综述：制革固体废弃物产生趋势及面向商业化的可持续管理技术

《RSC Advances》：Tannery solid waste generation trend and sustainable management techniques for commercialization

　　

全球皮革消费的增长导致制革固体废弃物（TSW）显著增加，尤其是在发展中国家，不充分的处理实践带来了严重的环境与公共卫生风险。该研究表明，过去60年间，TSW产生量已增长超过100倍，且生产活动已主要转移至亚洲。在该综述中，研究人员以具有代表性的发展中国家孟加拉国为例，系统阐述了其TSW产生现状及可持续管理路径；尽管该国对全球TSW的贡献不足1%，却承受了不成比例的严重影响。综述识别了当前管理实践中的主要挑战，包括直接处置方式的低效性以及传统脱铬技术（dechroming）的规模化受限。关键研究发现表明，新兴资源化路径，如由肉屑废弃物生产生物柴油、酶辅助厌氧共消化，以及低温气化，均可提供环境友好且具有商业可行性的替代方案，其中厌氧共消化可使沼气累积提升至81%。同时，热解与固化/稳定化（immobilization）策略在能源回收与资源稳定化方面也显示出潜力。研究还提出了一个契合具体情境的TSW管理假设性循环经济（CE）模型，将技术路径与社会经济指标相结合，以支持长期可持续性。总体而言，该综述为从线性废弃物管理框架向循环型废弃物管理框架转型提供了战略性见解，并强调政策改革、利益相关方协作以及聚焦生命周期评价（LCA）与技术经济分析（TEA）的未来研究的重要性。所提出框架与多个可持续发展目标（SDG）相一致，包括SDG 3（良好健康与福祉）、SDG 7（经济适用的清洁能源）和SDG 15（陆地生物），为实现更安全、更具包容性且获得全球认证的制革实践提供了路径。

Introduction

论文首先界定了制革工业在中国、印度、巴西、孟加拉国、巴基斯坦、土耳其和埃塞俄比亚等发展中经济体中的重要产业地位，并说明制革过程由预鞣、鞣制和后整理等多个单元操作组成。文章指出，制革属于高耗水、高化学品消耗过程，处理1000 kg原皮通常需要15–50 m³水和约500 kg化学品，但仅约20%的原料最终转化为稳定皮革，其余部分形成大量制革固体废弃物（TSW）。TSW中富含胶原蛋白（CP）、脂肪和矿物质，同时含有3.5–4.5%的Cr₂O₃，由此构成资源属性与危险属性并存的典型工业废物流。文章进一步指出，传统填埋、焚烧和化学处理虽有一定应用基础，但普遍存在成本高、效率低和劳动密集等缺陷，难以满足可持续发展目标（SDG）与皮革工作组（LWG）认证要求，因此亟需以循环经济（CE）为导向的综合管理方案。

在研究背景扩展部分，文章系统回顾了近年来围绕TSW可持续管理的相关研究主题，包括胶原蛋白回收、脱铬、厌氧消化、重金属去除、资源化产品开发及清洁制革技术等，但指出现有文献在TSW产生趋势、社会经济负担以及可规模化资源化技术方面仍存在明显缺口。基于此，论文提出本综述的目标不仅是梳理技术进展，更在于构建兼顾环境、经济与社会维度的管理框架。

在全球与区域情景分析中，文章指出2012—2023年间全球约处理1.5亿吨原皮，按每吨原皮产生约800 kg TSW估算，共产生约1.2亿吨TSW；与1961—1970年相比，全球TSW产生量增长约100倍以上，并呈现明显的地域转移趋势，亚洲已成为主要产生区。中国为最大生产国，其次为意大利、巴西和印度，而孟加拉国虽仅占全球1–1.2%，却面临极为严重的污染压力。文章进一步指出，孟加拉国1982—2021年间TSW产量由2.6万吨增至8.2万吨，目前仍有大量未经处理的TSW直接倾倒于低洼地带，导致土壤和地下水铬污染风险持续上升。

在环境与健康影响论述中，文章强调TSW处置失当会引发水体变色、溶解氧（DO）下降以及Cr⁶⁺相关毒性风险，并可能导致致癌、致突变和致畸效应。研究引用孟加拉国和印度制革区土壤、水体、沉积物及人体毛发和指甲中的铬累积现象，说明制革污染已通过皮肤接触、吸入和摄入等多路径影响工人及周边居民健康。基于上述问题，论文提出应将TSW从“废弃负担”转化为“资源载体”，以实现清洁生产和行业可持续转型。

Research methodology

该综述采用结构化、情境敏感型文献综述方法。研究人员首先在Scopus数据库中使用与制革工艺、铬鞣、TSW管理、资源化、胶原回收、生物处理、热处理、燃料生产等相关的关键词检索文献，初步获得500余篇资料，随后通过相关性、逻辑一致性和方法可靠性筛选出约250篇文献进行深入分析。纳入文献覆盖环境科学、污染控制、化学工程、皮革科学、生物技术、材料科学、生物能源及社会经济影响等多个领域，同时适度引入技术报告、政府文件和行业出版物以补充操作性信息。文献筛选过程中排除了缺乏方法学严谨性的资料，并重点关注2010年后的研究进展，同时参考1980年以来的基础性研究以追踪技术演变。文章还使用Bibliometrix、EndNote、OriginPro和Adobe Illustrator等工具支持文献管理、计量分析和图示构建。该方法论体现出综述不仅追求资料汇总，更强调为孟加拉国等发展中地区提炼具有实践意义的策略。

Existing TSW management techniques

本节从技术演化角度梳理TSW管理由“末端处置”向“资源回收”转变的过程。文章认为，第一代技术以填埋和露天堆放为代表，虽具有操作简单、成本低和实施快速等特点，但会造成含Cr³⁺、Pb²⁺和Cd²⁺等有害成分的渗滤液污染，并伴随恶臭、填埋气排放和全球变暖风险。由于TSW中高价值CP与危险铬组分同时流失，单纯填埋既低效又不可持续。

在焚烧及其改进技术方面，文章指出传统焚烧通过850–1200 °C氧化可减少有机质、灭活病原体并回收部分能量，但其运行依赖低含水率（MC）和较高热值（CV），且存在多环芳烃、卤代有机物及Cr⁶⁺生成的环境风险。为提高工艺环境相容性，研究转向流化床燃烧（FBC）和缺氧焚烧炉（SAI）等改进技术。相关研究显示，在较低温度条件下可减少Cr⁶⁺生成，残余灰渣中的Cr³⁺还可通过固化制备水泥砌块，或进一步回收用于生产铬盐和冶金原料。文章还提及等离子体裂解耦合气化—熔融—玻璃化、等离子体热解气化及焙烧炭化（torrefaction）等新型热过程，这些技术兼具能量回收和重金属稳定化潜力。

在化学脱铬方面，论文总结了氧化法、酸水解脱铬（AHD）、碱水解脱铬（ALHD）、酶水解脱铬（EHD）和联合水解脱铬（CHD）等路径。氧化法可快速回收高纯度CP，但运行成本较高且可能产生二次污染。AHD通过酸性介质使Cr³⁺从胶原结构中解离，强化条件可提高提取效率，但存在设备腐蚀和胶原结构破坏问题。ALHD则借助NaOH、CaO或Ca(OH)₂等使Cr以Cr(OH)₃沉淀形式析出，整体分离效率较优。EHD利用蛋白酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶等在温和条件下实现CP与铬分离，更符合绿色处理理念，但经济性受酶用量制约。CHD结合化学和生物过程，可实现大于90%的铬回收及明胶/蛋白产物获取，后续通过低分子胺和减少无机碱投加改善了产物灰分问题。

在生物法方面，文章介绍了堆肥、蚯蚓堆肥、厌氧消化（AD）、厌氧共消化、生物修复、生物浸出和酶降解等绿色技术。TSW富含有机质与氮源，适合通过堆肥和蚯蚓堆肥转化为有机肥，但原始TSW中的重金属会抑制微生物和蚯蚓活性，因此通常需要与农业废弃物或生活有机废弃物协同处理。厌氧消化可回收甲烷，而酶强化与共消化策略能够显著提高气体产率；论文特别指出，TSW与其他可降解有机废弃物共消化时，沼气产率可提升约74–81%。此外，针对已受Cr⁶⁺污染的环境介质，特定菌株显示出较好的抗铬与还原解毒能力，为污染土壤和废弃物生物修复提供了可能。

在热化学资源化方面，文章详细分析了TSW适于热处理的理化特性，包括中高位高热值（HHV）、较高挥发分和较低含水率。共燃、解耦燃烧（DC）、气化、热解气化及压块燃料化被视为重要方向。气化可在受控氧化气氛下生成含H₂、CO和轻烃的可燃气体，并抑制Cr³⁺向Cr⁶⁺转化；热解和热解气化则兼顾生物油、炭和重金属回收；压块技术则可将皮屑、削匀屑和抛光粉等制成具有良好机械强度和较高热值的燃料替代品。

在固化/稳定化（immobilization）方面，文章指出该类技术通过将危险组分封装于砖、陶瓷、玻璃、沥青、吸声板和复合材料等基质中，以抑制有害成分浸出。由皮革废弃物提取的胶原粉可作为增强相制备金属基复合材料（MMCs）和胶原纤维-热塑性聚氨酯弹性体（CF/TPU）；含铬皮革碎片掺入沥青可改善抗裂性能；污泥与黏土共烧可制砖并实现Cr固定。此类路径突出了TSW在建筑与工程材料中的高附加值利用潜力。

TSW valorization techniques implemented by companies worldwide

文章进一步从产业化视角总结全球企业在TSW商业化方面的实践。其核心资源化方向包括脂肪、铬和胶原蛋白回收，以及燃料、明胶、肥料和材料制品制造。作者重点介绍了由皮革肉屑中提取脂肪并经酯交换制备生物柴油的工艺，指出TSW脂肪提取常采用索氏提取，尽管能耗较高，但提取率可达90–98%。由于原料游离脂肪酸（FFA）含量较高，通常需先进行酸预处理后再酯交换。论文引用研究表明，6.2 kg皮革肉屑可生产1 L符合EN 14214标准的生物柴油，显示出良好的商品化前景；皂化法还可将提取脂肪制成清洁性能较好的肥皂。

在企业案例方面，印度CSIR与中央皮革研究所（CLRI）已建设日处理2吨TSW的生物燃料试验装置，可由每吨TSW生产生物柴油、生物乙醇、生物氢和甲烷；英国企业建立了TSW气化和热能工厂；巴西、美国和中国企业分别在生物柴油、有机肥和副产品循环利用方面形成产业实践。孟加拉国虽曾尝试通过出口和外资合作推动TSW资源化，但部分项目未能持续实施，反映出发展中国家在资金、政策和合作机制方面仍面临障碍。

Sustainability of TSW

5.1. Proposed model of TSWM for developing nations

文章提出了面向发展中国家的假设性循环经济（CE）模型。该模型将铬鞣固体废弃物（CTSW）和未鞣固体废弃物（UTSW）按组成差异分流处理：CTSW进入联合水解脱铬单元回收铬与胶原蛋白；脱铬残余物再经流化床反应器（FBR）或固定床反应器低温热解，生成生物油、合成气和生物炭；UTSW中的肉屑部分则通过索氏提取或碱解获取脂肪，再经预处理和酯交换制备生物柴油。后续残余物可与其他有机废弃物共厌氧消化产生沼气，消化污泥可进一步堆肥或直接用作生物肥料。含重金属残渣可通过砖、陶瓷和水泥制备实现固化；回收Cr可转化为碱式硫酸铬并重新用于鞣制工序；胶原蛋白则可进入明胶、复合材料、食品、医药与化妆品产业链。该模型还强调生物炭可用于制革废水吸附处理，肥料和炭基产品可回归农业系统，从而建立“废弃物—能源—材料—农业”耦合链条。作者同时指出，该模型仍属概念框架，需依靠中试验证、能效分析、可持续性评价和制度设计支撑落地。

5.2. Achievable SDGs for TSWM

论文将优化TSW管理与多个可持续发展目标联系起来。通过降低铬污染和危险排放，可促进SDG 3与SDG 6；通过将TSW转化为生物柴油、生物氢和沼气等能源，可支撑SDG 7；通过推动LWG认证、产业升级和就业创造，可服务SDG 8和SDG 9；通过资源循环和清洁生产，可响应SDG 12；同时还可减少温室气体排放、降低水体污染并保护陆地生态系统，对SDG 13、SDG 14和SDG 15产生积极作用。文章认为，未来研究应更加重视新旧技术的集成优化，以提高处理效率、降低成本并减轻环境负荷。

5.3. Social indicators of sustainable tannery solid waste management

在社会维度上，文章强调孟加拉国等地实现可持续TSW管理不仅是技术问题，也涉及工人与社区健康风险、产业搬迁与生计损失、社会污名化以及利益分配不均等问题。研究主张通过公众宣传、社区参与式决策、机构间持续信息共享以及对弱势群体、公平收益和包容性治理的重视，来提升TSW管理的社会可持续性。

Conclusions

结论部分总结认为，过去60年全球TSW增长超过100倍，但数据碎片化仍严重制约政策制定和技术部署。论文认为，脂肪基生物柴油与肥皂制备、酶介导厌氧共消化、低温流化床气化、解耦共燃、热解/热解气化、堆肥/蚯蚓堆肥以及材料固化等技术均显示出较强潜力。其中，生物能源回收、铬稳定化和高值胶原利用是最具前景的综合方向。尽管如此，商业化仍受制于全球数据体系不统一、政策支持不足和发展中国家资金约束。为推动规模化应用，文章建议建立国际统一数据库，完善延伸生产者责任、碳税与补贴重构等政策工具，并加强公众参与、法规执行及利益相关方协同。未来研究则应重点开展生命周期评价（LCA）与技术经济分析（TEA），以验证各类技术在环境与经济层面的可行性，从而推动制革行业向循环化、低污染和可认证方向转型。