上海市生化處理技術應用情況介紹
隨著生活垃圾處理技術的不斷發展，有機垃圾生化處理作為現代生物工程與傳統環境工程相結合的一項新興垃圾處理技術已得到人們的關注，有機垃圾生化處理機在上海市正由試點運行逐步向推廣應用方向發展。作為上海市市容環衛局直屬的科研單位，我院多年來一直追蹤該項垃圾處理技術的進展情況，現結合有關科研成果,將生化處理機在上海市的應用情況介紹如下：
一、技術簡介
生化處理技術的本質是人工堆肥技術。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物為養分，通過其生命活動達到分解、消化有機物的目的，其代謝產物除釋放出水、氣之外，尚有部分低分子有機質、無機質和微生物體以固態的殘渣形式留存，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，并通過處理機對堆肥溫度、濕度、供氧量等參數加以控制，達到微生物制劑的最佳活動環境，從而促使有機垃圾以比傳統堆肥快數十倍的速率分解，而且分解程度更高。
生化處理機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過篩選、分離、培養、馴化、伍配等步驟，組成高效分解有機物的微生物群體（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載體。生化處理機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。隨著上海市有關部門發文禁止餐飲業食物剩余物（俗稱“泔腳”、餐廚垃圾）直接飼喂家畜，又出現了耐鹽且可分泌脂肪酶的菌種。
生化處理機主要用于分解處理易腐有機垃圾（簡稱有機垃圾）。將有機垃圾投入生化處理機、加入菌種并攪拌均勻后，控制相應的溫度、濕度和通風供氧條件，菌種會釋放出大量的分解蛋白（也稱酶），將大分子有機物分解為糖、脂肪酸和氨基酸等短鏈的低分子有機物，菌種以此為養分代謝出水、氣體和生物熱能，同時以幾何級數迅速繁殖。如此菌種可以周而復始地不斷“吃”掉新投入的有機垃圾，生化處理機也因而被一些媒體和居民稱作“吃垃圾機器”。隨著代謝產物的累積，菌種會逐漸老化，一般經過數月至一年，需要在生化處理機中投入新的菌種。通常菌種對有機垃圾的分解速度為12～48小時，平均約24小時，殘渣率為10%～20%。生化處理機排出的殘渣可作為有機肥料或飼料添加劑，產生的水分可以通過表面蒸發、循環調濕或直接排出，產生的氣體中可能會含有H2S、NH3等惡臭物質，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。
生化處理機在攪拌、控制溫度、保持濕度、通風供氧、脫臭等過程中需要耗費較多電能，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，生化處理機是一種添加了高效菌種并控制堆肥條件的動態快速有機垃圾堆肥器，它具有效率極高、分解徹底、能耗較大的顯著特點。
二、應用情況
上海市于1996年引進第1臺生化處理機，為日本大納夢株式會社贈建，椐稱建資為80萬元人民幣，該機日處理量300kg，控制反應溫度80℃。置于普陀區曹楊五村七委，該小區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、無機、有毒有害三類投放，有機垃圾投入生化處理機處理。該生化處理機運行初期，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，留下少量維持繼續運行；菌種每兩周至一個月添加一次；全套設備日耗電約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，還有養殖場前來聯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展。
1998年2月，上海建設路橋公司與日本阿妮優公司合作（后更名為格爾普生物環保科技公司）研制的BX-110型生化處理機在普陀區怒江路30弄啟用，設備投資19.8萬元人民幣，日處理有機垃圾90kg，控制反應溫度50℃，惡臭氣體進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，上海百復公司在楊浦區明星小區啟用該公司新研制的、采用國產菌種的生化處理機，日處理有機垃圾160kg，設備投資21.8萬元。
1999年5月至9月，另有6臺BX-110型生化處理機在普陀區啟用。
1999年10月，上海玉壘公司與上海市環境衛生設備廠合作研制成“上環牌”生化處理機樣機。玉壘公司稱，該公司的YL—H67活性生物復合劑（菌種）為附著態兼氧菌，生化處理機無需加熱控溫，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99%。但樣機小試結果沒能達到預期目標，分析原因是：菌種要求物料含水率40%～50%，而有機垃圾含水率均高達80%左右，致使菌種基質很快被粘結，破壞了供氧條件。如果調整工藝，在生化處理機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、東武、復旦浦發3家公司相繼推出了各具特色的生化處理機。
上海豐業生物科技公司依托復旦大學的技術支撐，研制出用于處理居民有機垃圾的FYLC-60型生化處理機，采用電熱膜加熱和循環水噴淋除臭，有機垃圾減重率達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，餐廚垃圾減重率93.7%，單位耗電量0.57 Kw·h/kg。運行結果顯示：處理高鹽分、高油脂的餐廚垃圾比處理普通的居民有機垃圾難度較大，能耗更高，物料易粘結，菌種易老化。
上海東武公司的BM600-S型生化處理機，采用日本菌種，主要目的是產出堆肥，垃圾減重率51.79%，單位耗電量0.61Kw·h/kg，可處理居民有機垃圾和餐廚垃圾。并有系列產品，最大處理規模達1t/d。
上海復旦浦發公司的FPW-2100型生化處理機，用于處理居民有機垃圾，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，最小的有家用型處理機，最大的處理規模達10 t /d。
2002年，上海紀明機電五金公司的JMW-100型生化處理機，用于處理居民有機垃圾和餐廚垃圾，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模100 kg /d的餐廚垃圾生化處理機。
據不完全統計，至2002年4月，進入環衛領域的生化處理機企業8家，而實際存在的生化處理機企業有十多家。投入運行的生化處理機約60臺，其中約70%設在居民生活小區，30%設在賓館或飯店。
至此，上海市生化處理機的發展呈現以下特點：
1、處理規模從1～2 kg /d的家用型到1～10 t /d的集約型，出現了系列型產品；
2、處理對象從單一的居民有機垃圾到高鹽分、高油脂的餐廚垃圾，出現了可處理多種有機垃圾的產品；
3、處理方式從消滅型（追求減重效率）到資源型（追求堆肥產出率），出現了多向選擇；
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，出現了逐步降低的趨勢；
5、綜合上述特點，可見生化處理機的技術性能逐漸趨于成熟。
三、生化處理機的作用
生化處理機是現代生物工程與傳統環境工程相結合的產物，是一項新興的垃圾處理技術，它對于整治小區環境、推進垃圾分類收集、消除垃圾收集和運輸過程中的污染、實現垃圾“三化”處理具有顯著效果，但尚有一定的局限性：
1、生化處理機的運行依賴于垃圾分類收集，實踐證明，居民無法將破碎的紙巾、骯臟的包裝袋與細小的有機垃圾混合物分類投放。1999年有機垃圾的理論值是65.21%，但分類收集點的有機垃圾分類率僅為15%～30%，隨著市民垃圾分類習慣的逐漸形成，垃圾分類效率將逐漸提高，但肯定不可能達到完全分類，干垃圾不可能完全“干”，濕垃圾也不可能完全“濕”。假設垃圾的分類效率達到80%，則經分類有機垃圾的理論值是52.17%。
2、企業為保障生化處理機的處理效率和正常運行，往往要求管理人員不要將貝殼、長纖維類物質、粗大骨等投入生化處理機，此類物質約占有機垃圾總量的20%，前置破碎裝置可以解決這一問題，但會加大設備投資和運行成本。
3、根據初步分析，生化處理機在理論上可處理居民有機垃圾總量的72%，僅占居民生活垃圾總量的46.95%，占市區生活垃圾總量的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2萬2千多臺，耗費45億元人民幣的設備投資。
4、基于上述理由，決定了生化處理機目前在本市生活垃圾處理系統中無法成為主流處理模式，僅能作為小區垃圾分類收集點的配套設施和垃圾處理多元化技術中的一種形式存在。
四、熱點問題探討
1、生化處理機與分類收集的關系
垃圾分類收集推廣過程中遇到的難題之一是：近期本市后續處理設施不配套，分類收集的垃圾不能分類運輸和分類處理，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輸而未跟進分類處理，垃圾分類收集工作仍停留在“演習”階級。生化處理機的應用可在源頭實現后續處理的部分配套，彌補近期內垃圾分類處理設施的空白。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就地處理，有害垃圾按危險廢物單獨收集處理，余下的干垃圾和部分濕垃圾近期內填埋，遠期可作為再生資源回收利用或綜合處理。
2、生化處理機與垃圾運輸的關系
生化處理機的應用可以省略對濕垃圾運輸的環節，但對垃圾總體運輸量的減省效果并不明顯。因為垃圾運輸能力是以“車噸位”來衡量的，所謂“車噸位”是以垃圾運輸車的核定裝載量來統計的，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，即減少了垃圾運輸過程中的滴漏現象。據計算，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，垃圾運輸過程中的滴水和惡臭現象將得以改善。
3、生化處理機與其它處理設施的關系
本市現有及規劃中的垃圾處理設施主要有：小型壓縮式收集站、衛生填埋場、焚燒廠、有機垃圾堆肥廠、分揀中心等。
（1）與小型壓縮式收集站的關系
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施。它的作用是提高運輸效率，減少污染點。
小型壓縮式收集站與生化處理機的配合使用，可改變現行的垃圾清運收集的頻率，并使小型壓縮式收集站的服務區域擴大。但在一個小區同時投入二種設施會增加建設投資壓力。
（2）與衛生填埋場的關系
現行的垃圾收集方式是將垃圾混合收集后運往填埋場進行處置。而根據衛生填埋技術標準規定，進衛生填埋場混合垃圾中的有機物不能大于30%。生化處理機的應用，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，從而延長衛生填埋場的使用壽命。
（3）與焚燒廠的關系
一般來說，生化處理機與焚燒廠處理的是不同種類的垃圾。生化處理機的應用有利于提高垃圾的熱值及焚燒廠的處理效率。根據實驗數據及理論測算，垃圾每失水1%，低位熱值提高15～35kcal/kg。據此推算，有機垃圾減量72%，可使垃圾失水12.36%，提高熱值190～430 kcal/kg。
（4）有機垃圾堆肥廠的關系
生化處理機和有機垃圾堆肥廠處理的是同一種類的垃圾，前者是在小區或特定的點上分散處理，后者是在比較大的區域內集中處理。前者最多可處理有機垃圾的72%，后者可以處理全部有機垃圾。
（5）與分揀中心的關系
生化處理機與分揀中心處理的是不同種類的垃圾，具有很好的互補性。二者處理的前提都必須在垃圾的產生源頭實行分類收集。
在分揀中心的服務區域內，應重點推廣生化處理機或建立有機垃圾堆肥廠。
4、成本分析
由于BX-110型生化處理機是目前本市僅有的小批量生產機型，故以此為例，對投資和運行成本進行分析。
（1）投資成本
·基建投資：未計
·設備投資：19.8萬元/臺
（2）運行成本（未計基建和設備折舊、未計稅金）
·電費（按民用電價0.61元/kw.h計）：0.481元/ kg，占23%；
·人工費（按正式工3萬元/人·年計）：1.333元/kg，占63%；
·菌種費：0.045元/kg，占2%；
·維修費（維修費按0.5%，大修費按0.5%計算）：0.060元/kg，占3%；
·管理費：按上述直接費10%計，占9%；
·合計運行成本：2.11元/kg。
與本市目前垃圾收運、處理成本0.24元/kg相比較，該處理設備2.11元/kg的運行成本顯然是偏高了。從運行成本構成比例來看，人工費占主要部分，其次是電費，兩者合計占86%。
5、菌種管理
生化處理機添加的菌種，據稱是在自然界中經過分離篩選，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中運行，最后還將流散于開放系統中，故而引起各方人士的重重疑慮及政府部門的慎之又慎。環境安全性是市場機制失效的范圍，必須由政府管理，為此上海市市容環衛局在廣泛征求各界意見的基礎上，召集了本市微生物學會的部分專家專題研討菌種的安全性問題。
與會專家認為：微生物的利用廣泛而古老，最早有釀造和漚肥，近代有產沼、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垃圾是一種新技術，境外除日本外尚未見有應用報道。美國等對于基因工程微生物（人工微生物）在密閉系統中的運行有嚴格的監管，而對于在開放系統中運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使用的菌種進行分離鑒別、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，可對某些屬種的微生物進行抗藥性和遺傳穩定性試驗；還應考慮高濃度微生物進入自然界對生態平衡的影響；同時，為防止二次污染，應對可能產生的水、氣、殘渣進行檢測。
由于生化處理機菌種母株基本上來源于日本，根據我國現行《檢疫法》規定，不允許商業性進口微生物，僅允許用于科研目的的少量進口，因此菌種生產必須國產化。
綜合各方意見，上海市建委決定政府職能分工：上海市容環衛局負責生化處理機的使用效率評價，上海市環保局負責菌種的安全性評價。
2000年9月，上海市市容環衛局發布了《有機垃圾生化處理菌種使用管理辦法》，規定了菌種使用的管理部門、評價管理、市場準入條件、信息發布及各方的行為責任。目前已有6家企業通過了使用效率評價。
2001年10月，上海市環保局發布了《上海市環境保護微生物菌劑應用的環境安全性管理（暫行）辦法》，規定了管理部門、行政許可、申報要求、安全控制等內容。目前已有13家企業通過了生物安全性初評。
6、推廣風險
生化處理機的推廣應用，除了引人注目的環境與生態風險外，還具有一定的投資風險。微生物的生存環境具有選擇性，每種生化處理機型都是根據特定菌種的生存環境設計的，在生化處理機運行期間，由企業提供配套菌種，一旦發生企業倒閉或其它斷絕菌種來源的情況，生化處理機就可能陷入癱瘓，使投資方蒙受損失。另外，菌種可能的變異和退化等也是風險因素之一。
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