上海市生化處理技術(shù)應(yīng)用情況介紹
隨著生活垃圾處理技術(shù)的不斷發(fā)展，有機(jī)垃圾生化處理作為現(xiàn)代生物工程與傳統(tǒng)環(huán)境工程相結(jié)合的一項新興垃圾處理技術(shù)已得到人們的關(guān)注，有機(jī)垃圾生化處理機(jī)在上海市正由試點運(yùn)行逐步向推廣應(yīng)用方向發(fā)展。作為上海市市容環(huán)衛(wèi)局直屬的科研單位，我院多年來一直追蹤該項垃圾處理技術(shù)的進(jìn)展情況，現(xiàn)結(jié)合有關(guān)科研成果,將生化處理機(jī)在上海市的應(yīng)用情況介紹如下：
一、技術(shù)簡介
生化處理技術(shù)的本質(zhì)是人工堆肥技術(shù)。堆肥是在自然或人工條件下，天然存在的微生物以垃圾中的有機(jī)物為養(yǎng)分，通過其生命活動達(dá)到分解、消化有機(jī)物的目的，其代謝產(chǎn)物除釋放出水、氣之外，尚有部分低分子有機(jī)質(zhì)、無機(jī)質(zhì)和微生物體以固態(tài)的殘渣形式留存，殘渣大多被用作肥料，故稱為堆肥。生化處理是在垃圾堆肥過程中人為地添加了特定的微生物制劑，并通過處理機(jī)對堆肥溫度、濕度、供氧量等參數(shù)加以控制，達(dá)到微生物制劑的最佳活動環(huán)境，從而促使有機(jī)垃圾以比傳統(tǒng)堆肥快數(shù)十倍的速率分解，而且分解程度更高。
生化處理機(jī)添加的微生物制劑是由自然界中的放線菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢菌等多種微生物經(jīng)過篩選、分離、培養(yǎng)、馴化、伍配等步驟，組成高效分解有機(jī)物的微生物群體（一般為好氧或兼氧菌），制劑成品可以是凍干粉、懸濁液或附著于固態(tài)載體。生化處理機(jī)使用的微生物制劑被約定俗稱為“菌種”，這種菌種可以高效率地分解各類有機(jī)垃圾，如廚余垃圾、果皮、糞便、庭園垃圾、動物尸體等。隨著上海市有關(guān)部門發(fā)文禁止餐飲業(yè)食物剩余物（俗稱“泔腳”、餐廚垃圾）直接飼喂家畜，又出現(xiàn)了耐鹽且可分泌脂肪酶的菌種。
生化處理機(jī)主要用于分解處理易腐有機(jī)垃圾（簡稱有機(jī)垃圾）。將有機(jī)垃圾投入生化處理機(jī)、加入菌種并攪拌均勻后，控制相應(yīng)的溫度、濕度和通風(fēng)供氧條件，菌種會釋放出大量的分解蛋白（也稱酶），將大分子有機(jī)物分解為糖、脂肪酸和氨基酸等短鏈的低分子有機(jī)物，菌種以此為養(yǎng)分代謝出水、氣體和生物熱能，同時以幾何級數(shù)迅速繁殖。如此菌種可以周而復(fù)始地不斷“吃”掉新投入的有機(jī)垃圾，生化處理機(jī)也因而被一些媒體和居民稱作“吃垃圾機(jī)器”。隨著代謝產(chǎn)物的累積，菌種會逐漸老化，一般經(jīng)過數(shù)月至一年，需要在生化處理機(jī)中投入新的菌種。通常菌種對有機(jī)垃圾的分解速度為12～48小時，平均約24小時，殘渣率為10%～20%。生化處理機(jī)排出的殘渣可作為有機(jī)肥料或飼料添加劑，產(chǎn)生的水分可以通過表面蒸發(fā)、循環(huán)調(diào)濕或直接排出，產(chǎn)生的氣體中可能會含有H2S、NH3等惡臭物質(zhì)，可以通過高溫分解除臭、生物噴淋塔脫臭、水噴淋除臭，也有的將脫臭微生物直接配入菌種，而使排出的氣體不含惡臭物質(zhì)。
生化處理機(jī)在攪拌、控制溫度、保持濕度、通風(fēng)供氧、脫臭等過程中需要耗費(fèi)較多電能，也有菌種稱不需使用電能控制溫度和脫臭，但小試結(jié)果提示可能需要增加破碎和脫水的前處理工藝。
綜上所述，生化處理機(jī)是一種添加了高效菌種并控制堆肥條件的動態(tài)快速有機(jī)垃圾堆肥器，它具有效率極高、分解徹底、能耗較大的顯著特點。
二、應(yīng)用情況
上海市于1996年引進(jìn)第1臺生化處理機(jī)，為日本大納夢株式會社贈建，椐稱建資為80萬元人民幣，該機(jī)日處理量300kg，控制反應(yīng)溫度80℃。置于普陀區(qū)曹楊五村七委，該小區(qū)率先在上海市開展生活垃圾分類收集，將生活垃圾分為有機(jī)、無機(jī)、有毒有害三類投放，有機(jī)垃圾投入生化處理機(jī)處理。該生化處理機(jī)運(yùn)行初期，由于沒有配套除臭工藝，致使惡臭彌漫，遭到居民的抗議，此后日方又贈建了填充式生物噴淋脫臭塔一臺，經(jīng)脫臭塔除臭后排出的氣體基本上能做到無色、無臭、無毒，處理過程無污水排出，殘渣率為20%左右，無異味。殘渣可每天清除大部分，留下少量維持繼續(xù)運(yùn)行；菌種每兩周至一個月添加一次；全套設(shè)備日耗電約100kw·h。殘渣類似山泥且肥效較好，居民競相取用作家庭盆栽肥料，還有養(yǎng)殖場前來聯(lián)系欲作為餌料添加劑。由于日方始終未能提供菌種報價等原因，該項目至今未有新的進(jìn)展。
1998年2月，上海建設(shè)路橋公司與日本阿妮優(yōu)公司合作（后更名為格爾普生物環(huán)？萍脊荆┭兄频腂X-110型生化處理機(jī)在普陀區(qū)怒江路30弄啟用，設(shè)備投資19.8萬元人民幣，日處理有機(jī)垃圾90kg，控制反應(yīng)溫度50℃，惡臭氣體進(jìn)入高溫除臭裝置脫臭。最終無排水，排氣無臭味，殘渣率10%左右，無異味。清理殘渣和添加菌種周期約3個月；單位耗電量0.79kw·h，主要消耗在高溫除臭中。
1999年，上海百復(fù)公司在楊浦區(qū)明星小區(qū)啟用該公司新研制的、采用國產(chǎn)菌種的生化處理機(jī)，日處理有機(jī)垃圾160kg，設(shè)備投資21.8萬元。
1999年5月至9月，另有6臺BX-110型生化處理機(jī)在普陀區(qū)啟用。
1999年10月，上海玉壘公司與上海市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)備廠合作研制成“上環(huán)牌”生化處理機(jī)樣機(jī)。玉壘公司稱，該公司的YL—H67活性生物復(fù)合劑（菌種）為附著態(tài)兼氧菌，生化處理機(jī)無需加熱控溫，也無需脫臭裝置，因而日耗電僅4～5kw.h；降解周期僅8～12h，而降解率可達(dá)99%。但樣機(jī)小試結(jié)果沒能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，分析原因是：菌種要求物料含水率40%～50%，而有機(jī)垃圾含水率均高達(dá)80%左右，致使菌種基質(zhì)很快被粘結(jié)，破壞了供氧條件。如果調(diào)整工藝，在生化處理機(jī)前加入物料破碎和擠壓工藝，則可能解決含水率過高的問題。
2000年，又有豐業(yè)、東武、復(fù)旦浦發(fā)3家公司相繼推出了各具特色的生化處理機(jī)。
上海豐業(yè)生物科技公司依托復(fù)旦大學(xué)的技術(shù)支撐，研制出用于處理居民有機(jī)垃圾的FYLC-60型生化處理機(jī)，采用電熱膜加熱和循環(huán)水噴淋除臭，有機(jī)垃圾減重率達(dá)95.5%，單位耗電量降為0.31Kw·h/kg。次年又研制出用于處理餐廚垃圾的FYLC-120B型生化處理機(jī)，餐廚垃圾減重率93.7%，單位耗電量0.57 Kw·h/kg。運(yùn)行結(jié)果顯示：處理高鹽分、高油脂的餐廚垃圾比處理普通的居民有機(jī)垃圾難度較大，能耗更高，物料易粘結(jié)，菌種易老化。
上海東武公司的BM600-S型生化處理機(jī)，采用日本菌種，主要目的是產(chǎn)出堆肥，垃圾減重率51.79%，單位耗電量0.61Kw·h/kg，可處理居民有機(jī)垃圾和餐廚垃圾。并有系列產(chǎn)品，最大處理規(guī)模達(dá)1t/d。
上海復(fù)旦浦發(fā)公司的FPW-2100型生化處理機(jī)，用于處理居民有機(jī)垃圾，減重率95.0%，單位耗電量0.27Kw·h/kg。
2001年，上海耀豐公司推出的系列生化處理機(jī)，最小的有家用型處理機(jī)，最大的處理規(guī)模達(dá)10 t /d。
2002年，上海紀(jì)明機(jī)電五金公司的JMW-100型生化處理機(jī)，用于處理居民有機(jī)垃圾和餐廚垃圾，減重率96.1%，單位耗電量0.19Kw·h/kg。
同年，上海一本公司推出了處理規(guī)模100 kg /d的餐廚垃圾生化處理機(jī)。
據(jù)不完全統(tǒng)計，至2002年4月，進(jìn)入環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域的生化處理機(jī)企業(yè)8家，而實際存在的生化處理機(jī)企業(yè)有十多家。投入運(yùn)行的生化處理機(jī)約60臺，其中約70%設(shè)在居民生活小區(qū)，30%設(shè)在賓館或飯店。
至此，上海市生化處理機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)以下特點：
1、處理規(guī)模從1～2 kg /d的家用型到1～10 t /d的集約型，出現(xiàn)了系列型產(chǎn)品；
2、處理對象從單一的居民有機(jī)垃圾到高鹽分、高油脂的餐廚垃圾，出現(xiàn)了可處理多種有機(jī)垃圾的產(chǎn)品；
3、處理方式從消滅型（追求減重效率）到資源型（追求堆肥產(chǎn)出率），出現(xiàn)了多向選擇；
4、處理成本從早期最高的單位耗電量0.79 Kw·h/kg 到后期最低的0.19Kw·h/kg，出現(xiàn)了逐步降低的趨勢；
5、綜合上述特點，可見生化處理機(jī)的技術(shù)性能逐漸趨于成熟。
三、生化處理機(jī)的作用
生化處理機(jī)是現(xiàn)代生物工程與傳統(tǒng)環(huán)境工程相結(jié)合的產(chǎn)物，是一項新興的垃圾處理技術(shù)，它對于整治小區(qū)環(huán)境、推進(jìn)垃圾分類收集、消除垃圾收集和運(yùn)輸過程中的污染、實現(xiàn)垃圾“三化”處理具有顯著效果，但尚有一定的局限性：
1、生化處理機(jī)的運(yùn)行依賴于垃圾分類收集，實踐證明，居民無法將破碎的紙巾、骯臟的包裝袋與細(xì)小的有機(jī)垃圾混合物分類投放。1999年有機(jī)垃圾的理論值是65.21%，但分類收集點的有機(jī)垃圾分類率僅為15%～30%，隨著市民垃圾分類習(xí)慣的逐漸形成，垃圾分類效率將逐漸提高，但肯定不可能達(dá)到完全分類，干垃圾不可能完全“干”，濕垃圾也不可能完全“濕”。假設(shè)垃圾的分類效率達(dá)到80%，則經(jīng)分類有機(jī)垃圾的理論值是52.17%。
2、企業(yè)為保障生化處理機(jī)的處理效率和正常運(yùn)行，往往要求管理人員不要將貝殼、長纖維類物質(zhì)、粗大骨等投入生化處理機(jī)，此類物質(zhì)約占有機(jī)垃圾總量的20%，前置破碎裝置可以解決這一問題，但會加大設(shè)備投資和運(yùn)行成本。
3、根據(jù)初步分析，生化處理機(jī)在理論上可處理居民有機(jī)垃圾總量的72%，僅占居民生活垃圾總量的46.95%，占市區(qū)生活垃圾總量的29.58%，約為2000t/d。而處理這29.58%的垃圾需要配置日處理90kg的生化處理機(jī)2萬2千多臺，耗費(fèi)45億元人民幣的設(shè)備投資。
4、基于上述理由，決定了生化處理機(jī)目前在本市生活垃圾處理系統(tǒng)中無法成為主流處理模式，僅能作為小區(qū)垃圾分類收集點的配套設(shè)施和垃圾處理多元化技術(shù)中的一種形式存在。
四、熱點問題探討
1、生化處理機(jī)與分類收集的關(guān)系
垃圾分類收集推廣過程中遇到的難題之一是：近期本市后續(xù)處理設(shè)施不配套，分類收集的垃圾不能分類運(yùn)輸和分類處理，使分類收集點的居民積極性蒙受打擊，降低配合程度；或僅僅配套了分類運(yùn)輸而未跟進(jìn)分類處理，垃圾分類收集工作仍停留在“演習(xí)”階級。生化處理機(jī)的應(yīng)用可在源頭實現(xiàn)后續(xù)處理的部分配套，彌補(bǔ)近期內(nèi)垃圾分類處理設(shè)施的空白。將垃圾分類模式定為干垃圾、濕垃圾和有害垃圾分類投放，濕垃圾主要由生化處理機(jī)就地處理，有害垃圾按危險廢物單獨(dú)收集處理，余下的干垃圾和部分濕垃圾近期內(nèi)填埋，遠(yuǎn)期可作為再生資源回收利用或綜合處理。
2、生化處理機(jī)與垃圾運(yùn)輸?shù)年P(guān)系
生化處理機(jī)的應(yīng)用可以省略對濕垃圾運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)，但對垃圾總體運(yùn)輸量的減省效果并不明顯。因為垃圾運(yùn)輸能力是以“車噸位”來衡量的，所謂“車噸位”是以垃圾運(yùn)輸車的核定裝載量來統(tǒng)計的，濕垃圾的減量對重量的影響較大，但對體積的影響相對較小。
但濕垃圾減量有一個明顯的好處，即減少了垃圾運(yùn)輸過程中的滴漏現(xiàn)象。據(jù)計算，原生垃圾的平均含水率為57.38%，濕垃圾減量72%后，含水率下降為45.02%，而干垃圾具有一定的持水能力，為31.20%。事實上，分類收集的濕垃圾含水率更高，減量后的含水率下降更大，完全可以降至干垃圾的持水能力之下。因此，垃圾運(yùn)輸過程中的滴水和惡臭現(xiàn)象將得以改善。
3、生化處理機(jī)與其它處理設(shè)施的關(guān)系
本市現(xiàn)有及規(guī)劃中的垃圾處理設(shè)施主要有：小型壓縮式收集站、衛(wèi)生填埋場、焚燒廠、有機(jī)垃圾堆肥廠、分揀中心等。
（1）與小型壓縮式收集站的關(guān)系
小型壓縮式收集站是一種對于垃圾混合收集方式和分類收集方式二者均適用的收集設(shè)施。它的作用是提高運(yùn)輸效率，減少污染點。
小型壓縮式收集站與生化處理機(jī)的配合使用，可改變現(xiàn)行的垃圾清運(yùn)收集的頻率，并使小型壓縮式收集站的服務(wù)區(qū)域擴(kuò)大。但在一個小區(qū)同時投入二種設(shè)施會增加建設(shè)投資壓力。
（2）與衛(wèi)生填埋場的關(guān)系
現(xiàn)行的垃圾收集方式是將垃圾混合收集后運(yùn)往填埋場進(jìn)行處置。而根據(jù)衛(wèi)生填埋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)衛(wèi)生填埋場混合垃圾中的有機(jī)物不能大于30%。生化處理機(jī)的應(yīng)用，可基本滿足這一要求，并可減少垃圾滲瀝水的處理壓力，減少垃圾的最終處置量，從而延長衛(wèi)生填埋場的使用壽命。
（3）與焚燒廠的關(guān)系
一般來說，生化處理機(jī)與焚燒廠處理的是不同種類的垃圾。生化處理機(jī)的應(yīng)用有利于提高垃圾的熱值及焚燒廠的處理效率。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及理論測算，垃圾每失水1%，低位熱值提高15～35kcal/kg。據(jù)此推算，有機(jī)垃圾減量72%，可使垃圾失水12.36%，提高熱值190～430 kcal/kg。
（4）有機(jī)垃圾堆肥廠的關(guān)系
生化處理機(jī)和有機(jī)垃圾堆肥廠處理的是同一種類的垃圾，前者是在小區(qū)或特定的點上分散處理，后者是在比較大的區(qū)域內(nèi)集中處理。前者最多可處理有機(jī)垃圾的72%，后者可以處理全部有機(jī)垃圾。
（5）與分揀中心的關(guān)系
生化處理機(jī)與分揀中心處理的是不同種類的垃圾，具有很好的互補(bǔ)性。二者處理的前提都必須在垃圾的產(chǎn)生源頭實行分類收集。
在分揀中心的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，應(yīng)重點推廣生化處理機(jī)或建立有機(jī)垃圾堆肥廠。
4、成本分析
由于BX-110型生化處理機(jī)是目前本市僅有的小批量生產(chǎn)機(jī)型，故以此為例，對投資和運(yùn)行成本進(jìn)行分析。
（1）投資成本
·基建投資：未計
·設(shè)備投資：19.8萬元/臺
（2）運(yùn)行成本（未計基建和設(shè)備折舊、未計稅金）
·電費(fèi)（按民用電價0.61元/kw.h計）：0.481元/ kg，占23%；
·人工費(fèi)（按正式工3萬元/人·年計）：1.333元/kg，占63%；
·菌種費(fèi)：0.045元/kg，占2%；
·維修費(fèi)（維修費(fèi)按0.5%，大修費(fèi)按0.5%計算）：0.060元/kg，占3%；
·管理費(fèi)：按上述直接費(fèi)10%計，占9%；
·合計運(yùn)行成本：2.11元/kg。
與本市目前垃圾收運(yùn)、處理成本0.24元/kg相比較，該處理設(shè)備2.11元/kg的運(yùn)行成本顯然是偏高了。從運(yùn)行成本構(gòu)成比例來看，人工費(fèi)占主要部分，其次是電費(fèi)，兩者合計占86%。
5、菌種管理
生化處理機(jī)添加的菌種，據(jù)稱是在自然界中經(jīng)過分離篩選，組合馴化的純天然微生物制劑，但由于生物量極大且在非密閉系統(tǒng)中運(yùn)行，最后還將流散于開放系統(tǒng)中，故而引起各方人士的重重疑慮及政府部門的慎之又慎。環(huán)境安全性是市場機(jī)制失效的范圍，必須由政府管理，為此上海市市容環(huán)衛(wèi)局在廣泛征求各界意見的基礎(chǔ)上，召集了本市微生物學(xué)會的部分專家專題研討菌種的安全性問題。
與會專家認(rèn)為：微生物的利用廣泛而古老，最早有釀造和漚肥，近代有產(chǎn)沼、堆肥、活性污泥法水處理、保健品如昂立一號等，但如此高效率地處理有機(jī)垃圾是一種新技術(shù)，境外除日本外尚未見有應(yīng)用報道。美國等對于基因工程微生物（人工微生物）在密閉系統(tǒng)中的運(yùn)行有嚴(yán)格的監(jiān)管，而對于在開放系統(tǒng)中運(yùn)行的極大生物量的天然微生物尚無管理辦法可供借鑒。
天然微生物中包含致病菌、條件致病菌和非致病菌，有必要對生化處理機(jī)使用的菌種進(jìn)行分離鑒別、急性毒性試驗（包括半致死劑量，呼吸道毒性，接觸性毒性試驗等）；又由于微生物的變異性極強(qiáng)，可對某些屬種的微生物進(jìn)行抗藥性和遺傳穩(wěn)定性試驗；還應(yīng)考慮高濃度微生物進(jìn)入自然界對生態(tài)平衡的影響；同時，為防止二次污染，應(yīng)對可能產(chǎn)生的水、氣、殘渣進(jìn)行檢測。
由于生化處理機(jī)菌種母株基本上來源于日本，根據(jù)我國現(xiàn)行《檢疫法》規(guī)定，不允許商業(yè)性進(jìn)口微生物，僅允許用于科研目的的少量進(jìn)口，因此菌種生產(chǎn)必須國產(chǎn)化。
綜合各方意見，上海市建委決定政府職能分工：上海市容環(huán)衛(wèi)局負(fù)責(zé)生化處理機(jī)的使用效率評價，上海市環(huán)保局負(fù)責(zé)菌種的安全性評價。
2000年9月，上海市市容環(huán)衛(wèi)局發(fā)布了《有機(jī)垃圾生化處理菌種使用管理辦法》，規(guī)定了菌種使用的管理部門、評價管理、市場準(zhǔn)入條件、信息發(fā)布及各方的行為責(zé)任。目前已有6家企業(yè)通過了使用效率評價。
2001年10月，上海市環(huán)保局發(fā)布了《上海市環(huán)境保護(hù)微生物菌劑應(yīng)用的環(huán)境安全性管理（暫行）辦法》，規(guī)定了管理部門、行政許可、申報要求、安全控制等內(nèi)容。目前已有13家企業(yè)通過了生物安全性初評。
6、推廣風(fēng)險
生化處理機(jī)的推廣應(yīng)用，除了引人注目的環(huán)境與生態(tài)風(fēng)險外，還具有一定的投資風(fēng)險。微生物的生存環(huán)境具有選擇性，每種生化處理機(jī)型都是根據(jù)特定菌種的生存環(huán)境設(shè)計的，在生化處理機(jī)運(yùn)行期間，由企業(yè)提供配套菌種，一旦發(fā)生企業(yè)倒閉或其它斷絕菌種來源的情況，生化處理機(jī)就可能陷入癱瘓，使投資方蒙受損失。另外，菌種可能的變異和退化等也是風(fēng)險因素之一。
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