與傳統(tǒng)的填埋、焚燒等其他廢物處理處置方法相比，生物處理技術主要對廢物中的有機成分進行處理。生物處理技術不僅能實現(xiàn)有機固體廢物的減量化，還能變廢為寶，將廢物轉換為有機肥料以及生物質天然氣等能源產(chǎn)品。
國家發(fā)改委近日發(fā)布《關于加快廢舊物資循環(huán)利用體系建設的指導意見》，要求到2025年，廢舊物資回收網(wǎng)絡體系基本建立，其中包括1000個以上綠色分揀中心;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，處理的最終目標是無害化、減量化和資源化。生物技術可以對固體廢物中的哪些物質進行處理?處理后能達到怎樣的效果?運用生物技術處理固體廢物又會面臨哪些挑戰(zhàn)?
固體廢物被轉化成生物能或有機肥
全國人大常委會執(zhí)法檢查組檢查固體廢物污染環(huán)境防治法實施情況的報告顯示，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。
威立雅集團中國負責人告訴科技日報記者，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成分。
同濟大學生態(tài)文明與循環(huán)經(jīng)濟研究所所長杜歡政教授表示，生物處理技術是利用微生物分解固體廢物的處理技術。生物處理技術主要包括好氧堆肥技術、厭氧發(fā)酵技術和生物轉化等。被處理的有機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。
好氧堆肥技術是指有氧的條件下，細菌、真菌、放線菌、纖維素分解菌、木質素分解菌等好氧微生物分泌在細胞內(nèi)合成在細胞外起作用的酶——胞外酶，將固體廢物中的有機成分分解為可溶性的有機質。這些有機質再滲入微生物細胞中，參與新陳代謝，從而實現(xiàn)固體廢物向腐殖質轉化，最終達到腐熟穩(wěn)定，成為有機肥料或有機土壤等。而好氧堆肥反應會產(chǎn)生熱量和二氧化碳。
厭氧發(fā)酵技術在無氧的條件下，利用厭氧或者兼性厭氧微生物降解有機固體廢物，并獲得甲烷和二氧化碳。該技術不僅能夠實現(xiàn)垃圾無害化和減量化，還可以獲得生物能甲烷和氫氣，實現(xiàn)固體廢物的資源化利用。
不過，在將有機物轉化為沼氣(即甲烷和二氧化碳)時，還會產(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物和礦物質，根據(jù)我國相關法規(guī)，還需要進行另一階段的處理后進行回收。“這是一個連續(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施后，該技術在北京、上海等主要城市已獲得逐步發(fā)展和應用。”威立雅集團中國負責人說。
生物轉化是利用昆蟲將有機廢物轉化為蛋白質和肥料的生物過程。整個過程產(chǎn)生的高質量蛋白質，可作為動物飼料，滿足動物生長的營養(yǎng)需求。
杜歡政告訴記者，生物處理技術不僅能實現(xiàn)有機固體廢物的減量化，還能變廢為寶，將其轉化為有機肥料以及生物質天然氣等能源產(chǎn)品。
生物處理固廢技術取得良好效果
近年來，我國在生物處理固體廢物方面取得了大量的技術創(chuàng)新和成功案例。
“單品類有機廢物厭氧發(fā)酵過程經(jīng)濟性較差，同濟大學循環(huán)經(jīng)濟研究所聯(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，可實現(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)有機廢物。”杜歡政說，他們基于微生物技術研究獲得復合產(chǎn)甲烷菌，讓有機廢物進入?yún)捬跸到y(tǒng)進行發(fā)酵，產(chǎn)生生物質天然氣。他們的復合菌可縮短有機物降解周期、提升天然氣產(chǎn)量。
江蘇連云港市推出的餐廚垃圾處理項目，利用有機廢物或厭氧發(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。即通過自動化上料設備，將裝有蠅蛆卵的養(yǎng)殖盒送入育雛單元房進行養(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，可供應給禽類養(yǎng)殖場、水產(chǎn)、寵物等行業(yè);蟲糞是有機肥，可用于有機綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中。
杜歡政說，諸多生物處理固體廢物技術以及創(chuàng)新，目前已經(jīng)在瓊海市生物天然氣項目、廣州東部生物質能利用項目、寧波市餐廚垃圾處理項目、連云港市餐廚垃圾處理項目等獲得綜合應用，獲得了良好的效果。
生物處理固體廢物技術還在不斷突破中，應用范圍也日益擴大。中國科學院武漢巖土力學研究所科研人員發(fā)現(xiàn)，微生物礦化技術在固體廢物強度提升和重金屬穩(wěn)定方面效果顯著。與傳統(tǒng)水泥基固化穩(wěn)定化相比，微生物反應材料擾動性小，生物黏結產(chǎn)物與基質顆粒間力學相容性良好，特定條件下微生物法產(chǎn)生的材料，黏結強度遠高于水泥，并可保持基質的透水性、具有更高的環(huán)境穩(wěn)定性。通過微生物礦化技術，有利于將固廢材料作為土工材料而實現(xiàn)資源化利用，而且固化過程不排放二氧化碳。
實現(xiàn)技術產(chǎn)業(yè)化需形成耦合協(xié)同效應
隨著我國主要城市逐步推進生活垃圾分類，有機垃圾數(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目。但杜歡政表示，生物處理技術仍存在諸多挑戰(zhàn)，比如好氧堆肥法占地面積大，鄰避效應強，在中大型城市難以推廣。厭氧發(fā)酵法經(jīng)濟性差、產(chǎn)氣率低，生物質天然氣的能源轉換效率低，能直接將天然氣并網(wǎng)的項目較少，大部分是轉換為電能，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;預處理技術有待進一步提高，國內(nèi)垃圾分類尚處于起步階段，收運的有機垃圾中會含有大量雜質，對厭氧發(fā)酵影響較大。
“目前，通過生物處理技術產(chǎn)生的資源和能源，種類多、品質差異大且分布散，已有的收運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，導致全量收運難、持續(xù)盈利難。此外，產(chǎn)生的有機肥料銷路較差，大部分還只是政府園林綠化采購。”杜歡政說。
威立雅集團中國負責人建議，生物轉化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關鍵，在于如何鼓勵最終用戶了解、接受和使用更多的生物轉化產(chǎn)品。這需要政府、企業(yè)和最終用戶共同合作，制定激勵性的產(chǎn)業(yè)政策。
固體廢物處理從物理、化學方法處理發(fā)展到生物處理，杜歡政認為，生物處理具有低成本、綠色環(huán)保、可資源化利用等優(yōu)點，從某種意義上說，是比物理、化學方法更優(yōu)的垃圾處理路徑。但是可用生物處理技術進行處理的有機固體廢物來源廣泛，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，各種有機固體廢物難以相互匹配和耦合，無法實現(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政策集中起來，解決單品類有機廢物生物處置經(jīng)濟性較差等問題，促進產(chǎn)業(yè)的協(xié)同共生、可持續(xù)發(fā)展。
評論