戴曉虎教授:有機固廢全鏈條減污降碳安全資源化技術(shù)創(chuàng)新思考
01固廢資源化專項的成立和特點
我國固體廢棄物產(chǎn)量大、種類多,安全無害化及資源化處置水平低,存在較高的環(huán)境污染風險;诖耍瑖野l(fā)展和改革委員會、教育部、工業(yè)和信息化部、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運輸部、中國科學院、中國工程院、各地方科技廳及協(xié)會共同制定了固廢資源化重點專項。并設(shè)定了以下目標:面向國家生態(tài)文明建設(shè)與保障資源安全供給的戰(zhàn)略需求,聚焦工業(yè)固廢、生活垃圾、再生資源三類典型固廢,圍繞源頭減量-智能分類-高效轉(zhuǎn)化-清潔利用-精深加工-精準管控全技術(shù)鏈條,解決兩大科學問題,突破六大關(guān)鍵技術(shù),形成四大類重點區(qū)域系統(tǒng)解決方案,從而引領(lǐng)、提升我國固廢資源化科技支撐與保障能力。
固廢資源化重點研發(fā)專項的國撥經(jīng)費總計22億,執(zhí)行期為2018年-2022年。該專項發(fā)布后,行業(yè)內(nèi)企業(yè)積極響應(yīng),參與度高。
02有機板塊相關(guān)進展
1有機固廢領(lǐng)域概述
有機固廢種類繁多,具有污染屬性和資源屬性,是多重復雜體系。被稱為“固廢”,指的是其污染屬性,全國有機固廢的產(chǎn)量為60-100億噸/年,存量達200億噸,來源包括生活源、農(nóng)業(yè)源和工業(yè)源,整體來說具有高含水、易腐的特征。在資源屬性方面,有機固廢無害化處理過程中的資源化技術(shù)手段相當復雜,亟待技術(shù)創(chuàng)新。而厭氧消化產(chǎn)沼氣,是無害化過程中的一個重要環(huán)節(jié)。
2有機板塊項目部署
基于此,我國從“十二五”時期到“十四五”時期,以資源化、無害化為核心目標,設(shè)定系列專項,不斷投入以攻克技術(shù)難題。“十二五”時期的《廢物資源化科技工程“十二五”專項規(guī)劃》,是以需求牽引;“十三五”時期的“固廢資源化”重點研發(fā)計劃,是相對更為集中的問題導向規(guī)劃;“十四五”時期的“循環(huán)經(jīng)濟關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點專項,目前還在貫徹執(zhí)行中。截至2023年10月,一系列項目已經(jīng)完成招投標,總體來說,這些部署在行業(yè)內(nèi)引起了高熱度、高參與度,極大推動了我國有機固廢技術(shù)創(chuàng)新水平提升。通過以上專項,初步形成了有機固廢資源化理論和技術(shù)體系,為我國從“有機固廢大國”向“有機固廢強國”的轉(zhuǎn)變奠定了科技基礎(chǔ)。
3有機板塊進展與成效
通過系列部署,在京津冀、長三角、珠三角等典型城市區(qū)域開展技術(shù)集成與示范,取得了一批區(qū)域示范成果。以下列舉了幾個選自“十三五”專項所凝練的成果。
垃圾智能分選收運,針對垃圾分選效率低、收運智能化水平低、全鏈條管理不健全的問題,開發(fā)了分選-清潔收運-原位減量-污染控制-協(xié)同資源化全鏈條集成技術(shù),在上海、深圳、北京、南通、張家港等開展綜合示范。多源有機固廢高參數(shù)清潔焚燒技術(shù),開發(fā)了大規(guī)模焚燒設(shè)備,解決了大容量超低排放高效清潔焚燒技術(shù)集成難題,并已成功示范應(yīng)用。有機固廢高效厭氧生物轉(zhuǎn)化技術(shù),是針對城鄉(xiāng)有機固廢、提升有機固廢厭氧生物轉(zhuǎn)化效率的技術(shù),形成了有機固廢生物轉(zhuǎn)化功能菌群及其代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的技術(shù)方法,開發(fā)了功能菌群及功能材料,提升了厭氧轉(zhuǎn)化的效率。有機固廢高效好氧生物轉(zhuǎn)化技術(shù),針對好氧基礎(chǔ)理論研究、高溫菌群培養(yǎng)、工藝優(yōu)化調(diào)控、工程技術(shù)應(yīng)用,取得了系列成果,形成有機固廢好樣生物轉(zhuǎn)化定向調(diào)控關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)了不同環(huán)境條件下有機固廢高效好氧生物腐質(zhì)化。有機固廢高值定向轉(zhuǎn)化技術(shù),包括低能耗高值生物轉(zhuǎn)化與綜合利用新技術(shù)和開發(fā)的多元高值化生物基產(chǎn)品,為實現(xiàn)秸稈、餐廚垃圾的高值化利用提供了技術(shù)支撐。有機固廢高效氣化技術(shù),針對惰性有機固廢,提出“氣化+甲醇、制氫X”思路,開發(fā)了有機固廢蓄熱式氣化-焚燒、多元料漿氣化-熔融、移動床氣化熱電/熱炭等新技術(shù),并實現(xiàn)產(chǎn)品深度利用,而通過熱化學處理、氣化,進而制氫氣,包括厭氧消化產(chǎn)生的甲烷如何制氫氣及其他化學品,則是以后要研究的方向。有機固廢園區(qū)化協(xié)同處置技術(shù),針對園區(qū)有機固廢,探索規(guī);瘏f(xié)同處置模式,提高了工程效益,目前已在12地推廣應(yīng)用、支撐6項地方文件和12項國家政策制定。
03有機固廢創(chuàng)新研究的思考
1指導方針已轉(zhuǎn)變——“從重點整治到系統(tǒng)治理”、“從實踐探索到科學理論指導”的轉(zhuǎn)變
在2023年7月17日-18日第九屆全國生態(tài)環(huán)境保護大會上,習近平總書記提出了要實現(xiàn)四個重大轉(zhuǎn)變,其中兩個轉(zhuǎn)變是需要我們在從事有機固廢創(chuàng)新技術(shù)時特別學習:第一個是從重點整治到系統(tǒng)治理,也就是必須要全鏈條考慮,過去可能更多從無害化角度尋求技術(shù)突破,未來則需要結(jié)合商業(yè)模式等從系統(tǒng)角度進行創(chuàng)新;第二個是從實踐探索到科學理論指導,要加強科技基礎(chǔ)理論創(chuàng)新,包括原理等理論方面的研究,期望在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上,實現(xiàn)新技術(shù)、新原理、新方法的突破。
2創(chuàng)新理念已轉(zhuǎn)變——由“污染防治單一目標”向“綠色-低碳-健康多目標協(xié)同治理”轉(zhuǎn)變
通過低碳綠色的處置技術(shù),實現(xiàn)綠色發(fā)展、生態(tài)健康、安全低碳等多目標,這將是在未來技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新時要考慮的一個重要因素。
由“污染物-無害化單向過程”向“污染物-資源化循環(huán)過程”理念的轉(zhuǎn)變
過去多年的環(huán)境治理核心是污染控制,有機固廢處置以無害化為目標,F(xiàn)在面臨生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展、降碳減污、綠色發(fā)展的發(fā)展趨勢,未來有機固廢處置技術(shù)不能只關(guān)注無害化,而是以無害化為目標,充分考慮資源化的手段,實現(xiàn)污染物-資源化循環(huán)過程。
3雙碳目標推進創(chuàng)新——有機固廢“減污-降碳-安全-資源化”全鏈條協(xié)同推進
在雙碳目標下,未來有機固廢處置技術(shù)路線的技術(shù)創(chuàng)新,應(yīng)按照減污-降碳-安全-資源化全鏈條協(xié)同推進,即減少污染物、降低碳排放、保障安全包含新型污染物去除、資源化利用都要兼顧。
同樣十分重要的一點,未來技術(shù)研發(fā)方向,除了考慮污染物控制外,還需考慮碳減排達標,特別是易腐有機固廢如果得不到妥善處理處置,碳排放會很高,因此需要從碳-污雙指標約束來驅(qū)動新技術(shù)的創(chuàng)新。
4創(chuàng)新管理升級進化
■ 有機固廢的全鏈條閉環(huán)綜合整治-技術(shù)+管理
過去一直強調(diào)技術(shù)層面的全鏈條,在管理層面的全鏈條其實同樣重要,特別是商業(yè)模式和收費機制。固廢本質(zhì)上是污染物,為了保證城鄉(xiāng)健康發(fā)展,污染物的去除需要設(shè)置一個合理的收費機制,在這個基礎(chǔ)上才有能夠?qū)崿F(xiàn)最大化資源化。僅關(guān)注固廢是資源,反而使一些工程項目很難落地和可持續(xù)發(fā)展。國內(nèi)外在垃圾處理費用、秸稈沼氣補助、對無害化和資源化關(guān)系的認識方面都存在很大差距。未來應(yīng)該要實現(xiàn)技術(shù)層面全鏈條和管理層面全鏈條。
■ 新一輪科技革命催生新型研究范式
目前,多學科交叉融合是科技創(chuàng)新的重要方式,特別是生物學、材料學、信息學,為有機固廢技術(shù)創(chuàng)新提供了很好的機遇。此外,貫徹產(chǎn)學研深度融合的創(chuàng)新模式,進行全鏈條創(chuàng)新,推動科技成果“從書架到貨架”發(fā)展。
5有機固廢領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展方向
有機固廢領(lǐng)域生物技術(shù)發(fā)展方向,包括厭氧消化技術(shù)效率提升方面如高含固/協(xié)同、DIET、等電點等方面的技術(shù)創(chuàng)新,有機固廢氮磷資源的高效回收,環(huán)境友好型高效固液分離技術(shù)方法等,都是未來值得期待的方向;在熱化學處理方面,熱解氣化制氫、焚燒發(fā)電、電解水制氫技術(shù)、催化熱解與定向轉(zhuǎn)化技術(shù),主控、高參數(shù)清潔焚燒等,都是未來熱門的技術(shù)方向。
04結(jié)語
總體來看,我國有機固廢產(chǎn)量大、多介質(zhì)、成分復雜,具有污染與資源雙重屬性,傳統(tǒng)處理處置技術(shù)存在轉(zhuǎn)化效率低、資源化利用不足的問題。新形勢下,隨著有機固廢處理目標和理念發(fā)生根本性改變,城鄉(xiāng)有機固廢全鏈條減污降碳安全資源化是未來發(fā)展方向,無害化是根本、資源化是手段、合理的費用機制可以保障行業(yè)健康發(fā)展?萍紕(chuàng)新是有機固廢處理實現(xiàn)減污降碳、協(xié)同增效、滿足未來碳-污雙指標的關(guān)鍵核心要素。未來,在新一輪科技革命的推動下,研究范式、產(chǎn)學研深度融合新形勢下,相信我國有機固廢處理一定會取得突破與發(fā)展,走在世界前列。