固體廢棄物生物質(zhì)清潔利用技術(shù)分析研究

王海勇 (南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院天津300071)

生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，是一種可再生性資源，每年植物通過光合作用生成的生物質(zhì)達(dá)1000～2000億t，其中主要成分是木質(zhì)素纖維素類物質(zhì)。目前，這部分資源沒有得到充分利用，甚至白白浪費掉了，同時還造成了環(huán)境污染。

1 中國生物質(zhì)資源簡況

中國生物質(zhì)能資源數(shù)量大、品種多，適合于能源利用的主要有五類：秸、高粱秸、稻草、豆秸和棉稈等），以及農(nóng)產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的麥殼、稻殼等。中國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量每年近7億噸，而農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物則高達(dá)8 000多萬噸。當(dāng)前主要用途主要用途有五個:造肥還田、飼料、工業(yè)原料、薪柴、露地焚燒。（2）畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的糞便、墊草。根據(jù)2008年中國生豬、雞和牛的存欄量計算，全國主要畜禽的糞便排放量為14.7億t。（3）森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材、樹枝、樹葉、木屑，林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物木材加工中產(chǎn)生的鋸末、木屑、枝丫等邊角料。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國每年可以從林木采伐和木材加工過程中獲得約1.25億t的剩余物。（4）城鎮(zhèn)居民生活污水和酒精、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)有機(jī)廢水。經(jīng)過對國家統(tǒng)計年鑒和20多個主要工業(yè)行業(yè)公開發(fā)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計可知，中國主要工業(yè)企業(yè)每年排放的有機(jī)廢水約為8.5億t，廢渣約為2 500萬t。（5）居民生活垃圾、商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾等固體廢棄物。據(jù)有關(guān)專家分析，2008年中國城市垃圾清運量近2億t，考慮目前城市垃圾的收集率不到50%左右，其作為生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的資源可獲得量則為1億t。

2 生物質(zhì)利用技術(shù)

固體廢棄物目前的處理方式主要有填埋、焚燒、生化處理。填埋方式和焚燒技術(shù)都未能充分利用固體廢棄物中的生物質(zhì)能源，還造成了資源和能源的浪費。目前國內(nèi)外對廢棄物中生物質(zhì)的再利用都進(jìn)行了深入的研究和產(chǎn)業(yè)化。對生物質(zhì)的利用方式主要有：飼料、肥料、工業(yè)原料、沼氣、燃料。

2.1 飼料

飼料主要針對農(nóng)作物的秸稈、餐廚垃圾以及產(chǎn)業(yè)廢棄物等具有大量營養(yǎng)成分的生物質(zhì)。將對這些生物質(zhì)的加工為飼料，可以利用其中的營養(yǎng)成分，并緩解玉米等糧食作物的壓力。

我國是農(nóng)業(yè)大國，每年的秸稈產(chǎn)量有7億噸，通過物理加工(切斷、粉碎、浸泡、蒸煮、輻照、膨化、熱噴、顆粒化等)、化學(xué)加工(堿化、酸化、堿加酸化、氨化、氧化)和生物加工(青貯、黃貯、發(fā)酵、酶解等)等手段處理后，提高作物秸稈適口性和營養(yǎng)價值。目前秸稈飼料廣泛用于反芻動物的飼養(yǎng)中。這種方法不但降低了飼料成本，而且通過動物過腹還田，提供了優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料。但是由于秸稈中粗纖維含量較高，不利于單胃動物的吸收；而且秸稈單位體積容量小，無法作為商品運輸；農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)率低，先進(jìn)的加工技術(shù)成本高，產(chǎn)品價格很難被普遍接受。

2.2 堆肥肥料

堆肥肥料就是將有機(jī)廢物經(jīng)過堆肥化處理后制得的腐殖質(zhì)復(fù)合物。根據(jù)微生物生長的環(huán)境將堆肥化分為好氧堆肥和厭氧堆肥?，F(xiàn)階段堆肥化已經(jīng)形成了各種完善的工藝系統(tǒng)和成套設(shè)備,堆肥產(chǎn)品也已基本能達(dá)到園林、綠化、農(nóng)業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)要求。好氧堆肥是指在有氧條件下進(jìn)行，優(yōu)點是發(fā)酵周期短、臭氣發(fā)生少、堆肥品質(zhì)好，缺點是設(shè)備要求高、運行能耗大、投資大、管理復(fù)雜。厭氧堆肥是指在厭氧條件下進(jìn)行，優(yōu)點是投資運行成本低、普適性強(qiáng)，缺點是發(fā)酵周期長、堆肥質(zhì)量低、肥效差。堆肥化技術(shù)廣泛應(yīng)用于庭院垃圾、有機(jī)生物垃圾、有機(jī)剩余污泥和農(nóng)業(yè)廢物等廢物處理。

2.3 工業(yè)原料

將廢棄物作為工業(yè)原料有兩種方式。一種是利用目前高度發(fā)達(dá)的切割、粘接以及組裝等機(jī)械加工技術(shù)，將農(nóng)業(yè)殘留物和建材廢料作為原料進(jìn)行加工。已被實用化的實例有建筑復(fù)合材料、填充料、纖維素纖維、各種板材、再生纖維等[11]。另一種是將玉米稈、玉米芯、稻糠、玉米淀粉渣、甘蔗渣等作為原料，進(jìn)一步水解來生產(chǎn)糖類、糠醛、草酸、木質(zhì)素系列材料或者纖維素系列高分子等多種工業(yè)原料[12]。但是由于農(nóng)業(yè)殘留物具有季節(jié)性，因此作為原料利用受到季節(jié)和農(nóng)作物生物的限制。

2.4 沼氣技術(shù)

沼氣是有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)微生物分解產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w。沼氣技術(shù)已廣泛用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及人類生活中的各種有機(jī)廢棄物。但是在產(chǎn)生沼氣的同時，也要對沼渣和沼液進(jìn)行再利用，否則造成二次污染。沼渣、沼液可以直接作為肥料或者固液分離制成商業(yè)肥料。但是直接施肥有季節(jié)性，不能保證連續(xù)的后處理；直接制成商業(yè)肥料需要對液體進(jìn)行再處理，浪費資源。

2.5 燃燒

直接燃燒生物質(zhì)獲取能量是目前最普遍的生物質(zhì)能利用法，但如何提高利用效率仍是當(dāng)前技術(shù)開發(fā)的課題之一。上世紀(jì)80年代我國推廣了省柴灶，提高爐灶的能源利用效率。通過對生物質(zhì)進(jìn)行壓縮成型技術(shù)可以將原來松散、細(xì)碎、無定形的生物質(zhì)原料壓縮成棒狀、粒狀、塊狀等各種成型燃料，增加了燃料密度和強(qiáng)度，改善燃燒特性[13]。

2.6 燃料

生物燃料指由生物質(zhì)生產(chǎn)的液體燃料或者氣態(tài)燃料，用于運輸部門，主要有生物乙醇、生物柴油、生物甲醇、生物二甲醚、乙基叔丁基醚、合成烴、氫能、植物油[15]?？捎糜谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物及農(nóng)林產(chǎn)品加工廢棄物、薪柴和城市固體廢物。根據(jù)生產(chǎn)方法分為生化法和熱化學(xué)法。

3 展望

在全球不可再生資源的逐漸枯竭、環(huán)境壓力日益嚴(yán)重的背景下，人們開始日益關(guān)注對生物資源的的利用，各種利用技術(shù)的不斷發(fā)展完善。同時，隨著相關(guān)法律、技術(shù)規(guī)范的完善，國家對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的扶持，因地制宜的發(fā)揮各技術(shù)所長、開發(fā)高效、低耗的組合工藝技術(shù)已成為研究的熱點。

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