与传统的填埋、焚烧等其他废物处理处置方法相比，生物处理技术主要对废物中的有机成分进行处理。生物处理技术不仅能实现有机固体废物的减量化，还能变废为宝，将废物转换为有机肥料以及生物质天然气等能源产品。
国家发改委近日发布《关于加快废旧物资循环利用体系建设的指导意见》，要求到2025年，废旧物资回收网络体系基本建立，其中包括1000个以上绿色分拣中心;废钢铁、废纸、废塑料等9种主要再生资源循环利用量达到4.5亿吨等。
我国每年所产生的固体废物数量巨大，这些固体废物已成为环境的重要污染源。其处理方法主要有填埋、焚烧及生物处理等，处理的最终目标是无害化、减量化和资源化。生物技术可以对固体废物中的哪些物质进行处理?处理后能达到怎样的效果?运用生物技术处理固体废物又会面临哪些挑战?
固体废物被转化成生物能或有机肥
全国人大常委会执法检查组检查固体废物污染环境防治法实施情况的报告显示，我国每年产生固体废物超过100亿吨。其中，每年产生的畜禽养殖废弃物近40亿吨、主要农作物秸秆约10亿吨、一般工业固体废物约33亿吨、大中城市生活垃圾约2亿吨，固体废物产生量呈增长态势。
威立雅集团中国负责人告诉科技日报记者，与传统的填埋、焚烧等其他废物处理处置方法相比，生物处理主要是处理废物中的有机成分。
同济大学生态文明与循环经济研究所所长杜欢政教授表示，生物处理技术是利用微生物分解固体废物的处理技术。生物处理技术主要包括好氧堆肥技术、厌氧发酵技术和生物转化等。被处理的有机固体废物包括污水污泥、厨余垃圾、农业秸秆、园林垃圾、畜禽粪污、食品加工行业废弃物等。
好氧堆肥技术是指有氧的条件下，细菌、真菌、放线菌、纤维素分解菌、木质素分解菌等好氧微生物分泌在细胞内合成在细胞外起作用的酶——胞外酶，将固体废物中的有机成分分解为可溶性的有机质。这些有机质再渗入微生物细胞中，参与新陈代谢，从而实现固体废物向腐殖质转化，最终达到腐熟稳定，成为有机肥料或有机土壤等。而好氧堆肥反应会产生热量和二氧化碳。
厌氧发酵技术在无氧的条件下，利用厌氧或者兼性厌氧微生物降解有机固体废物，并获得甲烷和二氧化碳。该技术不仅能够实现垃圾无害化和减量化，还可以获得生物能甲烷和氢气，实现固体废物的资源化利用。
不过，在将有机物转化为沼气(即甲烷和二氧化碳)时，还会产生沼渣、沼液。厌氧发酵产生的沼渣、沼液富含未降解的有机物和矿物质，根据我国相关法规，还需要进行另一阶段的处理后进行回收。“这是一个连续的过程。厌氧发酵工艺目前是处理厨余垃圾的主要工艺，近年来，在垃圾分类收集政策实施后，该技术在北京、上海等主要城市已获得逐步发展和应用。”威立雅集团中国负责人说。
生物转化是利用昆虫将有机废物转化为蛋白质和肥料的生物过程。整个过程产生的高质量蛋白质，可作为动物饲料，满足动物生长的营养需求。
杜欢政告诉记者，生物处理技术不仅能实现有机固体废物的减量化，还能变废为宝，将其转化为有机肥料以及生物质天然气等能源产品。
生物处理固废技术取得良好效果
近年来，我国在生物处理固体废物方面取得了大量的技术创新和成功案例。
“单品类有机废物厌氧发酵过程经济性较差，同济大学循环经济研究所联合企业共同研发了多元固废厌氧共发酵工艺技术，可实现规模化处理农作物秸秆、畜禽粪污以及餐饮垃圾、厨余垃圾、园林绿化废物等多种城乡有机废物。”杜欢政说，他们基于微生物技术研究获得复合产甲烷菌，让有机废物进入厌氧系统进行发酵，产生生物质天然气。他们的复合菌可缩短有机物降解周期、提升天然气产量。
江苏连云港市推出的餐厨垃圾处理项目，利用有机废物或厌氧发酵后的副产物沼渣养殖蝇蛆等昆虫，从而获得蛋白和肥料。即通过自动化上料设备，将装有蝇蛆卵的养殖盒送入育雏单元房进行养殖。经3—4天的养殖孵化后，分盒加料后送到快速生长单元房养殖，养殖约4天后再通过筛分设备将成虫和虫粪分离。分离后的成虫是各类饲料蛋白的理想原料，可供应给禽类养殖场、水产、宠物等行业;虫粪是有机肥，可用于有机绿色农产品生产中。
杜欢政说，诸多生物处理固体废物技术以及创新，目前已经在琼海市生物天然气项目、广州东部生物质能利用项目、宁波市餐厨垃圾处理项目、连云港市餐厨垃圾处理项目等获得综合应用，获得了良好的效果。
生物处理固体废物技术还在不断突破中，应用范围也日益扩大。中国科学院武汉岩土力学研究所科研人员发现，微生物矿化技术在固体废物强度提升和重金属稳定方面效果显著。与传统水泥基固化稳定化相比，微生物反应材料扰动性小，生物黏结产物与基质颗粒间力学相容性良好，特定条件下微生物法产生的材料，黏结强度远高于水泥，并可保持基质的透水性、具有更高的环境稳定性。通过微生物矿化技术，有利于将固废材料作为土工材料而实现资源化利用，而且固化过程不排放二氧化碳。
实现技术产业化需形成耦合协同效应
随着我国主要城市逐步推进生活垃圾分类，有机垃圾数量持续增加，我国也新建了大量生物处理固体废物的项目。但杜欢政表示，生物处理技术仍存在诸多挑战，比如好氧堆肥法占地面积大，邻避效应强，在中大型城市难以推广。厌氧发酵法经济性差、产气率低，生物质天然气的能源转换效率低，能直接将天然气并网的项目较少，大部分是转换为电能，存在较高的能量损失;副产物利用率低，大部分项目产生的沼渣、沼液不能资源化利用，还需投入较高水处理与焚烧处理成本;预处理技术有待进一步提高，国内垃圾分类尚处于起步阶段，收运的有机垃圾中会含有大量杂质，对厌氧发酵影响较大。
“目前，通过生物处理技术产生的资源和能源，种类多、品质差异大且分布散，已有的收运体系和能源化利用方式都是从单一类别考虑，没有形成耦合协同效应，导致全量收运难、持续盈利难。此外，产生的有机肥料销路较差，大部分还只是政府园林绿化采购。”杜欢政说。
威立雅集团中国负责人建议，生物转化产业化发展的关键，在于如何鼓励最终用户了解、接受和使用更多的生物转化产品。这需要政府、企业和最终用户共同合作，制定激励性的产业政策。
固体废物处理从物理、化学方法处理发展到生物处理，杜欢政认为，生物处理具有低成本、绿色环保、可资源化利用等优点，从某种意义上说，是比物理、化学方法更优的垃圾处理路径。但是可用生物处理技术进行处理的有机固体废物来源广泛，并隶属于不同的管理部门。比如农业秸秆、畜禽粪污归农业部门管理，污水污泥、厨余垃圾归住建部门管理，园林垃圾归园林部门管理，在处理过程中，各种有机固体废物难以相互匹配和耦合，无法实现效益的最大化。因此，他建议，各部门需把与固体废物处理的有关政策集中起来，解决单品类有机废物生物处置经济性较差等问题，促进产业的协同共生、可持续发展。
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