與傳統(tǒng)的填埋、焚燒等其他廢物處理處置方法相比，生物處理技術(shù)主要對廢物中的有機(jī)成分進(jìn)行處理。生物處理技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢物的減量化，還能變廢為寶，將廢物轉(zhuǎn)換為有機(jī)肥料以及生物質(zhì)天然氣等能源產(chǎn)品。
國家發(fā)改委近日發(fā)布《關(guān)于加快廢舊物資循環(huán)利用體系建設(shè)的指導(dǎo)意見》，要求到2025年，廢舊物資回收網(wǎng)絡(luò)體系基本建立，其中包括1000個(gè)以上綠色分揀中心;廢鋼鐵、廢紙、廢塑料等9種主要再生資源循環(huán)利用量達(dá)到4.5億噸等。
我國每年所產(chǎn)生的固體廢物數(shù)量巨大，這些固體廢物已成為環(huán)境的重要污染源。其處理方法主要有填埋、焚燒及生物處理等，處理的最終目標(biāo)是無害化、減量化和資源化。生物技術(shù)可以對固體廢物中的哪些物質(zhì)進(jìn)行處理?處理后能達(dá)到怎樣的效果?運(yùn)用生物技術(shù)處理固體廢物又會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn)?
固體廢物被轉(zhuǎn)化成生物能或有機(jī)肥
全國人大常委會(huì)執(zhí)法檢查組檢查固體廢物污染環(huán)境防治法實(shí)施情況的報(bào)告顯示，我國每年產(chǎn)生固體廢物超過100億噸。其中，每年產(chǎn)生的畜禽養(yǎng)殖廢棄物近40億噸、主要農(nóng)作物秸稈約10億噸、一般工業(yè)固體廢物約33億噸、大中城市生活垃圾約2億噸，固體廢物產(chǎn)生量呈增長態(tài)勢。
威立雅集團(tuán)中國負(fù)責(zé)人告訴科技日報(bào)記者，與傳統(tǒng)的填埋、焚燒等其他廢物處理處置方法相比，生物處理主要是處理廢物中的有機(jī)成分。
同濟(jì)大學(xué)生態(tài)文明與循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究所所長杜歡政教授表示，生物處理技術(shù)是利用微生物分解固體廢物的處理技術(shù)。生物處理技術(shù)主要包括好氧堆肥技術(shù)、厭氧發(fā)酵技術(shù)和生物轉(zhuǎn)化等。被處理的有機(jī)固體廢物包括污水污泥、廚余垃圾、農(nóng)業(yè)秸稈、園林垃圾、畜禽糞污、食品加工行業(yè)廢棄物等。
好氧堆肥技術(shù)是指有氧的條件下，細(xì)菌、真菌、放線菌、纖維素分解菌、木質(zhì)素分解菌等好氧微生物分泌在細(xì)胞內(nèi)合成在細(xì)胞外起作用的酶——胞外酶，將固體廢物中的有機(jī)成分分解為可溶性的有機(jī)質(zhì)。這些有機(jī)質(zhì)再滲入微生物細(xì)胞中，參與新陳代謝，從而實(shí)現(xiàn)固體廢物向腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化，最終達(dá)到腐熟穩(wěn)定，成為有機(jī)肥料或有機(jī)土壤等。而好氧堆肥反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量和二氧化碳。
厭氧發(fā)酵技術(shù)在無氧的條件下，利用厭氧或者兼性厭氧微生物降解有機(jī)固體廢物，并獲得甲烷和二氧化碳。該技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾無害化和減量化，還可以獲得生物能甲烷和氫氣，實(shí)現(xiàn)固體廢物的資源化利用。
不過，在將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣(即甲烷和二氧化碳)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生沼渣、沼液。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣、沼液富含未降解的有機(jī)物和礦物質(zhì)，根據(jù)我國相關(guān)法規(guī)，還需要進(jìn)行另一階段的處理后進(jìn)行回收。“這是一個(gè)連續(xù)的過程。厭氧發(fā)酵工藝目前是處理廚余垃圾的主要工藝，近年來，在垃圾分類收集政策實(shí)施后，該技術(shù)在北京、上海等主要城市已獲得逐步發(fā)展和應(yīng)用。”威立雅集團(tuán)中國負(fù)責(zé)人說。
生物轉(zhuǎn)化是利用昆蟲將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)和肥料的生物過程。整個(gè)過程產(chǎn)生的高質(zhì)量蛋白質(zhì)，可作為動(dòng)物飼料，滿足動(dòng)物生長的營養(yǎng)需求。
杜歡政告訴記者，生物處理技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢物的減量化，還能變廢為寶，將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料以及生物質(zhì)天然氣等能源產(chǎn)品。
生物處理固廢技術(shù)取得良好效果
近年來，我國在生物處理固體廢物方面取得了大量的技術(shù)創(chuàng)新和成功案例。
“單品類有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵過程經(jīng)濟(jì)性較差，同濟(jì)大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究所聯(lián)合企業(yè)共同研發(fā)了多元固廢厭氧共發(fā)酵工藝技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；幚磙r(nóng)作物秸稈、畜禽糞污以及餐飲垃圾、廚余垃圾、園林綠化廢物等多種城鄉(xiāng)有機(jī)廢物。”杜歡政說，他們基于微生物技術(shù)研究獲得復(fù)合產(chǎn)甲烷菌，讓有機(jī)廢物進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生生物質(zhì)天然氣。他們的復(fù)合菌可縮短有機(jī)物降解周期、提升天然氣產(chǎn)量。
江蘇連云港市推出的餐廚垃圾處理項(xiàng)目，利用有機(jī)廢物或厭氧發(fā)酵后的副產(chǎn)物沼渣養(yǎng)殖蠅蛆等昆蟲，從而獲得蛋白和肥料。即通過自動(dòng)化上料設(shè)備，將裝有蠅蛆卵的養(yǎng)殖盒送入育雛單元房進(jìn)行養(yǎng)殖。經(jīng)3—4天的養(yǎng)殖孵化后，分盒加料后送到快速生長單元房養(yǎng)殖，養(yǎng)殖約4天后再通過篩分設(shè)備將成蟲和蟲糞分離。分離后的成蟲是各類飼料蛋白的理想原料，可供應(yīng)給禽類養(yǎng)殖場、水產(chǎn)、寵物等行業(yè);蟲糞是有機(jī)肥，可用于有機(jī)綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中。
杜歡政說，諸多生物處理固體廢物技術(shù)以及創(chuàng)新，目前已經(jīng)在瓊海市生物天然氣項(xiàng)目、廣州東部生物質(zhì)能利用項(xiàng)目、寧波市餐廚垃圾處理項(xiàng)目、連云港市餐廚垃圾處理項(xiàng)目等獲得綜合應(yīng)用，獲得了良好的效果。
生物處理固體廢物技術(shù)還在不斷突破中，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所科研人員發(fā)現(xiàn)，微生物礦化技術(shù)在固體廢物強(qiáng)度提升和重金屬穩(wěn)定方面效果顯著。與傳統(tǒng)水泥基固化穩(wěn)定化相比，微生物反應(yīng)材料擾動(dòng)性小，生物黏結(jié)產(chǎn)物與基質(zhì)顆粒間力學(xué)相容性良好，特定條件下微生物法產(chǎn)生的材料，黏結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于水泥，并可保持基質(zhì)的透水性、具有更高的環(huán)境穩(wěn)定性。通過微生物礦化技術(shù)，有利于將固廢材料作為土工材料而實(shí)現(xiàn)資源化利用，而且固化過程不排放二氧化碳。
實(shí)現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需形成耦合協(xié)同效應(yīng)
隨著我國主要城市逐步推進(jìn)生活垃圾分類，有機(jī)垃圾數(shù)量持續(xù)增加，我國也新建了大量生物處理固體廢物的項(xiàng)目。但杜歡政表示，生物處理技術(shù)仍存在諸多挑戰(zhàn)，比如好氧堆肥法占地面積大，鄰避效應(yīng)強(qiáng)，在中大型城市難以推廣。厭氧發(fā)酵法經(jīng)濟(jì)性差、產(chǎn)氣率低，生物質(zhì)天然氣的能源轉(zhuǎn)換效率低，能直接將天然氣并網(wǎng)的項(xiàng)目較少，大部分是轉(zhuǎn)換為電能，存在較高的能量損失;副產(chǎn)物利用率低，大部分項(xiàng)目產(chǎn)生的沼渣、沼液不能資源化利用，還需投入較高水處理與焚燒處理成本;預(yù)處理技術(shù)有待進(jìn)一步提高，國內(nèi)垃圾分類尚處于起步階段，收運(yùn)的有機(jī)垃圾中會(huì)含有大量雜質(zhì)，對厭氧發(fā)酵影響較大。
“目前，通過生物處理技術(shù)產(chǎn)生的資源和能源，種類多、品質(zhì)差異大且分布散，已有的收運(yùn)體系和能源化利用方式都是從單一類別考慮，沒有形成耦合協(xié)同效應(yīng)，導(dǎo)致全量收運(yùn)難、持續(xù)盈利難。此外，產(chǎn)生的有機(jī)肥料銷路較差，大部分還只是政府園林綠化采購。”杜歡政說。
威立雅集團(tuán)中國負(fù)責(zé)人建議，生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵，在于如何鼓勵(lì)最終用戶了解、接受和使用更多的生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。這需要政府、企業(yè)和最終用戶共同合作，制定激勵(lì)性的產(chǎn)業(yè)政策。
固體廢物處理從物理、化學(xué)方法處理發(fā)展到生物處理，杜歡政認(rèn)為，生物處理具有低成本、綠色環(huán)保、可資源化利用等優(yōu)點(diǎn)，從某種意義上說，是比物理、化學(xué)方法更優(yōu)的垃圾處理路徑。但是可用生物處理技術(shù)進(jìn)行處理的有機(jī)固體廢物來源廣泛，并隸屬于不同的管理部門。比如農(nóng)業(yè)秸稈、畜禽糞污歸農(nóng)業(yè)部門管理，污水污泥、廚余垃圾歸住建部門管理，園林垃圾歸園林部門管理，在處理過程中，各種有機(jī)固體廢物難以相互匹配和耦合，無法實(shí)現(xiàn)效益的最大化。因此，他建議，各部門需把與固體廢物處理的有關(guān)政策集中起來，解決單品類有機(jī)廢物生物處置經(jīng)濟(jì)性較差等問題，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同共生、可持續(xù)發(fā)展。
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