上海市生化处理技术应用情况介绍

随着生活垃圾处理技术的不断发展，有机垃圾生化处理作为现代生物工程与传统环境工程相结合的一项新兴垃圾处理技术已得到人们的关注，有机垃圾生化处理机在上海市正由试点运行逐步向推广应用方向发展。作为上海市市容环卫局直属的科研单位，我院多年来一直追踪该项垃圾处理技术的进展情况，现结合有关科研成果，将生化处理机在上海市的应用情况介绍如下：
一、技术简介
生化处理技术的本质是人工堆肥技术。堆肥是在自然或人工条件下，天然存在的微生物以垃圾中的有机物为养分，通过其生命活动达到分解、消化有机物的目的，其代谢产物除释放出水、气之外，尚有部分低分子有机质、无机质和微生物体以固态的残渣形式留存，残渣大多被用作肥料，故称为堆肥。生化处理是在垃圾堆肥过程中人为地添加了特定的微生物制剂，并通过处理机对堆肥温度、湿度、供氧量等参数加以控制，达到微生物制剂的最佳活动环境，从而促使有机垃圾以比传统堆肥快数十倍的速率分解，而且分解程度更高。
生化处理机添加的微生物制剂是由自然界中的放线菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢菌等多种微生物经过筛选、分离、培养、驯化、伍配等步骤，组成高效分解有机物的微生物群体(一般为好氧或兼氧菌)，制剂成品可以是冻干粉、悬浊液或附着于固态载体。生化处理机使用的微生物制剂被约定俗称为“菌种"，这种菌种可以高效率地分解各类有机垃圾，如厨余垃圾、果皮、粪便、庭园垃圾、动物尸体等。随着上海市有关部门发文禁止餐饮业食物剩余物(俗称“泔脚"、餐厨垃圾)直接饲喂家畜，又出现了耐盐且可分泌脂肪酶的菌种。
生化处理机主要用于分解处理易腐有机垃圾(简称有机垃圾)。将有机垃圾投入生化处理机、加入菌种并搅拌均匀后，控制相应的温度、湿度和通风供氧条件，菌种会释放出大量的分解蛋白(也称酶)，将大分子有机物分解为糖、脂肪酸和氨基酸等短链的低分子有机物，菌种以此为养分代谢出水、气体和生物热能，同时以几何级数迅速繁殖。如此菌种可以周而复始地不断“吃"掉新投入的有机垃圾，生化处理机也因而被一些媒体和居民称作“吃垃圾机器"。随着代谢产物的累积，菌种会逐渐老化，一般经过数月至一年，需要在生化处理机中投入新的菌种。通常菌种对有机垃圾的分解速度为12～48小时，平均约24小时，残渣率为10%～20%。生化处理机排出的残渣可作为有机肥料或饲料添加剂，产生的水分可以通过表面蒸发、循环调湿或直接排出，产生的气体中可能会含有H2S、NH3等恶臭物质，可以通过高温分解除臭、生物喷淋塔脱臭、水喷淋除臭，也有的将脱臭微生物直接配入菌种，而使排出的气体不含恶臭物质。
生化处理机在搅拌、控制温度、保持湿度、通风供氧、脱臭等过程中需要耗费较多电能，也有菌种称不需使用电能控制温度和脱臭，但小试结果提示可能需要增加破碎和脱水的前处理工艺。
综上所述，生化处理机是一种添加了高效菌种并控制堆肥条件的动态快速有机垃圾堆肥器，它具有效率极高、分解彻底、能耗较大的显著特点。
二、应用情况
上海市于1996年引进第1台生化处理机，为日本大纳梦株式会社赠建，椐称建资为80万元人民币，该机日处理量300kg，控制反应温度80℃。置于普陀区曹杨五村七委，该小区率先在上海市开展生活垃圾分类收集，将生活垃圾分为有机、无机、有毒有害三类投放，有机垃圾投入生化处理机处理。该生化处理机运行初期，由于没有配套除臭工艺，致使恶臭弥漫，遭到居民的抗议，此后日方又赠建了填充式生物喷淋脱臭塔一台，经脱臭塔除臭后排出的气体基本上能做到无色、无臭、无毒，处理过程无污水排出，残渣率为20%左右，无异味。残渣可每天清除大部分，留下少量维持继续运行；菌种每两周至一个月添加一次；全套设备日耗电约100kw.h。残渣类似山泥且肥效较好，居民竞相取用作家庭盆栽肥料，还有养殖场前来联系欲作为饵料添加剂。由于日方始终未能提供菌种报价等原因，该项目至今未有新的进展。
1998年2月，上海建设路桥公司与日本阿妮优公司合作(后更名为格尔普生物环保科技公司)研制的BX-110型生化处理机在普陀区怒江路30弄启用，设备投资19.8万元人民币，日处理有机垃圾90kg，控制反应温度50℃，恶臭气体进入高温除臭装置脱臭。最终无排水，排气无臭味，残渣率10%左右，无异味。清理残渣和添加菌种周期约3个月；单位耗电量0.79kw.h，主要消耗在高温除臭中。
1999年，上海百复公司在杨浦区明星小区启用该公司新研制的、采用国产菌种的生化处理机，日处理有机垃圾160kg，设备投资21.8万元。
1999年5月至9月，另有6台BX-110型生化处理机在普陀区启用。
1999年10月，上海玉垒公司与上海市环境卫生设备厂合作研制成“上环牌"生化处理机样机。玉垒公司称，该公司的YL—H67活性生物复合剂(菌种)为附着态兼氧菌，生化处理机无需加热控温，也无需脱臭装置，因而日耗电仅4～5kw.h；降解周期仅8～12h，而降解率可达99%。但样机小试结果没能达到预期目标，分析原因是：菌种要求物料含水率40%～50%，而有机垃圾含水率均高达80%左右，致使菌种基质很快被粘结，破坏了供氧条件。如果调整工艺，在生化处理机前加入物料破碎和挤压工艺，则可能解决含水率过高的问题。
2000年，又有丰业、东武、复旦浦发3家公司相继推出了各具特色的生化处理机。
上海丰业生物科技公司依托复旦大学的技术支撑，研制出用于处理居民有机垃圾的FYLC-60型生化处理机，采用电热膜加热和循环水喷淋除臭，有机垃圾减重率达95.5%，单位耗电量降为0.31Kw.h/kg。次年又研制出用于处理餐厨垃圾的FYLC-120B型生化处理机，餐厨垃圾减重率93.7%，单位耗电量0.57 Kw.h/kg。运行结果显示：处理高盐分、高油脂的餐厨垃圾比处理普通的居民有机垃圾难度较大，能耗更高，物料易粘结，菌种易老化。
上海东武公司的BM600-S型生化处理机，采用日本菌种，主要目的是产出堆肥，垃圾减重率51.79%，单位耗电量0.61Kw.h/kg，可处理居民有机垃圾和餐厨垃圾。并有系列产品，最大处理规模达1t/d。
上海复旦浦发公司的FPW-2100型生化处理机，用于处理居民有机垃圾，减重率95.0%，单位耗电量0.27Kw.h/kg。
2001年，上海耀丰公司推出的系列生化处理机，最小的有家用型处理机，最大的处理规模达10 t/d。
2002年，上海纪明机电五金公司的JMW-100型生化处理机，用于处理居民有机垃圾和餐厨垃圾，减重率96.1%，单位耗电量0.19Kw.h/kg。
同年，上海一本公司推出了处理规模100 kg/d的餐厨垃圾生化处理机。
据不完全统计，至2002年4月，进入环卫领域的生化处理机企业8家，而实际存在的生化处理机企业有十多家。投入运行的生化处理机约60台，其中约70%设在居民生活小区，30%设在宾馆或饭店。
至此，上海市生化处理机的发展呈现以下特点：
1、处理规模从1～2 kg/d的家用型到1～10 t/d的集约型，出现了系列型产品；
2、处理对象从单一的居民有机垃圾到高盐分、高油脂的餐厨垃圾，出现了可处理多种有机垃圾的产品；
3、处理方式从消灭型(追求减重效率)到资源型(追求堆肥产出率)，出现了多向选择；
4、处理成本从早期最高的单位耗电量0.79 Kw.h/kg 到后期最低的0.19Kw.h/kg，出现了逐步降低的趋势；
5、综合上述特点，可见生化处理机的技术性能逐渐趋于成熟。
三、生化处理机的作用
生化处理机是现代生物工程与传统环境工程相结合的产物，是一项新兴的垃圾处理技术，它对于整治小区环境、推进垃圾分类收集、消除垃圾收集和运输过程中的污染、实现垃圾“三化"处理具有显著效果，但尚有一定的局限性：
1、生化处理机的运行依赖于垃圾分类收集，实践证明，居民无法将破碎的纸巾、肮脏的包装袋与细小的有机垃圾混合物分类投放。1999年有机垃圾的理论值是65.21%，但分类收集点的有机垃圾分类率仅为15%～30%，随着市民垃圾分类习惯的逐渐形成，垃圾分类效率将逐渐提高，但肯定不可能达到完全分类，干垃圾不可能完全“干"，湿垃圾也不可能完全“湿"。假设垃圾的分类效率达到80%，则经分类有机垃圾的理论值是52.17%。
2、企业为保障生化处理机的处理效率和正常运行，往往要求管理人员不要将贝壳、长纤维类物质、粗大骨等投入生化处理机，此类物质约占有机垃圾总量的20%，前置破碎装置可以解决这一问题，但会加大设备投资和运行成本。
3、根据初步分析，生化处理机在理论上可处理居民有机垃圾总量的72%，仅占居民生活垃圾总量的46.95%，占市区生活垃圾总量的29.58%，约为2000t/d。而处理这29.58%的垃圾需要配置日处理90kg的生化处理机2万2千多台，耗费45亿元人民币的设备投资。
4、基于上述理由，决定了生化处理机目前在本市生活垃圾处理系统中无法成为主流处理模式，仅能作为小区垃圾分类收集点的配套设施和垃圾处理多元化技术中的一种形式存在。
四、热点问题探讨
1、生化处理机与分类收集的关系
垃圾分类收集推广过程中遇到的难题之一是：近期本市后续处理设施不配套，分类收集的垃圾不能分类运输和分类处理，使分类收集点的居民积极性蒙受打击，降低配合程度；或仅仅配套了分类运输而未跟进分类处理，垃圾分类收集工作仍停留在“演习"阶级。生化处理机的应用可在源头实现后续处理的部分配套，弥补近期内垃圾分类处理设施的空白。将垃圾分类模式定为干垃圾、湿垃圾和有害垃圾分类投放，湿垃圾主要由生化处理机就地处理，有害垃圾按危险废物单独收集处理，余下的干垃圾和部分湿垃圾近期内填埋，远期可作为再生资源回收利用或综合处理。
2、生化处理机与垃圾运输的关系
生化处理机的应用可以省略对湿垃圾运输的环节，但对垃圾总体运输量的减省效果并不明显。因为垃圾运输能力是以“车吨位"来衡量的，所谓“车吨位"是以垃圾运输车的核定装载量来统计的，湿垃圾的减量对重量的影响较大，但对体积的影响相对较小。
但湿垃圾减量有一个明显的好处，即减少了垃圾运输过程中的滴漏现象。据计算，原生垃圾的平均含水率为57.38%，湿垃圾减量72%后，含水率下降为45.02%，而干垃圾具有一定的持水能力，为31.20%。事实上，分类收集的湿垃圾含水率更高，减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，垃圾运输过程中的滴水和恶臭现象将得以改善。
3、生化处理机与其它处理设施的关系
本市现有及规划中的垃圾处理设施主要有：小型压缩式收集站、卫生填埋场、焚烧厂、有机垃圾堆肥厂、分拣中心等。
(1)与小型压缩式收集站的关系
小型压缩式收集站是一种对于垃圾混合收集方式和分类收集方式二者均适用的收集设施。它的作用是提高运输效率，减少污染点。
小型压缩式收集站与生化处理机的配合使用，可改变现行的垃圾清运收集的频率，并使小型压缩式收集站的服务区域扩大。但在一个小区同时投入二种设施会增加建设投资压力。
(2)与卫生填埋场的关系
现行的垃圾收集方式是将垃圾混合收集后运往填埋场进行处置。而根据卫生填埋技术标准规定，进卫生填埋场混合垃圾中的有机物不能大于30%。生化处理机的应用，可基本满足这一要求，并可减少垃圾渗沥水的处理压力，减少垃圾的最终处置量，从而延长卫生填埋场的使用寿命。
(3)与焚烧厂的关系
一般来说，生化处理机与焚烧厂处理的是不同种类的垃圾。生化处理机的应用有利于提高垃圾的热值及焚烧厂的处理效率。根据实验数据及理论测算，垃圾每失水1%，低位热值提高15～35kcal/kg。据此推算，有机垃圾减量72%，可使垃圾失水12.36%，提高热值190～430 kcal/kg。
(4)有机垃圾堆肥厂的关系
生化处理机和有机垃圾堆肥厂处理的是同一种类的垃圾，前者是在小区或特定的点上分散处理，后者是在比较大的区域内集中处理。前者最多可处理有机垃圾的72%，后者可以处理全部有机垃圾。
(5)与分拣中心的关系
生化处理机与分拣中心处理的是不同种类的垃圾，具有很好的互补性。二者处理的前提都必须在垃圾的产生源头实行分类收集。
在分拣中心的服务区域内，应重点推广生化处理机或建立有机垃圾堆肥厂。
4、成本分析
由于BX-110型生化处理机是目前本市仅有的小批量生产机型，故以此为例，对投资和运行成本进行分析。
(1)投资成本
.基建投资：未计
.设备投资：19.8万元/台
(2)运行成本(未计基建和设备折旧、未计税金)
.电费(按民用电价0.61元/kw.h计)：0.481元/ kg，占23%；
.人工费(按正式工3万元/人.年计)：1.333元/kg，占63%；
.菌种费：0.045元/kg，占2%；
.维修费(维修费按0.5%，大修费按0.5%计算)：0.060元/kg，占3%；
.管理费：按上述直接费10%计，占9%；
.合计运行成本：2.11元/kg。
与本市目前垃圾收运、处理成本0.24元/kg相比较，该处理设备2.11元/kg的运行成本显然是偏高了。从运行成本构成比例来看，人工费占主要部分，其次是电费，两者合计占86%。
5、菌种管理
生化处理机添加的菌种，据称是在自然界中经过分离筛选，组合驯化的纯天然微生物制剂，但由于生物量极大且在非密闭系统中运行，最后还将流散于开放系统中，故而引起各方人士的重重疑虑及政府部门的慎之又慎。环境安全性是市场机制失效的范围，必须由政府管理，为此上海市市容环卫局在广泛征求各界意见的基础上，召集了本市微生物学会的部分专家专题研讨菌种的安全性问题。
与会专家认为：微生物的利用广泛而古老，最早有酿造和沤肥，近代有产沼、堆肥、活性污泥法水处理、保健品如昂立一号等，但如此高效率地处理有机垃圾是一种新技术，境外除日本外尚未见有应用报道。美国等对于基因工程微生物(人工微生物)在密闭系统中的运行有严格的监管，而对于在开放系统中运行的极大生物量的天然微生物尚无管理办法可供借鉴。
天然微生物中包含致病菌、条件致病菌和非致病菌，有必要对生化处理机使用的菌种进行分离鉴别、急性毒性试验(包括半致死剂量，呼吸道毒性，接触性毒性试验等)；又由于微生物的变异性极强，可对某些属种的微生物进行抗药性和遗传稳定性试验；还应考虑高浓度微生物进入自然界对生态平衡的影响；同时，为防止二次污染，应对可能产生的水、气、残渣进行检测。
由于生化处理机菌种母株基本上来源于日本，根据我国现行《检疫法》规定，不允许商业性进口微生物，仅允许用于科研目的的少量进口，因此菌种生产必须国产化。
综合各方意见，上海市建委决定政府职能分工：上海市容环卫局负责生化处理机的使用效率评价，上海市环保局负责菌种的安全性评价。
2000年9月，上海市市容环卫局发布了《有机垃圾生化处理菌种使用管理办法》，规定了菌种使用的管理部门、评价管理、市场准入条件、信息发布及各方的行为责任。目前已有6家企业通过了使用效率评价。
2001年10月，上海市环保局发布了《上海市环境保护微生物菌剂应用的环境安全性管理(暂行)办法》，规定了管理部门、行政许可、申报要求、安全控制等内容。目前已有13家企业通过了生物安全性初评。
6、推广风险
生化处理机的推广应用，除了引人注目的环境与生态风险外，还具有一定的投资风险。微生物的生存环境具有选择性，每种生化处理机型都是根据特定菌种的生存环境设计的，在生化处理机运行期间，由企业提供配套菌种，一旦发生企业倒闭或其它断绝菌种来源的情况，生化处理机就可能陷入瘫痪，使投资方蒙受损失。另外，菌种可能的变异和退化等也是风险因素之一。