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本文主要介绍我国城市生活垃圾中的天然组分纤维素，它不仅可作为环保可再生资源，而且其研究进展空间很大。文中提出了它在能源、化工方面的应用，以及它在环境保护和经济发展上的广阔前景和巨大效益……
随着我国经济的迅速发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾产生量也随之在不断地增加，生活垃圾占用土地、污染环境的状况以及对人民健康的潜在影响日益突出[1]。如何经济、有效地进行生活垃圾处理，是广大环保工作者和环保行业面临的一个生活垃圾成亟待解决的问题，但政府对此方法却不很稳的处理妥：有的被焚烧，有的被填埋，对资源造成了严重的浪费,同时也对环境造成了严重的污染。城市生活垃圾天然成分中的纤维素是可以回收再利用的,这也响应了国家“可持续发展”的号召。因为纤维素与我们的生活息息相关，所以它的应用范围非常广：可以用来造纸、作生物燃料酒精、食品保健、合成有关化学药品等。
一、我国处理城市生活垃圾的现状
１．生活垃圾处理总体状况
2008年根据2008年中国统计年鉴，截至2007年底，全国6551个设市城市生活垃圾清运量1.52亿t,有各类生活垃圾场453座，处理能力为27.2万t/d，集中处理量约9400万t,集中处理率约为62%；其中城市生活垃圾填埋场363座，处理能力21.5万t/d，填埋处理量约7664万t；城市生活垃圾堆肥厂17座，处能力0.79万t/d，处理量250万t；城市生活垃圾焚烧厂67座，处理能力4.58万t/d，处理量1466万t；按处理量统计，填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占81.7%、2.7%和15.6%，按清运量统计分析，填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占50.4%、1.6%和9.6%[2]。
我国生活垃圾成分的特性：第一，生活垃圾含水率高，一般为55％-65％，一些南方城市在夏季高达70％以上；第二，生活垃圾中厨余和餐饮等有机废物比例大，为45％-55％；近10年来我国生活垃圾中有机物成分明显增加，某些城市高达66.7%以上；第三，生活垃圾依然以混合收集为主，全国绝大部分城市处理的都是混合的原生垃圾；第四，燃值低，与国外相比，我国的生活垃圾的燃值较低[1]。10近年来我国城市生活垃圾年均增长率为8%—10%,与日俱增的生活垃圾已成为困扰经济发展和环境治理的重大问题。因此,如何减少垃圾排放量,将垃圾变废为宝,实现垃圾的资源化循环利用,是我国垃圾处理和现代化城市管理中的一个重要课题[3]。
1.1焚烧
焚烧是目前世界上一些经济发达国家广泛采用的一种城市生活垃圾处理技术。它是热处理的一种形式,热处理方法可分成三类:焚烧、气化、热解。C．焚烧的优点：减容量大，废物的体积可以减少80%-90%；焚烧放出的热量经过回收可用于采暖、发电等；产生的高温还可以彻底消灭病原体，消除腐化源；不受天气影响，可全天候操作。焚烧的缺点：投资费用大，占用资金周期长；焚烧过程产生剧毒物质，如二噁英等；燃烧过程还产生有毒烟气，如煤烟、CO、NOx、酸性气体、颗粒污染物、重金属及其氧化物、多氯化物等；对于固体废物的热值有一定要求，低热值的固体废物处理效率较低[4]。由于我国生活垃圾没有进行分类收集，生活垃圾燃值低，发热量不高，需要用煤或油助燃，造成很高的运行费用，需要财政补贴来维持，经济上难以自立[1]。
1.2卫生填埋
卫生填埋如果不严格按国家标准实施，将造成严重的二次污染，防渗处理和渗沥液及污水处理等设施投资大，加重政府负担，填埋场的后续管理工作繁重；填埋法需要占用大量的土地，而在较发达的大城市和沿海地区，人多地少，造成城市垃圾无处可填；垃圾填埋是把垃圾作为废物处理，对垃圾资源的利用率为零，不符合我们国家可持续发展的原则。垃圾填埋法的实质是将问题从一个地方转移到另一个地方，问题本身没有得到解决，不是生活垃圾处理的理想方法[1]。填埋的优点：处理城市生活垃圾经济的理想方法之一，初始投资低；处理垃圾具有灵活性[5]；日处理量大，运行费用低[6]。填埋的缺点：占用土地面积大；在垃圾进场、堆填、垃圾渗沥液收集及处理等各个环节中,易引起恶臭污染[7]；在填埋过程中，会产生发渗滤液，会对地下水造成严重污染；处理污物时间较长，效率过低。我国的卫生填埋技术在总体上比国外落后15年左右，在防渗及渗滤液处理、沼气控制利用、封场及填埋专用仪器设备等方面还远不够完善，技术转化率低，缺乏具有原创性和自主知识产权的新技术和新工艺，尤其在技术集成与工程化方面缺乏足够的支撑[8]。
1.3堆肥
堆肥技术是在一定的工艺条件下,利用微生物的分解作,使生活垃圾中有机组份达到稳定化的处理技术,也就是将生活垃圾堆放在特定的容器内,在缺氧或供氧的状况下,自然发酵升温降解有机物,实现垃圾无害化。按运动状态可分为静态堆肥、动态堆肥以及介于两者之间的间歇式动态堆肥;按需氧情况分为好氧发酵堆肥与厌氧发酵堆肥两种。厌氧发酵周期长,发酵不完全,二次污染治理难度大;好氧发酵周期短,发酵完全,产生二次污染小,但从肥效角度,前者损失小,后者损失大[6]。堆肥的优点：有利资源循环再利用,回归大自然；有利于改良我国广大农田;堆肥过程中产生的甲烷气体，可做沼气，用于家庭生活中的燃料气；可实现生活垃圾中部分有机物质如纤维素的资源化利用。堆肥的缺点：由于我国垃圾大都采用混合收集，这加大了垃圾堆肥的困难，造成堆肥肥效不高，客观造成了垃圾的再次堆积;未经分拣的垃圾成分相当复杂，处理不好就会使许多有害物质随着堆肥产品进入土壤，从而形成二次污染[9]。
二、城市生活垃圾中纤维素的再利用
2.1纤维素与能源
生活垃圾属于城市固体废弃物,它是人类生存过程中产生的主要废物之一,当复杂多变、量大面广的生活垃圾排放到人们四周时,就会对大气、水体、生态环境带来严重的破坏。城市生活垃圾中含有丰富的可再生资源——纤维素，它是地球上唯一可以超大规模利用的可再生资源，其能量值相当于世界主要燃料年消耗量的10倍[10]。生物燃料产业是未来能源发展的一个主要方向，而以纤维素为原料的转化，将会带来一次新的能源革命。联合国粮农组织在一份报告中指出：引起近年粮食价格高涨的其中一个原因是生物燃料的开发占了75%[11]。无论是从资源的可持续发展还是从环境保护的方面来说，生物燃料产业都是未来能源发展的方向，是煤化工和天然气化工产业无法代替的，各国已普遍用淀粉水解成葡萄糖再发酵的方法来制得生物乙醇，虽然技术成熟、工艺简单、投资少，但却是以粮食为原料。从长远的角度来看，这种方法还是不够现实[10]。解决好人和工业争夺粮食的矛盾是生物燃料持续发展的必要前提。
随着“不与人争粮,不与粮争地,不污染环境”成为解决能源危机的必要条件[12],人们越来越倾向于利用地球上丰富的纤维素资源，来生产化石燃料代替现代社会短缺能源。为了解决这一矛盾，各国政府投入巨资进行研究，寻找粮食的代替品。由于城市垃圾随处可见，且可利用其中的组分纤维素来减少或解决“争夺”粮食的矛盾，科学家把目光投向了纤维素。纤维素开发新能源问题随着科技的进步也逐渐被解决；国外在此方面早有研究，而我国在纤维素转化为乙醇方面的发展也取得了很大的成就：2008年10月，安徽省中润生物能源技术有限公司成功开发出互促催化系统，能使豆杆、芦苇和竹子等各种秸秆在低温（100℃-300℃）低压可控条件下，100%地转化成生物石油，不出现气化和碳化现象，这次实验的成功可以算得上是一次生物质能源革命性的突出，也标志着我国在这一领域的研发水平和科学技术[10]。
无论是发达国家还是发展中国家，都在投入巨资用纤维素制酒精燃料，来缓解能源危机。我们可以将城市生活垃圾中的纤维素通过科学方法分离出来投入到工业生产，这样不仅缓解了城市的环境压力，还对可再生资源进行了有效地利用。由于各个国家的重视和政府的投资，也加快了生物质能源的发展步伐，纤维素制乙醇的技术日趋成熟，距离大规模生产乙醇指日可待，这必将改变世界能源的结构！
2.2纤维素与化工工业
纤维素是城市生活垃圾中丰富的天然组分，它可大量应用于工业生产，同时还会缓解环境压力。因此，城市生活垃圾中纤维素的转化和利用被认为是发展可持续能源的一条有效途径。然而，纤维素同时也是最难水解的生物质。传统上采用液体酸、碱或酶的方法首先将纤维素转化为葡萄糖，然后再将葡萄糖进一步转化为其它的能源或有机化学品，工艺路线长，且对环境有一定污染。近年来，国际学术界开始尝试在贵金属的催化作用下将纤维素一步转化为六元醇的转化路线，但由于该反应路线选择性低，最贵的贵金属价格更是大大限制了该路线的工业化应用。大连化物所研究人员利用碳化钨在涉氢反应中的类贵金属性质，首次尝试将廉价的碳化钨催化剂应用于纤维素的催化转化，发现活性炭担载的碳钨不能像贵金属催化剂一样，将纤维素全部转化为多元醇，而且对乙二醇的生成表现出独特的选择性，尤其是在少量镍的促进下，乙二醇的收率高达61%[13]。纤维素是D-葡萄糖的高聚体，这种多糖均为均聚糖。可以通过以下方法将纤维素改造成为人造纤维，（1）铜氨法：铜氨液是纤维素的良好溶剂，它使纤维素剧烈地润涨，然后溶解。铜氨液是Cu（OH）2与NH3的络合物，纤维素铜氨液在稀无机酸的存在下，纤维素即由溶液中沉淀下来。因此，工业上把纤维素的铜氨液过滤后经过细孔压入稀硫酸中，纤维素就成为细丝而再生出来。这样获得的人造纤维比天然丝还细2倍[13]，人造纤维可用于纺织工业；（2）胶丝法：纤维素里的羟基与氢氧化钠反应得到粘稠溶液，把这个溶液通入细孔，再进入稀硫酸内，黄原酸盐就被分解，变成细长丝状的纤维素，它可用于胶水、黏合剂；（3）纤维素还可烃化成醚，目前主要制造甲基纤维素、乙基纤维素、苯甲基纤维素等应用于喷漆、精密铸件、纺纱上浆等[14]。（4）世界纸浆产量的10%都用来制造纤维素衍生物,我们可以把城市生活垃圾中的纤维素经过处理合成纤维素高级脂肪酸酯，而且在不需要增塑剂的情况下即能模塑成型,因此,其在生物降解塑料等方面具有广阔的应用前景其突出优点在于:加工温度低,冲击强度大,非极性溶剂溶解性能优良,与疏水性聚合物有很大的相容性,同时在作为涂料增稠剂方面也显示出极大的应用潜力[15]。（5）纤维素氨基甲酸酯：该工艺生产过程安全无毒,不会产生H2S、CS2等有害气体及含S和Zn的废水并且能最大限度地利用原有粘胶纤维的生产设备,被认为是目前生产粘胶纤维最有潜力的替代工艺，也可以大量的运用在纺织产业，也是最佳纺丝工艺[16]。 未来方向虽已明确，但更重要的是原料的开发方向。到目前为止，城市生活垃圾的不断增多，又称为社会的一大负担，但城市生活垃圾中的天然组分是纤维素，也就是说，我们可以从城市生活垃圾中提取纤维素，来进行燃料乙醇的等化工制品的生产。
三、纤维素的发展前景
随着经济的发展，人民生活水平地不断提高，物质水平也在不断攀升，所谓的城市垃圾也随之而增加，而城市垃圾的处理问题已日益成为环境保护中不可或缺的重要组成成分。其中城市生活垃圾的天然成份为纤维素。21世纪是能源竞争的时代，而生物燃料产业是未来能源发展的一个主要方向，它将掀起一次新的革命。纵观世界历史，化石燃料发挥了相当重要的作用，但化石燃料为不可再生资源，总会有枯竭的那天，等到那一天，人类的生产生活将会“寸步难行”。由于各国运用淀粉水解成葡萄糖再发酵成生物乙醇工业的发展，乙醇在人们的生活中已变得越来越重要。但乙醇不能仅仅从粮食中获取，毕竟“粮食问题“也是“世界五大难题”之一，它可以由纤维素转化而来，这样不仅可以将城市生活垃圾变废为宝，而且还有效地缓解了“粮食危机”，也响应了我国建设“环境友好型社会”的号召,同时国家及政府对城市垃圾的再利用产业给予扶持，并提供适当的优惠政策。
综上所述，这些“变废为宝”的方式不仅科学的处理了大量的城市生活垃圾，减少了气化、碳化对环境的危害，同时解决了“粮食危机”。纤维素的利用大大提高了燃料匮乏的局面。随着各国不断进行纤维素转化为生物燃料的探究，各国掀起了“生物能源”革命性的改革，这次改革的方向是以再利用为主，在不断消耗回收的利用下，将不会再出现煤、石油、天然气等一些不可再生资源，这样以来，便不会引起能源危机。在不久的将来，世界将会因此而改变，人类社会也可以以“再回收利用”为“交通工具”快速的发展。虽然前途光明，但是道路曲折，纤维素的应用还需要更深入地研究。
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