活性污泥:傳統(tǒng)塑料的終結(jié)者
兮兮的污泥“搖身一變”，竟成了百分百可降解塑料？近日，香港理工大學(xué)教授蔡宏花費16 年時間，研究的“用活性污泥生產(chǎn)可降解塑料”項目，獲得了2008 德國紐倫堡工業(yè)發(fā)明獎“國際創(chuàng)意、發(fā)明及新產(chǎn)品展金獎。”蔡宏在接受《外灘畫報》的專訪時自豪地表示：“擁有一百多年歷史的傳統(tǒng)塑料時代，已經(jīng)遇到了終結(jié)者，那就是活性污泥。”
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“污泥被普通人看作是污染，但做我們這行的，卻覺得污泥可愛無比。”說此話的是致力于研究“用活性污泥生產(chǎn)可降解塑料”的蔡宏。
蔡宏是香港理工大學(xué)的環(huán)保專家。16 年前，蔡宏接手了學(xué)院里的一個科研項目：研究香港塑料污染的解決之道。那時，大部分人還沉浸在享受便利、廉價塑料制品的喜悅中，提出研究塑料可替代品的專家屈指可數(shù)，蔡宏就是其中一個。
蔡宏提出的應(yīng)對策略是：用從活性污泥中萃取的微生物來生產(chǎn)百分百可降解的塑料。“擁有一百多年歷史的傳統(tǒng)塑料時代，已經(jīng)遇到了終結(jié)者，那就是活性污泥。”蔡宏告訴《外灘畫報》。當(dāng)時，他的這種想法引發(fā)不少質(zhì)疑：污泥又黑又臭，用它生產(chǎn)的塑料來做垃圾袋人們還可以接受；如果用它生產(chǎn)的塑料來做一次性餐具、食品袋，或許再香噴噴的大餐也會讓人難以下咽。
爭議不斷，研究不止。16 年后，“用活性污泥生產(chǎn)可降解塑料”項目，獲得2008 德國紐倫堡工業(yè)發(fā)明獎“國際創(chuàng)意、發(fā)明及新產(chǎn)品展金獎”，這也是國際三大權(quán)威發(fā)明賽事之一。
如今，蔡教授的“活性污泥生產(chǎn)可降解塑料”項目已經(jīng)與廣東增城市一家污水廠達(dá)成合作協(xié)議，并已進入終端測試環(huán)節(jié)。據(jù)蔡教授估計，百分百可降解的“綠色塑料”或兩年內(nèi)進入市民生活。
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經(jīng)存在，但全部運用在醫(yī)用范圍。比如，生物塑料已被運用于醫(yī)用外科手術(shù)縫合傷口，這種塑料手術(shù)線可以被身體逐漸吸收，免除拆線之苦；另外，用生物自毀塑料制成的藥用膠囊，在體內(nèi)也會慢慢溶解，可控制藥物進入血管的速度。但是，這類生物塑料具有一個致命的弱點——造價昂貴。“醫(yī)用生物塑料的價格，是傳統(tǒng)塑料的十倍，甚至更高，所以很難推廣。”蔡宏表示。 16 年前，蔡宏來到香港理工大學(xué)進行相關(guān)領(lǐng)域的研究。
有一天，他走進一間神奇的生化實驗室，發(fā)現(xiàn)里面的兩個池子僅一墻之隔，其中一個是沖馬桶的污水，另一個則是通過一系列凈化之后，流出來的純凈水，這些水干凈到無需煮沸，就能直接飲用。于是，蔡教授想到每天與自己打交道的污泥：即然沖廁水能變成純凈水，活動污泥中的微生物，能否轉(zhuǎn)化成百分百可降解的塑料呢？
說干就干，他與香港各大污水處理廠聯(lián)系，要求提供免費的活性污泥。在香港污水廠的人看來，不管是有沒有活性的污泥，都毫無價值，是將被拖到填埋場堆田的垃圾，即然有人需要，他們當(dāng)然樂意拱手相讓。
近日，在與蔡教授合作的無錫錢橋綜合污水處理廠，記者親眼見識了如何從污水廠獲取污泥。記者眼前可見三個并排的污泥池，每個都有標(biāo)準(zhǔn)泳池的大小。第一個池里的水是深咖啡色，源源不斷冒著氣泡，發(fā)出“噗噗”聲；第二個池水為渾濁的黃褐色；第三個為淺黃色。除了視覺上的“污染”，空氣里時不時彌散著腐臭味。蔡教授告訴記者：“三個池子分別用來暴氣、沉降及排除清水，經(jīng)過幾輪循環(huán)，我們就可以在第三個池子底下獲取沉底的污泥。”
“雖然污泥看起來并不美觀，但卻能解決大問題，我對它的用途相當(dāng)欣賞。”在蔡教授看來，他們能通過顯微鏡在活性污泥中尋找數(shù)以萬計的寶藏——活性微生物。這些微生物會組成細(xì)菌群，關(guān)鍵在于細(xì)菌群的細(xì)胞里會累積一些食物；當(dāng)環(huán)境不太適合生長時，細(xì)菌則不再分裂繁殖，而是會在細(xì)胞里自然積累食物，作為后備。
“就好像人類知道明年缺糧，今年就會大量囤積食物一樣，細(xì)菌也會未雨綢繆。”蔡宏告訴記者，細(xì)菌“囤積”的食物在化學(xué)專業(yè)上叫做PHAs，這是一種乳白色的物質(zhì)，無色無味，被認(rèn)為是“極理想的環(huán)保塑料”。“當(dāng)PHAs 達(dá)到它們體重的一定程度時，可將細(xì)菌群收集起來，萃取出來的PHAs，就可以制造出傳統(tǒng)塑料的替代品。”
和醫(yī)藥用途的生物塑料相比，用活性污泥提取出來的微生物塑料，價格下降了五成，只有傳統(tǒng)塑料的兩倍。蔡教授解釋說，醫(yī)用生物塑料采用的是純菌種培養(yǎng)，需要自制發(fā)酵罐，還需高溫高壓消毒，成本很高，而從污泥中提取的細(xì)菌種群，本身就含有100 多種不同種類的微生物，，穩(wěn)定性高，適應(yīng)能力好，菌群培育只需一個水池就可以展開菌群大規(guī)模的萃取工作。
“PHAs 是一種能夠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兩三個月的時間，就會神奇地化為水和二氧化碳。”蔡教授自豪地向記者預(yù)言，他發(fā)明的“從活性污泥生產(chǎn)可降解塑料”技術(shù)在今后一兩年內(nèi)，可能推動全世界塑料界的“生化革命”。“目前市面上號稱可降解的塑代制品，其實全部屬于部分可降解，只是在塑料原料中摻雜10% 至30% 的淀粉、光解劑等加速塑料袋的降解，這只是對塑料的‘小修小補’，但其他部分在土壤里仍然無法降解，而且若塑料成為粉狀，就永久性滲入泥土，危害可能更大。”
“像養(yǎng)寵物一樣養(yǎng)細(xì)菌”
“我們可以根據(jù)塑料的不同用途，隨心所欲萃取出不同程度的塑料。比如農(nóng)業(yè)地膜、垃圾袋等，不需要純度很高的PHAs，而一次性餐具、食品袋等，則將采用提純百分之百的PHAs，覺得能讓人吃得放心。”蔡宏說這句話的時候，口氣很輕松。但為達(dá)到 PHAs 百分之百的提純效果，蔡教授和他的研究團隊卻為此付出了16 年的努力，單弈等蔡教授十多年前帶的研究生、博士生，現(xiàn)在都成為該項目的核心專職研究員。
“實驗失敗的時候多嗎？”記者問。“這個實驗太艱難了。我記得最早期的時候，我還能辨別出污泥本身附帶著淡淡的泥土芳香，后來，雖然失敗的實驗接踵而來，我的鼻子一直被臭雞蛋味、垃圾味、腐化味攻擊，久而久之，我的嗅覺就麻木了，現(xiàn)在到了實驗室，再難聞的味道，我都扛得住。”說起這些，單弈至今記憶猶新。
在描述實驗過程時，蔡教授用的最多是兩個擬人化的詞——“養(yǎng)細(xì)菌”和“喂食”。“我可以毫不夸張的說，我的學(xué)生都把細(xì)菌當(dāng)作魚兒或?qū)櫸飦砭奈桂B(yǎng)，說得更夸張一點，就是把它們當(dāng)作小嬰兒來伺候。”
為了反復(fù)測試PHAs 的萃取純度，蔡教授需要足夠多的活性細(xì)菌作為實驗來源，于是，每個研究員都會分配到屬于自己的一批細(xì)菌群，基本上每隔幾個小時，就需要給細(xì)菌喂食一次，保持細(xì)菌的活性。細(xì)菌的食物是生活或工業(yè)廢水，“定時定量”是“喂食”的關(guān)鍵。一旦喂食營養(yǎng)過剩，細(xì)菌細(xì)胞分裂繁殖，就不能貯存能量，如果喂量過少，細(xì)菌也會失去活性而死亡。
“每當(dāng)實驗后期，實驗者或多或少都會跟細(xì)菌有了感情，每次實驗失敗，都會是一次痛心疾首的打擊。”蔡教授告訴記者，他清晰地記得，去年春節(jié)，他的一位內(nèi)地研究生正好遇到細(xì)菌的喂養(yǎng)周期，于是她放棄了春節(jié)和家人團聚的機會，搬來一個睡袋、一只充氣枕和幾碗泡面，在實驗室里安了家，每隔幾小時觀察一次。沒想到，大年初一早晨，蔡教授手機響了，電話那頭的女學(xué)生哭得很傷心：“我的寶貝都死了。今天早上起床，我發(fā)現(xiàn)暴氣筒不知什么時候堵塞了，估計一晚上食物沒‘喂’進去。早上細(xì)菌都像螃蟹一樣吐泡泡，放在顯微鏡下看，都死了。”
蔡宏表示，生物試驗需要絕對的“心細(xì)”，在他的試驗隊伍里，還有不少試驗者一個學(xué)期都沒能成功培養(yǎng)出一批合格的細(xì)菌。此外，“膽大”也是成功的關(guān)鍵。在蔡教授的實驗室里，流傳著這樣一句話：“外面的人，一條牛仔褲四五年穿不壞；實驗室里的人，一年穿壞四五條牛仔褲。”原來，在給細(xì)菌喂食的過程中，試驗者事前都會對食物精挑細(xì)選一番，如果發(fā)現(xiàn)食物里含有鉛、銅等細(xì)菌不易“消化”的重金屬時，就會用濃硝酸或濃硫酸把它萃取出來。試驗的過程中沒有感覺，試驗者回家后，把試驗袍和牛仔褲在洗衣機里滾一滾，就發(fā)現(xiàn)“滿目瘡痍”，全都是被腐蝕的小洞。
限塑VS 改變原料本身
香港雖只是一個彈丸之地，但其排放的固體廢物中塑料制品比例占全球第一。蔡宏介紹說，香港每天產(chǎn)生著與其面積不對等的超大固體垃圾量。在每天產(chǎn)生的一萬噸垃圾里，充斥著建材、發(fā)泡膠、一次性飯盒、購物袋等塑料制品，占總量的15%，這個比例遠(yuǎn)高于日本、美國、新加坡的10%-11%。
香港也曾為推廣“限塑”作出努力。香港環(huán)保署屢屢傳出“征塑料袋稅”的提議，卻總是沒有下文。
2007 年11 月，全球華人首富李嘉誠旗下的百佳超市，成為全港第一家停止主動向顧客派發(fā)塑料袋的超市。若顧客索取塑料袋，營業(yè)員就會建議顧客捐款0.2 港元，捐款以百佳名義成立環(huán)保基金。但一周后，百佳超市卻以“多一事不如少一事”為由取消該計劃，繼續(xù)向消費者提供免費塑料袋。
在香港活躍的環(huán)保團體“綠領(lǐng)行動”和“地球之友”常年宣傳“限塑”，但效果有限。據(jù)調(diào)查，2007 年，逾八成香港市民每天平均使用塑料袋1 至6 個。2008 年4 月，市民使用塑料袋的數(shù)量不跌反升，市民每次購物平均使用近兩個塑料袋，自備購物袋的市民僅一成多。“香港人對于塑料制品的喜愛，已經(jīng)到了愛不釋手的地步。”蔡宏教授指出，“即然要市民改變生活習(xí)慣那么痛苦，那我們何不改變塑料本身，從它的材料入手，徹底根除塑料的缺點。”
蔡宏分析說，塑料相對于其他材料，具有無可比擬的優(yōu)勢。塑料制品干凈、便宜，而且攜帶方便。如今內(nèi)地人到香港旅游，有些人還會特意帶回一兩張帶有紫荊花圖案的10 港元流通鈔，因為它很特別，是用塑料做的。據(jù)說，它的壽命長達(dá)九年，是紙鈔的五倍，而且它兼有防水、干凈及可循環(huán)再用的功能。蔡宏表示，人們長期來形成的塑料文化養(yǎng)成的生活習(xí)慣，一下子要改變還真難。況且如今市場上許多商品如發(fā)泡膠、易拉罐底座包裝盒等，都還找不到相應(yīng)的替代品，即便有些能找到替代的產(chǎn)品，它的質(zhì)量卻很難保證。
“如今，在香港市面上，已經(jīng)出現(xiàn)了用玉米、木薯制作的淀粉塑料制品，用作購物袋或方便面的面盒。但這類產(chǎn)品質(zhì)地很脆、抗拉強度低、難以熱封。”蔡宏說，這種材料并不像從活性污泥里萃取的PHAs，PHAs 的特別之處在于它的“易變性”，無論是讓它變得堅硬無比，還是柔軟之極，都可以在試驗過程中得到很好的控制。“比如說用玉米做的方便面盒，實際上就是一個紙盒，需要用餐者在幾分鐘內(nèi)把面吃掉，不然盒子就會嘩地裂開，但用PHAs，則不會有這種煩惱。”
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