古巴垃圾處理-投稿-定稿_圖文

1、古巴哈瓦那城市生活垃圾沼氣發(fā)電工程技術(shù)分析 閆志英 1, 劉曉風(fēng) 1 , Tong Boitin 2, 廖銀章 1, 袁月祥 1(1.中國科學(xué)院成都生物研究所, 成都 610041; 2. BEB BioEnergy Berlin GmbH Berlin 12555 摘要:本文從工藝流程、 技術(shù)參數(shù)以及效益分析等方面對古巴哈瓦那城市生活垃圾沼氣發(fā)電 示范工程進(jìn)行了技術(shù)分析。結(jié)果表明,通過貯氣發(fā)酵一體化全混式厭氧濕發(fā)酵(CSTR 工 藝,每天可消納處理有機(jī)質(zhì)含量為 50%生活垃圾 30m 3,產(chǎn)氣 1200m 3,發(fā)電 1920kWh ,有機(jī) 肥(沼液和沼渣 30t 。運(yùn)行結(jié)果表明,利用城市生活

2、垃圾進(jìn)行沼氣發(fā)電是切實(shí)可行的,該 項(xiàng)目的成功為古巴城市生活垃圾治理,環(huán)境衛(wèi)生的凈化提供了一條有效途徑。關(guān)鍵詞:生活垃圾 ;沼氣發(fā)電;工藝流程; CSTR 工藝中圖分類號 :S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :AThe analysis for UNIDO Demonstration Biogas Project for the treatment of municipal solid waste (MSW in Havana, Cuba/YAN Zhi-ying 1, LIU Xiao-feng 1, Tong Boitin 2, LIAO Yin-zhang1, YUAN Yue-xiang1/ (

3、1. Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041,China; 2.BEB BioEnergy Berlin GmbH, Berlin 12555, GermanyAbstract: The biogas project for the treatment of municipal solid waste (MSW in Havana, Cuba was analyzed in technological process and parameters and benefit analysis

4、, and the results showed that 30m3 of MSW in which the content rate of organic matter is 50% was treated, 1200 m 3 of biogas was produced, 1920 kWh of electricity was generated by using biogas and 30 t of bio-fertilizer was provided by continuous-flow stirred tank reactor (CSTR wet fermentation proc

5、ess integrated with biogas storage per day in the biogas plant. So it was practicable using sisal waste to produce biogas for generating electricity.Therefore, a effective way was provided for solving pollution of MSW and purifying environment and sanitation with the success of this project.Key word

6、s: municipal solid waste; biogas generating; process flowing; CSTR城市生活垃圾 (municipal solid waste, MSW 指在城區(qū)內(nèi)通過各種方法收集的人類生活中 產(chǎn)生的綜合廢棄物 , 按照其來源可分為:廚余垃圾、街道清掃物、市場垃圾、商業(yè)垃圾 1。 城市生活垃圾的處理一直是各國研究的熱點(diǎn), 目前, MSW 的處理方法較多, 主要采用填埋、 堆肥、 焚燒等三種。 由于城市生活垃圾中含有大量的有機(jī)物質(zhì),是優(yōu)質(zhì)的沼氣發(fā)酵原料,采 用厭氧消化技術(shù)處理垃圾中的有機(jī)物質(zhì), 能利用其可腐與高有機(jī)質(zhì)含量的特性, 在回收能源, 生產(chǎn)

7、有機(jī)肥料的同時,又治理了有機(jī)垃圾引起的環(huán)境污染 24。已成為城市生活垃圾綜合處 理的熱點(diǎn)。聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織資助的古巴哈瓦那城市生活垃圾沼氣發(fā)電工程以城市生活垃圾為 發(fā)酵原料, 采用貯氣發(fā)酵一體化全混式厭氧濕發(fā)酵 (CSTR 工藝, 工程每天產(chǎn)氣約 1200m 3,項(xiàng)目來源:聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織項(xiàng)目(US/URT/02/117,FC/URT/04/118,SF/URT/05/119發(fā)電約 1920kWh ,該工程的成功實(shí)施,實(shí)現(xiàn)了垃圾廢棄資源的再生利用,治理污染的同時 回收了能源,具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會等多重效益。目前,古巴城市生活垃圾基本都是簡單填 埋和焚燒處理, 資源化利用率極低, 因此,該項(xiàng)

8、目對古巴今后城市垃圾的治理、環(huán)境衛(wèi)生的 凈化提供了一條有效途徑。 該項(xiàng)目運(yùn)行一年來, 已帶動古巴很多單位慕名前來考察學(xué)習(xí), 已 有古巴其它城市準(zhǔn)備采用該發(fā)酵工藝進(jìn)行沼氣發(fā)電示范, 為該工程技術(shù)的推廣應(yīng)用打下了堅(jiān) 實(shí)基礎(chǔ)。通過以上的論述, 作者認(rèn)為很有必要對該工程進(jìn)行分析評價(jià), 以便為城市生活垃圾的綜 合治理找出一條切實(shí)可行的路子。1 沼氣發(fā)電工程的工藝流程與技術(shù)參數(shù)1.1 基本情況工程位于古巴哈瓦那市垃圾處理廠, 垃圾來源于哈瓦那市城市生活垃圾, 主要成份為果 皮、樹葉、剩飯等有機(jī)垃圾和一些磚塊、石頭等無機(jī)垃圾。其中有機(jī)成份鮮重含量約 50%, 有機(jī)成份 TS 為 1520%, 每天處理生活垃

9、圾量約 30m 3, 沼氣發(fā)酵后的沼渣沼液作為有機(jī)肥 噴施到附近農(nóng)田。1.2 工藝流程與技術(shù)參數(shù) 圖 3工程自動監(jiān)控系統(tǒng)圖 2工程現(xiàn)場該部分主要包括原料輸送機(jī)和機(jī)械粉碎機(jī)兩部分。 垃圾運(yùn)至該處理廠后, 首先通過人工 分選, 把磚塊、 鐵塊、 塑料等不可腐垃圾挑出除去, 隨后通過輸送機(jī)把可腐有機(jī)垃圾送入粉 碎機(jī)進(jìn)行機(jī)械粉碎至 10-15mm 左右,送入收集池,加水稀釋調(diào)配 TS 約為 5%。用于收集和調(diào)配粉碎后垃圾原料,該池容積 50m 3,池內(nèi)安裝一臺 7.5kW 的攪拌器、一 臺 2kW 的切割機(jī)和一臺 4kW 的螺桿泵。在收集池內(nèi)原料通過攪拌混勻調(diào)配至 TS 約為 5%后,進(jìn)入切割機(jī),原料

10、進(jìn)一步切短后,通過螺桿泵把料液輸送至酸化罐。該罐為地上罐, 集貯氣和發(fā)酵于一體,罐體上部為貯氣部分, 下部為沼氣發(fā)酵部分,用 弓形鋼板焊接而成,圓柱形,容積 1280m 3,是該沼氣工程主體罐,用于原料沼氣發(fā)酵,通 過連續(xù)進(jìn)料出料和攪拌, 實(shí)現(xiàn)連續(xù)全混發(fā)酵產(chǎn)氣。 罐內(nèi)設(shè)有熱交換系統(tǒng), 利用發(fā)電余熱對罐 體加熱,實(shí)現(xiàn)中溫發(fā)酵;二臺 15kW 攪拌器,對原料充分?jǐn)嚢杌靹?罐頂設(shè)有觀察孔和消泡 裝置,保護(hù)罐體和防止管道堵塞;罐壁設(shè)計(jì)有取樣管,用于料液發(fā)酵狀況分析。該罐為地上罐,容積 50m 3,用弓形鋼板焊接而成,圓柱形,發(fā)酵過后的料液暫存在該 罐中進(jìn)行緩沖后,泵入螺旋壓榨機(jī)進(jìn)行濃縮脫水。罐內(nèi)設(shè)有一

11、套 4kW 的攪拌器和一套高位 溢流裝置,罐壁設(shè)計(jì)有取樣管。該罐為地上罐,容積 75m 3,用弓形鋼板焊接而成,圓柱形,料液經(jīng)螺旋壓榨機(jī)壓縮脫 水后的清液貯存在該罐中。罐頂設(shè)置一臺 2.2kW 的螺旋壓榨機(jī),用于固液分離。地上式,容積 15 m3,塔內(nèi)填充載體原料,塔壁設(shè)有液位計(jì),塔底和塔頂分別設(shè)有沼氣 進(jìn)出管道及下人孔、 上人孔,同時在塔壁中部和塔底設(shè)有空氣管道、水回流管道、 回流泵和 曝氣泵。該發(fā)電機(jī)組為沼氣專用發(fā)電機(jī)組,額定功率為 60 kW,進(jìn)氣壓力要求為 20003000 Pa, CH 4含量要求大于 50%。經(jīng)脫硫塔凈化脫硫后的氣體通過一臺抽氣泵輸送至發(fā)電機(jī)組,實(shí) 際運(yùn)行過程中,

12、工作功率與進(jìn)氣壓力和甲烷含量具有極大相關(guān)性。 發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的預(yù)熱通過熱 交換系統(tǒng)對貯氣發(fā)酵一體化發(fā)酵罐加熱?？刂葡到y(tǒng)由手動可調(diào)定時控制和自動控制兩部分組成, 手動可調(diào)定時控制包括現(xiàn)場控制 和遠(yuǎn)端控制兩種方式, 同時手動控制可以通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控程序顯示數(shù)據(jù)記錄曲線圖和各裝置 工作動態(tài)畫面。自動控制通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)端控制系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)整個沼氣工程的自動監(jiān)控運(yùn)行,出現(xiàn)故障可自動停止并報(bào)警。2 工程運(yùn)行狀況2.1 工程啟動在收集池中倒入 TS 為 10%, pH 值為 7.5發(fā)酵過的牛糞約 10m 3, 加入 TS 為 3%的垃圾 料液約 2m 3和清水, 混合至 30m 3, 每天測定混合液的 pH 和產(chǎn)氣情

13、況, 一周后, pH 值為 7.5左右,水面可觀察到大量氣泡涌出, CH 4的含量達(dá) 45%左右;繼續(xù)加入 TS 為 3%的垃圾料 液約 3m 3和清水,混合至 50m 3,一起泵入酸化池。往酸化池添加 TS 為 5%牛糞約 50m 3, 同時分批添加垃圾料液,每次加入量約為培養(yǎng)物的 5%,TS 為 3%,至酸化池的最大許可量 120m 3,觀察和測定發(fā)酵液的 pH 和產(chǎn)氣情況,培養(yǎng)發(fā)酵 2d 后,沼氣即可點(diǎn)燃,火焰呈火紅 色, CH 4含量達(dá) 40%左右, pH 值為 7.5;在第 6d 時,點(diǎn)燃火焰呈藍(lán)色, CH 4的含量達(dá) 50%左右, pH 值為 7.5,表明菌種生長良好,菌種培育結(jié)束

14、。 2.2 啟動產(chǎn)氣效果把培育好的發(fā)酵菌種泵入發(fā)酵罐,密封,每天定時計(jì)量進(jìn)料,發(fā)酵罐即進(jìn)入發(fā)酵產(chǎn)氣階 段,每 2d 檢測沼氣含量和容積產(chǎn)氣率,結(jié)果如圖 1、圖 2所示。由圖 1可知,沼氣中甲烷 含量隨運(yùn)行時間的延伸而逐漸升高, 在第 22d 時, 甲烷含量達(dá)到 61.9%, 隨后甲烷含量基本 趨于平衡,在 60.5%附近浮動。圖 2可知,容積產(chǎn)氣率在運(yùn)行初期較低,從第 8天后,容積 產(chǎn)氣率迅速增加,在第 18d 時,容積產(chǎn)氣率到達(dá) 1.2m 3·M -3·d -1,隨后容積產(chǎn)氣率基本趨 于平衡,在 1.2m 3·M -3·d -1附近浮動。 3 效益分析

15、3.1 能源效益本項(xiàng)目實(shí)施后,日均產(chǎn)氣 1200m 3,年產(chǎn)沼氣 44萬 m 3,每 m 3發(fā)電約 1.6 kWh,年發(fā)電約 70.4萬 kWh 。因此該工程利用垃圾進(jìn)行沼氣發(fā)電后,可以實(shí)現(xiàn)廢棄資源的充分利用,變害 為利,能源效益非常顯著。 3.2 經(jīng)濟(jì)效益本工程年發(fā)電約 70.4萬 kWh ,按當(dāng)?shù)毓?yīng)價(jià) 0.13美元·kWh -1計(jì)算,共獲利 9.15萬美 元;在古巴甘蔗畝產(chǎn)量約 3.6噸,使用沼渣、沼液后,按每畝增產(chǎn) 10%計(jì)算,每畝可增收 0.36噸,該工程大約可滿足 150公頃甘蔗田使用,共計(jì)增收甘蔗 540噸,按國際市場價(jià) 40美元 /噸計(jì)算, 可新增利潤約 2.16萬美

16、元。 管理人員工資 100美元 /人 . 月×5人×12月=6000圖 3啟動后甲烷含量變化 圖 4啟動后容積產(chǎn)氣率變化美元;折舊費(fèi)(按 30年計(jì) 1.5萬美元 /年。本工程年利潤為:(9.15萬美元+2.16美元-(1.5萬美元+6000美元=9.21萬美元, 工程 8年左右即可回收成本。3.3 環(huán)保效益工程運(yùn)行后,每天可處理 30m 3的生活垃圾,同時每年減排 CO 2約 2600噸。該項(xiàng)目的 實(shí)施,解決了垃圾出路問題,有效抑制了垃圾、廢液肆意橫流,蚊蠅孳生的臟亂現(xiàn)象。有效 治理了垃圾對周邊天然河流和飲用水的污染。 該工程的實(shí)施, 對保護(hù)水源, 提高當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì) 量,保護(hù)

17、當(dāng)?shù)厝罕姷纳眢w健康起到了不可估量的作用。3.4 社會效益項(xiàng)目實(shí)施后,垃圾得到了有效治理, 減少了環(huán)境污染。同時通過沼氣發(fā)電, 解決了廠區(qū) 用電的問題, 還可以提供一定的炊事能源, 減少柴薪砍伐。 工程每天可產(chǎn)生約 30m 3有機(jī)肥, 促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展。 該工程還可解決 35人就業(yè)問題, 并且為垃圾綜合治理利用提供了 一條有效的途徑。3.5 綜合效益該項(xiàng)目中, 以沼氣厭氧技術(shù)為中間起紐帶, 把垃圾處理和當(dāng)?shù)胤N植業(yè)有機(jī)結(jié)合起來, 因 而形成了 “垃圾處理-能源-種植業(yè)” 的良性循環(huán), 因此該項(xiàng)目的實(shí)施把環(huán)境治理和經(jīng)濟(jì)發(fā) 展有效連接起來,為今后古巴城市生活垃圾治理提供了借鑒。4 結(jié)論該工程的技術(shù)

18、關(guān)鍵是:新鮮垃圾經(jīng)分選和粉碎后,利用貯氣發(fā)酵一體化全混式厭氧濕發(fā) 酵(CSTR 工藝對垃圾進(jìn)行沼氣發(fā)酵, 1000m 3 CSTR發(fā)酵罐每天可消納處理有機(jī)質(zhì)含量為 50%生活垃圾 30m 3,產(chǎn)氣 1200m 3,發(fā)電 1920kWh ,有機(jī)肥(沼液和沼渣 30t 。工程實(shí)現(xiàn)了 以城市生活有機(jī)垃圾為原料的連續(xù)濕式發(fā)酵;采用新型生物脫硫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了沼氣高效脫硫, 通過生物脫硫塔后, H 2S 含量低于 200ppm ;利用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了沼氣中溫發(fā)酵;利用 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)代傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了沼氣工程的自動化運(yùn)行。 運(yùn)行結(jié)果表明, 利用城市 生活垃圾進(jìn)行沼氣發(fā)電是切實(shí)可行的。從本工程的五大效益 (能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會、綜合 分析,該項(xiàng)目有很大的發(fā)展前途, 項(xiàng)目預(yù)期實(shí)現(xiàn)了以垃圾為原料的沼氣發(fā)電, 解決了垃圾出路問題, 實(shí)現(xiàn)了廢棄資源的再生利 用, 促進(jìn)了種植業(yè)良性發(fā)展, 保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。 因此本項(xiàng)目的成功示范對解決垃圾出路及垃 圾資源化利用