探索新技術(shù)

周傳斌

上世紀(jì)80年代以來，為緩解原料不足的狀況，中國開始從境外進(jìn)口可用作原料的固體廢物，從而逐步成為全球進(jìn)口和利用固體廢物最大的國家。根據(jù)2017年海關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)年中國進(jìn)口總量最大的固體廢物類型為廢紙、廢塑料、廢金屬等。

為進(jìn)一步規(guī)范固體廢物進(jìn)口管理，防治再生資源行業(yè)帶來的環(huán)境污染問題，2017年國務(wù)院辦公廳印發(fā)《禁止洋垃圾入境推進(jìn)固體廢物進(jìn)口管理制度改革實(shí)施方案》，并于2018年起分批調(diào)整了《進(jìn)口廢物管理名錄》，至2019年底，新增的“禁止進(jìn)口固體廢棄物”將達(dá)到32個(gè)品種。

在出臺“洋垃圾禁令”的背景下，隨著垃圾分類管理、“城市礦產(chǎn)”示范基地、“無廢城市”建設(shè)等多項(xiàng)工作的深入推進(jìn)，中國固體廢物的回收利用率和利用量將繼續(xù)提升，固廢資源化利用空間仍然巨大。

美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)經(jīng)過30余年的研究實(shí)踐，建立了固體廢物全過程精細(xì)化管控體系。

固廢處理新技術(shù)

美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)形成了較大規(guī)模的固廢循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)，主要國家在技術(shù)研發(fā)方面支持的力度也較大。

例如歐盟“地平線計(jì)劃”（Horizon 2020），在固廢領(lǐng)域設(shè)立了專門的項(xiàng)目，在廢舊材料再生、城市礦產(chǎn)等領(lǐng)域支持了一批研究項(xiàng)目;日本持續(xù)推進(jìn)“循環(huán)型社會”發(fā)展計(jì)劃，重要大宗金屬近100%循環(huán)利用，并提出2035年固廢填埋率降低到3%。

總體而言，環(huán)境大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)都融入了固體廢物資源化利用領(lǐng)域。美國、加拿大等開發(fā)了基于物/互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的園區(qū)固體廢物回收和產(chǎn)業(yè)共生決策算法及平臺，使廢物回收率提升了37%。德國、日本等采用無線射頻識別（RFID）在垃圾清運(yùn)、計(jì)量系統(tǒng)以及廢物統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測管理等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用。

例如，美國蘋果公司開發(fā)了手機(jī)回收拆解智能機(jī)器人Liam和Daisy，十幾秒鐘就可以拆解一部手機(jī);日本松下環(huán)保公司研發(fā)的機(jī)器人，可智能搬運(yùn)、視頻識別、精準(zhǔn)定位、快速拆解智能裝備，實(shí)現(xiàn)廢舊家電高效拆解與樹脂金屬精細(xì)分離，銅純度可達(dá)99%。

此外，美國、歐盟還建立了IWEM、3MRA、EPACMTP、IWAIR等固廢風(fēng)險(xiǎn)評估模型與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，對固體廢物精細(xì)化管控提供了支撐。在廢紙、廢塑料、廢金屬等固廢的資源化利用技術(shù)方面，發(fā)達(dá)國家也研發(fā)和應(yīng)用了新的技術(shù)工藝，以提高固廢資源化產(chǎn)品的附加值。

廢紙資源化利用

歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)建立了嚴(yán)格的廢紙回收分級體系，例如美國將廢紙分為51級，對每一級別廢紙的用途、性能和來源做出了明確的描述和分類。

傳統(tǒng)的廢紙回收主要用于生產(chǎn)再生紙，其處理過程通常包括機(jī)械研磨纖維化、脫墨、脫色、漂白、除黏土和膠黏劑等，但再造紙過程會導(dǎo)致纖維流失和紙張強(qiáng)度的損失，再生利用的次數(shù)有限，目前國外已有相關(guān)技術(shù)將廢紙轉(zhuǎn)化為制造家具和建筑等的新材料。

例如，美國、德國、日本等國家的科研人員將廢報(bào)紙中提取的纖維材料、木質(zhì)纖維、水泥等材料混合，用于生產(chǎn)中密度纖維板。采用廢紙制成的板材隔熱、隔音效果好，價(jià)格低廉。

德國的研究人員將廢紙作為刨花板生產(chǎn)的原料，主要將其用作中間層或板材的芯層原料。美國的研究人員將舊報(bào)紙研磨成粉末，再與聚乙丙烯等聚合材料混合加熱，使得混合物料熔化，注入成型機(jī)中成型，其防火性能和熱穩(wěn)定性能優(yōu)于一般樹脂材料。

瑞士國家聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室和Isofloc公司合作開發(fā)了一種由廢紙制成的保溫絕緣材料，可用于制作木結(jié)構(gòu)及木屋配件等材料，其添加劑對人類、動物和環(huán)境無害，而且在防火方面具有應(yīng)用價(jià)值。

芬蘭國家技術(shù)研究中心開發(fā)了一項(xiàng)綜合利用廢棄紙制品和廢棄紡織物的技術(shù)，將廢紙、舊衣料、廢棉、木基纖維等制成黏膠型再生纖維。廢紙還可以用于生產(chǎn)紙漿模塑制品，廢紙產(chǎn)生的一次纖維或二次纖維為主要原料，并用特殊的模具使纖維脫水成型，再經(jīng)干燥和整型而得到的材料，可用于食品、家電等商品的包裝。

除了利用廢紙生產(chǎn)新型材料外，國外還有研究將廢紙用于制造化工材料。新加坡國立大學(xué)工程學(xué)院的研究人員將廢紙用于生產(chǎn)氣凝膠，在2016年首次實(shí)現(xiàn)將廢紙轉(zhuǎn)化為綠色纖維素氣凝膠，制備出無毒、輕巧、靈活、高強(qiáng)及防水的產(chǎn)物，可應(yīng)用到石油泄漏清理、隔熱和包裝等許多領(lǐng)域。

日本KataoKa Shigyo KK公司開發(fā)出以報(bào)紙為原料的生產(chǎn)乳酸的低成本方法，采用纖維素酶將廢紙二次纖維制成葡萄糖，然后再通過發(fā)酵工藝生成乳酸。

廢塑料資源化利用

2018年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署首次聚焦一次性塑料污染問題;2019年，新修訂的《巴塞爾公約》首次納入廢塑料管理的條款，將受污染、混合的“臟”塑料垃圾加入進(jìn)出口限制對象;德國聯(lián)邦政府已將減少塑料對環(huán)境的污染列入《高科技戰(zhàn)略2025》的重點(diǎn)領(lǐng)域。

廢塑料資源化利用技術(shù)主要分為識別分選技術(shù)和處理利用技術(shù)兩大類。

日常生活消費(fèi)產(chǎn)生的廢塑料，如各種包裝袋、飲料瓶、薄膜等，需要進(jìn)行分選、除雜后才能資源化利用，因此塑料的識別和分選技術(shù)就非常關(guān)鍵，例如水力旋風(fēng)分選、氣浮分選等。

在歐美國家，靜電分離技術(shù)被應(yīng)用于僅有二元混合塑料的分選，如ABS/PC（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物/聚碳酸酯）、PET/PVC（聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚氯乙烯）、PP/PE（聚丙烯/聚乙烯）等廢塑料，廢塑料碎片相互碰撞，在電場中因不同的偏離而被分離。還有采用泡沫浮選法的報(bào)道，其原理是使氣泡黏附在特定聚合物的表面，分離具有相似密度的廢舊塑料。

目前，發(fā)達(dá)國家還開發(fā)了基于光譜技術(shù)的廢塑料分選方法。例如，挪威托姆拉公司的AUTOSORT系統(tǒng)、德國比勒公司的SORTEX系列、德國S+S公司的VARISORT系列、法國PELLENC ST公司的MISTRAL等設(shè)備，采用近紅外光譜技術(shù)，對塑料中的HDPE（高密度聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PE（聚乙烯）等廢塑料進(jìn)行精細(xì)化分選，其識別精確度和識別尺寸根據(jù)不同公司的算法存在一定的差異。

傳統(tǒng)的廢塑料資源化利用技術(shù)是將其重新熔融造粒，用于生產(chǎn)再生塑料材料。針對不同的廢塑料材料，還有等離子氣化法、復(fù)合容積增容法、高溫?zé)峤夥?、流化催化裂化法等技術(shù)，都已得到應(yīng)用。

奧地利埃瑞瑪再生工程機(jī)械設(shè)備公司采用反向逆流技術(shù)，即廢塑料與擠壓螺桿機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)，提高廢塑料回收的性能，降低生產(chǎn)過程中的溫度，提高了再生塑料的處理能力和產(chǎn)量，該技術(shù)獲得了2019年歐洲專利局（EPO）頒發(fā)的“歐洲發(fā)明獎(jiǎng)”。

奧地利施塔林格爾公司推出的兩款新型塑料回收設(shè)備——reco STAR PET 330和reco STAR165，可應(yīng)用于清潔廢料、輕質(zhì)薄膜和耐研磨塑料制品等的回收利用。

荷蘭設(shè)計(jì)師開發(fā)了第二代手工DIY塑料再生設(shè)備Precious Plastic。該設(shè)備由塑料粉碎機(jī)、擠出機(jī)、注塑機(jī)和旋轉(zhuǎn)成型機(jī)組成，可將廢舊塑料制成新的產(chǎn)品。

日本積水化學(xué)工業(yè)株式會社開發(fā)了“三明治”填充技術(shù)，對廢棄塑料進(jìn)行利用，將廢塑料用作生產(chǎn)物流貨運(yùn)箱，將高強(qiáng)度和塑性性能優(yōu)越的塑料作為表層材料，將家庭消費(fèi)產(chǎn)生的低強(qiáng)度廢塑料用于中間填充材料。

廢塑料的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)也是發(fā)達(dá)國家的研究熱點(diǎn)。例如塑料裂解技術(shù)，在無氧或缺氧的環(huán)境中，通過高溫加熱，使塑料分子中的碳鏈和碳?xì)滏溋鸦癁樾》肿訜N類，得到的產(chǎn)物可分為熱解氣和熱解油。

日本研發(fā)了一種催化廢塑料熱解油化的技術(shù)（Kurata法），使得聚苯乙烯塑料熱解油品中烷烴產(chǎn)率超過80%。

美國科學(xué)家研發(fā)出一種能把塑料購物袋轉(zhuǎn)化成柴油、天然氣及其他石油產(chǎn)品的新技術(shù)。塑料袋本來就是石化產(chǎn)品的一種，以廢塑料為原料進(jìn)行蒸餾可得到近80%的燃料，高于原油蒸餾過程50%～55%的產(chǎn)率。由英國Cynar公司在愛爾蘭建設(shè)的廢塑料能源轉(zhuǎn)化廠，日處理廢塑料能力達(dá)10噸，其轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%。瑞士楚格市的廢棄塑料被運(yùn)輸至Plast Oil公司，用于燃料油的生產(chǎn)。

澳大利亞新南威爾士大學(xué)研發(fā)出一種將廢塑料用于鋼鐵生產(chǎn)的聚合物注入技術(shù)（PIT），可以將煉鋼生產(chǎn)中的總碳注入量減少10%～20%，節(jié)省碳注入物成本15%～35%，這項(xiàng)技術(shù)還可以大大減少廢橡膠、廢塑料造成的環(huán)境污染。

廢金屬資源化利用

目前，廢金屬的主要資源化利用方式仍是重新冶煉后作為再生材料，其中廢金屬的分選技術(shù)也是關(guān)鍵。歐美發(fā)達(dá)國家對廢金屬物料的分選已從單純的依靠傳感器技術(shù)發(fā)展到逐步融入圖像處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)，其自動分選系統(tǒng)可根據(jù)分選任務(wù)和條件靈活地進(jìn)行配置，可以分選出1～2毫米粒徑的廢金屬顆粒，分選的準(zhǔn)確率高達(dá)95%以上。

例如，芬蘭研究人員提出了一種結(jié)合雙能X射線、機(jī)器視覺與感應(yīng)傳感器的廢金屬分選系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室條件下取得了較好的分選效果。電子廢棄物中的廢金屬回收也得到越來越多的關(guān)注。

例如，比利時(shí)優(yōu)美科集團(tuán)（UMICORE）將電子廢棄物中的銅、鉛、鎳等送往銅冶煉設(shè)施，產(chǎn)生粗鉛、鎳砷渣和銅渣，其中鎳砷渣含有鉑族金屬，貴金屬以多爾合金的形式被回收利用。日本同和礦業(yè)株式會社將電子廢棄物中的含金廢片和連接器采用濕法進(jìn)行處理，其溶解液經(jīng)還原處理后可以提煉出貴金屬。而電子基板、帶皮銅線等金屬材料，一般采用回轉(zhuǎn)窯焚燒或采用熱解方式處理，最終送到銅冶煉廠資源化利用。

德國、比利時(shí)、瑞典等國家圍繞多源金屬熔池熔煉協(xié)同利用開展了系統(tǒng)研究，在均質(zhì)化調(diào)控、多相反應(yīng)及定向分離機(jī)制、高毒元素溫和礦化等方面取得了突破性進(jìn)展，形成了完整的技術(shù)體系與成套裝備。

◎ 來源|《環(huán)球》雜志