近年來，垃圾分類的推進(jìn)在如火如荼地進(jìn)行。而垃圾分類的下一步，離不開各種細(xì)分垃圾處理技術(shù)的探討。12月20日，在E20環(huán)境平臺、中國城市建設(shè)研究院有限公司聯(lián)合主辦的“2019（第十三屆）固廢戰(zhàn)略論壇”中，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王凱軍和與會嘉賓分享了熱點(diǎn)之后的一些冷思考。

王凱軍

垃圾分類熱潮后，將廚余垃圾分開的城市很多。最近去了一些城市，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在關(guān)于分類后垃圾處理費(fèi)用問題的有許多爭議，使我想起了下面的段子。

一個(gè)老農(nóng)拉著一百斤的蔥進(jìn)城去賣蔥，一元一斤。聰明的城里人跟他說，不如你賣給我蔥白七角一斤，蔥葉三角一斤，加一起也是一元錢。老農(nóng)一聽有道理呀，很快把一百斤的蔥賣出去了。老農(nóng)沒有城里人聰明，一百斤蔥應(yīng)該賣一百塊錢，最后他只賣了58塊錢。

現(xiàn)在的分類也有類似的問題。技術(shù)人員和政府說應(yīng)該分類，但分類以后，廚余每噸處理成本不低于300元，剩下的還需要焚燒。焚燒領(lǐng)域早已實(shí)現(xiàn)了火熱化，最便宜的20元左右每噸就能處理。這么一看，似乎整體垃圾的處理成本上升了。有些城市領(lǐng)導(dǎo)就算不過來賬，認(rèn)為這樣多花了很多錢，錢從哪來？這背后的邏輯不作細(xì)說，涉及資源回收、減排、社會成本等諸多方面。但這個(gè)質(zhì)疑給從事廚余垃圾處理的人帶來一個(gè)問題：是否真的需要這么多錢？有沒有更好的辦法？今天主要分享的內(nèi)容就是在這方面的研究和思考。

垃圾分類相關(guān)產(chǎn)業(yè)都關(guān)注了2016年底12月26日的2016年中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議。會議討論了6件事，其中有3件事與環(huán)保緊密相關(guān)。包括國家能源局關(guān)于推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖，浙江省關(guān)于普遍推行垃圾分類的制度，農(nóng)業(yè)部關(guān)于畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化。習(xí)近平總書記在會議上強(qiáng)調(diào)，要求普遍推行垃圾分類制度，并提出了“三化四分五原則”的總體思路：減量化、資源化、無害化；分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理；法治為基礎(chǔ)、政府推動(dòng)、全民參與、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、因地制宜。

2017年3月，國家發(fā)改委、住建部《生活垃圾分類制度實(shí)施方案》發(fā)布，要求全國46個(gè)城市先行實(shí)施生活垃圾強(qiáng)制分類，2020年底，包括廚余等易腐垃圾的回收利用率達(dá)35%以上。今年4月，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要結(jié)合實(shí)施農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)計(jì)劃和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，進(jìn)一步推廣浙江好的經(jīng)驗(yàn)做法，建設(shè)好生態(tài)宜居的美麗鄉(xiāng)村�？倳�記及部委的持續(xù)關(guān)注，使各個(gè)城市都行動(dòng)起來了。

談到有機(jī)垃圾，自然要談它的最終處理方向是什么。在前一輪發(fā)改委五批示范工程支持下，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，厭氧處理是主要的一項(xiàng)技術(shù)。應(yīng)該可以判斷，我國廚余垃圾今后的技術(shù)方向主導(dǎo)將是厭氧。上述提到的中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議中的重要文件，一個(gè)涉及畜禽養(yǎng)殖，一個(gè)文件涉及到廚余。綜合來看，這對于生物天然氣行業(yè)是重大的利好消息。

簡單來算，每年畜禽養(yǎng)殖的40億方畜禽糞便，產(chǎn)沼氣潛力最少400-1000億方；每人每天的0.4kg廚余，產(chǎn)生0.2方沼氣，全國每年產(chǎn)生1000億沼氣。這是非常大的潛在市場。此外，此前提出的煤改氣，在這幾年實(shí)踐不夠成功，但無疑給了生物天然氣市場提供了很大的空間。未來的生物天然氣市場或?qū)⒌竭_(dá)千億產(chǎn)量的估值。這個(gè)數(shù)據(jù)有重要含義。若將生物天然氣的市場平均定價(jià)定為三塊錢，那么，這個(gè)后端產(chǎn)品的市場，體量與城市污水市場差不多，甚至超過。

在做分類的時(shí)候就必須要考慮后端，后端處理離不開合適的技術(shù)。長期以來，厭氧技術(shù)取得了不小的成果，但是否能夠應(yīng)用到高含固率領(lǐng)域，包括廚余垃圾、餐廚垃圾、畜禽糞便這些有機(jī)垃圾中？實(shí)際上，半個(gè)世紀(jì)以來，厭氧消化除了在池型、材料、攪拌等方面改進(jìn)外。在基本原理和工藝方面沒有取得實(shí)質(zhì)性的突破。這就導(dǎo)致在餐廚垃圾方面的應(yīng)用，最多只能達(dá)到三公斤負(fù)荷，超過三公斤，就會有氨氮抑制等問題。在廚余垃圾領(lǐng)域，也會遇到一系列問題，如反應(yīng)器比較低效，停留時(shí)間會超過30天，難水解，氨氮易酸化，產(chǎn)氣比較低，系統(tǒng)不穩(wěn)定等等。

如何解決？我們研究團(tuán)隊(duì)做了一些工作，今天主要講兩條技術(shù)路線：新型仿生工藝，餐廚與廚余垃圾乙醇化技術(shù)路線。

①新型仿生工藝

技術(shù)突破不了，我們就需要回到原點(diǎn)，看看自然界是怎么降解垃圾。一片樹葉在自然里頭，很容易就被消化了。魯迅名言“牛吃進(jìn)去的是草,擠出來的是奶”描述的是整個(gè)同化作用的高效性。牛的負(fù)荷非常高，大于100 kg/(m3·d)；停留時(shí)間段，少于3天；TS轉(zhuǎn)化率高，非常難處理的秸稈也可達(dá)到60-70%。按照這個(gè)思路，我們來對比瘤胃系統(tǒng)，然后仿照動(dòng)物消化系統(tǒng)的原理來處理廚余垃圾。

與傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器相比，瘤胃系統(tǒng)呈現(xiàn)出幾點(diǎn)不同。在微生物方面，傳統(tǒng)厭氧使用的是厭氧污泥，瘤胃系統(tǒng)使用的是瘤胃微生物；傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器相對恒定pH，分為中溫、高溫、常溫等條件；瘤胃系統(tǒng)則采用動(dòng)態(tài)pH條件（5.5-6.8），剛吃進(jìn)“食料”時(shí)候是中性的，在消化過程中裂變成酸性，溫度保持恒定（39℃）；傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器中產(chǎn)物積累，有抑制作用，是絕對厭氧環(huán)境，有干發(fā)酵、濕發(fā)酵；而瘤胃系統(tǒng)中，產(chǎn)物迅速排除，處于交替微氧環(huán)境，干濕交替條件。根據(jù)這些不同我們開發(fā)的系統(tǒng)效率大大提高，僅僅需要5-6天的停留時(shí)間。

很多業(yè)內(nèi)人士擔(dān)心，廚余垃圾會不會面臨餐廚垃圾一樣的、幾百個(gè)項(xiàng)目上馬但難以運(yùn)行的境地。餐廚垃圾處理項(xiàng)目為什么實(shí)施率低？主要源于餐廚垃圾集中處理存在收運(yùn)困難、運(yùn)營成本高、沼液沼渣處理難、投資周期長、風(fēng)險(xiǎn)大等問題。亟待開發(fā)經(jīng)濟(jì)合理、針對性強(qiáng)的技術(shù)，尋求適合國情的綜合解決方案。

結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)，可以看到，餐廚和廚余垃圾處理面臨一系列問題需要思考：能否采用簡單的預(yù)處理設(shè)備？選擇什么反應(yīng)器解決CSTR厭氧反應(yīng)器低效、不穩(wěn)定、酸化、經(jīng)濟(jì)效益低下等問題？產(chǎn)生量的污泥量超過城市污泥10倍。能否解決好沼渣沼液處理、利用的老問題？處理費(fèi)用高的問題如何解決？現(xiàn)在，一些公司圍繞這些重點(diǎn)已經(jīng)開展了一些工作，包括一些破碎、制漿、壓榨等設(shè)備，在預(yù)處理環(huán)境發(fā)力，并在餐廚垃圾里取得了一定效果。期待后續(xù)的發(fā)展。

②餐廚與廚余垃圾乙醇化技術(shù)路線

餐廚垃圾和廚余垃圾處理，仍然可以吸收仿生角度的研究經(jīng)驗(yàn)。此前，傳統(tǒng)反應(yīng)器采用恒定pH，在5-6之間，需要不斷投加堿度，產(chǎn)物主要是有機(jī)酸。如果不調(diào)控pH，系統(tǒng)pH會降低至4以下，同時(shí)發(fā)現(xiàn)酸化產(chǎn)物中有乙醇產(chǎn)生，但是轉(zhuǎn)化率較低。研究團(tuán)隊(duì)控制不同的pH條件，研究了不同的產(chǎn)物構(gòu)成。同樣，團(tuán)隊(duì)觀察了不同溫度和pH條件下的反應(yīng)情況，進(jìn)行優(yōu)化，以此來確定最優(yōu)反應(yīng)條件。從而確定了優(yōu)化的產(chǎn)乙醇的路徑的廚余垃圾處理技術(shù)路線。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問題，這大大突破了傳統(tǒng)的路線。

事實(shí)上，各行各業(yè)都有這樣路徑依賴的問題。很難想象連世界上最先進(jìn)的航天飛機(jī)的尺寸，都是由兩千年前兩匹戰(zhàn)馬的屁股寬度來決定的。歷史慣性力量是多么的強(qiáng)大，要沖破由慣性形成的規(guī)則又是多么的艱難。在技術(shù)研究過程中，也需要盡可能脫離以往研究的路徑依賴。厭氧的產(chǎn)物是否一定要是甲烷？

在厭氧過程里頭，會產(chǎn)生乙酸、丙酸、乙醇、氫，不同產(chǎn)物的價(jià)格不同。其中，甲烷的價(jià)格相對最低，但甲烷產(chǎn)生的話，需要較長的停留時(shí)間，長達(dá)30天、40天，其中90%的時(shí)間是為了產(chǎn)生甲烷，且有機(jī)負(fù)荷低。

而厭氧產(chǎn)酸過程，停留時(shí)間少于5天，有機(jī)負(fù)荷可以達(dá)到20公斤。酸化以后，提取中間產(chǎn)物，包括乙酸、丙酸，效果都非常好。如果要提取更高價(jià)值產(chǎn)品，也完全可能實(shí)現(xiàn)。如實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生乙醇，蒸餾回收的純度能達(dá)到60%。破除路徑依賴，技術(shù)問題在不同的需求條件下或許有著不一樣的答案。