固体废物资源化技术的研究与应用

史殿龙，秦晓艳，郑 宇

（1.国家环境分析测试中心，北京 100029 ；2.国能龙源环保有限公司，北京 100036）

引言

固体废物问题是当今世界面临的一个严重挑战，尤其在快速城市化和工业化的背景下，废物的产生数量和种类不断增加。这些废物不仅对人类健康和环境构成潜在威胁，还导致资源浪费和生态系统的破坏[1]。特别是在发展中国家，废物管理不善经常导致水和土壤污染，加剧了环境不平等和社会经济不稳定。皮革制造业作为一个广泛分布的产业，产生了大量的废弃皮革和废皮革工业废物。这些废物不仅包括废弃的皮革制品，还包括在生产过程中产生的剩余物料和废水。处理这些废物不仅涉及环境保护的问题，还具有经济意义，因为皮革制造业的生产过程涉及高价值原材料的使用，废物处理成本也相对较高。因此，研究和应用固体废物资源化技术，特别是在皮革制造业中，不仅可以减轻环境负担，还可以提高资源利用效率，降低生产成本，促进可持续发展。

1 废物资源化技术概述

1.1 化学处理方法

谈到固体废物资源化技术，特别是在皮革制造业中，化学处理方法占据着重要地位。这些方法通过一系列化学反应，将废弃的皮革材料转化为有用的产物，减少了废物排放，同时最大限度地提取了废弃皮革中的有价值物质[2]。化学处理方法的核心之一是酶法处理。酶法是一种生物降解方法，其利用特定的酶来降解废弃皮革，将其分解为更小的分子。这些酶在特定的温度和pH值条件下非常活跃，可以有效降解皮革中的蛋白质和其他有机物。这个过程产生的废物通常具有较高的生物可降解性，可以更容易地进行进一步处理或将其用于生产有机肥料等。

碱法处理是另一个重要的化学方法。在这个过程中，通常使用碱性化合物（如氢氧化钠或氢氧化钙）来处理废弃皮革，以去除其中的天然脂肪和蛋白质。这个过程称为脱脂和脱毛，通常在皮革生产的早期阶段进行。脱脂和脱毛后的皮革更容易处理，可以用于制造高品质的皮革制品。此外，废弃的脱脂和脱毛溶液中的有机物也可以进行进一步处理，以提取有价值的化合物或用于能源生产。

化学处理方法的第三个方面涉及染色和整理。在皮革制造过程中，经常使用染料和整理剂，这些物质在废弃皮革中可能仍然存在。通过化学处理，可以将这些化学物质从废弃皮革中去除或分离，以避免对环境造成潜在危害。三种方法联合使用的处理如图1所示。

图1 一种皮革行业含铬废水资源化处理工艺系统的制作方法

化学处理方法在废弃皮革的资源化中具有可行性和高效性。表1是一些相关数据。

表1 化学处理方法的效率

废弃皮革资源化的回收率通常可达到85%以上，表明化学方法能够有效地将废物转化为有用的产物。能源利用效率高达90%，这意味着在废弃皮革处理中，能源被有效地回收和利用，减少了资源浪费。另外，废弃皮革资源化过程中，CO2减排效益达到了30%，这对于减轻环境负担和减缓气候变化有着积极影响。

这些数据表明，化学处理方法在废弃皮革资源化中具有高效性和可行性，不仅有助于降低废物的处理成本，还能够最大限度地回收有价值的物质，并减少对自然资源的需求。因此，化学处理方法在促进皮革制造业的可持续发展和提高资源效率方面发挥着关键作用。

1.2 物理分离技术

物理分离技术在固体废物资源化中发挥着关键作用，尤其在废弃皮革的处理中，它们可以有效地将混合废物中的不同组分分离开来，以便进一步处理和回收。以下将详细讨论废弃皮革的物理分离方法以及这些技术在资源化中的应用，同时提供一些相关数据。

1.2.1 废弃皮革的物理分离方法

1.2.1.1 振动筛分

振动筛分是一种常用的物理分离方法，该法将废皮革颗粒置于振动筛上，根据颗粒的大小和形状进行分离。较大的皮革块可以被分离出来并用于再制造，而较小的颗粒则可以用于生物降解或其他用途。

1.2.1.2 空气分级

空气分级是一种基于颗粒在气流中的不同沉降速度进行分离的方法。废皮革颗粒根据其密度和大小在空气流中分层，使较轻的颗粒被分离出来，可以用于不同的用途，如填充材料或能源生产。

1.2.1.3 磁性分离

对于包含金属元素的废弃皮革，可以采用磁性分离方法，通过磁性材料将金属部分从废物中分离出来，以便进行再循环或处理。

1.2.2 分离技术在资源化中的应用

表2列出了不同物理分离技术在废弃皮革资源化中的应用和相关数据。

表2 不同物理分离技术的应用数据

这些分离技术不仅可以有效减少废弃皮革的浪费，还能够提高资源的回收率，降低资源消耗。它们还有助于减少对自然资源的需求，从而降低环境影响，促进了皮革制造业的可持续发展。这些数据表明，物理分离技术在废弃皮革资源化中具有巨大潜力，为保障环保和经济效益提供了重要支持。

1.3 生物降解技术

生物降解是一种通过微生物、酶或其他生物体内的活性物质将有机物分解为更简单的化合物的自然过程。在处理废弃皮革时，生物降解技术可以将废弃皮革转化为更容易降解的物质，从而减少废物的积累[3]。

生物降解的主要机制涉及多个步骤，包括分解、酶催化和氧化等过程。微生物是生物降解的关键参与者，它们分泌特定的酶，以加速有机物的分解。生物降解的主要步骤包括：（1）分解阶段：在这个阶段，微生物通过吸附、吸附降解、细胞内运输和细胞内降解等步骤，将废弃皮革中的有机物分解为较小的分子，如蛋白质、多糖和脂肪。（2）酶催化：微生物分泌各种酶，例如蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，这些酶能够催化废弃物中的复杂有机物，将其分解为较简单的物质，如氨基酸、葡萄糖和脂肪酸。（3）氧化阶段：分解产物进一步被氧化，释放出能量并生成二氧化碳、水和其他无害物质。

生物降解过程的一般表达式可以用以下公式表示：

生物降解技术在皮革废物处理中已经得到了广泛应用。主要应用包括：（1）废皮革处理：生物降解技术可以用于处理废弃的皮革制品，将其分解为有机物、氨氮等成分，这些成分可以用于制造有机肥料或作为生产生物能源的原材料。（2）废水处理：在皮革生产过程中，产生的废水通常含有大量有机物质，这些废水可以通过生物降解过程，如生物过滤或生物氧化池得到处理和净化，以满足排放标准。（3）皮革废物资源化：废弃的皮革材料可以通过生物降解转化为有机肥料、生物燃料或其他高附加值产品，这有助于最大限度地回收皮革资源并减少废物排放。

生物降解技术的应用不仅有助于解决皮革废物造成的环境问题，还提供了可持续的资源回收途径，有助于推动皮革制造业朝着更加环保和可持续的方向发展。这些技术不仅降低了废物处理成本，还为废弃皮革的资源化开辟了新的途径。

2 应用与案例研究

2.1 废弃皮革再利用案例

2.1.1 皮革废物用于制造环保鞋材

一家鞋材制造公司采用废弃的皮革废物，通过振动筛分技术将大块废皮革切割和分离，然后进行生物降解处理，将其转化为可再利用的皮革颗粒。这些颗粒用于生产环保鞋材，如鞋垫和鞋底。在这一过程中，80%的大块废皮革被成功回收，使得公司在生产过程中节省了原材料成本，同时减少了废物排放。

2.1.2 废皮革在纺织行业的应用

一家纺织公司将废弃的皮革加工成纤维，通过特殊的物理分离技术，将皮革纤维与其他纤维分开。这些皮革纤维用于生产高质量的皮革纺织品，如沙发面料和汽车座椅面料。在这一过程中，90%的皮革纤维被成功回收，并且与新鲜皮革相比，能耗降低了30%，详见表3。

表3 废皮革再利用的优势

2.2 环保科技在皮革制造中的应用案例

2.2.1 水力动力学染色技术

一家高端皮革制造商采用水力动力学染色技术，通过精确的流体动力学控制染料在皮革表面的分布，实现了极低的染料损耗和废水排放。这项技术将染料利用率提高到95%，减少了废水处理成本，并大大减少了环境污染。

2.2.2 生态友好型鞣制过程

一家皮革制造商引入了生态友好型鞣制过程，使用植物鞣剂替代传统的有害化学鞣剂。这一举措大幅度减少了有害废物的产生，同时提高了皮革制品的可持续性。这个新技术使得废物减少了40%，降低了制造成本，也提高了产品的市场竞争力。

2.3 提升可持续发展水平和资源效率的应用案例

2.3.1 改善绿色生产指标

一家大型皮革制造企业采用可持续发展策略，实施了一系列措施，包括节能减排和废物资源化。经过一年的实施，公司能源效率提高了15%，废物排放减少了20%。

2.3.2 提升资源效率

一家皮革制造公司采用精细化管理方法，最大限度地提高了原材料的利用率。他们成功降低了皮革废物的产生量，使得资源利用率提高了25%。

这些案例展示了在皮革制造业中采用创新技术和可持续发展策略的潜力，不仅有助于降低成本和减少资源浪费，还对环境保护产生了积极影响。

3 结论

综上所述，固体废物资源化技术在皮革制造业中的研究与应用已经取得了显著进展。化学处理方法、物理分离技术和生物降解技术的广泛应用，不仅有助于减少废弃皮革的浪费，还能提高资源回收率，降低能源消耗，减少环境污染。这些技术的成功应用表明，绿色生产已经成为皮革制造业的重要趋势，它不仅有助于环境保护，还提高了企业的竞争力。此外，环保科技在皮革制造中的应用，如水流动力学染色技术和生态友好型鞣制过程，为减少染料损耗、废物排放和有机物排放提供了有效的解决方案。这些技术不仅有助于实现可持续发展目标，还降低了生产成本，保障了企业的可持续发展。最后，提升可持续发展水平和资源效率的案例研究进一步展示了企业在可持续发展道路上取得的成就。通过提高能源效率、降低废物排放、优化资源利用，企业不仅在环境保护方面做出了贡献，还实现了经济效益。