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上海高校“低碳天团”硬核成果 让“垃圾”变成“宝”

2020年06月03日14:41  来源:人民网-上海频道
 

澳门六会彩资料图片2020年 人民网上海6月3日电(葛俊俊) 上海,作为我国首个进行垃圾分类立法的城市,从去年7月开始实施至今,已有10个月了。近日,上海市公布了2019年上海生活垃圾分类“年报”,数据显示,可回收物、有害垃圾和湿垃圾分出量同比有明显增长,而干垃圾处置量同比减少了17.5%。生活垃圾分类效果正在显现。

澳门六会彩资料图片2020年 在6月5日世界环境日即将到来之际,记者从上海交大获悉,其中英国际低碳学院的三个研究团队为垃圾分类工作带来了硬核“低碳”成果,如“看得见”可回收物的垃圾分拣机器人助力垃圾分类、餐厨垃圾输出电能给手机电脑充电、探索“壳中玄机”使废弃虾蟹壳“变身”有用资源,让生活中随处可见的垃圾摇身一变,成了多样化资源。

超视觉垃圾分拣机器人 “解放”人工助力垃圾分类

澳门六会彩资料图片2020年 这里没有身穿厚重工作服带着手套、口罩,埋头分垃圾的工人,取而代之的是不停往返的机械手以及穿插有序的输送轨道,中英国际低碳学院固体废弃物资源化技术与智能装备团队研发的超视觉垃圾分拣机器人正在工作。

超视觉垃圾分拣机器人 

据了解,这款超视觉垃圾分拣机器人打破了国外技术垄断,每小时可分拣垃圾5400次,大大节约了人工成本,它的“目力”很好,可以快速在大量垃圾中精准识别可回收物,助力全国垃圾分类工作,帮助环保企业技术升级。目前,这款机器人已进入产学研技术推广阶段,团队将与国内环保头部企业对接合作与共同开发,使超视觉垃圾分拣机器人更快进入市场应用。

生活垃圾来源广、组成复杂、性状不一。要处理数量庞大的垃圾,就意味着工人需要长时间进行工作,对工人的体力和精神力都是一项较大的考验。“一个超视觉垃圾分拣机器人可以高精度分拣多种不同品类的垃圾,有效分拣率可达95%,最高分拣速度5400次/小时,工作时间24小时/天。生产线上每套设备布置2个机械手,相当于替代了54个分拣工人的工作量。”该项目负责人、上海交大中英国际低碳学院副教授李佳介绍说。

“我们通过机器视觉中的三种主流识别传感系统,即CCD视觉、激光视觉、近红外视觉相耦合,综合判断目标物的外部特征(颜色、形状、纹理等)与内部特征(材质),达到垃圾的精准定位与细分判别。通过free-model的超视觉技术,实现各品类、各形状、各表面材料的样品识别,无需逐个注册样品3D模型,极大降低部署时间和成本;通过轨迹优化算法,让机械臂走最优路径,显著提升分拣节拍;同时配合机器人轨迹跟踪算法及抓、放算法的开发,实现垃圾的自动分拣,完全代替人工,提高处理效率。”李佳表示。

随着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、成效初显,46个重点城市先行先试,推进垃圾分类取得积极进展。李佳向记者算了一笔账,以国内某中部省会城市为例,生活垃圾中,食品废物约占60%,纸类2%,塑料为10%,玻璃为1%;废品价格中,纸类3500元/吨,塑料3000元/吨,玻璃800元/吨。其中塑料与纸类的价值最高。据此数据估算,每台设备每天正常工作20小时计算,每天可挑拣200吨垃圾,挑中率按照90%计算,可挑选纸类3.6吨,塑料类18吨,玻璃1.8吨。从而使垃圾减量约10%,减少了垃圾分类管理费用约1万元(每吨400元计算),回收物料价值6.8万元,每天为客户提高收益共计7.8万元。一年按照365天计算,将带来可观收益。

研发餐厨垃圾能源化系统 垃圾变身“充电宝”

都说垃圾是放错了地方的资源,如何高效率的实现餐厨垃圾的资源化利用?每天餐桌上丢弃的餐厨垃圾又是怎样摇身一变,为手机或者平板电脑供电的呢?

澳门六会彩资料图片2020年 上海交大中英国际低碳学院有机废物资源化研究团队与新加坡国立大学合作研发的分布式餐厨垃圾能源化系统就能实现并解答这一切。重量为40kg的餐厨垃圾在投入系统内的厌氧消化罐后,经过厌氧发酵产生沼气,随后转化为电力和热力,其输出的电能大约可供1000台手机充电。

移动式餐厨垃圾废物能源化系统,所有控制单元和操作单元均集成在一个20ft的集装箱内

该系统采用了临近垃圾产生源头的原位处理方式,将所有处理和能源转化设备集中在一个长为6m的移动式集装箱内。其中,整个系统的核心是厌氧消化罐,在餐厨垃圾被泵入厌氧消化罐之前,需要经过研磨、混合等简单操作来提高后续厌氧消化处理的效果。

澳门六会彩资料图片2020年 “按照特定的比例将厌氧微生物和餐厨垃圾混合后,在厌氧消化系统中,餐厨垃圾将会分解成沼气,随后沼气通过热电联产系统转变成电力和热力,而这些产生的电能就可以直接输出为附近人群提供手机充电以及其他服务。”该项目负责人、上海交大中英国际低碳学院副教授张景新介绍说。

餐厨垃圾产生的电能用于手机、平板电脑充电

“餐厨垃圾的组成成分影响着系统的发电量,当组分中碳氢化合物、蛋白质、脂肪的含量越高时,产生的沼气越多,从而产生的电能也越多。”张景新介绍说。同时,经过模拟计算,该系统处理一吨的餐厨垃圾的发电量为200-400kWh,换算下来,其产生的电能能够为13000-26000台手机充电。

据统计,自2019年上海市全面实施垃圾分类政策后,上海市湿垃圾分出量为9200吨/日,清运量为8200吨/日,而处理量仅为5050吨/日。湿垃圾生产量的快速增长和回收资源化能力不足也成为影响城市生活环境的严峻问题。

澳门六会彩资料图片2020年 “厌氧消化系统可以有效减少有机废物和城镇温室气体的排放并产生更多的能源,提高资源利用效率。在实现废弃处理的同时,最小化自然资源、能源的消耗以及二次污染,将线性经济的概念转变为循环经济,建设可持续发展的特大城市模式。”张景新说。

探秘“壳中玄机”,废弃虾蟹壳产出大用途

澳门六会彩资料图片2020年 据统计,全球每年约有800-1000万吨的虾蟹壳垃圾产生,大部分虾蟹壳被当作垃圾直接丢弃或填埋,在环境降解过程中,它们释放出大量二氧化碳和氮氧化物,在一定程度上助长了温室气体的额外排放。

要对虾蟹壳废弃物的各个成分进行利用,首先要解决的是各组分提取分离的问题。从虾蟹壳中提取甲壳素,已经有一套较为成熟的传统工艺,通过使用盐酸除去碳酸钙、氢氧化钠高温除去蛋白质,从而获得甲壳素组分。但是这套工艺使用了强腐蚀性的酸和碱,对设备抗腐蚀性要求极高,并且产生大量酸碱性工业废水,环境危害较大、生产投入成本较高。在一些发达国家,出于环境保护方面的考量,该传统工艺已被禁止使用,因此,开发一种绿色、环保、经济的甲壳素提取方法是促进这类废弃物利用的一个关键条先决条件。

从虾壳提取甲壳素流程图

澳门六会彩资料图片2020年 中英国际低碳学院陈熙课题组和新加坡国立大学颜宁课题组合作,成功开创了一种温和无污染的新技术来处理虾蟹壳垃圾。技术思路来源于模拟自然,对于碳酸钙的分离,借鉴了自然界中钟乳石的形成过程,钟乳石中的碳酸钙在长期的水和二氧化碳的作用下被溶解而改变形状。

新技术采用高压二氧化碳为一种绿色酸试剂,在水中溶解虾蟹壳中的碳酸钙,去除率达到95%以上。对于蛋白质的去除,类似煮肉汤的过程,通过180度高温水使蛋白质水解脱落,整个过程只使用了二氧化碳和水两种试剂,几乎没有污染物产生,且成本低廉,两步处理后甲壳素的纯度可达90%以上。通过成分和碳排放计算,这项新技术比传统工艺能够减少碳排量80%,总体成本也为传统工艺的约一半。

目前,已开发多种新型路径转化甲壳素制备20余种不同的含氮化学品。相关技术已申请专利,不久后将进行中试研究,海洋废弃虾蟹壳有望像石化资源一样,成为一种可制备多种化学品的平台资源,为未来含氮化学品的制备提供了极具价值的新思路。

(责编:葛俊俊、轩召强)
 
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