生物環(huán)保：小分子彰顯大身手
北京奧運會期間，緊臨奧運村運動員主餐廳的是一座不起眼的白色活動板房，就餐后在一旁候車的運動員絲毫沒有發(fā)現(xiàn)這里就是奧運村餐廚垃圾資源化處理站。而且，他們每天享用的水果大多是這里的垃圾轉(zhuǎn)化成的菌肥應(yīng)用基地所培育的。
作為奧組委指定的唯一奧運村餐廚垃圾處理服務(wù)商，北京嘉博文生物科技有限公司(以下簡稱“嘉博文”)負(fù)責(zé)將處理奧運村內(nèi)各餐廳運送到處理站的餐廚垃圾，利用其自主研發(fā)的微生物資源循環(huán)新技術(shù)，快速處理了奧運村產(chǎn)生的1076噸餐廚垃圾，并將處理后的再生產(chǎn)品——活性微生物菌群添加到飼料和肥料中，成為多家奧運果品供應(yīng)基地的農(nóng)用生產(chǎn)資料。
與歷屆奧運會餐廚垃圾異地填埋、焚燒處理相比，北京奧運會開創(chuàng)了奧運村歷史上餐廚垃圾就地?zé)o害化處理的先河，也贏得了國際奧委會的贊揚。
“將生物技術(shù)應(yīng)用到餐廚垃圾處理中，不僅有效解決了餐廚垃圾無處可去的老大難問題，同時也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了環(huán)保型飼料和肥料”，嘉博文總裁助理梅耀武告訴《中國投資》。
實際上，除了固體廢棄物處理外，生物技術(shù)已在水體富營養(yǎng)化和污染治理、廢氣治理等領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用，在紡織、石化、造紙等行業(yè)生產(chǎn)中，更是作為一種高效、環(huán)保的技術(shù)得以大顯身手。生物環(huán)保領(lǐng)域正呈現(xiàn)出“雙增”的態(tài)勢：產(chǎn)品品種不斷增加，技術(shù)水平也在不斷提高。
研發(fā)和應(yīng)用活躍
應(yīng)用于環(huán)境保護中的主要是微生物，少部分利用植物進行環(huán)境污染控制。應(yīng)用生物技術(shù)處理污染物時，最終產(chǎn)物大都是無毒無害的、穩(wěn)定的物質(zhì)，如二氧化碳、水和氮氣。利用生物方法處理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移，因此它是一種消除污染安全而徹底的方法。
由于大部分有機污染物適于作為生物過程反應(yīng)物，其中一些有機污染物經(jīng)生物過程處理后可轉(zhuǎn)化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質(zhì)，因此，生物處理方法也常是有機廢物資源化的首選技術(shù)。正如美國環(huán)保局(EPA)在評價環(huán)境生物技術(shù)時所指出的那樣，“生物治理技術(shù)優(yōu)于其他新技術(shù)的顯著特點在于其是污染物消除技術(shù)而不是污染物分離技術(shù)”。
和其他生活垃圾不同，餐廚垃圾的處理一直是城市垃圾處理的一大難題。特別是在中國，高油、高鹽的餐廚垃圾，如果不經(jīng)處理直接填埋，將對地下水產(chǎn)生污染，而其高含水的特點使得較難焚燒。由于飲食習(xí)慣不同，西方國家所研發(fā)和使用的生物技術(shù)并不能照搬到中國，必須進行自主研發(fā)。
“采用我們自主創(chuàng)新的生物環(huán)保技術(shù)不僅實現(xiàn)餐廚垃圾的減量化和無害化處理，還可以實現(xiàn)其資源化”，梅耀武介紹說。
早在2005年3月，在北京市海淀區(qū)政府的支持下，上地街道就采用嘉博文的BGB微生物資源循環(huán)技術(shù)，創(chuàng)建了首個BGB餐廚垃圾資源循環(huán)處理系統(tǒng)，由嘉博文運營。該系統(tǒng)日處理餐廚垃圾4.6噸，負(fù)責(zé)處理上地街道轄區(qū)內(nèi)27家餐館的泔水，率先實現(xiàn)了北京第一條無泔水外流的街道。
在北京奧運會成功運營后，北京市已經(jīng)把這項技術(shù)列入節(jié)能節(jié)水減排重點推廣技術(shù)，在城市餐廚垃圾的規(guī)模集中處理中應(yīng)用。在今年10月，一個日處理能力400噸的餐廚垃圾處理場一期將在北京高安屯垃圾處理中心建成投產(chǎn)。
環(huán)境污染源遠(yuǎn)不止固體廢棄物這一類。多年來，由于全球范圍內(nèi)濫用化學(xué)品，特別是殺蟲劑造成了大規(guī)模的水體、土壤污染，對其治理和恢復(fù)也將成為一個巨大的市場。按照有關(guān)機構(gòu)“非常保守”的估計，在未來10年內(nèi)全球市場達115億美元。
在全球范圍內(nèi)，生物技術(shù)已是環(huán)境保護中應(yīng)用最廣的、最為重要的單項技術(shù)，其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、廢物資源化、環(huán)境監(jiān)測、污染環(huán)境的修復(fù)和污染嚴(yán)重工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等各個方面，發(fā)揮著極為重要的作用。
據(jù)了解，德國較早開展生物環(huán)境技術(shù)；荷蘭在生物環(huán)境技術(shù)的研究及應(yīng)用中在歐洲居領(lǐng)先地位，自1982年以來，已利用環(huán)境生物技術(shù)治理并恢復(fù)了6000多處污染地，一批公司已迅速發(fā)展起來。至今，環(huán)境生物技術(shù)在世界上被廣泛應(yīng)用于污水處理、大氣凈化及污染環(huán)境介質(zhì)治理等諸多方面。國際上英、法、德、荷等國許多環(huán)境生物技術(shù)成果已進入商品化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。
生物技術(shù)是水污染控制中最成熟、也是最富有挑戰(zhàn)性的技術(shù)，在國外的環(huán)保產(chǎn)業(yè)中一直是市場占有量最大的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和新污染治理的需要，新技術(shù)工藝設(shè)備將不斷出現(xiàn)并產(chǎn)業(yè)化。
美國“清潔空氣法”(Clean Air Act)實施后將形成高達幾百億美元的燃煤脫硫市場，其中預(yù)計微生物脫硫?qū)⑦_250億美元，而越來越低的燃油硫分標(biāo)準(zhǔn)也促進了石油微生物脫硫技術(shù)的發(fā)展。
我國生物環(huán)境技術(shù)雖然起步較晚，但近年來利用生物技術(shù)進行污染治理的研發(fā)活動卻最為活躍。在對我國1997-2006年環(huán)保領(lǐng)域利用生物技術(shù)的發(fā)明專利(申請)情況的統(tǒng)計表明，涉及污水的生物處理技術(shù)專利(申請)最多，且增量主要來自國內(nèi)，國內(nèi)申請占相關(guān)申請的78.2%。將生物技術(shù)引入污染治理，特別是解決水體污染和富營養(yǎng)化問題，已成為最受市場青睞的技術(shù)領(lǐng)域。
目前，通過選育和培養(yǎng)高效的微生物菌種，制成制劑，高密度直接投放到受污染水體，形成生物膜對污水進行降解和凈化的生物膜水處理新技術(shù)，已經(jīng)為我國城市污水處理和治理湖泊富營養(yǎng)化提供了新的模式，在國內(nèi)環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場具有廣闊的應(yīng)用前景。
與傳統(tǒng)的活性淤泥法相比，生物膜技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理具有以下優(yōu)勢：首先是投資省。目前國內(nèi)的城市污水處理廠基礎(chǔ)建設(shè)投資大，需要大量的機械設(shè)備、管網(wǎng)和其他工程設(shè)施，投資成本每噸污水處理在1000元左右；而應(yīng)用生物膜技術(shù)投資設(shè)備少，占地小，處理每噸污水投資不到500元，相比節(jié)約成本50%以上。從運行費用看，目前國內(nèi)城市污水處理廠的直接運行成本，一般處理污水在0.5-0.8元/天。噸之間；而據(jù)測算，應(yīng)用生物膜技術(shù)處理污水只需0.2元/天。噸左右。此外，采用傳統(tǒng)的活性淤泥法處理城市污水，常由于大量淤泥的堆放造成對環(huán)境的“二次污染”，而相同條件下制成生物膜的微生物菌一旦把污水凈化后，便會由于缺乏“營養(yǎng)”而自動消亡，不會造成“二次污染”。
清潔生產(chǎn)的“酶”力
隨著國家減排力度的加大，工業(yè)與環(huán)境生物技術(shù)成為高耗能、高污染行業(yè)的“香餑餑”。
“過去紡織、造紙、石化等行業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝給生態(tài)環(huán)境造成了惡劣影響，他們越來越需要在污染防治和生態(tài)環(huán)境保護方面的新技術(shù)”，江南大學(xué)生物工程學(xué)院教授堵國成說，“為滿足工業(yè)企業(yè)需求，近幾年環(huán)保技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造和技術(shù)推廣的力度不斷加大，環(huán)保新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品層出不窮，特別是生物環(huán)境技術(shù)，成為企業(yè)和各大科研機構(gòu)的研發(fā)熱點”。
將生物技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)的過程是以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)的。作為催化劑的酶是一種活性蛋白，因此，通常是在常溫、常壓下進行的。生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的效率高，副產(chǎn)物少，這與常常需要高溫、高壓條件的化工過程相比，反應(yīng)條件大大簡化，因而投資省，費用少，消耗低，而且效果好，過程穩(wěn)定，操作簡便，同時，在多數(shù)情況下，它還可和其他技術(shù)結(jié)合使用。用生物過程代替化學(xué)過程可以降低生產(chǎn)活動的污染水平，有利于實現(xiàn)工藝過程生態(tài)化或無廢生產(chǎn)，真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。
據(jù)美國環(huán)保局估算，美國現(xiàn)有的化學(xué)工業(yè)若有5%為生物過程取代，污染防治費用可降低約1億美元。生物處理技術(shù)除易于大規(guī)模處理外，還可利用天然水體或土壤作為污染物處理場所，從而大大節(jié)約生物處理的費用。
以紡織工業(yè)為例，在我國，江南大學(xué)生物工程學(xué)院組織研發(fā)的紡織用生物酶制劑已成為該行業(yè)一項新興的清潔生產(chǎn)技術(shù)。
“紡織工業(yè)是產(chǎn)生污染非常嚴(yán)重的工業(yè)，每年約產(chǎn)生7.5億噸的工業(yè)廢水以及數(shù)10萬噸計的煙塵、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染”，堵國成告訴記者，傳統(tǒng)化學(xué)處理工藝不僅高耗能，高耗水，同時，染料損失較大，對棉織物的損害也較大。
因此，在《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》的微生物制造專項以及《紡織工業(yè)“十一五”發(fā)展綱要》中，都提出將綠色生物技術(shù)工藝作為主要技術(shù)手段，以替代和改造傳統(tǒng)生產(chǎn)過程，促進產(chǎn)業(yè)升級，解決紡織生產(chǎn)過程的資源短缺和環(huán)境污染問題。
目前在紡織工業(yè)中應(yīng)用較為成熟的淀粉酶，用于退漿，可以迅速降低淀粉的分子質(zhì)量，退漿率可達90%-95%。而且漿料的去除不需要劇烈的機械作用，用水量少，對織物損傷小。
紡織酶加工技術(shù)已成為發(fā)展最快的工業(yè)清潔技術(shù)之一。紡織工業(yè)用酶已占全球酶制劑總量的10%以上，2007年的總銷售額已達到2.5億美元左右，且每年仍以14%-20%的速度增長。我國每年僅應(yīng)用于紡織清潔生產(chǎn)的堿性果膠酶和過氧化氫酶需求量就超過1億元。
2007年我國紡織工業(yè)的生產(chǎn)總值已達到30500億元，而隨著我國紡織生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，采用生物技術(shù)工藝替代傳統(tǒng)的化學(xué)處理工藝將是紡織工業(yè)重要的發(fā)展方向。
作為未來最重要的紡織助劑之一的酶制劑，“如果按其使用成本占紡織品生產(chǎn)成本的0.1%計算，紡織用酶的潛在市場空間可達20-30億元，具有巨大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬?rdquo;，堵國成對紡織工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用生物技術(shù)的前景十分看好。
在紡織生物技術(shù)領(lǐng)域，我國研究并已獲得了微生物發(fā)酵生產(chǎn)堿性果膠酶、過氧化氫酶、PVA降解酶、角質(zhì)酶這一酶制劑產(chǎn)品群的關(guān)鍵技術(shù)，所制備的4種酶制劑已在棉織物前處理中得到初步應(yīng)用，不僅使棉織物質(zhì)量比傳統(tǒng)方法提高一個等級，同時污水總量減少1/3以上，COD值下降1/3-1/2，pH值直接達到排放要求，單位織物處理能耗也下降了1/3。
除了紡織工業(yè)外，生物技術(shù)還可應(yīng)用于造紙、皮革等領(lǐng)域。利用生物酶制劑在造紙行業(yè)中進行生物漂白，可以減少甚至徹底替代化學(xué)漂白，并最終在造紙工業(yè)中實現(xiàn)完全的生物制漿和生物漂白，徹底解決嚴(yán)重污染我國水環(huán)境的造紙黑液問題。生物技術(shù)將使許多污染行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)真正進入無污染清潔生產(chǎn)的軌道。
產(chǎn)業(yè)培育需政策扶持
堵國成教授也表示，盡管在紡織工業(yè)中應(yīng)用生物技術(shù)的優(yōu)勢已得到公認(rèn)，但由于目前商品化酶品種較少，酶生產(chǎn)成本高、天然酶最適用溫度和使用pH范圍較窄等原因，生物酶技術(shù)還未能在紡織等工業(yè)企業(yè)中全面推廣應(yīng)用。
國際上大的酶制劑公司廣泛采用了基因工程、蛋白質(zhì)工程、定向進化工程等高新技術(shù)，提高了酶在各種環(huán)境中的反應(yīng)效率。而我國工業(yè)酶制劑的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展嚴(yán)重滯后，同時還需解決酶制劑穩(wěn)定性和實用性等關(guān)鍵技術(shù)，從而實現(xiàn)工業(yè)用酶的高產(chǎn)、低成本、低能耗和無污染生物制造。
然而，為爭取項目研發(fā)經(jīng)費，像堵國成教授一樣的研發(fā)人員不得不四處尋找經(jīng)費。而企業(yè)往往是在技術(shù)成果能夠產(chǎn)業(yè)化后才與科研機構(gòu)聯(lián)系，以轉(zhuǎn)讓費的形式買斷技術(shù)。“前期研發(fā)少有企業(yè)愿意投入，在這方面只能寄希望于政府部門的科研經(jīng)費了”，堵國成說。
相比較而言，嘉博文就十分幸運。在上地收集站取得顯著效果后，公司所在的中關(guān)村(6.35,0.22,3.59%)管委會扶持其生物技術(shù)體系在后端的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，如在微生物壯苗劑生產(chǎn)線的建設(shè)過程中給予政策資金100萬元。“對我們來說在創(chuàng)新初期是個很大的鼓勵”，梅耀武告訴記者。
而作為環(huán)保型生態(tài)肥料，嘉博文研發(fā)的微生物菌劑還享受到農(nóng)業(yè)部的相關(guān)優(yōu)惠政策，同時，生產(chǎn)設(shè)備目前也有望進入國家發(fā)改委、環(huán)保部制定的鼓勵環(huán)保技術(shù)目錄中。
除了資金，嘉博文還希望得到更多的扶持：政府部門應(yīng)該給予更多產(chǎn)業(yè)政策和稅收方面的支持，這樣才能推動一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
“如果能夠在發(fā)達城市，將環(huán)境保護作為政府民生工程重要的考核內(nèi)容之一，就能在全國形成一個規(guī)；臏p排和生態(tài)效應(yīng)，那么將更有利于高端生物環(huán)保技術(shù)的推廣和使用”，梅耀武說。
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