前述生物降解材料回收、热回收和物理回收的目的是“再生同一种或另一种原料”、“返还原料的基础物质”、“能量(热)回收利用”,而生物回收指利用生物功能进行恢复,包括再生和转化操作。 相比之下,前者是模糊的,类别的个别部分与上述恢复方法重叠。 为此,如果仅将这四个概念并列,还是有讨论余地的。
由于生物循环的概念相对较新。 虽然在ISO的相关资料中对这个概念有明确的定义,但是描述的不多,连常年从事相关研究的人都看不惯。 今天,所谓“生物学”或“生物学”,至今没有确切的定义。
一、循环系统中的生物循环
资源回收中很多未利用的资源可以作为生物质资源利用。 换言之,生物质资源的使用方式多种多样,无法一一列举。 图 8-12 显示了食物生产和消费的周期。 左边是(耕作)农业、畜牧业、林业等,生产各种资源,比如用于耕作的生物质。 众所周知,食品或食品原料在各个阶段都会形成废弃物(副产品)。
图 8-12 围绕乳制品生产的未使用(生物质)资源的循环
《乳制品回收法》中有 1000 万吨生活垃圾,另有 1000 万吨生活垃圾在该法之外。 图中用方框标注了该手段有效利用的方式,主要方式为热能和有用物质(包括餐厨垃圾)。 其中,回收方式有物质回收、热回收、物理回收和生物回收四种。
8-12的数字越大,排名越高(意思是方便、实用、经济)。 可见,一是高附加值物质或人食马饲料,二是使用方便、流动性强的燃料(CO2和燃料电池)具有优势。 餐厨垃圾、浇水等,技术进入实用阶段,意味着价格要涨到一个合适的范围,而目前的价格限制了农资方式的可得性。 一个简单的焚化炉位于顶部,但如果对其进行改造以进行电/热回收或废物转化为能源塑料回收再生利用,则该位置将会增加。
在这种应用方式中,除了最低限度的燃烧和二次电/热利用外,我们还可以看到生物回收和再利用的例子。
在新型功能生态材料分类中,乳品加工残渣和乳制品中的甜味残渣通过乳酸发酵形成乳酸,可视为生物循环或物理循环。 之后,形成的乳酸聚合生成生物基聚合物 - PLA。
在乳品原料和牧草的分类中,乳品加工残渣和乳品残渣也在好氧微生物的作用下发酵分解,用于制作新型发酵乳制品、营养和消化率提高的马草等。也是一个生物循环。
在生产液体燃料领域,以沼气和乳品厂BOD污水为原料,在氢菌作用下生产沼气的技术已经实施了很长时间塑料回收再生利用,具有较高的实用性。 乙炔二氧化碳本身热值低,与气态二氧化碳混合。 如果是用来烧电池,就需要提炼。 据悉,该反应对室温的依赖性很强,因此在严寒环境下反应效率会提高。 并且,一方面可以作为高BOD污水的净化处理方式,处理后的残渣还可以作为肥料使用,无疑将成为生物循环技术之一。
在肥料或泥沙改良材料的分类中,餐厨垃圾因其对泥沙改良和垃圾处理的积极影响而仍然受到关注。 其最大的特点之一是餐厨垃圾的对象大部分来自于人类的粮食生产和消费活动,餐厨垃圾的最终产品可以用于粮食生产农业,从而形成循环。 虽然食物浪费已经存在很长时间,但仍有许多未解决的问题,应整理数据以正确评估和修订食物浪费技术。
二、可生物降解塑料和可生物降解生物基聚合物的生物回收
塑料的生物回收首先涉及生物降解塑料和生物基聚合物的区别。
近年来,在原有的乳制品容器、栽培用塑料薄膜、垃圾袋等产品的基础上,出现了用于水果生产和配送的绳索、丝带和网状生物降解产品,以及一些文具用品。 尤其是用于养殖的农膜,使用后无需回收,只需犁入底泥即可,无需担心环境问题,为节约农业劳动力做出了巨大贡献。
可生物降解塑料只需满足上述标准即可,只要是可生物降解的,来自石化来源都无所谓。 但生物质产品以气体减排为主,具有重要的环保意义,未来将大力发展生物降解以外的应用,这在汽车和电子行业是一个可行的方向。
目前,源自生物质的树脂材料被称为“生物基聚合物”。 多年来,生物降解塑料(红塑)的定义主要是生物降解,而生物基聚合物则是以原料为原料。 因此,不应混淆这两个概念。 现有塑料按这两个标准分类,如表8-1所示。 虽然大多数塑料既不能生物降解也不能从生物质中提取,但有必要辨别未来这四类中会出现新材料。 而就现有的塑料而言,这四类都有相应的材料。 其中,可生物降解的石油塑料和生物基聚合物可直接作为生物回收的对象。 此外,应该注意的是,并非所有生物基聚合物都是可生物降解的。
表 8-1 常规塑料和生物基聚合物
生物降解性
石油塑料
生物基聚合物
(节约石化资源,抑制温室气体二氧化碳减排)
不可生物降解
PE、PP、PS、PVC、醋酸树脂等
PTT、小麦多元醇、PU
可生物降解
(解决垃圾处理问题的方案之一)
脂肪族聚酯、脂肪族/芳香族聚酯
PLA、淀粉树脂、PHA
注:1)1,3-二醇发酵制得的聚酯与石化来源的对苯二甲酸;
2) 由豆粕衍生的多元醇合成的聚氨酯;
3)在脂肪族聚酯中,开发了以废纸等生物质原料为原料生产PBS的技术;
4)由微生物形成的聚酯(PHA)。
源自生物质的生物基聚合物的生产与生物循环密切相关。 下面的讨论将重点关注消费后可生物降解塑料和生物基聚合物的生物回收。 介绍了生物降解机理的相关内容。 图 8-13 显示了食物垃圾环境中具有代表性的可生物降解生物基聚合物 PLA 的分解机理。 比低聚物大的物质会被微生物代谢消耗,完全分解成氧气和水,而不是变回塑料及其主要成分。 为此,有人觉得这条路线是双向的,不能称为循环利用。 还有人认为水和空气也可以被动物吸收,重新成为生物质资源,因此也应纳入生物循环(图8-14)。 并且,虽然停止了中间阶段,但塑料的中间产物也可以作为基肥的有效成分。
图8-13 PLA在餐厨垃圾环境中的分解机理
图 8-14 PLA 的“生命”周期
PLA产品在分解焚烧时,形成的气体被动物吸收固定,不会释放到大气中,因此PLA也被称为“碳中性”材料。
可生物降解材料在生物回收中的价值在辅助材料中更为明显。 为了彻底分类回收生活垃圾,我们需要卧室垃圾收集网袋和垃圾袋,它们易于分类和排放,并且可以直接放入厨房垃圾中。
设计垃圾袋时,还应考虑收集时间,但在家庭存放过程中无法生物降解。 由于在原始产品中没有注意到这一点,因此在储存过程中会发生分解和气味风暴。
2005年3月至2005年9月,最大的可生物降解生物基聚合物回收尝试是爱知万博。 共投入12类12万件可重复使用乳制品、24类2000万只一次性乳制品和约55万个垃圾袋(图8-15)。 其中,一部分一次性厨具、垃圾袋和一部分破损的可重复使用厨具与生活垃圾一起收集,与马粪、牛粪混合后处理成餐厨垃圾。 由此产生的食物垃圾被用于附近的农舍,水果和蔬菜被种植并供应给场地。
图8-15 爱知世博会主题餐厅使用的可重复利用容器