对环境产生的所有负面影响。
环境材料总结(PPT 54页)
环境材料学
环境材料学是一门研究材料的开发、生产 与使用过程和环境之间相互适应和相互协 调的科学。
任 务 研究材料系统对生态环境的影响，研究材料与环境之 间的协调关系；
研究对象材料的环境协调性评价、材料的设计及加工中的环境 协调性技术，包括零排放和零废弃技术；
目 的 寻找在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负 担的人类所需材料，以满足人类生存和发展的需要。
催化剂的选择 ➢应有很好的活性和选择性 ➢使用过程不产生二次污染 ➢足够的机械强度 ➢良好的热稳定性和化学稳定性、抗毒性强 ➢具有尽可能长的寿命以及经济型。
水污染治理材料
• 废水处理技术
物理处理法 化学处理法 物理化学法 生物处理法
通过物理作用，以分离、回收污水中不 溶解的呈悬浮状态污染物质（包括油膜 和油珠）的污水处理方法。
主要任务： 大幅度地去除污水中可生物降解的有机溶解物和部分胶状物的污染物， 用以减少废水的BOD和部分COD 。
常用方法： 通常采用生物化学处理，主要有活性污泥和生物膜法等。
水污染治理材料
• 废水处理技术 三级处理（深度处理或高级处理）
主要任务：去除生物难降解的有机污染物和废水中溶解的无机污染物，防 止受纳水体发生富营养化和受到难降解的有毒化合物的污染。//污水回用。
仿生设计
第6章 材料的环境友好加工及制备
材料的环境友好加工和制备技术：
避害趋利技术 污染控制技术 环境补救和修复技术 再循环利用技术
工业生态学
工业生态学（Industrial ecology，简称IE）又称产业生 态学，是一门研究社会生产活动中自然资源从源、流到汇的 全代谢过程、组织管理体制以及生产、消费、调控行为的动 力学机制、控制论方法及其与生命支持系统相互关系的系统 科学。
环境 影响 评价
目标与范 围的确定
环境 改善 评价
清单分 析
SETAC三角形模
第三章 材料环境影响的评价技术
3.3 LCA的技术框架及评价
过程
ISO14040 标准定义的技术框 架
生命周期 评价技术框架
目的与
范围的
确定
清 单 分 析影
结 果 解 释
响
评
直接 应用： 产品开发与 改进 方案解决 公共政策制 订 市场营销
水体稀释 废水稀释
水污染治理材料
• 废水处理技术 一级处理（物理处理）
主要任务： 分离水中的悬浮固体、胶状物、浮油或重油等，调节废水pH值，减轻 废水的腐化程度和后续处理的工艺负荷。
常用方法： 水质水量调节、重力沉淀法、上浮法（如隔油法）、气浮、离心分离、 滤池、微滤机等。
水污染治理材料
• 废水处理技术 二级处理（生物处理）
水污染治理材料
• 膜分离材料
不同膜分离方法及其推动力
可降解塑料
水污染治理材料
• 废水处理技术 通过各种外力作用，使污染物质从废水中分离
出来
分离处理 转化处理 稀释处理
离子态
分子态 胶状态 悬浮态
离子交换、吸附、渗析等
吹脱、汽提、浮选、反渗透等
混凝法、气浮法、吸附法、过滤法
重力分离（沉淀、浮上）、 离心分离（离心机、旋流分流器）、 阻力截留（筛网、滤池等）、 磁力分离 等
大气污染治理材料
❖吸收法与吸收剂
吸收剂的选择原则
➢吸收容量大 ➢选择性高 ➢饱和蒸汽压低 ➢适宜的沸点 ➢黏度小、热稳定性高 ➢腐蚀性小 ➢廉价易得
大气污染治理材料
❖吸附法与吸附剂
吸附剂的选择原则 ①大的比表面积，吸附容量大，吸附选择性好； ②容易再生，再生活性稳定； ③有足够的机械强度和适宜的颗粒尺寸； ④有良好的热稳定性和化学稳定性； ⑤来源广泛，价格低廉
目标层
准则1
准则2
准则3
指标层1 指标层2 指标层3
指标层4
分指标层1 分指标层2 分指标层3 … 分指标层p
参考国家环保总局文件《生态工业示范园区规划指南》
环境工程材料
环境工程材料
环境治理材料 环境修复材料 环境替代材料
大气污染控制材料 水污染控制材料
其他污染控制材料
环境治理材料：与在废弃物的接触过程中，通过物理的、 化学的作用将废弃物中的有毒、有害物质除去从而使废弃 物达到排放标准，而有毒有害物质本身通过这种物理化学 变化转变为对环境无害的相关材料。
5.2 材料的生态设计
生态设计的内容
原材料选择
尽量选择资源丰富及天然的材料
避免采用有毒、有害及污染环境的材料
选择易回收、可再生使用材料
生
寿命设计
减少材料成分
态 设
回收设计
废料的回收 废旧零部件的回收
计
包装设计
工艺设计
改革生产工艺流程，优化加工工序 减少生产过程中的能源、物质等消耗 减少生产过程中的污染物
基本形式：
生态产业园 生态产业网络 复合实体共生
模式：
共栖、互利性产业共生 寄生型产业共生 偏利型产业共生 附生型（异生型）产业共生 混合型产业共生
生态工业评价指标
生态工业评价指标是用以衡量工业生态系统资源和能源转化 效率的量，如产品与废物比、物质或能量的循环率和损失率 等，其核心环节是评价指标系统的制定。
特 征 从环境的角度重新考虑和评价过去的材料科学及其工程 学，并指导未来的材料科学及其工程学的发展。
环境材料分类
化学反应途径
机械/物理途径
直接处理型
防止污染 环境保护 净化功能
系统单元型
节省能源 新能源系统
低环境负载型
生
低环境负载
物
再循环性 资源 生产性
社 会 途
径
环境材料分类
环境材料学
理论研究
水污染治理材料
• 膜分离材料
以外界能量差为推动力，利用特殊 的薄膜对溶液中的双组份或多组分 进行选择性透过，从而实现分离、 分级、提纯或富集的方法的统称。
溶剂透过膜的过程——渗透 溶质透过膜的过程——渗析
选择性透过膜
水污染治理材料
• 膜分离材料
优点： 无相的变化； 可在常温下进行 不需要投加其他物质 能回收有价值的原料 适应性强，操作维护方便，易实现自动化控制