撒 009 2016

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戴晓虎教授:有机固废全链条减污降碳安全资源化技术创新思考

点击数:213次  发布时间:2023/12/07 13:38 作者: 来源:网络

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01固废资源化专项的成立和特点

我国固体废弃物产量大、种类多,安全无害化及资源化处置水平低,存在较高的环境污染风险。基于此,国家发展和改革委员会、教育部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、中国科学院、中国工程院、各地方科技厅及协会共同制定了固废资源化重点专项。并设定了以下目标:面向国家生态文明建设与保障资源安全供给的战略需求,聚焦工业固废、生活垃圾、再生资源三类典型固废,围绕源头减量-智能分类-高效转化-清洁利用-精深加工-精准管控全技术链条,解决两大科学问题,突破六大关键技术,形成四大类重点区域系统解决方案,从而引领、提升我国固废资源化科技支撑与保障能力。

固废资源化重点研发专项的国拨经费总计22亿,执行期为2018年-2022年。该专项发布后,行业内企业积极响应,参与度高。

02有机板块相关进展

1有机固废领域概述

有机固废种类繁多,具有污染属性和资源属性,是多重复杂体系。被称为“固废”,指的是其污染属性,全国有机固废的产量为60-100亿吨/年,存量达200亿吨,来源包括生活源、农业源和工业源,整体来说具有高含水、易腐的特征。在资源属性方面,有机固废无害化处理过程中的资源化技术手段相当复杂,亟待技术创新。而厌氧消化产沼气,是无害化过程中的一个重要环节。

2有机板块项目部署

基于此,我国从“十二五”时期到“十四五”时期,以资源化、无害化为核心目标,设定系列专项,不断投入以攻克技术难题。“十二五”时期的《废物资源化科技工程“十二五”专项规划》,是以需求牵引;“十三五”时期的“固废资源化”重点研发计划,是相对更为集中的问题导向规划;“十四五”时期的“循环经济关键技术与装备”重点专项,目前还在贯彻执行中。截至2023年10月,一系列项目已经完成招投标,总体来说,这些部署在行业内引起了高热度、高参与度,极大推动了我国有机固废技术创新水平提升。通过以上专项,初步形成了有机固废资源化理论和技术体系,为我国从“有机固废大国”向“有机固废强国”的转变奠定了科技基础。

3有机板块进展与成效

通过系列部署,在京津冀、长三角、珠三角等典型城市区域开展技术集成与示范,取得了一批区域示范成果。以下列举了几个选自“十三五”专项所凝练的成果。

垃圾智能分选收运,针对垃圾分选效率低、收运智能化水平低、全链条管理不健全的问题,开发了分选-清洁收运-原位减量-污染控制-协同资源化全链条集成技术,在上海、深圳、北京、南通、张家港等开展综合示范。多源有机固废高参数清洁焚烧技术,开发了大规模焚烧设备,解决了大容量超低排放高效清洁焚烧技术集成难题,并已成功示范应用。有机固废高效厌氧生物转化技术,是针对城乡有机固废、提升有机固废厌氧生物转化效率的技术,形成了有机固废生物转化功能菌群及其代谢网络调控的技术方法,开发了功能菌群及功能材料,提升了厌氧转化的效率。有机固废高效好氧生物转化技术,针对好氧基础理论研究、高温菌群培养、工艺优化调控、工程技术应用,取得了系列成果,形成有机固废好样生物转化定向调控关键技术,实现了不同环境条件下有机固废高效好氧生物腐质化。有机固废高值定向转化技术,包括低能耗高值生物转化与综合利用新技术和开发的多元高值化生物基产品,为实现秸秆、餐厨垃圾的高值化利用提供了技术支撑。有机固废高效气化技术,针对惰性有机固废,提出“气化+甲醇、制氢X”思路,开发了有机固废蓄热式气化-焚烧、多元料浆气化-熔融、移动床气化热电/热炭等新技术,并实现产品深度利用,而通过热化学处理、气化,进而制氢气,包括厌氧消化产生的甲烷如何制氢气及其他化学品,则是以后要研究的方向。有机固废园区化协同处置技术,针对园区有机固废,探索规模化协同处置模式,提高了工程效益,目前已在12地推广应用、支撑6项地方文件和12项国家政策制定。

03有机固废创新研究的思考

1指导方针已转变——“从重点整治到系统治理”、“从实践探索到科学理论指导”的转变

在2023年7月17日-18日第九届全国生态环境保护大会上,习近平总书记提出了要实现四个重大转变,其中两个转变是需要我们在从事有机固废创新技术时特别学习:第一个是从重点整治到系统治理,也就是必须要全链条考虑,过去可能更多从无害化角度寻求技术突破,未来则需要结合商业模式等从系统角度进行创新;第二个是从实践探索到科学理论指导,要加强科技基础理论创新,包括原理等理论方面的研究,期望在现有的技术基础上,实现新技术、新原理、新方法的突破。

2创新理念已转变——由“污染防治单一目标”向“绿色-低碳-健康多目标协同治理”转变

通过低碳绿色的处置技术,实现绿色发展、生态健康、安全低碳等多目标,这将是在未来技术研发创新时要考虑的一个重要因素。

由“污染物-无害化单向过程”向“污染物-资源化循环过程”理念的转变

过去多年的环境治理核心是污染控制,有机固废处置以无害化为目标。现在面临生态环境健康发展、降碳减污、绿色发展的发展趋势,未来有机固废处置技术不能只关注无害化,而是以无害化为目标,充分考虑资源化的手段,实现污染物-资源化循环过程。

3双碳目标推进创新——有机固废“减污-降碳-安全-资源化”全链条协同推进

在双碳目标下,未来有机固废处置技术路线的技术创新,应按照减污-降碳-安全-资源化全链条协同推进,即减少污染物、降低碳排放、保障安全包含新型污染物去除、资源化利用都要兼顾。

同样十分重要的一点,未来技术研发方向,除了考虑污染物控制外,还需考虑碳减排达标,特别是易腐有机固废如果得不到妥善处理处置,碳排放会很高,因此需要从碳-污双指标约束来驱动新技术的创新。

4创新管理升级进化

■ 有机固废的全链条闭环综合整治-技术+管理

过去一直强调技术层面的全链条,在管理层面的全链条其实同样重要,特别是商业模式和收费机制。固废本质上是污染物,为了保证城乡健康发展,污染物的去除需要设置一个合理的收费机制,在这个基础上才有能够实现最大化资源化。仅关注固废是资源,反而使一些工程项目很难落地和可持续发展。国内外在垃圾处理费用、秸秆沼气补助、对无害化和资源化关系的认识方面都存在很大差距。未来应该要实现技术层面全链条和管理层面全链条。

■ 新一轮科技革命催生新型研究范式

目前,多学科交叉融合是科技创新的重要方式,特别是生物学、材料学、信息学,为有机固废技术创新提供了很好的机遇。此外,贯彻产学研深度融合的创新模式,进行全链条创新,推动科技成果“从书架到货架”发展。

5有机固废领域技术发展方向

有机固废领域生物技术发展方向,包括厌氧消化技术效率提升方面如高含固/协同、DIET、等电点等方面的技术创新,有机固废氮磷资源的高效回收,环境友好型高效固液分离技术方法等,都是未来值得期待的方向;在热化学处理方面,热解气化制氢、焚烧发电、电解水制氢技术、催化热解与定向转化技术,主控、高参数清洁焚烧等,都是未来热门的技术方向。

04结语

总体来看,我国有机固废产量大、多介质、成分复杂,具有污染与资源双重属性,传统处理处置技术存在转化效率低、资源化利用不足的问题。新形势下,随着有机固废处理目标和理念发生根本性改变,城乡有机固废全链条减污降碳安全资源化是未来发展方向,无害化是根本、资源化是手段、合理的费用机制可以保障行业健康发展。科技创新是有机固废处理实现减污降碳、协同增效、满足未来碳-污双指标的关键核心要素。未来,在新一轮科技革命的推动下,研究范式、产学研深度融合新形势下,相信我国有机固废处理一定会取得突破与发展,走在世界前列。

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