固體廢棄物生物質清潔利用技術分析研究

王海勇 (南開大學環境科學與工程學院天津300071)

生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體，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達1000～2000億t，其中主要成分是木質素纖維素類物質。目前，這部分資源沒有得到充分利用，甚至白白浪費掉了，同時還造成了環境污染。

1 中國生物質資源簡況

中國生物質能資源數量大、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），以及農產品加工過程中產生的麥殼、稻殼等。中國農作物秸稈產量每年近7億噸，而農業加工業的廢棄物則高達8 000多萬噸。當前主要用途主要用途有五個:造肥還田、飼料、工業原料、薪柴、露地焚燒。（2）畜禽養殖業產生的糞便、墊草。根據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中的零散木材、樹枝、樹葉、木屑，林業副產品的廢棄物木材加工中產生的鋸末、木屑、枝丫等邊角料。據不完全統計，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）城鎮居民生活污水和酒精、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業產生的工業有機廢水。經過對國家統計年鑒和20多個主要工業行業公開發表的數據進行調查和統計可知，中國主要工業企業每年排放的有機廢水約為8.5億t，廢渣約為2 500萬t。（5）居民生活垃圾、商業、服務業垃圾等固體廢棄物。據有關專家分析，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，其作為生物質能轉化的資源可獲得量則為1億t。

2 生物質利用技術

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都未能充分利用固體廢棄物中的生物質能源，還造成了資源和能源的浪費。目前國內外對廢棄物中生物質的再利用都進行了深入的研究和產業化。對生物質的利用方式主要有：飼料、肥料、工業原料、沼氣、燃料。

2.1 飼料

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

我國是農業大國，每年的秸稈產量有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)、化學加工(堿化、酸化、堿加酸化、氨化、氧化)和生物加工(青貯、黃貯、發酵、酶解等)等手段處理后，提高作物秸稈適口性和營養價值。目前秸稈飼料廣泛用于反芻動物的飼養中。這種方法不但降低了飼料成本，而且通過動物過腹還田，提供了優質有機肥料。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；農牧業生產率低，先進的加工技術成本高，產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廢物經過堆肥化處理后制得的腐殖質復合物。根據微生物生長的環境將堆肥化分為好氧堆肥和厭氧堆肥。現階段堆肥化已經形成了各種完善的工藝系統和成套設備,堆肥產品也已基本能達到園林、綠化、農業使用的標準要求。好氧堆肥是指在有氧條件下進行，優點是發酵周期短、臭氣發生少、堆肥品質好，缺點是設備要求高、運行能耗大、投資大、管理復雜。厭氧堆肥是指在厭氧條件下進行，優點是投資運行成本低、普適性強，缺點是發酵周期長、堆肥質量低、肥效差。堆肥化技術廣泛應用于庭院垃圾、有機生物垃圾、有機剩余污泥和農業廢物等廢物處理。

2.3 工業原料

將廢棄物作為工業原料有兩種方式。一種是利用目前高度發達的切割、粘接以及組裝等機械加工技術，將農業殘留物和建材廢料作為原料進行加工。已被實用化的實例有建筑復合材料、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，進一步水解來生產糖類、糠醛、草酸、木質素系列材料或者纖維素系列高分子等多種工業原料[12]。但是由于農業殘留物具有季節性，因此作為原料利用受到季節和農作物生物的限制。

2.4 沼氣技術

沼氣是有機物在厭氧條件下經微生物分解產生的一種可燃氣體。沼氣技術已廣泛用于農業、工業以及人類生活中的各種有機廢棄物。但是在產生沼氣的同時，也要對沼渣和沼液進行再利用，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肥料。但是直接施肥有季節性，不能保證連續的后處理；直接制成商業肥料需要對液體進行再處理，浪費資源。

2.5 燃燒

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

2.6 燃料

生物燃料指由生物質生產的液體燃料或者氣態燃料，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]。可用于農業生產廢棄物及農林產品加工廢棄物、薪柴和城市固體廢物。根據生產方法分為生化法和熱化學法。

3 展望

在全球不可再生資源的逐漸枯竭、環境壓力日益嚴重的背景下，人們開始日益關注對生物資源的的利用，各種利用技術的不斷發展完善。同時，隨著相關法律、技術規范的完善，國家對相關產業的扶持，因地制宜的發揮各技術所長、開發高效、低耗的組合工藝技術已成為研究的熱點。

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