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近年來，垃圾分類的推進在如火如荼地進行。而垃圾分類的下一步，離不開各種細分垃圾處理技術的探討。12月20日，在E20環境平臺、中國城市建設研究院有限公司聯合主辦的“2019(第十三屆)固廢戰略論壇”中，清華大學環境學院教授王凱軍和與會嘉賓分享了熱點之后的一些冷思考。
本文根據嘉賓發言內容整理，未經本人審閱。
一個段子
垃圾分類熱潮后，將廚余垃圾分開的城市很多。近去了一些城市，發現現在關于分類后垃圾處理費用問題的有許多爭議，使我想起了下面的段子。
一個老農拉著一百斤的蔥進城去賣蔥，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。老農一聽有道理呀，很快把一百斤的蔥賣出去了。老農沒有城里人聰明，一百斤蔥應該賣一百塊錢，后他只賣了58塊錢。
現在的分類也有類似的問題。技術人員和政府說應該分類，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。焚燒領域早已實現了火熱化，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。有些城市領導就算不過來賬，認為這樣多花了很多錢，錢從哪來？這背后的邏輯不作細說，涉及資源回收、減排、社會成本等諸多方面。但這個質疑給從事廚余垃圾處理的人帶來一個問題：是否真的需要這么多錢？有沒有更好的辦法？今天主要分享的內容就是在這方面的研究和思考。
政策引導的中國環境保護市場
垃圾分類相關產業都關注了2016年底12月26日的2016年中央財經領導小組第十四次會議。會議討論了6件事，其中有3件事與環保緊密相關。包括國家能源局關于推進北方地區冬季清潔取暖，浙江省關于普遍推行垃圾分類的制度，農業部關于畜禽養殖廢棄物處理和資源化。我國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、分類運輸、分類處理；法治為基礎、政府推動、全民參與、城鄉統籌、因地制宜。
2017年3月，國家發改委、住建部《生活垃圾分類制度實施方案》發布，要求全國46個城市先行實施生活垃圾強制分類，2020年底，包括廚余等易腐垃圾的回收利用率達35%以上。政府強調，要結合實施農村人居環境整治三年行動計劃和鄉村振興戰略，進一步推廣浙江好的經驗做法，建設好生態宜居的美麗鄉村。總書記及部委的持續關注，使各個城市都行動起來了。
談到有機垃圾，自然要談它的終處理方向是什么。在前一輪發改委五批示范工程支持下，根據統計，厭氧處理是主要的一項技術。應該可以判斷，我國廚余垃圾今后的技術方向主導將是厭氧。上述提到的中央財經領導小組第十四次會議中的重要文件，一個涉及畜禽養殖，一個文件涉及到廚余。綜合來看，這對于生物天然氣行業是重大的利好消息。
簡單來算，每年畜禽養殖的40億方畜禽糞便，產沼氣潛力少400-1000億方；每人每天的0.4kg廚余，產生0.2方沼氣，全國每年產生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將到達千億產量的估值。這個數據有重要含義。若將生物天然氣的市場平均定價定為三塊錢，那么，這個后端產品的市場，體量與城市污水市場差不多，甚至超過。
技術探索
在做分類的時候就必須要考慮后端，后端處理離不開合適的技術。長期以來，厭氧技術取得了不小的成果，但是否能夠應用到高含固率領域，包括廚余垃圾、餐廚垃圾、畜禽糞便這些有機垃圾中？實際上，半個世紀以來，厭氧消化除了在池型、材料、攪拌等方面改進外。在基本原理和工藝方面沒有取得實質性的突破。這就導致在餐廚垃圾方面的應用，多只能達到三公斤負荷，超過三公斤，就會有氨氮抑制等問題。在廚余垃圾領域，也會遇到一系列問題，如反應器比較低效，停留時間會超過30天，難水解，氨氮易酸化，產氣比較低，系統不穩定等等。
如何解決？我們研究團隊做了一些工作，今天主要講兩條技術路線：新型仿生工藝，餐廚與廚余垃圾乙醇化技術路線。
① 新型仿生工藝
技術突破不了，我們就需要回到原點，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“牛吃進去的是草,擠出來的是奶”描述的是整個同化作用的高效性。牛的負荷非常高，大于100 kg/(m3·d)；停留時間段，少于3天；TS轉化率高，非常難處理的秸稈也可達到60-70%。按照這個思路，我們來對比瘤胃系統，然后仿照動物消化系統的原理來處理廚余垃圾。
與傳統厭氧反應器相比，瘤胃系統呈現出幾點不同。在微生物方面，傳統厭氧使用的是厭氧污泥，瘤胃系統使用的是瘤胃微生物；傳統厭氧反應器相對恒定pH，分為中溫、高溫、常溫等條件；瘤胃系統則采用動態pH條件(5.5-6.8)，剛吃進“食料”時候是中性的，在消化過程中裂變成酸性，溫度保持恒定(39℃)；傳統厭氧反應器中產物積累，有抑制作用，是厭氧環境，有干發酵、濕發酵；而瘤胃系統中，產物迅速排除，處于交替微氧環境，干濕交替條件。根據這些不同我們開發的系統效率大大提高，僅僅需要5-6天的停留時間。
很多業內人士擔心，廚余垃圾會不會面臨餐廚垃圾一樣的、幾百個項目上馬但難以運行的境地。餐廚垃圾處理項目為什么實施率低？主要源于餐廚垃圾集中處理存在收運困難、運營成本高、沼液沼渣處理難、投資周期長、風險大等問題。亟待開發經濟合理、針對性強的技術，尋求適合國情的綜合解決方案。
結合歷史經驗，可以看到，餐廚和廚余垃圾處理面臨一系列問題需要思考：能否采用簡單的預處理設備？選擇什么反應器解決CSTR厭氧反應器低效、不穩定、酸化、經濟效益低下等問題？產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？處理費用高的問題如何解決？現在，一些公司圍繞這些重點已經開展了一些工作，包括一些破碎、制漿、壓榨等設備，在預處理環境發力，并在餐廚垃圾里取得了一定效果。期待后續的發展。
② 餐廚與廚余垃圾乙醇化技術路線
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驗。此前，傳統反應器采用恒定pH，在5-6之間，需要不斷投加堿度，產物主要是有機酸。如果不調控pH，系統pH會降低至4以下，同時發現酸化產物中有乙醇產生，但是轉化率較低。研究團隊控制不同的pH條件，研究了不同的產物構成。同樣，團隊觀察了不同溫度和pH條件下的反應情況，進行優化，以此來確定優反應條件。從而確定了優化的產乙醇的路徑的廚余垃圾處理技術路線。這樣就產生了一個問題，這大大突破了傳統的路線。
事實上，各行各業都有這樣路徑依賴的問題。很難想象連世界上先進的航天飛機的尺寸，都是由兩千年前兩匹戰馬的屁股寬度來決定的。歷史慣性力量是多么的強大，要沖破由慣性形成的規則又是多么的艱難。在技術研究過程中，也需要盡可能脫離以往研究的路徑依賴。厭氧的產物是否一定要是甲烷？
在厭氧過程里頭，會產生乙酸、丙酸、乙醇、氫，不同產物的價格不同。其中，甲烷的價格相對低，但甲烷產生的話，需要較長的停留時間，長達30天、40天，其中90%的時間是為了產生甲烷，且有機負荷低。
而厭氧產酸過程，停留時間少于5天，有機負荷可以達到20公斤。酸化以后，提取中間產物，包括乙酸、丙酸，效果都非常好。如果要提取更高價值產品，也完全可能實現。如實驗室產生乙醇，蒸餾回收的純度能達到60%。破除路徑依賴，技術問題在不同的需求條件下或許有著不一樣的答案。
原標題：王凱軍：廚余垃圾分類盛宴后的處理問題
