探索新技術

周傳斌

上世紀80年代以來，為緩解原料不足的狀況，中國開始從境外進口可用作原料的固體廢物，從而逐步成為全球進口和利用固體廢物最大的國家。根據2017年海關統計數據，當年中國進口總量最大的固體廢物類型為廢紙、廢塑料、廢金屬等。

為進一步規范固體廢物進口管理，防治再生資源行業帶來的環境污染問題，2017年國務院辦公廳印發《禁止洋垃圾入境推進固體廢物進口管理制度改革實施方案》，并于2018年起分批調整了《進口廢物管理名錄》，至2019年底，新增的“禁止進口固體廢棄物”將達到32個品種。

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

美國、歐盟、日本等發達國家和地區經過30余年的研究實踐，建立了固體廢物全過程精細化管控體系。

固廢處理新技術

美國、歐盟、日本等發達國家和地區形成了較大規模的固廢循環利用產業，主要國家在技術研發方面支持的力度也較大。

例如歐盟“地平線計劃”（Horizon 2020），在固廢領域設立了專門的項目，在廢舊材料再生、城市礦產等領域支持了一批研究項目;日本持續推進“循環型社會”發展計劃，重要大宗金屬近100%循環利用，并提出2035年固廢填埋率降低到3%。

總體而言，環境大數據、互聯網、人工智能等新技術都融入了固體廢物資源化利用領域。美國、加拿大等開發了基于物/互聯網技術的園區固體廢物回收和產業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、計量系統以及廢物統計、監測管理等領域進行了應用。

例如，美國蘋果公司開發了手機回收拆解智能機器人Liam和Daisy，十幾秒鐘就可以拆解一部手機;日本松下環保公司研發的機器人，可智能搬運、視頻識別、精準定位、快速拆解智能裝備，實現廢舊家電高效拆解與樹脂金屬精細分離，銅純度可達99%。

此外，美國、歐盟還建立了IWEM、3MRA、EPACMTP、IWAIR等固廢風險評估模型與基礎數據庫，對固體廢物精細化管控提供了支撐。在廢紙、廢塑料、廢金屬等固廢的資源化利用技術方面，發達國家也研發和應用了新的技術工藝，以提高固廢資源化產品的附加值。

廢紙資源化利用

歐美等發達國家已經建立了嚴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。

傳統的廢紙回收主要用于生產再生紙，其處理過程通常包括機械研磨纖維化、脫墨、脫色、漂白、除黏土和膠黏劑等，但再造紙過程會導致纖維流失和紙張強度的損失，再生利用的次數有限，目前國外已有相關技術將廢紙轉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紙中提取的纖維材料、木質纖維、水泥等材料混合，用于生產中密度纖維板。采用廢紙制成的板材隔熱、隔音效果好，價格低廉。

德國的研究人員將廢紙作為刨花板生產的原料，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，注入成型機中成型，其防火性能和熱穩定性能優于一般樹脂材料。

瑞士國家聯邦實驗室和Isofloc公司合作開發了一種由廢紙制成的保溫絕緣材料，可用于制作木結構及木屋配件等材料，其添加劑對人類、動物和環境無害，而且在防火方面具有應用價值。

芬蘭國家技術研究中心開發了一項綜合利用廢棄紙制品和廢棄紡織物的技術，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紙漿模塑制品，廢紙產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。新加坡國立大學工程學院的研究人員將廢紙用于生產氣凝膠，在2016年首次實現將廢紙轉化為綠色纖維素氣凝膠，制備出無毒、輕巧、靈活、高強及防水的產物，可應用到石油泄漏清理、隔熱和包裝等許多領域。

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

廢塑料資源化利用

2018年，聯合國環境規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”塑料垃圾加入進出口限制對象;德國聯邦政府已將減少塑料對環境的污染列入《高科技戰略2025》的重點領域。

廢塑料資源化利用技術主要分為識別分選技術和處理利用技術兩大類。

日常生活消費產生的廢塑料，如各種包裝袋、飲料瓶、薄膜等，需要進行分選、除雜后才能資源化利用，因此塑料的識別和分選技術就非常關鍵，例如水力旋風分選、氣浮分選等。

在歐美國家，靜電分離技術被應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，發達國家還開發了基于光譜技術的廢塑料分選方法。例如，挪威托姆拉公司的AUTOSORT系統、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等設備，采用近紅外光譜技術，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）等廢塑料進行精細化分選，其識別精確度和識別尺寸根據不同公司的算法存在一定的差異。

傳統的廢塑料資源化利用技術是將其重新熔融造粒，用于生產再生塑料材料。針對不同的廢塑料材料，還有等離子氣化法、復合容積增容法、高溫熱解法、流化催化裂化法等技術，都已得到應用。

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

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

荷蘭設計師開發了第二代手工DIY塑料再生設備Precious Plastic。該設備由塑料粉碎機、擠出機、注塑機和旋轉成型機組成，可將廢舊塑料制成新的產品。

日本積水化學工業株式會社開發了“三明治”填充技術，對廢棄塑料進行利用，將廢塑料用作生產物流貨運箱，將高強度和塑性性能優越的塑料作為表層材料，將家庭消費產生的低強度廢塑料用于中間填充材料。

廢塑料的能源轉化技術也是發達國家的研究熱點。例如塑料裂解技術，在無氧或缺氧的環境中，通過高溫加熱，使塑料分子中的碳鏈和碳氫鏈裂化為小分子烴類，得到的產物可分為熱解氣和熱解油。

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

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

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

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也是關鍵。歐美發達國家對廢金屬物料的分選已從單純的依靠傳感器技術發展到逐步融入圖像處理、神經網絡、激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術，其自動分選系統可根據分選任務和條件靈活地進行配置，可以分選出1～2毫米粒徑的廢金屬顆粒，分選的準確率高達95%以上。

例如，芬蘭研究人員提出了一種結合雙能X射線、機器視覺與感應傳感器的廢金屬分選系統，在實驗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注。

例如，比利時優美科集團（UMICORE）將電子廢棄物中的銅、鉛、鎳等送往銅冶煉設施，產生粗鉛、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行處理，其溶解液經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、瑞典等國家圍繞多源金屬熔池熔煉協同利用開展了系統研究，在均質化調控、多相反應及定向分離機制、高毒元素溫和礦化等方面取得了突破性進展，形成了完整的技術體系與成套裝備。

◎ 來源|《環球》雜志