任连海教授团队：厨余垃圾全量化消纳，资源循环助力碳中和

近年来，我国加速推行垃圾分类制度，全国垃圾分类工作由点到面逐步启动，46个重点城市先行先试，推进垃圾分类取得积极进展。厨余垃圾在生活垃圾中比例最高，其含水率高、热值低、处理难度大，合理处置厨余垃圾不仅考验城市垃圾治理水平，也是推进“无废城市”建设的重要内容。

十多年来，北京工商大学生态环境学院任连海教授团队针对食品全生产链涉及的厨余垃圾、废弃油脂、农业秸秆、食品下脚料等固体废物，开展有机固体废物资源化处理技术和政策研究，逐步形成“精细化预处理+油脂分离+高效生物处理”有机垃圾无害化和资源化处理技术包，为研究与应用推广碳中和相关科学技术奠定了基础。

一、 强化餐厨垃圾厌氧发酵技术，搭建餐厨垃圾零碳能源生态链

根据联合国政府间气候变化专门委员会的定义，碳中和也称作“二氧化碳净零排放”，是指在一定时期内人为二氧化碳移除在全球范围内抵消人为二氧化碳排放。为实现绿色低碳发展，实现碳中和目标，需逐渐减少煤、石油等传统化石能源的使用，大力发展生物质能等清洁可再生能源，因此餐厨垃圾厌氧发酵生产生物天然气具有重要的应用前景。团队王攀教授综合分析了不同条件下（包括中温、高温、湿式、干式、稳定、失稳、是否与处理以及实验室水平和工程应用等）厌氧发酵过程中微生物群落结构特征，总结了不同阶段的微生物演替规律，并将相关研究成果发表在“Bioresource Technology”上（ESI高被引）。湿热处理是提高餐厨垃圾油脂回收率和厌氧效率的重要技术手段，在对不同湿热处理温度的餐厨垃圾厌氧发酵研究中，首次基于二维红外光谱的物料微观结构性质和微生物群落多样性分析，发现通过进一步提高湿热处理温度至120-140℃可以促进蛋白水解和纤维素类氢键的断裂，从而显著促进互营细菌生长并提高体系的产甲烷效率，研究结果对于现有餐厨垃圾厌氧处理工艺过程的改进和优化具有重要的现实指导意义和科学价值。

另一方面，相关研究发现餐厨垃圾中含有一定体量的抗生素抗性基因，抗生素抗性基因作为一种新兴的污染物对环境健康和人体健康构成威胁。该团队通过在餐厨垃圾厌氧发酵系统中添加不同量的纳米零价铁发现其提高产甲烷产量的同时可以降低抗生素抗性基因的丰度，高温条件下可以达到降解率86.64%，其中四环素类抗性基因丰度降低最明显。相关研究成果发表在Bioresource Technology（IF=7.539）期刊上，为餐厨垃圾厌氧技术的改进发展提供理论和技术支撑。

二、攻关餐厨垃圾生产PHBV生物塑料关键技术，助力塑料产业碳减排

利用生物技术将餐厨垃圾等有机固废生物转化成环境友好材料，紧密贴合国家“十四五”环境规划的目标和规划内容，是具有发展潜力的“负碳技术”。本团队利用厌氧发酵方法处理餐厨有机垃圾，生产出高价值的挥发性脂肪酸（VFAs），包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等，后将VFAs 作为微生物的碳源制取生物可降解塑料3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物（PHBV）。本项目依托国家重点研发计划子课题（城镇湿垃圾生物制备PHBV关键技术研究），从湿垃圾水解酸化形成微生物合成PHBV前体物的调控技术，解析微生物合成PHBV的调控机理，形成PHBV生物定向合成强化技术，搭建餐厨生产PHBV全套生产和提取全产业链。

本团队从生活垃圾渗沥液处理系统中筛选出一株合成PHA（PHA包括聚3-羟基丁酸酯 (PHB) 和聚3-羟基丁酸-3-羟基戊酸酯 (PHBV)）能力强的Bacillus cereus strain HY-3菌株，当含盐量为0.5%时, PHA产量最高为61.2 mg/L。以上研究揭示了城镇固废有机质组分的高值定向转化机制，提高餐厨垃圾转化为固体化学品的效率，为城镇湿垃圾制备高值固体化学品提供科学的理论指导。

三、深入低碳肥料研究厘清土肥共轭关系，多路径致力土壤碳中和

由于长期过度使用化肥，全国18亿亩耕地中有约60%-70%的土壤需要改良，有机肥和土壤修复改良剂含有丰富腐殖质，是实现粮食安全和土壤生态安全的可行可靠保证。该团队研究以餐厨废液作为微生物培养基，扩培土壤有益菌，如固氮菌、解磷菌和解钾菌，这些菌对农作物生长不可缺少；同时，菌肥产品既可做液面肥，也可进行根施灌溉，用于农田、大棚、绿化和山地、荒地的改良。在合适的菌肥施用量下，冬小麦土壤中有效磷含量、速效氮含量与空白土样相比，最高增幅分别为81.12%、84.88%，水稻土壤中有效磷含量、速效氮含量与空白土样相比最高增幅分别为137.22%、127.07%。施用餐厨垃圾制备的土壤调理剂可增强土壤结构稳定性和抗侵蚀性。

针对污泥堆肥的磷矿山修复的研究发现，在模拟酸雨的酸性淋滤条件下，施用污泥堆肥不同程度增加了土壤重金属的释放，其淋溶规律主要受土壤中Fe/Al氧化物和有机质影响，相关研究发表在Chemosphere（IF=5.778）。基于以上研究发展低碳农业，用有机肥替代化肥作为植物的肥料，既可以提高农作物或其他干物质产量和品质，还能起到提高土壤有机质含量、降低化肥农药施用量的效果，并改变能源转化途径。

基于国家污染防治攻坚战技术创新的切实需求，助力实现“2060 碳中和”的城市脱碳化目标，固体废弃物处理与处置团队立足城镇有机固废高值化利用，开发并产业化推广多项实用技术，长期为国家发改委、住建部及多城市政府环卫行业主管部门提供政策咨询和技术支撑。以本团队为主要依托，在中国城市环境卫生协会旗下筹建了餐厨垃圾专业委员会，并于2019年更名为有机固废专业委员会。每年组织全国餐厨和厨余垃圾等有机固废处理行业会议，目前已发展会员单位60余家，组织召开全国性行业会议9届，2020年举办的“厨余垃圾处理技术与模式”在线沙龙活动总观看人数达118万，引起强烈的社会反响。