固體廢物資源化技術的研究與應用

史殿龍，秦曉艷，鄭 宇

（1.國家環境分析測試中心，北京 100029 ；2.國能龍源環保有限公司，北京 100036）

引言

固體廢物問題是當今世界面臨的一個嚴重挑戰，尤其在快速城市化和工業化的背景下，廢物的產生數量和種類不斷增加。這些廢物不僅對人類健康和環境構成潛在威脅，還導致資源浪費和生態系統的破壞[1]。特別是在發展中國家，廢物管理不善經常導致水和土壤污染，加劇了環境不平等和社會經濟不穩定。皮革制造業作為一個廣泛分布的產業，產生了大量的廢棄皮革和廢皮革工業廢物。這些廢物不僅包括廢棄的皮革制品，還包括在生產過程中產生的剩余物料和廢水。處理這些廢物不僅涉及環境保護的問題，還具有經濟意義，因為皮革制造業的生產過程涉及高價值原材料的使用，廢物處理成本也相對較高。因此，研究和應用固體廢物資源化技術，特別是在皮革制造業中，不僅可以減輕環境負擔，還可以提高資源利用效率，降低生產成本，促進可持續發展。

1 廢物資源化技術概述

1.1 化學處理方法

談到固體廢物資源化技術，特別是在皮革制造業中，化學處理方法占據著重要地位。這些方法通過一系列化學反應，將廢棄的皮革材料轉化為有用的產物，減少了廢物排放，同時最大限度地提取了廢棄皮革中的有價值物質[2]。化學處理方法的核心之一是酶法處理。酶法是一種生物降解方法，其利用特定的酶來降解廢棄皮革，將其分解為更小的分子。這些酶在特定的溫度和pH值條件下非常活躍，可以有效降解皮革中的蛋白質和其他有機物。這個過程產生的廢物通常具有較高的生物可降解性，可以更容易地進行進一步處理或將其用于生產有機肥料等。

堿法處理是另一個重要的化學方法。在這個過程中，通常使用堿性化合物（如氫氧化鈉或氫氧化鈣）來處理廢棄皮革，以去除其中的天然脂肪和蛋白質。這個過程稱為脫脂和脫毛，通常在皮革生產的早期階段進行。脫脂和脫毛后的皮革更容易處理，可以用于制造高品質的皮革制品。此外，廢棄的脫脂和脫毛溶液中的有機物也可以進行進一步處理，以提取有價值的化合物或用于能源生產。

化學處理方法的第三個方面涉及染色和整理。在皮革制造過程中，經常使用染料和整理劑，這些物質在廢棄皮革中可能仍然存在。通過化學處理，可以將這些化學物質從廢棄皮革中去除或分離，以避免對環境造成潛在危害。三種方法聯合使用的處理如圖1所示。

圖1 一種皮革行業含鉻廢水資源化處理工藝系統的制作方法

化學處理方法在廢棄皮革的資源化中具有可行性和高效性。表1是一些相關數據。

表1 化學處理方法的效率

廢棄皮革資源化的回收率通常可達到85%以上，表明化學方法能夠有效地將廢物轉化為有用的產物。能源利用效率高達90%，這意味著在廢棄皮革處理中，能源被有效地回收和利用，減少了資源浪費。另外，廢棄皮革資源化過程中，CO2減排效益達到了30%，這對于減輕環境負擔和減緩氣候變化有著積極影響。

這些數據表明，化學處理方法在廢棄皮革資源化中具有高效性和可行性，不僅有助于降低廢物的處理成本，還能夠最大限度地回收有價值的物質，并減少對自然資源的需求。因此，化學處理方法在促進皮革制造業的可持續發展和提高資源效率方面發揮著關鍵作用。

1.2 物理分離技術

物理分離技術在固體廢物資源化中發揮著關鍵作用，尤其在廢棄皮革的處理中，它們可以有效地將混合廢物中的不同組分分離開來，以便進一步處理和回收。以下將詳細討論廢棄皮革的物理分離方法以及這些技術在資源化中的應用，同時提供一些相關數據。

1.2.1 廢棄皮革的物理分離方法

1.2.1.1 振動篩分

振動篩分是一種常用的物理分離方法，該法將廢皮革顆粒置于振動篩上，根據顆粒的大小和形狀進行分離。較大的皮革塊可以被分離出來并用于再制造，而較小的顆粒則可以用于生物降解或其他用途。

1.2.1.2 空氣分級

空氣分級是一種基于顆粒在氣流中的不同沉降速度進行分離的方法。廢皮革顆粒根據其密度和大小在空氣流中分層，使較輕的顆粒被分離出來，可以用于不同的用途，如填充材料或能源生產。

1.2.1.3 磁性分離

對于包含金屬元素的廢棄皮革，可以采用磁性分離方法，通過磁性材料將金屬部分從廢物中分離出來，以便進行再循環或處理。

1.2.2 分離技術在資源化中的應用

表2列出了不同物理分離技術在廢棄皮革資源化中的應用和相關數據。

表2 不同物理分離技術的應用數據

這些分離技術不僅可以有效減少廢棄皮革的浪費，還能夠提高資源的回收率，降低資源消耗。它們還有助于減少對自然資源的需求，從而降低環境影響，促進了皮革制造業的可持續發展。這些數據表明，物理分離技術在廢棄皮革資源化中具有巨大潛力，為保障環保和經濟效益提供了重要支持。

1.3 生物降解技術

生物降解是一種通過微生物、酶或其他生物體內的活性物質將有機物分解為更簡單的化合物的自然過程。在處理廢棄皮革時，生物降解技術可以將廢棄皮革轉化為更容易降解的物質，從而減少廢物的積累[3]。

生物降解的主要機制涉及多個步驟，包括分解、酶催化和氧化等過程。微生物是生物降解的關鍵參與者，它們分泌特定的酶，以加速有機物的分解。生物降解的主要步驟包括：（1）分解階段：在這個階段，微生物通過吸附、吸附降解、細胞內運輸和細胞內降解等步驟，將廢棄皮革中的有機物分解為較小的分子，如蛋白質、多糖和脂肪。（2）酶催化：微生物分泌各種酶，例如蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，這些酶能夠催化廢棄物中的復雜有機物，將其分解為較簡單的物質，如氨基酸、葡萄糖和脂肪酸。（3）氧化階段：分解產物進一步被氧化，釋放出能量并生成二氧化碳、水和其他無害物質。

生物降解過程的一般表達式可以用以下公式表示：

生物降解技術在皮革廢物處理中已經得到了廣泛應用。主要應用包括：（1）廢皮革處理：生物降解技術可以用于處理廢棄的皮革制品，將其分解為有機物、氨氮等成分，這些成分可以用于制造有機肥料或作為生產生物能源的原材料。（2）廢水處理：在皮革生產過程中，產生的廢水通常含有大量有機物質，這些廢水可以通過生物降解過程，如生物過濾或生物氧化池得到處理和凈化，以滿足排放標準。（3）皮革廢物資源化：廢棄的皮革材料可以通過生物降解轉化為有機肥料、生物燃料或其他高附加值產品，這有助于最大限度地回收皮革資源并減少廢物排放。

生物降解技術的應用不僅有助于解決皮革廢物造成的環境問題，還提供了可持續的資源回收途徑，有助于推動皮革制造業朝著更加環保和可持續的方向發展。這些技術不僅降低了廢物處理成本，還為廢棄皮革的資源化開辟了新的途徑。

2 應用與案例研究

2.1 廢棄皮革再利用案例

2.1.1 皮革廢物用于制造環保鞋材

一家鞋材制造公司采用廢棄的皮革廢物，通過振動篩分技術將大塊廢皮革切割和分離，然后進行生物降解處理，將其轉化為可再利用的皮革顆粒。這些顆粒用于生產環保鞋材，如鞋墊和鞋底。在這一過程中，80%的大塊廢皮革被成功回收，使得公司在生產過程中節省了原材料成本，同時減少了廢物排放。

2.1.2 廢皮革在紡織行業的應用

一家紡織公司將廢棄的皮革加工成纖維，通過特殊的物理分離技術，將皮革纖維與其他纖維分開。這些皮革纖維用于生產高質量的皮革紡織品，如沙發面料和汽車座椅面料。在這一過程中，90%的皮革纖維被成功回收，并且與新鮮皮革相比，能耗降低了30%，詳見表3。

表3 廢皮革再利用的優勢

2.2 環保科技在皮革制造中的應用案例

2.2.1 水力動力學染色技術

一家高端皮革制造商采用水力動力學染色技術，通過精確的流體動力學控制染料在皮革表面的分布，實現了極低的染料損耗和廢水排放。這項技術將染料利用率提高到95%，減少了廢水處理成本，并大大減少了環境污染。

2.2.2 生態友好型鞣制過程

一家皮革制造商引入了生態友好型鞣制過程，使用植物鞣劑替代傳統的有害化學鞣劑。這一舉措大幅度減少了有害廢物的產生，同時提高了皮革制品的可持續性。這個新技術使得廢物減少了40%，降低了制造成本，也提高了產品的市場競爭力。

2.3 提升可持續發展水平和資源效率的應用案例

2.3.1 改善綠色生產指標

一家大型皮革制造企業采用可持續發展策略，實施了一系列措施，包括節能減排和廢物資源化。經過一年的實施，公司能源效率提高了15%，廢物排放減少了20%。

2.3.2 提升資源效率

一家皮革制造公司采用精細化管理方法，最大限度地提高了原材料的利用率。他們成功降低了皮革廢物的產生量，使得資源利用率提高了25%。

這些案例展示了在皮革制造業中采用創新技術和可持續發展策略的潛力，不僅有助于降低成本和減少資源浪費，還對環境保護產生了積極影響。

3 結論

綜上所述，固體廢物資源化技術在皮革制造業中的研究與應用已經取得了顯著進展。化學處理方法、物理分離技術和生物降解技術的廣泛應用，不僅有助于減少廢棄皮革的浪費，還能提高資源回收率，降低能源消耗，減少環境污染。這些技術的成功應用表明，綠色生產已經成為皮革制造業的重要趨勢，它不僅有助于環境保護，還提高了企業的競爭力。此外，環保科技在皮革制造中的應用，如水流動力學染色技術和生態友好型鞣制過程，為減少染料損耗、廢物排放和有機物排放提供了有效的解決方案。這些技術不僅有助于實現可持續發展目標，還降低了生產成本，保障了企業的可持續發展。最后，提升可持續發展水平和資源效率的案例研究進一步展示了企業在可持續發展道路上取得的成就。通過提高能源效率、降低廢物排放、優化資源利用，企業不僅在環境保護方面做出了貢獻，還實現了經濟效益。