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活性污泥:传统塑料的终结者

时间:2009-04-08 09:14

来源:外滩画报

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拥有一百多年历史的传统塑料时代,已经遇到了终结者——活性污泥。

兮兮的污泥“摇身一变”,竟成了百分百可降解塑料?近日,香港理工大学教授蔡宏花费16 年时间,研究的“用活性污泥生产可降解塑料”项目,获得了2008 德国纽伦堡工业发明奖“国际创意、发明及新产品展金奖。”蔡宏在接受《外滩画报》的专访时自豪地表示:“拥有一百多年历史的传统塑料时代,已经遇到了终结者,那就是活性污泥。”

“污泥被普通人看作是污染,但做我们这行的,却觉得污泥可爱无比。”说此话的是致力于研究“用活性污泥生产可降解塑料”的蔡宏。

蔡宏是香港理工大学的环保专家。16 年前,蔡宏接手了学院里的一个科研项目:研究香港塑料污染的解决之道。那时,大部分人还沉浸在享受便利、廉价塑料制品的喜悦中,提出研究塑料可替代品的专家屈指可数,蔡宏就是其中一个。

蔡宏提出的应对策略是:用从活性污泥中萃取的微生物来生产百分百可降解的塑料。“拥有一百多年历史的传统塑料时代,已经遇到了终结者,那就是活性污泥。”蔡宏告诉《外滩画报》。当时,他的这种想法引发不少质疑:污泥又黑又臭,用它生产的塑料来做垃圾袋人们还可以接受;如果用它生产的塑料来做一次性餐具、食品袋,或许再香喷喷的大餐也会让人难以下咽。

争议不断,研究不止。16 年后,“用活性污泥生产可降解塑料”项目,获得2008 德国纽伦堡工业发明奖“国际创意、发明及新产品展金奖”,这也是国际三大权威发明赛事之一。

如今,蔡教授的“活性污泥生产可降解塑料”项目已经与广东增城市一家污水厂达成合作协议,并已进入终端测试环节。据蔡教授估计,百分百可降解的“绿色塑料”或两年内进入市民生活。

塑料界的“生化革命”

早在蔡宏教授的研究之前,百分百可降解塑料已经存在,但全部运用在医用范围。比如,生物塑料已被运用于医用外科手术缝合伤口,这种塑料手术线可以被身体逐渐吸收,免除拆线之苦;另外,用生物自毁塑料制成的药用胶囊,在体内也会慢慢溶解,可控制药物进入血管的速度。但是,这类生物塑料具有一个致命的弱点——造价昂贵。“医用生物塑料的价格,是传统塑料的十倍,甚至更高,所以很难推广。”蔡宏表示。16 年前,蔡宏来到香港理工大学进行相关领域的研究。

有一天,他走进一间神奇的生化实验室,发现里面的两个池子仅一墙之隔,其中一个是冲马桶的污水,另一个则是通过一系列净化之后,流出来的纯净水,这些水干净到无需煮沸,就能直接饮用。于是,蔡教授想到每天与自己打交道的污泥:即然冲厕水能变成纯净水,活动污泥中的微生物,能否转化成百分百可降解的塑料呢?

说干就干,他与香港各大污水处理厂联系,要求提供免费的活性污泥。在香港污水厂的人看来,不管是有没有活性的污泥,都毫无价值,是将被拖到填埋场堆田的垃圾,即然有人需要,他们当然乐意拱手相让。

近日,在与蔡教授合作的无锡钱桥综合污水处理厂,记者亲眼见识了如何从污水厂获取污泥。记者眼前可见三个并排的污泥池,每个都有标准泳池的大小。第一个池里的水是深咖啡色,源源不断冒着气泡,发出“噗噗”声;第二个池水为浑浊的黄褐色;第三个为浅黄色。除了视觉上的“污染”,空气里时不时弥散着腐臭味。蔡教授告诉记者:“三个池子分别用来暴气、沉降及排除清水,经过几轮循环,我们就可以在第三个池子底下获取沉底的污泥。”

“虽然污泥看起来并不美观,但却能解决大问题,我对它的用途相当欣赏。”在蔡教授看来,他们能通过显微镜在活性污泥中寻找数以万计的宝藏——活性微生物。这些微生物会组成细菌群,关键在于细菌群的细胞里会累积一些食物;当环境不太适合生长时,细菌则不再分裂繁殖,而是会在细胞里自然积累食物,作为后备。

“就好像人类知道明年缺粮,今年就会大量囤积食物一样,细菌也会未雨绸缪。”蔡宏告诉记者,细菌“囤积”的食物在化学专业上叫做PHAs,这是一种乳白色的物质,无色无味,被认为是“极理想的环保塑料”。“当PHAs 达到它们体重的一定程度时,可将细菌群收集起来,萃取出来的PHAs,就可以制造出传统塑料的替代品。”

和医药用途的生物塑料相比,用活性污泥提取出来的微生物塑料,价格下降了五成,只有传统塑料的两倍。蔡教授解释说,医用生物塑料采用的是纯菌种培养,需要自制发酵罐,还需高温高压消毒,成本很高,而从污泥中提取的细菌种群,本身就含有100 多种不同种类的微生物,,稳定性高,适应能力好,菌群培育只需一个水池就可以展开菌群大规模的萃取工作。

“PHAs 是一种能够百分百被降解的微生物,用PHAs 制成的垃圾袋,只需要在泥土中堆埋两三个月的时间,就会神奇地化为水和二氧化碳。”蔡教授自豪地向记者预言,他发明的“从活性污泥生产可降解塑料”技术在今后一两年内,可能推动全世界塑料界的“生化革命”。“目前市面上号称可降解的塑代制品,其实全部属于部分可降解,只是在塑料原料中掺杂10% 至30% 的淀粉、光解剂等加速塑料袋的降解,这只是对塑料的‘小修小补’,但其他部分在土壤里仍然无法降解,而且若塑料成为粉状,就永久性渗入泥土,危害可能更大。”

“像养宠物一样养细菌”

“我们可以根据塑料的不同用途,随心所欲萃取出不同程度的塑料。比如农业地膜、垃圾袋等,不需要纯度很高的PHAs,而一次性餐具、食品袋等,则将采用提纯百分之百的PHAs,觉得能让人吃得放心。”蔡宏说这句话的时候,口气很轻松。但为达到PHAs 百分之百的提纯效果,蔡教授和他的研究团队却为此付出了16 年的努力,单弈等蔡教授十多年前带的研究生、博士生,现在都成为该项目的核心专职研究员。

“实验失败的时候多吗?”记者问。“这个实验太艰难了。我记得最早期的时候,我还能辨别出污泥本身附带着淡淡的泥土芳香,后来,虽然失败的实验接踵而来,我的鼻子一直被臭鸡蛋味、垃圾味、腐化味攻击,久而久之,我的嗅觉就麻木了,现在到了实验室,再难闻的味道,我都扛得住。”说起这些,单弈至今记忆犹新。

在描述实验过程时,蔡教授用的最多是两个拟人化的词——“养细菌”和“喂食”。“我可以毫不夸张的说,我的学生都把细菌当作鱼儿或宠物来精心喂养,说得更夸张一点,就是把它们当作小婴儿来伺候。”

为了反复测试PHAs 的萃取纯度,蔡教授需要足够多的活性细菌作为实验来源,于是,每个研究员都会分配到属于自己的一批细菌群,基本上每隔几个小时,就需要给细菌喂食一次,保持细菌的活性。细菌的食物是生活或工业废水,“定时定量”是“喂食”的关键。一旦喂食营养过剩,细菌细胞分裂繁殖,就不能贮存能量,如果喂量过少,细菌也会失去活性而死亡。

“每当实验后期,实验者或多或少都会跟细菌有了感情,每次实验失败,都会是一次痛心疾首的打击。”蔡教授告诉记者,他清晰地记得,去年春节,他的一位内地研究生正好遇到细菌的喂养周期,于是她放弃了春节和家人团聚的机会,搬来一个睡袋、一只充气枕和几碗泡面,在实验室里安了家,每隔几小时观察一次。没想到,大年初一早晨,蔡教授手机响了,电话那头的女学生哭得很伤心:“我的宝贝都死了。今天早上起床,我发现暴气筒不知什么时候堵塞了,估计一晚上食物没‘喂’进去。早上细菌都像螃蟹一样吐泡泡,放在显微镜下看,都死了。”

蔡宏表示,生物试验需要绝对的“心细”,在他的试验队伍里,还有不少试验者一个学期都没能成功培养出一批合格的细菌。此外,“胆大”也是成功的关键。在蔡教授的实验室里,流传着这样一句话:“外面的人,一条牛仔裤四五年穿不坏;实验室里的人,一年穿坏四五条牛仔裤。”原来,在给细菌喂食的过程中,试验者事前都会对食物精挑细选一番,如果发现食物里含有铅、铜等细菌不易“消化”的重金属时,就会用浓硝酸或浓硫酸把它萃取出来。试验的过程中没有感觉,试验者回家后,把试验袍和牛仔裤在洗衣机里滚一滚,就发现“满目疮痍”,全都是被腐蚀的小洞。

限塑VS 改变原料本身

香港虽只是一个弹丸之地,但其排放的固体废物中塑料制品比例占全球第一。蔡宏介绍说,香港每天产生着与其面积不对等的超大固体垃圾量。在每天产生的一万吨垃圾里,充斥着建材、发泡胶、一次性饭盒、购物袋等塑料制品,占总量的15%,这个比例远高于日本、美国、新加坡的10%-11%。

香港也曾为推广“限塑”作出努力。香港环保署屡屡传出“征塑料袋税”的提议,却总是没有下文。

2007 年11 月,全球华人首富李嘉诚旗下的百佳超市,成为全港第一家停止主动向顾客派发塑料袋的超市。若顾客索取塑料袋,营业员就会建议顾客捐款0.2 港元,捐款以百佳名义成立环保基金。但一周后,百佳超市却以“多一事不如少一事”为由取消该计划,继续向消费者提供免费塑料袋。

在香港活跃的环保团体“绿领行动”和“地球之友”常年宣传“限塑”,但效果有限。据调查,2007 年,逾八成香港市民每天平均使用塑料袋1 至6 个。2008 年4 月,市民使用塑料袋的数量不跌反升,市民每次购物平均使用近两个塑料袋,自备购物袋的市民仅一成多。“香港人对于塑料制品的喜爱,已经到了爱不释手的地步。”蔡宏教授指出,“即然要市民改变生活习惯那么痛苦,那我们何不改变塑料本身,从它的材料入手,彻底根除塑料的缺点。”

蔡宏分析说,塑料相对于其他材料,具有无可比拟的优势。塑料制品干净、便宜,而且携带方便。如今内地人到香港旅游,有些人还会特意带回一两张带有紫荆花图案的10 港元流通钞,因为它很特别,是用塑料做的。据说,它的寿命长达九年,是纸钞的五倍,而且它兼有防水、干净及可循环再用的功能。蔡宏表示,人们长期来形成的塑料文化养成的生活习惯,一下子要改变还真难。况且如今市场上许多商品如发泡胶、易拉罐底座包装盒等,都还找不到相应的替代品,即便有些能找到替代的产品,它的质量却很难保证。

“如今,在香港市面上,已经出现了用玉米、木薯制作的淀粉塑料制品,用作购物袋或方便面的面盒。但这类产品质地很脆、抗拉强度低、难以热封。”蔡宏说,这种材料并不像从活性污泥里萃取的PHAs,PHAs 的特别之处在于它的“易变性”,无论是让它变得坚硬无比,还是柔软之极,都可以在试验过程中得到很好的控制。“比如说用玉米做的方便面盒,实际上就是一个纸盒,需要用餐者在几分钟内把面吃掉,不然盒子就会哗地裂开,但用PHAs,则不会有这种烦恼。”

编辑:张倩

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