北京奥运会期间,紧临奥运村运动员主餐厅的是一座不起眼的白色活动板房,就餐后在一旁候车的运动员丝毫没有发现这里就是奥运村餐厨垃圾资源化处理站。而且,他们每天享用的水果大多是这里的垃圾转化成的菌肥应用基地所培育的。
作为奥组委指定的唯一奥运村餐厨垃圾处理服务商,北京嘉博文生物科技有限公司(以下简称"嘉博文")负责将处理奥运村内各餐厅运送到处理站的餐厨垃圾,利用其自主研发的微生物资源循环新技术,快速处理了奥运村产生的1076吨餐厨垃圾,并将处理后的再生产品——活性微生物菌群添加到饲料和肥料中,成为多家奥运果品供应基地的农用生产资料。
与历届奥运会餐厨垃圾异地填埋、焚烧处理相比,北京奥运会开创了奥运村历史上餐厨垃圾就地无害化处理的先河,也赢得了国际奥委会的赞扬。
"将生物技术应用到餐厨垃圾处理中,不仅有效解决了餐厨垃圾无处可去的老大难问题,同时也为农业生产提供了环保型饲料和肥料",嘉博文总裁助理梅耀武告诉《中国投资》。
实际上,除了固体废弃物处理外,生物技术已在水体富营养化和污染治理、废气治理等领域有了广泛应用,在纺织、石化、造纸等行业生产中,更是作为一种高效、环保的技术得以大显身手。生物环保领域正呈现出"双增"的态势:产品品种不断增加,技术水平也在不断提高。
研发和应用活跃
应用于环境保护中的主要是微生物,少部分利用植物进行环境污染控制。应用生物技术处理污染物时,最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质,如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次转移,因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。
由于大部分有机污染物适于作为生物过程反应物,其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质,因此,生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术。正如美国环保局(EPA)在评价环境生物技术时所指出的那样,"生物治理技术优于其他新技术的显着特点在于其是污染物消除技术而不是污染物分离技术"。
和其他生活垃圾不同,餐厨垃圾的处理一直是城市垃圾处理的一大难题。特别是在中国,高油、高盐的餐厨垃圾,如果不经处理直接填埋,将对地下水产生污染,而其高含水的特点使得较难焚烧。由于饮食习惯不同,西方国家所研发和使用的生物技术并不能照搬到中国,必须进行自主研发。
"采用我们自主创新的生物环保技术不仅实现餐厨垃圾的减量化和无害化处理,还可以实现其资源化",梅耀武介绍说。
早在2005年3月,在北京市海淀区政府的支持下,上地街道就采用嘉博文的BGB微生物资源循环技术,创建了首个BGB餐厨垃圾资源循环处理系统,由嘉博文运营。该系统日处理餐厨垃圾4.6吨,负责处理上地街道辖区内27家餐馆的泔水,率先实现了北京第一条无泔水外流的街道。
在北京奥运会成功运营后,北京市已经把这项技术列入节能节水减排重点推广技术,在城市餐厨垃圾的规模集中处理中应用。在今年10月,一个日处理能力400吨的餐厨垃圾处理场一期将在北京高安屯垃圾处理中心建成投产。
环境污染源远不止固体废弃物这一类。多年来,由于全球范围内滥用化学品,特别是杀虫剂造成了大规模的水体、土壤污染,对其治理和恢复也将成为一个巨大的市场。按照有关机构"非常保守"的估计,在未来10年内全球市场达115亿美元。
在全球范围内,生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术,其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重工业企业的清洁生产等各个方面,发挥着极为重要的作用。
据了解,德国较早开展生物环境技术;荷兰在生物环境技术的研究及应用中在欧洲居领先地位,自1982年以来,已利用环境生物技术治理并恢复了6000多处污染地,一批公司已迅速发展起来。至今,环境生物技术在世界上被广泛应用于污水处理、大气净化及污染环境介质治理等诸多方面。国际上英、法、德、荷等国许多环境生物技术成果已进入商品化、产业化发展阶段。
生物技术是水污染控制中最成熟、也是最富有挑战性的技术,在国外的环保产业中一直是市场占有量最大的。随着经济的发展和新污染治理的需要,新技术工艺设备将不断出现并产业化。
美国"清洁空气法"(Clean Air Act)实施后将形成高达几百亿美元的燃煤脱硫市场,其中预计微生物脱硫将达250亿美元,而越来越低的燃油硫分标准也促进了石油微生物脱硫技术的发展。
我国生物环境技术虽然起步较晚,但近年来利用生物技术进行污染治理的研发活动却最为活跃。在对我国1997-2006年环保领域利用生物技术的发明专利(申请)情况的统计表明,涉及污水的生物处理技术专利(申请)最多,且增量主要来自国内,国内申请占相关申请的78.2%。将生物技术引入污染治理,特别是解决水体污染和富营养化问题,已成为最受市场青睐的技术领域。
目前,通过选育和培养高效的微生物菌种,制成制剂,高密度直接投放到受污染水体,形成生物膜对污水进行降解和净化的生物膜水处理新技术,已经为我国城市污水处理和治理湖泊富营养化提供了新的模式,在国内环保产业市场具有广阔的应用前景。
与传统的活性淤泥法相比,生物膜技术应用于城市污水处理具有以下优势:首先是投资省。目前国内的城市污水处理厂基础建设投资大,需要大量的机械设备、管网和其他工程设施,投资成本每吨污水处理在1000元左右;而应用生物膜技术投资设备少,占地小,处理每吨污水投资不到500元,相比节约成本50%以上。从运行费用看,目前国内城市污水处理厂的直接运行成本,一般处理污水在0.5-0.8元/天.吨之间;而据测算,应用生物膜技术处理污水只需0.2元/天.吨左右。此外,采用传统的活性淤泥法处理城市污水,常由于大量淤泥的堆放造成对环境的"二次污染",而相同条件下制成生物膜的微生物菌一旦把污水净化后,便会由于缺乏"营养"而自动消亡,不会造成"二次污染"。
清洁生产的"酶"力
随着国家减排力度的加大,工业与环境生物技术成为高耗能、高污染行业的"香饽饽"。
"过去纺织、造纸、石化等行业传统生产工艺给生态环境造成了恶劣影响,他们越来越需要在污染防治和生态环境保护方面的新技术",江南大学生物工程学院教授堵国成说,"为满足工业企业需求,近几年环保技术开发、技术改造和技术推广的力度不断加大,环保新技术、新工艺、新产品层出不穷,特别是生物环境技术,成为企业和各大科研机构的研发热点"。
将生物技术应用于生产的过程是以酶促反应为基础的。作为催化剂的酶是一种活性蛋白,因此,通常是在常温、常压下进行的。生物转化技术的效率高,副产物少,这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比,反应条件大大简化,因而投资省,费用少,消耗低,而且效果好,过程稳定,操作简便,同时,在多数情况下,它还可和其他技术结合使用。用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平,有利于实现工艺过程生态化或无废生产,真正实现清洁生产的目标。
据美国环保局估算,美国现有的化学工业若有5%为生物过程取代,污染防治费用可降低约1亿美元。生物处理技术除易于大规模处理外,还可利用天然水体或土壤作为污染物处理场所,从而大大节约生物处理的费用。
以纺织工业为例,在我国,江南大学生物工程学院组织研发的纺织用生物酶制剂已成为该行业一项新兴的清洁生产技术。
"纺织工业是产生污染非常严重的工业,每年约产生7.5亿吨的工业废水以及数10万吨计的烟尘、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳,对环境造成严重污染",堵国成告诉记者,传统化学处理工艺不仅高耗能,高耗水,同时,染料损失较大,对棉织物的损害也较大。
因此,在《生物产业发展"十一五"规划》的微生物制造专项以及《纺织工业"十一五"发展纲要》中,都提出将绿色生物技术工艺作为主要技术手段,以替代和改造传统生产过程,促进产业升级,解决纺织生产过程的资源短缺和环境污染问题。
目前在纺织工业中应用较为成熟的淀粉酶,用于退浆,可以迅速降低淀粉的分子质量,退浆率可达90%-95%。而且浆料的去除不需要剧烈的机械作用,用水量少,对织物损伤小。
纺织酶加工技术已成为发展最快的工业清洁技术之一。纺织工业用酶已占全球酶制剂总量的10%以上,2007年的总销售额已达到2.5亿美元左右,且每年仍以14%-20%的速度增长。我国每年仅应用于纺织清洁生产的碱性果胶酶和过氧化氢酶需求量就超过1亿元。
2007年我国纺织工业的生产总值已达到30500亿元,而随着我国纺织生产规模的日益扩大,采用生物技术工艺替代传统的化学处理工艺将是纺织工业重要的发展方向。
作为未来最重要的纺织助剂之一的酶制剂,"如果按其使用成本占纺织品生产成本的0.1%计算,纺织用酶的潜在市场空间可达20-30亿元,具有巨大的发展潜力和市场前景",堵国成对纺织工业领域应用生物技术的前景十分看好。
在纺织生物技术领域,我国研究并已获得了微生物发酵生产碱性果胶酶、过氧化氢酶、PVA降解酶、角质酶这一酶制剂产品群的关键技术,所制备的4种酶制剂已在棉织物前处理中得到初步应用,不仅使棉织物质量比传统方法提高一个等级,同时污水总量减少1/3以上,COD值下降1/3-1/2,pH值直接达到排放要求,单位织物处理能耗也下降了1/3。
除了纺织工业外,生物技术还可应用于造纸、皮革等领域。利用生物酶制剂在造纸行业中进行生物漂白,可以减少甚至彻底替代化学漂白,并最终在造纸工业中实现完全的生物制浆和生物漂白,彻底解决严重污染我国水环境的造纸黑液问题。生物技术将使许多污染行业的工业生产真正进入无污染清洁生产的轨道。
产业培育需政策扶持
堵国成教授也表示,尽管在纺织工业中应用生物技术的优势已得到公认,但由于目前商品化酶品种较少,酶生产成本高、天然酶最适用温度和使用pH范围较窄等原因,生物酶技术还未能在纺织等工业企业中全面推广应用。
国际上大的酶制剂公司广泛采用了基因工程、蛋白质工程、定向进化工程等高新技术,提高了酶在各种环境中的反应效率。而我国工业酶制剂的开发应用技术发展严重滞后,同时还需解决酶制剂稳定性和实用性等关键技术,从而实现工业用酶的高产、低成本、低能耗和无污染生物制造。
然而,为争取项目研发经费,像堵国成教授一样的研发人员不得不四处寻找经费。而企业往往是在技术成果能够产业化后才与科研机构联系,以转让费的形式买断技术。"前期研发少有企业愿意投入,在这方面只能寄希望于政府部门的科研经费了",堵国成说。
相比较而言,嘉博文就十分幸运。在上地收集站取得显着效果后,公司所在的中关村管委会扶持其生物技术体系在后端的产业化应用,如在微生物壮苗剂生产线的建设过程中给予政策资金100万元。"对我们来说在创新初期是个很大的鼓励",梅耀武告诉记者。
而作为环保型生态肥料,嘉博文研发的微生物菌剂还享受到农业部的相关优惠政策,同时,生产设备目前也有望进入国家发改委、环保部制定的鼓励环保技术目录中。
除了资金,嘉博文还希望得到更多的扶持:政府部门应该给予更多产业政策和税收方面的支持,这样才能推动一个产业的发展。
"如果能够在发达城市,将环境保护作为政府民生工程重要的考核内容之一,就能在全国形成一个规模化的减排和生态效应,那么将更有利于高端生物环保技术的推广和使用",梅耀武说。
