本文為同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院戴曉虎教授在2023中國沼氣學(xué)會學(xué)術(shù)年會上，以“有機(jī)固廢全鏈條減污降碳安全資源化技術(shù)創(chuàng)新思考”為題進(jìn)行的主旨報告。報告中，戴曉虎教授對固廢資源化專項(xiàng)進(jìn)展情況、有機(jī)板塊進(jìn)展情況進(jìn)行了回顧與梳理，對雙碳目標(biāo)新形勢進(jìn)行了分析，并分享了其在有機(jī)固廢創(chuàng)新研究方面的思考。
01
固廢資源化專項(xiàng)的成立和特點(diǎn)
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(fēng)險。基于此，國家發(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(yùn)輸部、中國科學(xué)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(diǎn)專項(xiàng)。并設(shè)定了以下目標(biāo)：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(zhǔn)管控全技術(shù)鏈條，解決兩大科學(xué)問題，突破六大關(guān)鍵技術(shù)，形成四大類重點(diǎn)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(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)的國撥經(jīng)費(fèi)總計(jì)22億，執(zhí)行期為2018年-2022年。該專項(xiàng)發(fā)布后，行業(yè)內(nèi)企業(yè)積極響應(yīng)，參與度高。
02
有機(jī)板塊相關(guān)進(jìn)展
1、有機(jī)固廢領(lǐng)域概述
有機(jī)固廢種類繁多，具有污染屬性和資源屬性，是多重復(fù)雜體系。被稱為“固廢”，指的是其污染屬性，全國有機(jī)固廢的產(chǎn)量為60-100億噸/年，存量達(dá)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(jī)固廢無害化處理過程中的資源化技術(shù)手段相當(dāng)復(fù)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(jī)板塊項(xiàng)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(biāo)，設(shè)定系列專項(xiàng)，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(xiàng)規(guī)劃》，是以需求牽引；“十三五”時期的“固廢資源化”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，是相對更為集中的問題導(dǎo)向規(guī)劃；“十四五”時期的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)，目前還在貫徹執(zhí)行中。截至2023年10月，一系列項(xiàng)目已經(jīng)完成招投標(biāo)，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(jī)固廢技術(shù)創(chuàng)新水平提升。通過以上專項(xiàng)，初步形成了有機(jī)固廢資源化理論和技術(shù)體系，為我國從“有機(jī)固廢大國”向“有機(jī)固廢強(qiáng)國”的轉(zhuǎn)變奠定了科技基礎(chǔ)。
3、有機(jī)板塊進(jìn)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(xiàng)所凝練的成果。
垃圾智能分選收運(yùn)，針對垃圾分選效率低、收運(yùn)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(yùn)-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(jī)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(jī)固廢高效厭氧生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，是針對城鄉(xiāng)有機(jī)固廢、提升有機(jī)固廢厭氧生物轉(zhuǎn)化效率的技術(shù)，形成了有機(jī)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(jī)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(jī)固廢好樣生物轉(zhuǎn)化定向調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同環(huán)境條件下有機(jī)固廢高效好氧生物腐質(zhì)化。有機(jī)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(shí)現(xiàn)秸稈、餐廚垃圾的高值化利用提供了技術(shù)支撐。有機(jī)固廢高效氣化技術(shù)，針對惰性有機(jī)固廢，提出“氣化+甲醇、制氫X”思路，開發(fā)了有機(jī)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品深度利用，而通過熱化學(xué)處理、氣化，進(jìn)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(xué)品，則是以后要研究的方向。有機(jī)固廢園區(qū)化協(xié)同處置技術(shù)，針對園區(qū)有機(jī)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(xiàng)地方文件和12項(xiàng)國家政策制定。
03
有機(jī)固廢創(chuàng)新研究的思考
1、指導(dǎo)方針已轉(zhuǎn)變——“從重點(diǎn)整治到系統(tǒng)治理”、“從實(shí)踐探索到科學(xué)理論指導(dǎo)”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(hù)大會上，習(xí)近平總書記提出了要實(shí)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(jī)固廢創(chuàng)新技術(shù)時特別學(xué)習(xí)：第一個是從重點(diǎn)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(jìn)行創(chuàng)新；第二個是從實(shí)踐探索到科學(xué)理論指導(dǎo)，要加強(qiáng)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(shí)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(biāo)”向“綠色-低碳-健康多目標(biāo)協(xié)同治理”轉(zhuǎn)變
通過低碳綠色的處置技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展、生態(tài)健康、安全低碳等多目標(biāo)，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(jī)固廢處置以無害化為目標(biāo)。現(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(jī)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(biāo)，充分考慮資源化的手段，實(shí)現(xiàn)污染物-資源化循環(huán)過程。
3、雙碳目標(biāo)推進(jìn)創(chuàng)新——有機(jī)固廢“減污-降碳-安全-資源化”全鏈條協(xié)同推進(jìn)
在雙碳目標(biāo)下，未來有機(jī)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(jìn)，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(diǎn)，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(dá)標(biāo)，特別是易腐有機(jī)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(biāo)約束來驅(qū)動新技術(shù)的創(chuàng)新。
4、創(chuàng)新管理升級進(jìn)化
■ 有機(jī)固廢的全鏈條閉環(huán)綜合整治-技術(shù)+管理
過去一直強(qiáng)調(diào)技術(shù)層面的全鏈條，在管理層面的全鏈條其實(shí)同樣重要，特別是商業(yè)模式和收費(fèi)機(jī)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(fèi)機(jī)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(xiàng)目很難落地和可持續(xù)發(fā)展。國內(nèi)外在垃圾處理費(fèi)用、秸稈沼氣補(bǔ)助、對無害化和資源化關(guān)系的認(rèn)識方面都存在很大差距。未來應(yīng)該要實(shí)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(xué)科交叉融合是科技創(chuàng)新的重要方式，特別是生物學(xué)、材料學(xué)、信息學(xué)，為有機(jī)固廢技術(shù)創(chuàng)新提供了很好的機(jī)遇。此外，貫徹產(chǎn)學(xué)研深度融合的創(chuàng)新模式，進(jìn)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(jī)固廢領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展方向
有機(jī)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(diǎn)等方面的技術(shù)創(chuàng)新，有機(jī)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(xué)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(jī)固廢產(chǎn)量大、多介質(zhì)、成分復(fù)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(jī)固廢處理目標(biāo)和理念發(fā)生根本性改變，城鄉(xiāng)有機(jī)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(fèi)用機(jī)制可以保障行業(yè)健康發(fā)展?？萍紕?chuàng)新是有機(jī)固廢處理實(shí)現(xiàn)減污降碳、協(xié)同增效、滿足未來碳-污雙指標(biāo)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(xué)研深度融合新形勢下，相信我國有機(jī)固廢處理一定會取得突破與發(fā)展，走在世界前列。
