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導讀：本文為同濟大學教授、城市污染控制國家工程研究中心主任戴曉虎在2022中國沼氣學會學術年會上以“有機固廢技術創新思考”為主題進行的發言。他從富集功能微生物、固液分離、沼渣利用、高效脫氮、磷回收強化、產物利用等角度介紹了當前的研究進展情況，指出有機固廢由于其復雜性，對于行業來說既是機遇也是挑戰，相信未來通過學科交叉等方面的技術開發，有望獲得創新突破。

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有機固廢的背景與需求

我國有機固廢產量大，存量多，年產約60-100億噸，存量也可達到200億噸。若不能得到有效處理，則會帶來環境污染的問題。相比我國，發達國家在無廢城市和循環經濟方面的相關政策和措施更加完善，特別像歐盟在2019年發布的《歐洲綠色新政》，明確提出在2050年資源開采與經濟要脫鉤，實現零廢棄物的目標，這意味著到2050年這些廢棄物要最大化的實現資源化的處理。我國也提出了無廢城市，包括在二十大報告里面也提出了降碳、減污、擴綠、增長等要求，應該說從未來發展的角度解決這些廢棄物的污染問題，同時實現資源化循環利用，實現低碳綠色發展，這是國際的共識。

作為有機固廢，特別是易腐的有機固廢之所以會變成廢棄物，主要原因歸結于它具有多介質、多組分的復雜特性。換句話說，如果是很單一的介質則會早早的被利用。有機固廢包含了各種物質相互的作用，同時又有污染和資源的屬性。在這當中我們也知道其富含了碳、氮、磷等資源。對生活源有機固廢來說，磷是重要的戰略性資源，具有極高的戰略意義，所以歐洲發達國家已經把磷作為戰略性的資源來看待。而世界上的磷礦經過開采和使用，預測未來可供用80-200年，未來的磷資源也需要循環利用，這只是有機固廢一個重要的資源化方向。所以在資源屬性和污染屬性共存的情況下，我們要實現它的無害化，同時也要最大化提升它的資源屬性，也是我們環境工程所要做的事情。

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研究熱點

在過去，有機固廢的處理主要停留在第一階段，主要是污染的控制為主。而現在我們通過科技創新技術，在污染控制的同時要實現有機固廢的高轉化率，實現資源的回收利用。目前我們已有一些智能化的裝備，包含生物處理、熱處理等各種技術，但是技術和裝備的整體水平，還不能適應未來既要污染控制又要實現資源化的提升的要求。所以在這樣的基礎背景下，我國和其他世界各國的同行們也是不遺余力的在這方面進行研究。由于有機固廢成分太復雜，所以現在還是一個黑箱、灰箱，我們要做的工作是想辦法把黑箱變成白箱，就是說在這樣復雜體系的過程中，我們如何能夠定向的調控。以下是六個重點的研究方向，目前已取得很好的進展，同時對新技術的突破也是充滿著期待。

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研究進展

在生物處理方面，我們目前也取得了比較好的進展和成果，首先是利用現有的表征手段，在易腐有機固體復雜體系中探究生物降解機制以及抗降解機制；其次就是高含固的厭氧消化理論方面的發展，特別像是污泥處理，過去含固率是5%，現在可以是10%、15%；再有就是在多介質協同的厭氧消化方面，包括在多介質協同的厭氧消化的調控和物質流角度的互補方面都得到了很好的發展。

同時我們也知道未來傳統的厭氧消化，要想提高它的效率，肯定離不開生物處理技術和材料科學。在材料科學上面，包括MOF材料、鐵基復合材料，來驅動和強化厭氧消化。并且國內外從事這個領域的科學家也都做了這方面的研究工作，有很多的小試和中試成果。如何實現進一步地放大，這也是未來的一個重點。并且我們的研究發現這些新材料的引入，一方面可以提高它的降解效率，另一方面也可以提高甲烷的含量。

固液分離也是一個很重要的方面，目前固液分離主要通過混凝沉淀的方式，需要添加藥劑，另外固液分離也存在瓶頸問題，比如污泥含水率只到70%-80%，進一步降低含水率難度較大，所以在這種情況下，對于固液分離的研究也是一個研究的熱點。并且固液分離后進行厭氧消化，可實現多途徑資源化的回收利用。過去對水分的賦存形態和水-固相互作用等的理論認識不足，而現在借助科技的發展，可通過先進的表征手段進行測定，也重新認識了水固結合的形態、結合的方式。熱干化蒸發的方式需要很大的能耗，如果通過非相變、低藥耗的方式，這樣可以提高整個易腐有機固廢的處理能力和經濟效益。在前期研究的基礎上，比如梯級壓力脫水，原來我們認為易腐有機固廢是非壓縮性流體，而現在我們發現壓力達到一定程度以后，用梯級的方法是可以實現固液的高效分離。另外通過一些極性分子作為載體，極性溶劑可以實現循環利用，破壞親疏水性能也可以實現固液高效的分離，這也是一個研究的熱點。

再一個方面是有機固廢厭氧產沼氣會產生大量的沼渣，但是沼渣如何實現更好的利用，這也是我們厭氧生物處理易腐有機固廢的重要方向。在這個過程中，我們知道沼渣和沼液是一個很好的資源，通常大家都認為這一類物質對植物的生長是很有利的，很多現場的試驗也都表明的確是在植物生長當中有促進作用，但是它的氮磷鉀的濃度處于合適的范圍。雖然我們在這方面開展了一些研究，但是在未來，我們要著重去實現這些過程的調控。

我們知道在厭氧消化過程中，特別是蛋白質的含量是比較高的。像污泥這一類的，有機氮會轉化成氨氮，這一類氨氮如果不得到很好的處理，也會影響整個厭氧發酵的效益，也包括餐廚等。在此條件下，厭氧氨氧化技術用在厭氧消化濃度比較高的氨氮處理，這是比較有利的，但是在這個過程當中也存在著復雜體系對厭氧氧化抑制的因素，在這方面國際國內開發了一些相應的工藝，如新型SPND耦合驅動兩段工藝，還有用填料或載體的方式解決沼液處理不加碳源的情況下，比較高效、經濟的脫氮變成氮氣。另外隨著餐廚、廚余高含固的處理，過去厭氧消化只有500-600 mg/L的氨氮，現在高含固系統要達到2000-3000 mg/L的氨氮，像這樣的高氨氮其實是可以通過利用沼液的堿度，采用負壓的方式進行氨的回收，變成碳酸氫銨這樣的物質作為肥料去使用。

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發展趨勢

我們要轉變思維和理念，形成系統性思維，特別在雙碳的背景下，不要只說處理，也要談利用。從它的能級的角度、資源化的角度，進行源頭減量—資源化循環—末端處置，這也是國際上的一個共識。另外要加大清潔生產，像垃圾、廚余源頭的減量，這是固廢減量的重要環節。

從未來的發展來看，不管我們做研發也好，還是產業也好，碳排放肯定會作為一個約束性的指標。我們過去主要考慮的是經濟指標，但是未來考察環境效益，除了達標以外，還要進行碳排放的量化考核，所以這個也是我們未來在有機固廢研發，或者是新技術開發的一個很重要的方面。

在未來一定是技術學科的交叉與融合，特別是現在的生命科學，分子生物學技術發展很快，另外材料科學的發展速度也很快，而且能很好的支撐有機固廢方面的研究。

信息技術也是很重要的一個方面，通過這樣的技術手段，能加快提升我們在厭氧產沼方面、厭氧發酵方面的技術水平。比如說對厭氧消化功能微生物的認知，過去我們都知道乙酸型產甲烷，現在還有甲基型、氫型等等，可以直接產生甲烷，在這方面的認識相當有限，只有不足0.1%的厭氧微生物的認識，在這方面未來會有很大的提升和突破。

包括未來黑箱如何實現調控，我們在實驗室做了很多的物理模型，將來如果在生物代謝過程當中，它的一些中間產物，包括信號分子能夠檢測到，以及將來會有大數據模型，通過大數據模型和物理模型的耦合，這樣可以大大促進厭氧發酵技術的發展。

現在高校有很多的想法，有很多的技術，但是現在還停留在書架上，如何讓這些技術真正的變成一個技術，國際上通常公認的是九級就緒度，在這個九級真正變成技術當中，特別是一些從0至1技術的突破，我覺得創新的全鏈條是很重要的一個因素。

我們的產業要有規模化，最后還是要有經濟效益。在這樣的情況下，像協同處理的這種方式，比如說城鄉易腐的有機固廢可以集中起來協同處理，這樣增加規模效益，同時也能夠實現多介質的互補，對產生的燃氣、沼渣的利用能達到一定規模的話，也可以讓這些新的技術更好的落地，也體現我們二十大提出的降碳、減污、擴綠、增長，實現增長增值。

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結語

有機固廢很復雜，正因為它的復雜，對我們來說也是一個機遇和挑戰，所以我相信未來通過學科交叉等方面技術的開發，特別是中國的團隊，在這方面不遺余力的研究，中國在這方面的技術一定會有所突破和創新。因為我們有很好的市場需求，另外我們也有很好的科研團隊，再加上現在實驗室的這些表征手段，也得到了大幅提升，相信在這方面我們中國的團隊會走在國際研發隊伍的前列。總體來說我相信在雙碳目標，特別是循環經濟，無廢城市、無廢社會，人和自然和諧共生大的政策背景下，包括全球對碳中和，應對全球氣候變化這樣大的共識和背景下，對于有機固廢不僅僅會解決它的污染問題，同時也會實現資源的高效回收利用。

來源：中國給水排水