利用車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)處理易腐垃圾現(xiàn)狀分析及發(fā)展?jié)摿?/h1>
2019-12-06 03:20:32孫子滟王禎欣錢名宇李葉青
中國(guó)沼氣 2019年5期
孫子滟， 李 劍， 王禎欣， 錢名宇， 李葉青
(1. 中國(guó)石油大學(xué)(北京)新能源研究院, 生物燃?xì)飧咧道帽本┦兄攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249； 2. 德國(guó)國(guó)際合作機(jī)構(gòu)(GIZ), 北京 100000)
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)民素質(zhì)的提高，人民不再僅僅追求經(jīng)濟(jì)利益，而是更加注重資源節(jié)約和生態(tài)文明建設(shè)，希望建設(shè)成環(huán)境和諧的綠色經(jīng)濟(jì)型社會(huì)。傳統(tǒng)化石燃料價(jià)格的上漲以及對(duì)可持續(xù)性發(fā)展問題的擔(dān)憂，人們開始尋找可替代能源，其中生活垃圾中含有極高的水分和有機(jī)物，如果能將生活垃圾資源化利用，不僅解決了資源短缺問題而且保護(hù)了環(huán)境，所以近年來(lái)對(duì)生活垃圾的再利用受到了廣泛的關(guān)注[1]。為了更好的利用生活垃圾，改善城鄉(xiāng)環(huán)境，促進(jìn)資源回收利用，我國(guó)發(fā)布了《生活垃圾分類制度實(shí)施方案》?！渡罾诸愔贫葘?shí)施方案》于2017年3月18日經(jīng)國(guó)務(wù)院同意，由國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部貫徹執(zhí)行[2]。方案要求將生活垃圾強(qiáng)制分類為有害垃圾、易腐垃圾、可回收物及其他垃圾，其中易腐垃圾指的是相關(guān)單位食堂、賓館、飯店等產(chǎn)生的餐廚垃圾，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)產(chǎn)生的蔬菜瓜果垃圾、腐肉、肉碎骨、蛋殼、畜禽產(chǎn)品內(nèi)臟等。
易腐垃圾中含有大量易生物降解有機(jī)物，如果直接進(jìn)入填埋場(chǎng)極易造成地下水及大氣的二次污染，而直接進(jìn)入焚燒廠不僅降低垃圾熱值同時(shí)還增加了煙氣處理的負(fù)擔(dān)。目前我國(guó)生活垃圾分類制度尚處于起步階段，居民對(duì)生活垃圾精細(xì)分類的意識(shí)還不強(qiáng)，所以易腐垃圾中依然含有大量的塑料、木竹、纖維等其他垃圾[3]。根據(jù)筆者對(duì)不同有機(jī)生活垃圾資源化利用技術(shù)比較，認(rèn)為車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)是相對(duì)適合現(xiàn)階段我國(guó)易腐垃圾處理處置要求的垃圾資源化利用技術(shù)。
干發(fā)酵通常指發(fā)酵原料中干物質(zhì)含量在15%～35%，原料呈固態(tài)[4]。上個(gè)世紀(jì)五十年代起，國(guó)外就已經(jīng)開始對(duì)干發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行了研究，例如BIOFERM，BEKON，SMARTFERM等公司，他們已經(jīng)擁有成熟的技術(shù)并且已經(jīng)開始商業(yè)化生產(chǎn)。而我國(guó)起步較晚，二十世紀(jì)八十年代才開始干發(fā)酵的研究，雖然取得一定的成績(jī)，但是技術(shù)方面還是不夠成熟，比如干發(fā)酵反應(yīng)器和干發(fā)酵過(guò)程控制條件等方面[5]。另外，國(guó)外的技術(shù)雖然成熟，但主要是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，這并不符合我國(guó)國(guó)情，所以我們不僅要學(xué)習(xí)國(guó)外的技術(shù)，更要加強(qiáng)自主研發(fā)，找到適合我國(guó)國(guó)情的干發(fā)酵技術(shù)[6-7]。
當(dāng)發(fā)酵原料中的干物料低于10%時(shí)稱為濕法發(fā)酵技術(shù)。濕法發(fā)酵主要用于處理動(dòng)物糞便以及泔水垃圾等，目前在我國(guó)技術(shù)已經(jīng)比較成熟并廣泛應(yīng)用[8]。與濕法發(fā)酵技術(shù)相比，干發(fā)酵有許多優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備投資少、耗水量低、沼液生成量少等，大大地節(jié)省了能耗，激勵(lì)我們要努力研究干發(fā)酵技術(shù)[9]。
車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)是處理城市垃圾廢物和玉米秸稈有機(jī)物的合適方法[10]。車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)采用模塊化批序式厭氧反應(yīng)器，利用裝載機(jī)械進(jìn)出料，對(duì)進(jìn)倉(cāng)垃圾具有極大的適應(yīng)性，由于倉(cāng)內(nèi)無(wú)活動(dòng)機(jī)械攪拌裝置，穩(wěn)定性好、維護(hù)成本低；同時(shí)由于采用干式發(fā)酵技術(shù)，耗水量極低，同時(shí)也降低了厭氧所需能耗，基本無(wú)二次污水排放，發(fā)酵主要產(chǎn)品為清潔燃?xì)夂统鞘芯G化土。車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)的主要弊端則在于項(xiàng)目占地較大，進(jìn)料及出料過(guò)程有燃?xì)鈸p失，同時(shí)需要較高精度的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
圖1 賓縣垃圾處理綜合利用項(xiàng)目
1 我國(guó)車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)狀
1.1 賓縣垃圾處理綜合利用項(xiàng)目
本項(xiàng)目位于黑龍江省哈爾濱市賓縣賓州鎮(zhèn)新立村，由黑龍江龍能偉業(yè)燃?xì)夤煞萦邢薰窘ㄔO(shè)實(shí)施(見圖1)?？偼顿Y4325.98萬(wàn)元，工程總占地33025 m2，其中：總建筑面積10897.80 m2，建筑物占地10731.48 m2，構(gòu)筑物占121.50 m2，綠化面積12624 m2，本工程的容積率為0.33，建筑密度為32.50%，綠地率為38.2%。日處理生活垃圾160噸，日生產(chǎn)提純天然氣9278 m3[7]。
本項(xiàng)目自2011年開始建設(shè)，2013年竣工投產(chǎn)，實(shí)際垃圾處理量為120噸·天-1，項(xiàng)目基本采用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，由于垃圾處理補(bǔ)貼不到位，目前賓縣項(xiàng)目處于半停產(chǎn)狀態(tài)。后期龍能公司又在通河縣及尚志市新建了車庫(kù)式干發(fā)酵項(xiàng)目，主要處理生活垃圾，但是項(xiàng)目運(yùn)行狀況不佳。
1.2 北京覆膜槽沼氣規(guī)?；砂l(fā)酵中試項(xiàng)目
1.專用攪拌設(shè)備； 2.反應(yīng)器槽體(加保溫層)； 3.專用攪拌設(shè)備軌道； 4.柔性膜； 5.溫室； 6.輸氣干管; 7.球閥; 8.輸氣支管； 9.儲(chǔ)氣柜; 10.沼氣凈化器; 11.沼氣壓送機(jī); 12.止回閥; 13.專用攪拌設(shè)備的移槽機(jī); 14.移槽機(jī)軌道圖2 北京覆膜槽沼氣規(guī)?；砂l(fā)酵中試項(xiàng)目[7]
本項(xiàng)目位于北京市大興區(qū)薛營(yíng)村，由農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院建設(shè)實(shí)施。工程總占地400 m2，包含2個(gè)10 m×6 m×1.5 m覆膜槽，容積產(chǎn)氣率0.73 m3·m-3d-1。2007年4月～7月，主要處理牛糞及玉米秸稈，共運(yùn)行5個(gè)批次，生產(chǎn)沼氣1.1萬(wàn)m3，生產(chǎn)有機(jī)肥220噸(見圖2)。
本項(xiàng)目自2007年中試投產(chǎn)后，獲得相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，但是后期并未進(jìn)行更多的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。
圖3 南京多元廢棄物車庫(kù)式干發(fā)酵項(xiàng)目
1.3 南京多元廢棄物車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)
本項(xiàng)目位于常熟市白卯村，由農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所建設(shè)實(shí)施(見圖3)。工程總占地300 m3，建設(shè)2座10 m×4 m×3 m車庫(kù)式發(fā)酵倉(cāng)，總庫(kù)容156 m3。處理規(guī)模：2012年投產(chǎn)，主要處理玉米秸稈，共運(yùn)行2個(gè)批次。
本項(xiàng)目自2012年中試投產(chǎn)后，后期分別在宜興及海門建設(shè)了沼氣干發(fā)酵工程，可年處理秸稈8000多噸，年產(chǎn)沼氣70萬(wàn)m3。
2 國(guó)外車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)狀
圖4 BIOFERM干發(fā)酵技術(shù)流程及實(shí)況圖[7]
圖6 SMARTFERM干發(fā)酵技術(shù)流程及實(shí)況圖
圖7 AIKAN干發(fā)酵技術(shù)流程及實(shí)況圖
圖8 GICON干發(fā)酵技術(shù)流程及實(shí)況圖
國(guó)外車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)操作流程基本一致，但是BIOFERM、BEKON、SMARTFERM均需要采用回混方式操作，主要產(chǎn)氣裝置位于發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)；而AIKAN和GICON則采用的淋濾方式，主要產(chǎn)氣裝置位于接種罐內(nèi)，所以相對(duì)而言后兩者具備更短的固體物料滯留期(見圖4～圖8)。
目前就工程實(shí)踐層面來(lái)分析，從2010年以后SMARTFERM新建項(xiàng)目為5座，主要集中在美國(guó)加州及加利福尼亞地區(qū)；BIFERM新建項(xiàng)目2座，主要集中在加拿大埃德蒙頓地區(qū)；GICON新建項(xiàng)目3座，分別位于德國(guó)、法國(guó)和加拿大；BEKON新建項(xiàng)目23座，主要分布于歐洲地區(qū)。項(xiàng)目處理規(guī)模從每年8000 t到60000 t，主要處理原理均為有機(jī)生活垃圾或者綠色垃圾，由此可見各類車庫(kù)式干發(fā)酵企業(yè)中，目前市場(chǎng)份額最大的還是德國(guó)BEKON公司。
3 有機(jī)生活垃圾資源化利用方案
3.1 項(xiàng)目概述
針對(duì)我國(guó)生活垃圾分類制度和處理現(xiàn)狀，筆者提出了一套有機(jī)生活垃圾資源化利用方案。本方案的關(guān)鍵點(diǎn)在于利用該工藝可以資源化處理中小縣城所產(chǎn)生的易腐垃圾，這些區(qū)域往往不適合垃圾焚燒，所以采用此工藝可大大減少易腐垃圾直接進(jìn)入填埋，保護(hù)了當(dāng)?shù)氐拇髿馔寥兰暗叵滤h(huán)境。
本項(xiàng)目總投資約1800～2000萬(wàn)元(考慮到南北溫度差異，會(huì)有一些保溫增溫方面的造價(jià)差異)，占地面積為6000 m2，日處理規(guī)模為50 t有機(jī)生活垃圾(易腐垃圾)，產(chǎn)氣量為5000 m3·d-1(甲烷含量60%)，發(fā)電裝機(jī)功率為0.45 MW，熱輸出為0.35 MW，綠化土輸出為16 t·d-1。
3.2 工藝流程
有機(jī)生活垃圾利用裝載機(jī)械直接送入車庫(kù)式發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)，然后固定倉(cāng)前擋板，關(guān)閉密封門，填充密封氣囊，隨后利用產(chǎn)甲烷反應(yīng)器內(nèi)沼液實(shí)現(xiàn)噴淋回流循環(huán)，發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)物料滯留期為2～3周(具體根據(jù)沼氣產(chǎn)量變化實(shí)際調(diào)整)，滲濾液經(jīng)過(guò)回流后泵入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)凈化后進(jìn)入沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，產(chǎn)生的電能及熱能除部分自用外，其他可就近利用。發(fā)酵后產(chǎn)生的沼渣進(jìn)入沼渣接收槽進(jìn)行腐熟堆肥處理，可作為園林綠化土直接施用，亦可生產(chǎn)有機(jī)肥(見圖9)。
圖9 工藝流程圖
3.3 平面布置
項(xiàng)目平面布置見圖10。
3.4 主要建設(shè)內(nèi)容
本項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容包括400 m3垃圾接收車間，600 m3發(fā)酵倉(cāng)6座，1200 m3產(chǎn)甲烷反應(yīng)器1座，450 m3緩沖罐1座，50 m3配電室及泵房1座，配套沼氣干燥、離心、過(guò)濾、脫硫、采暖、自控、熱電聯(lián)產(chǎn)及應(yīng)急火炬系統(tǒng)。
3.5 成本及效益
本項(xiàng)目主要處理有機(jī)生活垃圾廢棄物，沒有原材料方面的指標(biāo)消耗，主要運(yùn)行成本為人工、電力、燃油。本項(xiàng)目定員10人，經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目總設(shè)備日用電量約582 kWh，車輛燃油日消耗約475 kg，項(xiàng)目年運(yùn)行成本約為183萬(wàn)元，折合噸運(yùn)行成本約為100元(當(dāng)規(guī)模增大到200噸時(shí)運(yùn)行成本會(huì)降低至50元左右)。
項(xiàng)目建成后每年處理區(qū)域內(nèi)有機(jī)生活垃圾1.8萬(wàn)噸，年產(chǎn)沼氣182.5萬(wàn)m3，輸出電能365萬(wàn)度，每年減排二氧化碳2924噸，節(jié)約標(biāo)煤1173噸，每噸垃圾經(jīng)濟(jì)收益約200元。
4 結(jié)論及建議
我國(guó)生活垃圾成分復(fù)雜，主要特征是高廚余含量、高含水率以及較低熱值，2016年我國(guó)生活垃圾年清運(yùn)量超過(guò)2.15億噸，按照目前我國(guó)的國(guó)民生活習(xí)慣，生活垃圾中的易腐垃圾高于50%[11]，每年超過(guò)1億噸的易腐垃圾如果采用厭氧資源化處置，總產(chǎn)氣潛能會(huì)超過(guò)7000萬(wàn)m3(甲烷含量60%)，這些將為我國(guó)改善能源結(jié)構(gòu)及保障天然氣能源安全提供良好的基礎(chǔ)。
針對(duì)目前我國(guó)品質(zhì)相對(duì)較低的易腐垃圾而言，車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)耗水極低，沒有二次污染，同時(shí)可以生產(chǎn)清潔燃?xì)?，提高了?xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。但是目前車庫(kù)式干發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣(綠化土)輸出有待完善，項(xiàng)目周邊是否有足夠的消納空間決定了項(xiàng)目能否長(zhǎng)期運(yùn)行。
盡管在國(guó)外擁有車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)的企業(yè)很多，而且近年在歐洲也有很多工程實(shí)踐，但是其有機(jī)生活垃圾處理原理基本一致。我國(guó)在車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)的研究和探索尚處于起步階段，僅有的幾項(xiàng)研究成果也無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化復(fù)制，主要還是受制于國(guó)家對(duì)垃圾焚燒技術(shù)的政策方向引導(dǎo)，隨著十三五城市生活垃圾無(wú)害化處理及生活垃圾分類制度實(shí)施方案的出臺(tái)，中國(guó)生活垃圾低碳化發(fā)展方向已經(jīng)提上日程，如何有效利用車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)資源化處理易腐垃圾值得關(guān)注。
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隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)民素質(zhì)的提高，人民不再僅僅追求經(jīng)濟(jì)利益，而是更加注重資源節(jié)約和生態(tài)文明建設(shè)，希望建設(shè)成環(huán)境和諧的綠色經(jīng)濟(jì)型社會(huì)。傳統(tǒng)化石燃料價(jià)格的上漲以及對(duì)可持續(xù)性發(fā)展問題的擔(dān)憂，人們開始尋找可替代能源，其中生活垃圾中含有極高的水分和有機(jī)物，如果能將生活垃圾資源化利用，不僅解決了資源短缺問題而且保護(hù)了環(huán)境，所以近年來(lái)對(duì)生活垃圾的再利用受到了廣泛的關(guān)注[1]。為了更好的利用生活垃圾，改善城鄉(xiāng)環(huán)境，促進(jìn)資源回收利用，我國(guó)發(fā)布了《生活垃圾分類制度實(shí)施方案》?！渡罾诸愔贫葘?shí)施方案》于2017年3月18日經(jīng)國(guó)務(wù)院同意，由國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部貫徹執(zhí)行[2]。方案要求將生活垃圾強(qiáng)制分類為有害垃圾、易腐垃圾、可回收物及其他垃圾，其中易腐垃圾指的是相關(guān)單位食堂、賓館、飯店等產(chǎn)生的餐廚垃圾，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)產(chǎn)生的蔬菜瓜果垃圾、腐肉、肉碎骨、蛋殼、畜禽產(chǎn)品內(nèi)臟等。
易腐垃圾中含有大量易生物降解有機(jī)物，如果直接進(jìn)入填埋場(chǎng)極易造成地下水及大氣的二次污染，而直接進(jìn)入焚燒廠不僅降低垃圾熱值同時(shí)還增加了煙氣處理的負(fù)擔(dān)。目前我國(guó)生活垃圾分類制度尚處于起步階段，居民對(duì)生活垃圾精細(xì)分類的意識(shí)還不強(qiáng)，所以易腐垃圾中依然含有大量的塑料、木竹、纖維等其他垃圾[3]。根據(jù)筆者對(duì)不同有機(jī)生活垃圾資源化利用技術(shù)比較，認(rèn)為車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)是相對(duì)適合現(xiàn)階段我國(guó)易腐垃圾處理處置要求的垃圾資源化利用技術(shù)。
干發(fā)酵通常指發(fā)酵原料中干物質(zhì)含量在15%～35%，原料呈固態(tài)[4]。上個(gè)世紀(jì)五十年代起，國(guó)外就已經(jīng)開始對(duì)干發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行了研究，例如BIOFERM，BEKON，SMARTFERM等公司，他們已經(jīng)擁有成熟的技術(shù)并且已經(jīng)開始商業(yè)化生產(chǎn)。而我國(guó)起步較晚，二十世紀(jì)八十年代才開始干發(fā)酵的研究，雖然取得一定的成績(jī)，但是技術(shù)方面還是不夠成熟，比如干發(fā)酵反應(yīng)器和干發(fā)酵過(guò)程控制條件等方面[5]。另外，國(guó)外的技術(shù)雖然成熟，但主要是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，這并不符合我國(guó)國(guó)情，所以我們不僅要學(xué)習(xí)國(guó)外的技術(shù)，更要加強(qiáng)自主研發(fā)，找到適合我國(guó)國(guó)情的干發(fā)酵技術(shù)[6-7]。
當(dāng)發(fā)酵原料中的干物料低于10%時(shí)稱為濕法發(fā)酵技術(shù)。濕法發(fā)酵主要用于處理動(dòng)物糞便以及泔水垃圾等，目前在我國(guó)技術(shù)已經(jīng)比較成熟并廣泛應(yīng)用[8]。與濕法發(fā)酵技術(shù)相比，干發(fā)酵有許多優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備投資少、耗水量低、沼液生成量少等，大大地節(jié)省了能耗，激勵(lì)我們要努力研究干發(fā)酵技術(shù)[9]。
車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)是處理城市垃圾廢物和玉米秸稈有機(jī)物的合適方法[10]。車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)采用模塊化批序式厭氧反應(yīng)器，利用裝載機(jī)械進(jìn)出料，對(duì)進(jìn)倉(cāng)垃圾具有極大的適應(yīng)性，由于倉(cāng)內(nèi)無(wú)活動(dòng)機(jī)械攪拌裝置，穩(wěn)定性好、維護(hù)成本低；同時(shí)由于采用干式發(fā)酵技術(shù)，耗水量極低，同時(shí)也降低了厭氧所需能耗，基本無(wú)二次污水排放，發(fā)酵主要產(chǎn)品為清潔燃?xì)夂统鞘芯G化土。車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)的主要弊端則在于項(xiàng)目占地較大，進(jìn)料及出料過(guò)程有燃?xì)鈸p失，同時(shí)需要較高精度的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
圖1 賓縣垃圾處理綜合利用項(xiàng)目
1 我國(guó)車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)狀
1.1 賓縣垃圾處理綜合利用項(xiàng)目
本項(xiàng)目位于黑龍江省哈爾濱市賓縣賓州鎮(zhèn)新立村，由黑龍江龍能偉業(yè)燃?xì)夤煞萦邢薰窘ㄔO(shè)實(shí)施(見圖1)?？偼顿Y4325.98萬(wàn)元，工程總占地33025 m2，其中：總建筑面積10897.80 m2，建筑物占地10731.48 m2，構(gòu)筑物占121.50 m2，綠化面積12624 m2，本工程的容積率為0.33，建筑密度為32.50%，綠地率為38.2%。日處理生活垃圾160噸，日生產(chǎn)提純天然氣9278 m3[7]。
本項(xiàng)目自2011年開始建設(shè)，2013年竣工投產(chǎn)，實(shí)際垃圾處理量為120噸·天-1，項(xiàng)目基本采用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，由于垃圾處理補(bǔ)貼不到位，目前賓縣項(xiàng)目處于半停產(chǎn)狀態(tài)。后期龍能公司又在通河縣及尚志市新建了車庫(kù)式干發(fā)酵項(xiàng)目，主要處理生活垃圾，但是項(xiàng)目運(yùn)行狀況不佳。
1.2 北京覆膜槽沼氣規(guī)?；砂l(fā)酵中試項(xiàng)目
1.專用攪拌設(shè)備； 2.反應(yīng)器槽體(加保溫層)； 3.專用攪拌設(shè)備軌道； 4.柔性膜； 5.溫室； 6.輸氣干管; 7.球閥; 8.輸氣支管； 9.儲(chǔ)氣柜; 10.沼氣凈化器; 11.沼氣壓送機(jī); 12.止回閥; 13.專用攪拌設(shè)備的移槽機(jī); 14.移槽機(jī)軌道圖2 北京覆膜槽沼氣規(guī)?；砂l(fā)酵中試項(xiàng)目[7]
本項(xiàng)目位于北京市大興區(qū)薛營(yíng)村，由農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院建設(shè)實(shí)施。工程總占地400 m2，包含2個(gè)10 m×6 m×1.5 m覆膜槽，容積產(chǎn)氣率0.73 m3·m-3d-1。2007年4月～7月，主要處理牛糞及玉米秸稈，共運(yùn)行5個(gè)批次，生產(chǎn)沼氣1.1萬(wàn)m3，生產(chǎn)有機(jī)肥220噸(見圖2)。
本項(xiàng)目自2007年中試投產(chǎn)后，獲得相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，但是后期并未進(jìn)行更多的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。
圖3 南京多元廢棄物車庫(kù)式干發(fā)酵項(xiàng)目
1.3 南京多元廢棄物車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)
本項(xiàng)目位于常熟市白卯村，由農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所建設(shè)實(shí)施(見圖3)。工程總占地300 m3，建設(shè)2座10 m×4 m×3 m車庫(kù)式發(fā)酵倉(cāng)，總庫(kù)容156 m3。處理規(guī)模：2012年投產(chǎn)，主要處理玉米秸稈，共運(yùn)行2個(gè)批次。
本項(xiàng)目自2012年中試投產(chǎn)后，后期分別在宜興及海門建設(shè)了沼氣干發(fā)酵工程，可年處理秸稈8000多噸，年產(chǎn)沼氣70萬(wàn)m3。
2 國(guó)外車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)狀
圖4 BIOFERM干發(fā)酵技術(shù)流程及實(shí)況圖[7]
圖6 SMARTFERM干發(fā)酵技術(shù)流程及實(shí)況圖
圖7 AIKAN干發(fā)酵技術(shù)流程及實(shí)況圖
圖8 GICON干發(fā)酵技術(shù)流程及實(shí)況圖
國(guó)外車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)操作流程基本一致，但是BIOFERM、BEKON、SMARTFERM均需要采用回混方式操作，主要產(chǎn)氣裝置位于發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)；而AIKAN和GICON則采用的淋濾方式，主要產(chǎn)氣裝置位于接種罐內(nèi)，所以相對(duì)而言后兩者具備更短的固體物料滯留期(見圖4～圖8)。
目前就工程實(shí)踐層面來(lái)分析，從2010年以后SMARTFERM新建項(xiàng)目為5座，主要集中在美國(guó)加州及加利福尼亞地區(qū)；BIFERM新建項(xiàng)目2座，主要集中在加拿大埃德蒙頓地區(qū)；GICON新建項(xiàng)目3座，分別位于德國(guó)、法國(guó)和加拿大；BEKON新建項(xiàng)目23座，主要分布于歐洲地區(qū)。項(xiàng)目處理規(guī)模從每年8000 t到60000 t，主要處理原理均為有機(jī)生活垃圾或者綠色垃圾，由此可見各類車庫(kù)式干發(fā)酵企業(yè)中，目前市場(chǎng)份額最大的還是德國(guó)BEKON公司。
3 有機(jī)生活垃圾資源化利用方案
3.1 項(xiàng)目概述
針對(duì)我國(guó)生活垃圾分類制度和處理現(xiàn)狀，筆者提出了一套有機(jī)生活垃圾資源化利用方案。本方案的關(guān)鍵點(diǎn)在于利用該工藝可以資源化處理中小縣城所產(chǎn)生的易腐垃圾，這些區(qū)域往往不適合垃圾焚燒，所以采用此工藝可大大減少易腐垃圾直接進(jìn)入填埋，保護(hù)了當(dāng)?shù)氐拇髿馔寥兰暗叵滤h(huán)境。
本項(xiàng)目總投資約1800～2000萬(wàn)元(考慮到南北溫度差異，會(huì)有一些保溫增溫方面的造價(jià)差異)，占地面積為6000 m2，日處理規(guī)模為50 t有機(jī)生活垃圾(易腐垃圾)，產(chǎn)氣量為5000 m3·d-1(甲烷含量60%)，發(fā)電裝機(jī)功率為0.45 MW，熱輸出為0.35 MW，綠化土輸出為16 t·d-1。
3.2 工藝流程
有機(jī)生活垃圾利用裝載機(jī)械直接送入車庫(kù)式發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)，然后固定倉(cāng)前擋板，關(guān)閉密封門，填充密封氣囊，隨后利用產(chǎn)甲烷反應(yīng)器內(nèi)沼液實(shí)現(xiàn)噴淋回流循環(huán)，發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)物料滯留期為2～3周(具體根據(jù)沼氣產(chǎn)量變化實(shí)際調(diào)整)，滲濾液經(jīng)過(guò)回流后泵入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)凈化后進(jìn)入沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，產(chǎn)生的電能及熱能除部分自用外，其他可就近利用。發(fā)酵后產(chǎn)生的沼渣進(jìn)入沼渣接收槽進(jìn)行腐熟堆肥處理，可作為園林綠化土直接施用，亦可生產(chǎn)有機(jī)肥(見圖9)。
圖9 工藝流程圖
3.3 平面布置
項(xiàng)目平面布置見圖10。
3.4 主要建設(shè)內(nèi)容
本項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容包括400 m3垃圾接收車間，600 m3發(fā)酵倉(cāng)6座，1200 m3產(chǎn)甲烷反應(yīng)器1座，450 m3緩沖罐1座，50 m3配電室及泵房1座，配套沼氣干燥、離心、過(guò)濾、脫硫、采暖、自控、熱電聯(lián)產(chǎn)及應(yīng)急火炬系統(tǒng)。
3.5 成本及效益
本項(xiàng)目主要處理有機(jī)生活垃圾廢棄物，沒有原材料方面的指標(biāo)消耗，主要運(yùn)行成本為人工、電力、燃油。本項(xiàng)目定員10人，經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目總設(shè)備日用電量約582 kWh，車輛燃油日消耗約475 kg，項(xiàng)目年運(yùn)行成本約為183萬(wàn)元，折合噸運(yùn)行成本約為100元(當(dāng)規(guī)模增大到200噸時(shí)運(yùn)行成本會(huì)降低至50元左右)。
項(xiàng)目建成后每年處理區(qū)域內(nèi)有機(jī)生活垃圾1.8萬(wàn)噸，年產(chǎn)沼氣182.5萬(wàn)m3，輸出電能365萬(wàn)度，每年減排二氧化碳2924噸，節(jié)約標(biāo)煤1173噸，每噸垃圾經(jīng)濟(jì)收益約200元。
4 結(jié)論及建議
我國(guó)生活垃圾成分復(fù)雜，主要特征是高廚余含量、高含水率以及較低熱值，2016年我國(guó)生活垃圾年清運(yùn)量超過(guò)2.15億噸，按照目前我國(guó)的國(guó)民生活習(xí)慣，生活垃圾中的易腐垃圾高于50%[11]，每年超過(guò)1億噸的易腐垃圾如果采用厭氧資源化處置，總產(chǎn)氣潛能會(huì)超過(guò)7000萬(wàn)m3(甲烷含量60%)，這些將為我國(guó)改善能源結(jié)構(gòu)及保障天然氣能源安全提供良好的基礎(chǔ)。
針對(duì)目前我國(guó)品質(zhì)相對(duì)較低的易腐垃圾而言，車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)耗水極低，沒有二次污染，同時(shí)可以生產(chǎn)清潔燃?xì)?，提高了?xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。但是目前車庫(kù)式干發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣(綠化土)輸出有待完善，項(xiàng)目周邊是否有足夠的消納空間決定了項(xiàng)目能否長(zhǎng)期運(yùn)行。
盡管在國(guó)外擁有車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)的企業(yè)很多，而且近年在歐洲也有很多工程實(shí)踐，但是其有機(jī)生活垃圾處理原理基本一致。我國(guó)在車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)的研究和探索尚處于起步階段，僅有的幾項(xiàng)研究成果也無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化復(fù)制，主要還是受制于國(guó)家對(duì)垃圾焚燒技術(shù)的政策方向引導(dǎo)，隨著十三五城市生活垃圾無(wú)害化處理及生活垃圾分類制度實(shí)施方案的出臺(tái)，中國(guó)生活垃圾低碳化發(fā)展方向已經(jīng)提上日程，如何有效利用車庫(kù)式干發(fā)酵技術(shù)資源化處理易腐垃圾值得關(guān)注。
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