上海交通大學(xué)水熱資源化技術(shù)處置濕垃圾工業(yè)化試驗成功
首套水熱資源化濕垃圾技術(shù)裝置投料運行測試完成
在沒有臭味的情況下,1小時內(nèi)就能處理完濕垃圾,而且余下的“廢水”和“廢渣”還可用于農(nóng)業(yè)肥料……經(jīng)過數(shù)年技術(shù)研發(fā),上海交大環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院金放鳴教授團隊的“濕垃圾水熱氧化技術(shù)”邁出了工業(yè)化“試車”的歷史性一步——第一臺連續(xù)式水熱資源化濕垃圾技術(shù)裝置投料運行測試成功。這個裝置就像個“水熱魔法師”,吞進去的濕垃圾全部都能轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)肥,設(shè)計日處理量為100噸。
神奇“水熱魔法”讓濕垃圾華麗變身優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)肥
濕垃圾在經(jīng)過不到1小時的處理后就“變廢為寶”,成了優(yōu)質(zhì)的有機肥料,這是金放鳴團隊利用水熱資源化技術(shù)進行垃圾資源化處理的成果。未來,將會有眾多水熱資源化垃圾處理裝置落地運行,為上海的濕垃圾處置貢獻力量,實現(xiàn)生活垃圾減量化、無害化、資源化。
據(jù)介紹,濕垃圾中的有機物經(jīng)過水熱氧化技術(shù)轉(zhuǎn)化后,產(chǎn)生的“廢水”含有大量有機質(zhì)和其他營養(yǎng)物質(zhì),是高品質(zhì)的液肥,能夠直接用于農(nóng)作物施肥或水產(chǎn)養(yǎng)殖;固體“廢渣”是腐殖酸原粉,經(jīng)過加工后可以用于土壤污染修復(fù)、沙化地修復(fù)、重金屬污染土壤修復(fù)、大氣污染修復(fù)、水體污染修復(fù)等,也可以直接用于農(nóng)業(yè)施肥。腐殖酸類物質(zhì)是凈化生物圈、改善生態(tài)環(huán)境的寶貴資源。
該技術(shù)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化速度非�?�,和傳統(tǒng)的濕垃圾處理技術(shù)相比,根據(jù)工藝需求最快只需不到1小時就能完成,無毒無害無三廢,更不會產(chǎn)生臭味。
相比于目前應(yīng)用最為廣泛的濕垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù),水熱氧化技術(shù)可以做到高度集成化,廠房占地面積大大縮小,日處理100噸濕垃圾的處理能力的水熱處理核心部分只需60平方米左右。該技術(shù)規(guī)模化程度高,可以根據(jù)需要建造大、中、小型裝置,應(yīng)用于城鎮(zhèn)、商場、學(xué)校等不同場景。水熱氧化技術(shù)裝置集成模塊化,便于拆卸安裝;裝置耗能低,運營成本低;產(chǎn)品經(jīng)濟價值高,投資回收周期短。總結(jié)來說,相對于傳統(tǒng)工藝,水熱氧化濕垃圾處理技術(shù)處理周期短、資源利用率高、無三廢、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品經(jīng)濟價值高、廠房占地面積小、投資回收周期短;設(shè)備可以做到小型化、連續(xù)化、自動化、模塊化、反應(yīng)快、易拆卸;處理工藝前、中、后端銜接簡單。
二十載攻關(guān)實現(xiàn)“模擬地球自然碳循環(huán)”的濕垃圾資源化處理
濕垃圾水熱資源化技術(shù)又稱水熱氧化技術(shù),該技術(shù)通過模擬地球碳循環(huán)過程,在特定的高溫高壓環(huán)境中,可以加速濕垃圾中的生物質(zhì)有機物分解,把它們轉(zhuǎn)化為腐殖酸、甲酸、乙酸、乳酸等高附加值產(chǎn)品。
金放鳴1996年在日本攻讀博士期間開始進行水熱技術(shù)相關(guān)研究,從此與水熱資源化技術(shù)結(jié)下不解之緣。早年,她嘗試?yán)盟疅嵫趸夹g(shù)燃燒處理生活垃圾,用于發(fā)電。在研究過程中,金放鳴嘗試將蔬菜類、肉類、魚類、脂肪類等不同成分的濕垃圾進行水熱氧化燃燒,發(fā)現(xiàn)在處理之后,無論先前濕垃圾成分如何變化,乙酸都會作為難以繼續(xù)分解的最終產(chǎn)物殘留下來。而乙酸本身就是一種附加值很高的化工原料,因此,金放鳴調(diào)整了研究方向,將目光由“發(fā)電”轉(zhuǎn)向“生產(chǎn)乙酸”這一更加環(huán)保低碳的新方向。原本在水熱氧化技術(shù)中難以處理的乙酸,反而使水熱氧化技術(shù)在處理成分復(fù)雜的生活垃圾上具有極大的優(yōu)勢。
2007年,金放鳴回國后組建碳循環(huán)技術(shù)研究團隊,首次提出了模擬自然加快地球碳循環(huán)的水熱技術(shù)概念體系,并獲得了水熱處理有機質(zhì)廢棄物的一系列專利。在數(shù)十年的研究過程中,金放鳴摸清了每一種垃圾成分在水熱氧化過程中的轉(zhuǎn)化規(guī)律,為生活垃圾水熱資源化技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。同時,金教授將這一系列的研究成果整理成文,發(fā)表在國際知名的學(xué)術(shù)期刊上,因此成為全球范圍內(nèi)水熱資源化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍學(xué)者。
在不斷的嘗試與探索下,金教授團隊陸續(xù)攻克了生物質(zhì)有機物在不同水熱條件下轉(zhuǎn)化為腐殖酸、甲酸、乙酸、乳酸等高附加值產(chǎn)品的技術(shù)。通過不斷嘗試,金教授團隊現(xiàn)已掌握生產(chǎn)上述產(chǎn)品的全部技術(shù)條件和路線。本次日處理100噸濕垃圾的水熱資源化濕垃圾技術(shù)裝置的成功試車,標(biāo)志著該技術(shù)距工業(yè)化落地生產(chǎn)僅咫尺之遙。
技術(shù)更迭升級,連續(xù)式濕垃圾水熱資源化裝置的工業(yè)化之路
在連續(xù)式水熱資源化濕垃圾技術(shù)裝置工業(yè)化最終試驗成功之前,金放鳴已經(jīng)進行了多年的實驗室試驗和中試嘗試。2011年,金放鳴開始進行連續(xù)式垃圾水熱資源化技術(shù)的中試工業(yè)化開發(fā)研究;2016年,何潤田博士在金放鳴教授的指導(dǎo)下完成了連續(xù)式垃圾水熱資源化技術(shù)中試設(shè)備的開發(fā)。在上海交通大學(xué)第三餐飲大樓的東面,迄今還運行著百公斤級生活垃圾水熱氧化處理實驗的中試設(shè)備。在多年的運行過程中,該中試設(shè)備表現(xiàn)良好,連續(xù)化運行整體平穩(wěn),產(chǎn)品輸出穩(wěn)定,為后來的工業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。該中試設(shè)備被用于處理學(xué)校食堂中產(chǎn)生的餐廚垃圾,相較于早期餐廳運送廚余垃圾,該方法不僅減少了運輸費用,還避免了常有的垃圾處理運送產(chǎn)生的惡臭問題。垃圾一經(jīng)產(chǎn)生立即送往轉(zhuǎn)化,該技術(shù)能夠近乎百分之百的氧化分解垃圾中的有機物成分,同時溶解含氮、硫、磷的物質(zhì),減少對環(huán)境的污染。
該中試設(shè)備的成功運行,為水熱資源化大型垃圾處理設(shè)備落地積累了經(jīng)驗,同時為該技術(shù)應(yīng)用于社區(qū)、商場、食堂、景點等人流量密集的小型設(shè)備的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。2019年3月,金放鳴團隊獲得了上海正均環(huán)境科技有限公司的投資,雙方針對技術(shù)工業(yè)化展開了深度合作。隨后的120天,技術(shù)團隊和工程師團隊夜以繼日,克服重重困難,最終成功完成了首套連續(xù)式(百噸級)濕垃圾水熱資源化工業(yè)裝置的研發(fā)和生產(chǎn),并于2019年7月1日開機試驗成功。
濕垃圾水熱氧化技術(shù)未來可期
當(dāng)前,世界上應(yīng)用于生活垃圾的處理方法主要是焚燒、填埋和發(fā)酵。縱觀世界上所有國家的垃圾處理技術(shù),在餐廚垃圾的處理中,應(yīng)用最多的是厭氧發(fā)酵或好氧堆肥技術(shù),相比之下,水熱資源化技術(shù)具有占地少、速度快、無三廢、無異味、無毒害、產(chǎn)率高、產(chǎn)品經(jīng)濟價值高、投資回收周期短等優(yōu)勢,有望替代現(xiàn)有的生活垃圾處理技術(shù),成為引領(lǐng)世界垃圾處理技術(shù)的風(fēng)向標(biāo)。
濕垃圾水熱資源化的未來藍圖,是要突破能夠分解一切有機物組成成分的垃圾處理技術(shù),打造全球范圍內(nèi)的全品類垃圾治理體系。當(dāng)前有機物干垃圾的處理工藝只有焚燒和填埋兩種。焚燒垃圾不充分將會產(chǎn)生大量致癌物質(zhì)二噁英,嚴(yán)重破壞空氣環(huán)境。填埋將會占用和污染大量的土地。水熱資源化技術(shù)如果用于回收分解全品類的有機物干濕垃圾,在經(jīng)過水熱氧化處理后,有機垃圾會分解成小分子有機物成分,被重新回收加工,制造成全新的產(chǎn)品。這一研究將使得全部有機物干濕垃圾變成可回收垃圾,實現(xiàn)人類和自然真正的和諧共生。
資料顯示,目前,全國的生活垃圾中,餐廚垃圾占比達到50%以上,現(xiàn)有水熱資源化處理技術(shù)可以將此部分垃圾完全資源化利用,加工處理成高附加值工業(yè)產(chǎn)品。在未來,占生活垃圾總量約40%的干垃圾也都將實現(xiàn)水熱資源化回收再利用,人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的垃圾的回收利用率將達到90%以上,實現(xiàn)戰(zhàn)略性垃圾全品類回收再利用。金放鳴表示,希望與不同部門協(xié)作實現(xiàn)分類運輸、分類處置,積極推廣水熱資源化技術(shù),讓有機物垃圾通過循環(huán)利用變廢為寶,使城市生活垃圾真正實現(xiàn)減量化、無害化、資源化和就地化處理模式。