北極星固廢網訊:固體廢棄物是指在人類生活和生產活動中產生的失去使用價值的固態和半固態廢棄物。隨著我國科技的進步，工業發展不斷深入，城市化進程不斷擴大，在人民生活水平提高的同時，環境已然成為了現今普遍關注的社會焦點問題，其中固體廢棄物是環境汙染的重要汙染源之一。固體廢棄種類繁多、來源廣泛、數量巨大，其對大氣、水源、土壤和人類生活環境都造成了極大的汙染影響。我國對於固體廢棄物的汙染控制起步時間比國外晚，雖然隨著國家技術發展的進步，對於環境保護愈發重視，近年來在固廢處理上也取得了一些進展，但與歐美日等國家相比，我國在固體廢棄物的治理上整體水平還很低。據《2011中國環境狀況公報》，我國工業固體廢棄物 產生量達325 140. 6萬t，綜合利用量( 含利用往年貯存量) 為199757. 4萬t，綜合利用率為60. 5%。固體廢棄物處理的最終目標是無害化、減量化和資 源化。現今對固體廢棄物處理方法有填埋處理、 焚燒處理、粉碎處理、生物處理及各種化學方法等， 其中生物處理主要是利用微生物對固體廢棄物分解的處理技術，以其低成本、綠色環保、不會有二次汙染等優點一直以來受到許多研究者的關注。隨著研究的不斷深入，微生物處理技術也不斷成熟，在固體廢棄物處理中得到了廣泛的應用。微生物處理技術與其他傳統處理工藝相結合，將為解決固體廢棄物對環境的危害和固體廢棄物的資源化利用提供一條新的途徑。
固體廢棄物組成繁雜、數量巨大，我們在控制固體廢棄物對環境的汙染和資源化利用過程中需要對其進行分類，針對不同種類的固體廢棄物採用不同的處理技術，以期達到最大的處理效益。固體廢棄物按其組成可分為有機固體廢棄物和無機固體廢棄物; 按其汙染特性則可分為有害廢物和一般廢物等。在《固體廢棄物汙染環境防治法》中將固體廢棄物分為城市固體廢棄物、工業固體廢棄物和有害固體廢棄物。該文根據以上分類，以涉重危廢、工業固體廢棄物這er種具有代表性的固體廢棄物為例，重點對這三種固體廢棄物的微生物處理技術的應用和研究進展進行綜述。
涉重危廢
涉重危廢是固體廢棄物中有害固廢的一類，也是固體廢棄物處置管理中需要重視的一類廢棄物。涉重危廢是涉及重金屬危險固體廢棄物的簡稱，涉重危廢( heavy metals-contained hazardous wastes) 泛指重金屬含量較高，致使其浸出濃度超過危險廢物鑑別標準值的固體廢棄物。涉重危廢具有強烈的生物毒性，對環境有極高的危害，世界各國對涉重危廢 的監管都極其嚴厲。2016年發布的新版《國家危險廢物名錄》中共列舉了 46大類危險廢物，其中涉重危廢佔有17大類。涉重危廢來源廣、種類繁多、組成複雜，從其來源上看主要可以分為兩大類，一是社會來源，主要是失效產品廢棄物，包括廢舊電池和電子線路板、失效催化劑; 二是工業來源，主要是工業生產加工過程產生的廢棄物，包括電鍍汙泥、酸洗廢渣、冶煉廢渣和城市垃圾焚燒飛灰等。據生態環境部門統計，2015年我國各類危廢產生量達4220萬t，據估計1500～2000 萬t為涉重危廢，其中廢舊電池、廢舊電子線路板和失效催化劑均在數十萬噸級，而酸洗廢渣、冶煉廢渣、城市垃圾焚燒飛灰高達數百萬噸級。這些數量巨大的涉重危廢含有高濃度的劇毒/有毒金屬如鎘、鉛、汞、銅、鎳、鈷、鋅、錳等。涉重危廢處置不當可能會引發土壤大面積的重金屬汙 染，涉重危廢的非法傾倒是近期頻頻發生的涉砷、涉 鉛、涉鎘等重金屬汙染公害事件的直接原因，涉重危廢的處理問題已迫在眉睫。涉重危廢種類繁多，其中針對三種典型涉重危廢如鉛鋅冶煉廢渣、城市垃 圾焚燒飛灰、失效動力鋰電進行介紹，下面是三種典型涉重危廢及其危害的具體介紹。
鉛鋅是重要的有色金屬，鉛酸蓄電池、鉛合金和鉛管等生成原料都是鉛，而鍍鋅工業、鋅基合金和鋅錳電池製備都離不開鋅。我國是世界上最主要的鉛鋅生產國。據統計，2010年我國有419. 9萬t的精鉛產量，佔世界總量的45. 2%，而鋅錠產量佔世界總產量的40. 5%，產量為516. 4萬t。然而，鉛鋅冶煉業作為有色金屬工業，是重金屬汙染排放的主要源頭之一，同時也是全國重金屬汙染排放大戶。
城市垃圾焚燒飛灰來源於在垃圾焚燒過程中煙道收集的固態廢物，其含有高濃度氯離子及多種重金屬和二噁英，被世界各國列為危險廢物。有關數據顯示，全國飛灰年產生量有400～500萬t，其中北京市飛灰產量有4～5萬t。「十三五」期間，全國垃圾焚燒總量超過 50%，飛灰總量將接近1000萬t; 而北京市在建/擬建的 8座垃圾焚燒發電廠也將陸續投入使用，屆時飛灰總量達到15～20 萬t。
失效動力鋰電池是涉重危廢的又一主要來源。自 1991年索尼公司商品化以來，鋰離子電池以其體積 小、質量輕、電壓高、容量大、壽命長、無記憶等優良 特性，在手機、手提電腦、數位相機、可攜式攝像機等 小型家電的能源供給上有廣泛的應用。2015年全球鋰離子電池總產量達到100. 75GWh，據國家統計局公布的數據，2015年我國鋰離子電池總產量達到56. 0億隻。鋰離子電池的使用壽命一般為3～5年，之後便成為失效鋰離子電池進入環境中，成為一類數量巨大的固體廢棄物。據估算， 2015年我國動力鋰電池累計報廢量將達到2～4萬t，2020年達12～17萬t。針對數量如此巨大的失效鋰電， 2016年2月國家發改委發布《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策》來鼓勵失效動力鋰電池的階梯利用、再生利用和資源利用。鋰離子電池主要組分包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜等。其中正極 材料是最有回收利用價值的，正極材料通常是鈷酸鋰( LiCoO2) 、磷酸鐵鋰( LiFePO4) 、錳酸鋰( LiMnO2) 和三元材料( LiNixCoyMn1-x-yO2) 。其中含有高濃度的有價金屬如鈷、鎳、鋰和錳，金屬總重佔電池總重 25%～35%，而正極材料成本佔到電池總價的40%以上。
1、生物瀝浸技術對涉重危廢中有價金屬回收的研究進展
涉重危廢因其嚴重的環境危害特性和生態毒性，無害化處理是現有處置技術的主要方向。但現有無害化處理技術或工藝如穩定化/固化後安全填埋工藝、水泥窯協同處置技術等不但不能完全消除 涉重危廢對環境潛在的汙染風險，而且造成了金屬資源的不可逆流失。因此，針對各類涉重危廢，回收稀貴/有價金屬，去除劇毒/有毒金屬，減低/消除脫毒殘渣的建材化利用風險，實現涉重危廢的全循環、全利用和( 近) 零排放，是未來涉重危廢處理技術的發展方向。生物瀝浸是指通過特定微生物( 類群) 的直接( 接觸) 作用或其代謝活性產物的間接( 非接觸) 作用將固相材料中目標金屬浸出並進入液相的過程，該技術以其經濟、綠色、節能、安全的特點，在涉重危廢的資源化利用中得到應用和研究。從 20世紀60年代開始，美國、加拿大、 澳大利亞、智利、南非、印度等國家深入開展了低品/ 難浸礦石的生物冶金( 生物瀝浸) 技術和工藝的研究。我國生物冶金( 生物瀝浸) 技術研究在王澱佐、邱冠周院士帶領下取得重大突破，且在生物冶金領域的國際影響力得到了提升。目前，生物冶金技術已成功用於低品硫化礦中銅、鎳、鈷、鈾、金等有價金屬的浸提和回收。辛寶平課題組一直以來致力於涉重危廢生物瀝浸技術的研究，對涉重危廢中的有價金屬進行回收循環利用，王佳在其博士 期間對4種典型涉重危廢進行了生物瀝浸的研究，著重研究了重金屬生物瀝浸的耦合機制、浸提機理、 過程調控和效能提升，同時也研究了不同金屬溶出的化學和微生物學機制。
2、生物瀝浸技術面臨的問題
在高固液比條件下瀝浸效率低的問題。涉重危廢如廢舊電池、城市垃圾焚燒飛灰、失效催化劑等都是高鹼性的氧化物或氫氧化物，因此，涉重危廢中有價金屬的生物瀝浸過程會強烈消耗H+，導致瀝液pH值居高不下，危及嗜酸自養菌株的生長和活性。同時涉重危廢中的高毒有機或無機物質 如高濃度氟離子、六氟磷酸鋰等都會危及工作菌株的生長，最終可能導致生物瀝浸過程的停止。由於這些因素的存在，生物瀝浸技術在高固液比下對涉重危廢的處理能力大幅減低、處理成本顯著上升，這成為了該技術實際應用的重大障礙。
運行周期長的問題。綠色、節能、低耗、安全是生物瀝浸技術的優點， 但同時生物瀝浸技術存在抗逆差、速率低、周期長等缺點。高達幾周甚至數月之久的反應時間大大降低了固廢處理的效率。因為瀝浸的工作菌株大多為生長緩慢的化能自養菌，這類菌種不能滿足涉重危廢快速浸提的需要。
工業固體廢物
工業固體廢棄物是指在工業生產過程中產生的固體廢棄物。工業固體廢棄物可分為冶金工業固體廢棄物、礦業固體廢棄物、石油化學工業固體廢棄 物、輕工業固體廢棄物、能源工業固體廢棄物、其他工業固體廢棄物。工業固體廢棄物按其危險性可分為一般固體廢棄物和有害固體廢棄物兩大類。一般固體廢棄物主要有高爐渣、鋼渣、赤泥、有色金 屬渣、粉煤灰、煤渣、硫酸渣、廢石膏、脫硫灰、電石渣、鹽泥等。有害固體廢棄物如廢礦物油及含油廢物、含鉻廢物等難以被環境消化，同時對土壤、水 源和人類生活健康造成危害的廢棄物。傳統的工業固體廢棄物主要採用焚燒和填埋兩種方法，而這兩種處理固體廢棄物的方式會造成二次汙染，處理效果不佳，並且不能很好地對工業固廢進行資源化利用。發展新的技術是實現工業固廢無害化、資源化和減量化處理的方向。目前，有關微生物對工業固體廢棄物的實驗研究工作不少。
1、微生物技術在工業固體廢棄物上的研究現狀
陳立榮等研發出了微生物-土壤聯合處理廢棄鑽井液渣泥技術。該工藝在丹淺001-8井和蓮花000-X8等井進行現場試驗，結果表明，經歷了3個月的處理，鑽井固體廢棄物中的主要指標COD、石油類的降解率超過 90%，浸出液指標達到國家《汙水綜合排放標準》一級指標要求，土壤重金屬離子濃度沒有顯著變化，各指標均達到了國家《土壤環境質量標準》 ( 旱地) 三級標準。
中國礦業大學畢銀麗等利用微生物對煤矸石這種固體廢棄物進行脫硫處理。實驗採用氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化硫硫桿菌對寧夏大武口高硫煤矸石進行微生物脫硫技術及應用條件的研究。實驗結果表明2種脫硫細菌對煤矸石的脫硫效果顯著， 採用小粒徑煤矸石進行微生物脫硫效果更好。該實 驗研究為煤礦廢棄物煤矸石的汙染防治提供了技術依據。
含油汙泥是石油工業中石油開採加工過程中產生的危險廢棄物。對於含油汙泥的處理，大多數企業仍以填埋和焚燒為主。不過隨著法律的完善， 現有的處理技術無法達到處理標準，所以開展新的研究技術是解決含油汙泥處理的新途徑。有研究表明，自然狀態下，石油降解菌群在受到石油汙染後的土壤中數量增多。孫正貴進行了勝利油田某汙水處理站汙泥的微生物降解研究。將土著微生物和外引微生物的降解效果對比，經過230天的實驗研究發現，外引微生物和土著微生物都能降低含油汙泥中烴類物質的含量，且效果顯著，兩者都為含油 汙泥的微生物降解提供有效手段。該研究為微生物降解技術在含油汙泥上的應用提供了技術依據。
2、微生物處理技術存在的問題
微生物技術在工業固體廢棄物處理上尚不成熟，目前主要處於初始的研究階段，微生物技術只是工業固體廢棄處理的一小部分，如回收工業固廢物中的有毒、有價金屬，減少工業固廢中的有害成分。同時經微生物技術脫毒後的殘渣仍屬於危廢，最後還是需要通過傳統的固化填埋或水泥窯協同處置進行無害化處理。所以微生物技術處理工業固體廢棄物應協同其他傳統處理技術，這樣才能實現工業固廢的資源化利用。
前景展望
固體廢棄物目前是我國環境汙染的重要汙染源之一。對固體廢棄物的無害化、減量化、資源化處理是建設資源節約型、環境友好型社會不可或缺的一步。固體廢棄物傳統的處理方法如填埋、堆放和焚燒處理不僅沒有達到理想的處理效果而且會造成二次汙染。因此，近年來採用微生物處理技術引起了 廣大科研學者的重視。微生物技術在處理固體廢棄物過程中以其低成本、綠色環保、不會有二次汙染等優點受到大量研究和推廣，尤其是在城市生活垃圾的處理上。
微生物技術也有其不足之處，如反應速度慢、對某些固體廢棄物難以降解。從目前國內外微生物技術處理固體廢棄物的發展狀況看，該技術得到了較大發展，但仍處於研究的初始階段，工業化程度不高。儘管如此，微生物處理技術憑藉傳統方法不可比擬的優越性和安全性，在固體廢棄物處理 過程中發揮越來越大的作用。相信隨著對微生物處理技術研究的深入，其在固體廢棄物處理上存在的問題會得到解決。
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