大型厭氧消化工程處理城市生活垃圾的應(yīng)用及前景分析
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)城市生活垃圾產(chǎn)生量迅速增加，而且城市生活垃圾存在大量的生物質(zhì)垃圾，具有易生物降解和高含水的特點(diǎn)，其形成的惡臭是固體廢物污染環(huán)境的主要污染源。與此同時(shí)，城市生物質(zhì)垃圾中蘊(yùn)含著大量生物質(zhì)能，其高含水特性又為生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化提供了有利條件，針對(duì)生物質(zhì)垃圾的“高固體厭氧消化（HighSolidAnaerobicDigestion）技術(shù)”成為世界環(huán)？萍嫉难芯繜狳c(diǎn)。采用厭氧消化技術(shù)處理城市生活垃圾，并產(chǎn)生綠色能源“沼氣”，特別是在能源日益緊張，CO2減排的呼聲越來(lái)越高的情況下，該技術(shù)越來(lái)受到各國(guó)政府接受和推廣，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)立法等手段大力推廣該技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)“十一”規(guī)劃明確提出大力推廣使用生物質(zhì)能源，根據(jù)國(guó)家“十一五再生能源發(fā)展規(guī)劃”，到2010年，建成沼氣發(fā)電裝機(jī)容量100萬(wàn)千瓦。“十一五”時(shí)期，加快建設(shè)規(guī)模化沼氣工程，年產(chǎn)沼氣約40億立方米。
1.厭氧消化工藝分類
厭氧消化工藝根據(jù)工藝參數(shù)不同分成不同的類型：1）發(fā)酵天數(shù)；2)發(fā)酵含固率；3)發(fā)酵溫度和4)級(jí)數(shù)(單級(jí)對(duì)多級(jí))。工藝參數(shù)的決定最終取決于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和工程目標(biāo)，關(guān)鍵工藝參數(shù)分述如下：
濕法和干法:濕法反應(yīng)器對(duì)比干法反應(yīng)器，含固率低，可以應(yīng)用不同的前處理工藝，清除掉塑料等雜質(zhì)，同時(shí)分離出細(xì)玻璃、石子等雜質(zhì)。但是濕法反應(yīng)器容易造成揮發(fā)份的流失，導(dǎo)致產(chǎn)氣率較低。同時(shí)濕法相對(duì)于干法內(nèi)部能耗大，一般達(dá)到總產(chǎn)能的50％，而干法內(nèi)部能耗只占總產(chǎn)能的20％～30％。
中溫和高溫:中溫厭氧反應(yīng)器反應(yīng)溫度較低，所以降解相同水平的有機(jī)物，一般停留時(shí)間要長(zhǎng)（15天至30天）.中溫厭氧反應(yīng)器產(chǎn)氣率低，盡管生物反應(yīng)過(guò)程比較穩(wěn)定，但長(zhǎng)停留時(shí)間需要更大的容積和更高的成本。高溫厭氧反應(yīng)器產(chǎn)氣率高，停留時(shí)間短（12至14天），反應(yīng)器容積小，但維修成本高。
單級(jí)與多級(jí):單級(jí)是第一階段和第二階段反應(yīng)都集中在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。多級(jí)是兩個(gè)階段分成兩個(gè)不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行以優(yōu)化操作環(huán)境。單級(jí)反應(yīng)器是一種簡(jiǎn)單式設(shè)計(jì)，歷史比較長(zhǎng)，成本較低，技術(shù)難度少。兩級(jí)系統(tǒng)由于每段設(shè)計(jì)優(yōu)化，停留時(shí)間短。產(chǎn)氣潛力高，但投資成本高。
反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣甲烷含量一般在55％至60％。其余成份主要為CO2.沼氣通常通過(guò)在鍋爐中燃燒產(chǎn)生熱和蒸汽，或者通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生電能。有些厭氧消化工廠將沼氣轉(zhuǎn)化為燃料用于公司內(nèi)部消耗。沼氣產(chǎn)生量隨原料不同而不同。
2.生活垃圾的厭氧消化處理在歐洲的應(yīng)用
在過(guò)去的5－10年時(shí)間里，歐洲城市生活垃圾的厭氧發(fā)酵市場(chǎng)正在以幾何級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999年，歐盟有53個(gè)厭氧消化工廠年處理100萬(wàn)噸混合或分類的有機(jī)生活垃圾。到2005年，約有74個(gè)工廠在歐洲運(yùn)行，用于處理分類的有機(jī)生活垃圾或混裝垃圾。2006年商業(yè)運(yùn)行的或正在建設(shè)的工廠數(shù)量達(dá)到124,垃圾處理量達(dá)到400萬(wàn)噸/年。
3.厭氧消化工藝處理有機(jī)垃圾在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用
我國(guó)目前城市生活垃圾處理仍然采用填埋為主的處理方式，近年來(lái)焚燒技術(shù)得到迅速發(fā)展，堆肥由于肥料出路問(wèn)題比例很小。按2006年的統(tǒng)計(jì)，填埋、堆肥和焚燒處理比例分別占14.5%、12.9%和5.1%[2]。采用厭氧消化技術(shù)處理有機(jī)垃圾在國(guó)內(nèi)正處于起步階段，其中處于領(lǐng)先地位百瑪士環(huán)？萍加邢薰，從歐洲引進(jìn)全套厭氧消化處理技術(shù)，包括干法和濕法、高溫和中溫、臥式和立式各種不同類型反應(yīng)器，可以針對(duì)不同的有機(jī)垃圾類型，通過(guò)上述幾種模式的組合達(dá)到最佳的處理效果，以高起點(diǎn)、高環(huán)保要求，有效處理有機(jī)廢棄物并實(shí)現(xiàn)大型化和工業(yè)化，生產(chǎn)沼氣用作熱源或發(fā)電上網(wǎng)，技術(shù)水平保持與歐洲同步。目前不同工藝類型的技術(shù)均有工程在國(guó)內(nèi)實(shí)施中。
有機(jī)垃圾干式厭氧消化工藝主要針對(duì)含水率低的有機(jī)物，如農(nóng)業(yè)垃圾或生活垃圾中有機(jī)物部分，主要特點(diǎn)是在厭氧消化工藝過(guò)程中，由于進(jìn)料垃圾的含水率較低，消化物料的含固率在20～40％之間。因此干式厭氧消化反應(yīng)器具有容積小、處理量大的特點(diǎn)。典型技術(shù)有VALORGA干法厭氧消化工藝和BRV干法厭氧消化工藝。
3.1VALORGA干法厭氧消化工藝
本工藝是由法國(guó)SteinmuellerValorgaSarl公司開發(fā)，采用垂直的圓柱形消化器，是一項(xiàng)成熟工藝。反應(yīng)器內(nèi)垃圾固含率25%-35%，停留時(shí)間22-28天，產(chǎn)氣量80-180Nm3/噸。消化后的固體穩(wěn)定化需要進(jìn)行10～21天的好氧堆肥。針對(duì)城市生活垃圾厭氧消化中存在的攪拌難、固體含量高抑制反應(yīng)活性等特點(diǎn)，上世紀(jì)80年代后期Valorga工藝朝面向全部種類的垃圾發(fā)展。該工藝采用滲濾液部分回流與沼氣壓縮攪拌技術(shù)，具有比較好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效應(yīng)。中溫（如Amien垃圾處理廠）或高溫消化（如Freiburg垃圾處理廠）在該工藝中均有采用，垃圾平均產(chǎn)氣量110Nm3/噸進(jìn)料垃圾。目前歐洲有十幾個(gè)采用該工藝的垃圾處理廠，相關(guān)業(yè)績(jī)?nèi)缦卤恚?
表1VALORGA干法厭氧消化工藝在歐洲的業(yè)績(jī)
|
目前國(guó)內(nèi)由百瑪士環(huán)境投資公司投資建設(shè)的普陀生活垃圾綜合處理廠和北京董村生活垃圾綜合處理采用該工藝技術(shù)，兩個(gè)項(xiàng)目正在建設(shè)中，預(yù)計(jì)2009年初投產(chǎn)。
3.2BRV干法厭氧消化工藝
BRV厭氧消化工藝最早是由瑞士的一家環(huán)保公司研制開發(fā)的，并于1994年在瑞士的Baar成功建設(shè)了第一個(gè)利用該工藝的有機(jī)垃圾處理廠，年處理有機(jī)垃圾18,000噸。由于該工藝具有很高的生態(tài)環(huán)保性，其先進(jìn)的工藝技術(shù)具有較大的市場(chǎng)潛力，符合歐洲對(duì)有機(jī)垃圾處理日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)Linde公司根據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展需要，收購(gòu)了該公司并對(duì)該專利工藝進(jìn)行了整合。當(dāng)時(shí)的厭氧技術(shù)還不是很成熟，Linde公司對(duì)其采取了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐晟拼胧⒂?996年首先在德國(guó)的EurasburgQuarzbichl進(jìn)行了處理規(guī)模為4噸/天的小試，1997年在德國(guó)的Ravensburg進(jìn)行了處理規(guī)模為1,500噸/年的中試，以進(jìn)一步完善工藝并確保該技術(shù)的適用性。
在該工藝的干式消化過(guò)程中，有機(jī)垃圾經(jīng)過(guò)分揀破碎等預(yù)處理后，與部分已經(jīng)消化的物料混合，通過(guò)進(jìn)料系統(tǒng)送入消化反應(yīng)器內(nèi)。消化物料的含固率在20～35％之間，消化反應(yīng)器內(nèi)的物料可通過(guò)氣體或機(jī)械攪拌等方式進(jìn)行攪拌，物料經(jīng)過(guò)25～30天的厭氧消化后，由出料系統(tǒng)排出罐體，送入脫水系統(tǒng)進(jìn)行脫水。在消化期間大約有60％左右的有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為生物氣，可進(jìn)行能源利用。BRV臥式厭氧消化工藝成為德國(guó)目前最新的厭氧消化工藝，已經(jīng)在歐洲多個(gè)垃圾處理廠實(shí)施，并取得了良好的運(yùn)行效果，表2是幾個(gè)實(shí)施范例。
表2 BRV厭氧消化工藝的歐洲代表性實(shí)施廠家
|
目前國(guó)內(nèi)由百瑪士環(huán)境投資公司投資建設(shè)的上海金山生活垃圾綜合處理廠采用該工藝技術(shù)。該項(xiàng)目正在建設(shè)中，預(yù)計(jì)2009年年底投產(chǎn)。
3.3LINDE濕法處理工藝
百瑪士公司引進(jìn)的Linde濕式厭氧消化技術(shù)屬于單級(jí)厭氧消化技術(shù)，是典型的完全混合消化反應(yīng)器。該工藝最早于1968年開發(fā)，好氧消化，好氧處理工業(yè)污水、糞便。自1975，開始進(jìn)行糞便的厭氧處理，食品工業(yè)廢水的好氧和厭氧處理，復(fù)雜的多級(jí)污水處理；自1991年對(duì)居民分類生物垃圾的濕法消化工藝，包括消化殘?jiān)拿撍蜑V液的處理；從1993起應(yīng)用糞便與工農(nóng)業(yè)有機(jī)垃圾的聯(lián)合消化工藝；1996年應(yīng)用于剩余污泥與工業(yè)/市政有機(jī)垃圾的聯(lián)合消化；1999年開始形成最終廢棄物的機(jī)械生物處理工藝、有機(jī)殘?jiān)纳锓(wěn)定化和熟化工藝。垃圾處理的配套工藝包括：機(jī)械預(yù)處理，堆肥，廢氣和廢水的處理。消化罐內(nèi)總固體濃度在8%-15%,可以進(jìn)行高溫或中溫消化反應(yīng)。其特征是在反應(yīng)器中心設(shè)有一個(gè)用于氣體循環(huán)的管道；消化殘?jiān)奈廴疚镆延谇疤幚憝h(huán)節(jié)分離，因此殘?jiān)梢杂糜谏a(chǎn)高質(zhì)量的有機(jī)肥。主要適用于處理泔水、生活污水處理廠的污泥、園林綠化垃圾以及有機(jī)垃圾等。在國(guó)外的主要業(yè)績(jī)見表3：
表3 Linde濕式厭氧消化技術(shù)在歐洲的主要業(yè)績(jī)
|
目前國(guó)內(nèi)由百瑪士環(huán)境投資公司投資建設(shè)的北京董村生活垃圾綜合處理廠采用該工藝技術(shù)。該項(xiàng)目正在建設(shè)中，估計(jì)2009年年初投產(chǎn)。
4、厭氧消化工藝處理有機(jī)垃圾的應(yīng)用前景
目前厭氧消化技術(shù)在世界各地廣泛應(yīng)用，大部分處理城市生活有機(jī)垃圾的廠處理量在2500噸/年以上。而在我國(guó)尚無(wú)采用這樣的大型處理廠，是因?yàn)閰捬跸耐顿Y成本比好氧堆肥一般要高出1.2-1.5倍。但考慮到有機(jī)垃圾厭氧消化處理的良好經(jīng)濟(jì)效益（生物氣用來(lái)發(fā)電或供熱以及優(yōu)質(zhì)衛(wèi)生的肥料），且具有良好的環(huán)境效益：與好氧堆肥相比占地少，大大減少了溫室氣體(CO2、CH4)、臭氣的排放等。從生命周期觀點(diǎn)看，厭氧消化比其他的處理方式更經(jīng)濟(jì)。因此，在我國(guó)厭氧消化工藝是一項(xiàng)具有很有前景的有機(jī)垃圾處理技術(shù)。
隨著城市生活垃圾有機(jī)成分的逐漸增加以及經(jīng)濟(jì)水平與技術(shù)水平的提高，將含有大量有機(jī)質(zhì)的垃圾填埋將會(huì)造成能源的極大浪費(fèi)且產(chǎn)生大量的溫室氣體，歐洲國(guó)家都采取了限制填埋政策以及對(duì)厭氧工廠產(chǎn)生的沼氣銷售的優(yōu)惠政策。另外，一些城市的生活垃圾中含有大量的水果蔬菜等含水量高的廚余物質(zhì)將不再適合焚燒（熱值低，經(jīng)濟(jì)效益不合算）以及好氧堆肥（不滿足氧堆肥的適宜固體含量55%-60%），用厭氧法處理上述類型的生活垃圾將會(huì)是一個(gè)發(fā)展方向。隨著國(guó)內(nèi)再生能源法的推進(jìn)實(shí)施，城市垃圾分類收集政策的推廣，厭氧消化工程在國(guó)內(nèi)的投產(chǎn)運(yùn)行取得經(jīng)驗(yàn)，厭氧消化技術(shù)處理有機(jī)生活垃圾勢(shì)必會(huì)得到飛快發(fā)展。尤其是兩相消化與聯(lián)合消化（有機(jī)物與污泥等）技術(shù)的應(yīng)用，高固體厭氧消化反應(yīng)器的應(yīng)用，在處理蔬菜水果垃圾時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)；加上垃圾分選、預(yù)處理技術(shù)的成熟，利用厭氧消化技術(shù)處理有機(jī)廢棄物在國(guó)內(nèi)的推廣勢(shì)必有廣闊的前景。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
