固体废弃物生物质清洁利用技术分析研究

2011-02-16王海勇南开大学环境科学与工程学院天津300071

资源节约与环保 2011年4期

王海勇 (南开大学环境科学与工程学院天津300071)

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，是一种可再生性资源，每年植物通过光合作用生成的生物质达1000～2000亿t，其中主要成分是木质素纤维素类物质。目前，这部分资源没有得到充分利用，甚至白白浪费掉了，同时还造成了环境污染。

1 中国生物质资源简况

中国生物质能资源数量大、品种多，适合于能源利用的主要有五类：秸、高粱秸、稻草、豆秸和棉秆等），以及农产品加工过程中产生的麦壳、稻壳等。中国农作物秸秆产量每年近7亿吨，而农业加工业的废弃物则高达8 000多万吨。当前主要用途主要用途有五个:造肥还田、饲料、工业原料、薪柴、露地焚烧。（2）畜禽养殖业产生的粪便、垫草。根据2008年中国生猪、鸡和牛的存栏量计算，全国主要畜禽的粪便排放量为14.7亿t。（3）森林抚育和间伐作业中的零散木材、树枝、树叶、木屑，林业副产品的废弃物木材加工中产生的锯末、木屑、枝丫等边角料。据不完全统计，中国每年可以从林木采伐和木材加工过程中获得约1.25亿t的剩余物。（4）城镇居民生活污水和酒精、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业产生的工业有机废水。经过对国家统计年鉴和20多个主要工业行业公开发表的数据进行调查和统计可知，中国主要工业企业每年排放的有机废水约为8.5亿t，废渣约为2 500万t。（5）居民生活垃圾、商业、服务业垃圾等固体废弃物。据有关专家分析，2008年中国城市垃圾清运量近2亿t，考虑目前城市垃圾的收集率不到50%左右，其作为生物质能转化的资源可获得量则为1亿t。

2 生物质利用技术

固体废弃物目前的处理方式主要有填埋、焚烧、生化处理。填埋方式和焚烧技术都未能充分利用固体废弃物中的生物质能源，还造成了资源和能源的浪费。目前国内外对废弃物中生物质的再利用都进行了深入的研究和产业化。对生物质的利用方式主要有：饲料、肥料、工业原料、沼气、燃料。

2.1 饲料

饲料主要针对农作物的秸秆、餐厨垃圾以及产业废弃物等具有大量营养成分的生物质。将对这些生物质的加工为饲料，可以利用其中的营养成分，并缓解玉米等粮食作物的压力。

我国是农业大国，每年的秸秆产量有7亿吨，通过物理加工(切断、粉碎、浸泡、蒸煮、辐照、膨化、热喷、颗粒化等)、化学加工(碱化、酸化、碱加酸化、氨化、氧化)和生物加工(青贮、黄贮、发酵、酶解等)等手段处理后，提高作物秸秆适口性和营养价值。目前秸秆饲料广泛用于反刍动物的饲养中。这种方法不但降低了饲料成本，而且通过动物过腹还田，提供了优质有机肥料。但是由于秸秆中粗纤维含量较高，不利于单胃动物的吸收；而且秸秆单位体积容量小，无法作为商品运输；农牧业生产率低，先进的加工技术成本高，产品价格很难被普遍接受。

2.2 堆肥肥料

堆肥肥料就是将有机废物经过堆肥化处理后制得的腐殖质复合物。根据微生物生长的环境将堆肥化分为好氧堆肥和厌氧堆肥。现阶段堆肥化已经形成了各种完善的工艺系统和成套设备,堆肥产品也已基本能达到园林、绿化、农业使用的标准要求。好氧堆肥是指在有氧条件下进行，优点是发酵周期短、臭气发生少、堆肥品质好，缺点是设备要求高、运行能耗大、投资大、管理复杂。厌氧堆肥是指在厌氧条件下进行，优点是投资运行成本低、普适性强，缺点是发酵周期长、堆肥质量低、肥效差。堆肥化技术广泛应用于庭院垃圾、有机生物垃圾、有机剩余污泥和农业废物等废物处理。

2.3 工业原料

将废弃物作为工业原料有两种方式。一种是利用目前高度发达的切割、粘接以及组装等机械加工技术，将农业残留物和建材废料作为原料进行加工。已被实用化的实例有建筑复合材料、填充料、纤维素纤维、各种板材、再生纤维等[11]。另一种是将玉米秆、玉米芯、稻糠、玉米淀粉渣、甘蔗渣等作为原料，进一步水解来生产糖类、糠醛、草酸、木质素系列材料或者纤维素系列高分子等多种工业原料[12]。但是由于农业残留物具有季节性，因此作为原料利用受到季节和农作物生物的限制。

2.4 沼气技术

沼气是有机物在厌氧条件下经微生物分解产生的一种可燃气体。沼气技术已广泛用于农业、工业以及人类生活中的各种有机废弃物。但是在产生沼气的同时，也要对沼渣和沼液进行再利用，否则造成二次污染。沼渣、沼液可以直接作为肥料或者固液分离制成商业肥料。但是直接施肥有季节性，不能保证连续的后处理；直接制成商业肥料需要对液体进行再处理，浪费资源。

2.5 燃烧

直接燃烧生物质获取能量是目前最普遍的生物质能利用法，但如何提高利用效率仍是当前技术开发的课题之一。上世纪80年代我国推广了省柴灶，提高炉灶的能源利用效率。通过对生物质进行压缩成型技术可以将原来松散、细碎、无定形的生物质原料压缩成棒状、粒状、块状等各种成型燃料，增加了燃料密度和强度，改善燃烧特性[13]。