废弃物资源化

废弃物资源化的生物技术

能源紧缺和环境污染已经成为21 世纪中国面临的两大难题，这两个问题在很大程度上是我国经济高速发展以及人民生活水平提高的制约条件。如何缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾，生物质废物的资源化给我们提供了一种新的选择，它将成为破解中国世纪难题的利剑。

一切有机或无机废弃物都有可能实现资源化, 这对走循环经济可持续发展之路和环保产业的发展具有重要意义。生物微生物技术的应用在其中能起到关键性的作用, 众多废弃物都有可能借助生物或非生物途径得以充分利用。这里仅介绍两类典型事例: ( 1) 以源于各类含糖类物质的废物( 如制糖厂废弃的糖渣) 为原料发酵生产洁净氢能。如英国研究人员将这类残糖渣稀释后用来培养一种大肠杆菌, 在氢酶作用下使糖产生大量氢气, 把它收集起来作洁净能源, 或作燃料电池之

用。美国研究人员将灭菌花园土壤置于发电容器中, 加入家庭垃圾、适中废水, 再接种产氢细菌, 经培养即具产氢效力,再将氢气储存于燃料电池中用于家庭发电。还有报道以花生壳为原料也可生产氢气。在日本, 除花生壳之外, 也用胡桃壳、葵花籽壳为原料生产木糖醇产品; 也有直接从废弃桔皮中提取氢气。由此可见, 将这些废弃物实现资源化的作用不可小觑, 应予以更多关注, 加强研发。( 2) 通过微生物方法从含金的尾矿或矿渣中提取黄金早已为研究者所关注。全世界已有好些国家用细菌氧化法浸提黄金,

在加纳用细菌处理金矿规模可达日产1000 吨, 从1993 年2005年已具相当规模;巴西、澳大利亚和中国等均有日产100 吨以上的规模。那些丢弃的尾矿或矿渣中含有微量的金( Au) , 白白浪费掉非常可惜, 通过生物技术特别是微生物技术的综合应用有可能达到较为理想的提金效果。目前常用的菌种是氧化亚铁硫杆菌( Thiobacillus f err ooxidans ) , 俄罗斯等国家采用此细菌, 并配合氰化法, 浸金率达到88%~ 90%以上; 在我国也获得类似结果。当然还有其他微生物或未知者, 如一种曲霉可从溶液中有效吸附金( 活力比其他菌高11~ 13 倍) ; 有的微型藻对金吸附力可达400mg g ( 干重) 。应用此微生物法浸提金的关键在于: ( i) 使用的种子与被处理材料( 废矿渣) 生态的适应性

( 最适化) 和该菌活力的稳定性; ( ii) 有效脱除硫、砷的重要性, 根据需要采用不同有效菌株混合施用以提高浸提金的效率。如果能通过现代生物技术改造或构建出浸提金的新菌种, 将会产生更好的效益, 因此, 我们应加强这方面的基础及应用基础研究。(3) 等离子气化技术在固体废弃物资源化中的应用等离子气技术是指利用等离子炬作为气化炉的热源，而不是传的点火和熔炉。等离子炬有着能产生高强度热源的优势（约5500℃），而且操作相对简单，气化炉内的等离子体是一种高度电离或者充电的气体。与焚烧完全不同的等离子技术是一种气化技术，由于其高温和高热密度，等离子技术几乎能将碳基废物中的有机物完全转化成合成气（主要为CO 和H），而无机物则可变成无害灰渣（玻璃体）。

对于固体废物中的工业垃圾和有害废物，等离子气化技术在国外已被证明是一种可靠的处理措施。(4)辐射技术是指利用原子辐射和原子核辐射对物体进行加工的技术。辐射对被辐照物体的结

构分子产生多种作用，包括交联、裂解、固化以及

接枝改性等。利用射线加工方式简单，功能多

样，这使得它具有很多优点：安全可靠，对环境无

污染，低成本，高效益。辐射技术能处理各种污染物，只要调节辐射剂量就行。辐射处理时不需另加化学品，不会引起二次污染。有些污染物最终分解为二氧化碳和水，不留污染痕迹。学者们多年的研究发现，辐射在聚合物处理过程中起着非常重要的作用，许多发达国家已将辐射技术应用于城市固废的资源化中。同时，很多国家的科研机构、高等院校和工业部门正进行着大量辐射加工项目的开发研究和中间实验工作，辐射加工作为一种新工艺、新技术越来越受到世界各国的重视。(5)餐厨废弃物发酵生物制氢技术:氢气是一种最理想的能源物质之一，用氢气替代化石燃料可以有效避免大气污染与温室效应等环境问题。但是，经济高效的制取氢气，至今仍存在瓶颈。发酵制氢是近年来得到关注的一种新的技术手段。其既能降解餐厨废弃物，还能产出清洁的能源物质，具有巨大的发展前景。餐厨废弃物中有机物含量非常高，很容易被微生物降解。此外，餐厨废弃物营养成分丰富，十分适合厌氧发酵。发酵产氢的微生物主要有：肠杆菌属(Enterobacter)、梭菌属(Clostridium)、埃希氏肠杆菌属(Escherichia)和杆菌属

(Bacillus)四大类。Fang等[2]对混合菌种反应器中的微生物种群进行研究发现，肠杆菌属和梭菌属微生物是反应器中主要微生物种群。目前．产氢微生物的研究工作大致可以分为两类，纯菌种的筛选与混合菌种的培养。Brosseau和Zajic [2]利用纯菌种Clostridium posteurianum降解葡萄糖。氢气的产量为 1.5mol H2/mol葡萄糖；Taguchi等[2]分离得到了一株产氢能力很高的菌种Clostridium heijerincki AM21B,产氢能力达到1.8～2.0 mol H2/ mol葡萄糖。Perego等[2]利用产气肠杆菌Eenterobacteraerogenes NCIMB10102，以玉米淀粉的水解产物为底物．最大比产氢速度为10mmol H2/gVSS•h。Yokoi等[2]利用丁酸梭菌、产气肠杆菌、类红球菌共同降解甜土豆淀粉残留物。达到平均产气量为4.6 mol H2/mol葡萄糖，并连续产气30 d以上；Kim等[2]在实验室的血清瓶试验中，将餐厨垃圾与污泥(以梭菌属为主)混合，产氢率达到5.5mmol H2/gCOD；han与Shin[2]同样利用污泥与餐厨垃圾混合在厌氧滤床中发酵，使餐厨垃圾发酵效率达到58%。

微生物发酵产氢的代谢途径主要有三条。第一条是EMP途径中的丙酮酸脱羧产氢。第二条途径是在肠道杆菌存在的情况下，丙酮酸脱羧后形成的部分甲酸裂解，形成二氧化碳和氢气。第三条途径是Tanisho等[2] 对产气肠杆菌发酵产氢进行研究后．发现的辅酶I的氧化与还原调节平衡产氢假设。餐厨废弃物发酵产氢的研究目的在于提高餐厨废弃物发酵产氢效率、速度及氢气浓度。随着其他相关学科的发展．可以更加直接有效的提高餐厨废弃物