（环境工程专业论文）城市生活垃圾厌氧发酵过程产生沼气的净化及利用.pdf

鍪鍪蕊王苎篓：! 竺望墼 摘要 蹶爨瀵化楚蜜瑗城帑惫活绽圾无黪纯、烫源铯豹一静露簸方法。获襄瀵讫 胃暹避夕、为控裁，趣遴凑筑缓狻豹稳裳，经商穰绽貔嚣骞纯：逐霹隧逶过厥鬣 分麟产生灞气，蔹褥可霉生的貔源，蜜壤蠢机拔貔戆资源健。耀厌辙瀵纯技术 簸璎城蠢炭活垃圾，竣瑗不缀霹疆 ； 爹戮帮辩帮圭| 蔓嚣大爨憝毽，矮大羧羧楚缓少 竣圾的污染，丽融，还霹敷产裳缀好瓣经济效焱秘嚣大静邵凌效焱。 城亵生活蟪壤获裁溪纯簸臻这一避缀中黪声雯豹滔气 攀娆为茭烹爱妓 分) 燕蠢较您懿俄键发热德，经净纯鲶壤瑟怒一耱较懋惩的气体燃瓣繇垒娆缝 滋。滔气霹戳臻襁汽蕈燃糕，动力资瀑( 豢渤簸风辍、系裘、发耄壤) 黪纯互 羰糕( 铡遴c c l 4 ，溪气热爨投敷，窘瓣蟹鬣羧，褥经黪纯及懿纯，可合成煮 爨玻薅爨；藏努，经氧化露裁遮攀聚及翠释x 毽楚溺气审鑫蠢戆徽餐酸豫餐会辩繇壤帮久镄逡成危辫。我黧黠舔凌大 气、事瓣突气及工渡绞气巾蘸纯鬣滚壤避蠢严穰嫒慰；嚣爱蕊凌大气中褒能蘸 懿缓蠢浓发累褥熬遥o 0 t m g m 3 ；举阏王终蛾点窆笺孛硫纯筑簸窝浓瘦不礴翅 避1 0m g m 3 城枣煤气巾酸纯熟浓霞举褥慈避2 0m g m 5c 为了淤业骧讫爨建 戏熬霪寮，在溜气穰热之蘩要豫去其皆靛羲绽缀。滋气的潦嶷：蜜鼯上羧跫撩酸 纯甄黪净纯。 零论文在举习吸辫纛论疆及瓣凌耱袋突蔽聚蠡冬熬毳窭上，滋零亍滋气净证( 貔 麓) 实黢，蜜验审蓑疆霹# 溪憾淡瓣狳蠢柬淄气中硫健菰院黼豫秃承溶气审的 凌键鏊貔散荣蘩转褥多，露1 3 x 分子薅瓣褪爱，茭脱豫嚣窳灞气窜骧豫辍范 聪除衣农滋气巾的酸健鬣的效莱鼗好褥多：滋健羧缀逡浸渍褥裁成翡吸鬻热效 麓瑟毪| 奉筑溪瞧淡瓣效聚要鲸檄多。 濯气经避聪酸楚瓒之蓐，霹隧毒掰瓣震途：一帮分溺气麓寒燃烧，荚热爨 攒黧煞溺恁器。淡裁瀵纯疑毽溅枣竣缀掰产囊戆沼气审会蠢擎烧爨巍6 0 7 0 ，泼筠筐6 5 “记，羹 llm 3 灞气瓣发煞爨鸯2 3 2 8 4 3k j i m 3 ，籀当予l k g 攥竣 爨0 。7 k g 汽澳；其余帮努瓣采发邀，傻缭系统囊隽黻凝簸爨电力。| m 3 淄气霹 黻发电终1 2 5 魔。 关键调：获戴瀵傀灞气酸健缀洚纯 n 昆l 射理tj 、学碗l 一学世论支 a b s t r a c t a n a e r o b i cd i g e s t i o ni sa ne f f e c t i v ew a yt ot r e a tm u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s w ) t h r o u g hc o n t r o l l e da r t i f i c i a l l y ，a n a e r o b i cd i g e s t i o n c a na c c e l e r a t e s t a b i l i t yo fo r g a n i cm s w ，m a k em s wn oh a r m f u l ，c a na l s oi nt h i sc o u r s ep r o d u c e b i o g a st og e tr e n e w a b l ee n e r g y , t h e nr e a l i z et h er e c y c l et r e a t m e n to ft h eo r g a n i c w a s t e s t r e a t e dw i t ha n a e r o b i cd i g e s t i o nt e c h n o l o g y ，m s wc a nb ci m m e d i a t e l y d i s p o s a l t h u st h ep o l l u t i o no ft h em s wa l s oc a nb er e d u c e dt o t h em a x i m u m e x t e n t m e a n w h i l e ，w ec a ng e tv e r yg o o de c o n o m i cb e n e f i t sa n de n o r m o u s e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t b i o g a s ( 6 0 m e t h a n e ) p r o d u c e di nt h ea n a e r o b i cd i g e s t i o nc o u r s e ，h a sh i g h e r l o wl o c a t i o ng e n e r a t i n gh e a t i n gv a l u e ，i ti sak i n d o fi d e a lg a s e o u sf u e la n d b i o l o g i c a le n e r g ya f t e rb e i n gp u r i f i e d t h eb i o g a sc a nb eu s e da st h ea u t o m o b i l e f u e l ，p o w e rr e s o u r c e s ( d r i v i n g t h ea i r - b l o w e r ，w a t e rp u m p ，g e n e r a t o r ) a n d i n d u s t r i a lc h e m i c a l s ( m a k i n gc c h ；a d d e dn i t r o g e na n do x y g e n ，t h eb i o g a sc a n s y n t h e s i st h eh y d r o c y a n i ca c i d ，a n dt h e nr e f i n e da n de s t e r i f i c a t i o n ，c a ns y n t h e s i s t h el u c i t ef a t i na d d i t i o n ，i tc a nb em a d ei n t of o r m a l d e h y d ea n dm e t h y la l c o h o l t h r o u g ho x i d i z i n g ) b u tb i o g a st h a tc o n t a i n sh y d r o g e ns u l f i d ec a nl e a d st ot h ef a c td a n g e rt o e n v i r o n m e n ta n dt h eh u m a nb o d y i no u rc o u n t r yt h e r ea r es t r i c t l yr u l e sa b o u t c o n c e n t r a t i o no fh y d r o g e ns u l f i d et oe n v i r o n m e n t a la t m o s p h e r e ：t h es u p r e m e c o n c e n t r a t i o no fh y d r o g e ns u l f i d ec a l l te x c e e d 0 0 1 m g m 3 i nt h er e s i d e n t e n v i r o n m e n t a la t m o s p h e r e ；i tc a n te x c e e d10r a g m 3i nt h ea i ro fj o bs i t e ：i ta l s o c a n te x c e e d2 0m g m i nt h ec i t yg a s i no r d e rt op r e v e n tt h ed a n g e rt h a tt h e h y d r o g e ns u l f i d ec a u s e d ，w es h o u l dr e m o v et h eh y d r o g e ns u l f i d ea m o n gb i o g a s b e f o r et h eb i o g a st ob eu t i l i z e d t h ep u r i f i c a t i o no ft h eb i o g a si nf a c tm e a n st h e p u r i f i c a t i o no fh y d r o g e ns u l f i d e o nt h eb a s i so fl e a r n i n gt h et h e o r yo fa b s o r p t i o na n d r e s e a r c h i n gr e s u l t sf r o m d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l ，t h i st h e s i si s c a r r y i n g o u tb i o g a s p u r i f i c a t i o n e x p e r i m e n t w ef o u n d ：t o4 鼻a c t i v ec a r b o n ，t h ed c s u l p h u r i z a t i o ne f f i c i e n c yi s h i g h e rw h e nh a v i n gw a t e ri nb i o g a st h a nt h a ti nd r yb i o g a s ；t o1 3 xm o l e c u l es i e v e ， 垦型型二尘竺丝 ! ：兰竺堡兰 t h ed e s u l d h u r i z a t i o ne f f i c i e n c yi sh i g h e rw h e nn ow a t e ri nb i o g a st h a nt h a ti n w e t b i o g a s ；t ot h ed r e n c h e da c t i v ec a r b o n t h ed e s u l p h u “z a t i o ne f f i c i e n c yi s h i g h e r t h a nt h eb a c k g r o u n da c t i v ec a r b o n a f t e rt h eb i o g a si sd e a l tw i t ht h r o u g ht h ed e s u l p b u r i z a t i o n ，t h e r ec a nb et w o k i n d so fu s e s ：s o m eb i o g a si sb u r nf o rh e a t i n gt h ed i g e s t i n gd e v i c e t h ec o n t e n to f c h 4i nb i o g a si s6 0 7 0 i nt h ea n a e r o b i cd i g e s t i o nc o u r s e b y6 5 o fa v e r a g e w e k n o wt h a tt h eh e a t i n gv a l u eo f1m 3b i o g a si s2 3 2 8 4 3k j m 。w h i c hi se q u i x a l e n t t ol k gc o a lo r0 7 k gp e t r o l ；o t h e rp a r t sa r eu s e df o rg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t 3 1m 。 b i o g a sc a ng e n e r a t ee l e c t r i c i t ya b o u t1 2 5d e g r e e s k e y w o r d s ：a n a e r o b i cd i g e s t i o n ：b i o g a s , h y d r o g e ns u l f i d e ：p u r i f i c a t i o n 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中巴经注明引用的内容外，本论文不舍 任侮其德个人或集体已经发表或摸写过秘磅究成果。对本文鳃语究徽 出重要贡献蛉个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承搬。 学位论文俸者签名： 日 期：年月疆 关于论文使用授权的说明 本人完全了躬毙竣理工大学狡关像疆、使用学位论文的规定，印： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部威部分内容，可以采用影印线其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后痰遵守) 导师签名：硷互率一论文作者签名： 昆叫理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 世界及我国的城市垃圾状况 1 1 1 城市生活垃圾的概念及分类 我国制定的中华人民共和国固体废物污染环境防治法将固体废物分为 工业固体废物、城市垃圾和危险废物三类。城市生活垃圾又称城市固体废物， 是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的 活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定应视为城市生活垃圾的固体废 物。主要包括居民生活垃圾( r e s i d e n t i a ls o l i dw a s t e 或h o u s e h o l dw a s t e ) 、商 业垃圾( c o m m e r c i a lw a s t e ) 和机关垃圾( i n s t i t u t i o n a lw a s t e ) 等。常见的城市 生活垃圾按物理组成分类如图1 所示，比较我国和美国的分类模式可知，同样 采用二级分类指标，两者首先在一级分类指标的选择上有差异。我国的有机垃 圾实际上是易腐垃圾，反映了对堆肥化等生物处理技术的重视，也反映了我国 城市生活垃圾中厨余类食品垃圾占支配性比重的事实；同时，无机垃圾实质上 是惰性垃圾，其中二级分类较细的划分反映了由于固体民用燃料占一定的比 重，炉灰在废物构成中权重较大的事实；废品类的划分反映了我国比较重视废 品回收的节俭生活模式的传统。美国所采用的一级分类指标：有机部分和无机 部分是按物理性质划分的，基本上是客观科学原理的应用。一级分类方面，我 国对食品、垃圾和炉灰的划分反映了国情。美国突出了庭院垃圾，反映了他们 的居住与城市建设的特点；同时在与工业消费品有关的项目中，划分明显比我 国更细( 对应废品类) ，反映了其城市消费中更高的工业制品的比重；划分处 包装废物作为物理组成分析中的亚分类，反映了美国已意识到包装废物对城市 生活垃圾产生的巨大影响1 1 1 。 城市生活垃圾 昆明建王走学硪士学链论文 包装垃圾( 发物) 围1 2 黄国城市生活垃圾按物璞组成分类 可见，美国环保蜀的分类比中国建设都嚣缎，毽嚣耪分类方式均不包括建 筑垃圾和医疗废物。一般而言，医疗废物属于危险废物一类。 生涯垃圾懿绝大帮分菇疆，其次羹襞、氢、氮、蘸等藏努，各释缎活域缀 的成分如表1 1 所示。 表1 1 器耱生添垃瑗豹羧分7 t 组分 千基薰麓百分比( ) 穰氢蓑氮 虢 衣分 食物 籍薪7 3 0l l ，51 4 。80 4 0 。l 0 2 混台食品废物4 8 06 43 7 62 6o 45o 水果废物1 8 56 23 9 51 3 0 ，24 2 爨粪凌貔5 9 69 ；42 4 7l 。2o ，2 49 纸制品 卡片纸扳4 3 。o5 o4 4 。8o 3o + 25 o 杂志3 2 。95 03 8 60 10 12 3 ，3 白撤纸4 9 16 14 3 o0 ，1o 22 3 3 混台废纸4 3 4 5 8 4 4 3 o 30 26 o 蔽蜡凌纸籀 5 9 29 33 0 10 t0 ，l1 。2 塑料 混台塑料6 0 ，07 22 2 8 一一 l oo 聚己烯8 s 21 4 2 一 o + l 0 1o 4 聚荤乙烯8 7 18 4 40 02一 o3 骥氨酯6 3 ，36 ，31 7 66 00 。14 3 聚己矮氯他麴 , t 5 25 6l + 60 + i0 ，l2 ，0 术材树技等 花嗣修剪垃城 4 6 o6 03 8 03 40 36 3 本掰5 0 16 毒4 2 。30 1b 10 j 紧硬术材4 9 6 6l 4 3 2o 10lo9 瀛台术材 4 9 66 o 4 2 + 70 2 o 11 5 溅食末霜4 9 。55 。84 5 ，50 i0 ，i04 2 最嘲理工大学醢圭学缱论文 玻璃，金属簿 玻璃和矿 o 50 10 4o 1 9 8 9 混合金属4 50 64 3 o1 9 05 瘦鼙、攘簸、表按菩 湿台废皮革 6 0 08 01 1 61 0004i 00 混台废橡胶6 9 7 87 一一 l62 00 漏食废表镑4 8 06 。毒4 0 。02 2o 23 2 其他 办公室清扫垃圾 2 4 33 04 、00 50 25 8 0 濑，涂鹌6 6 。9965 22 0 一 i 6 、9 用垃圾生产的燃料( r d f ) 4 476 2 3 8 4 0 7 o 1 9 9 1 1 2 国内外城市生活垃圾现状 隧蓄国家斡城市纯游器民生活漕赞永平静提离，城市蟪瑗翡增长十分逐 逮，发达国家垃圾年增长率为3 2 4 5 ，发展中翻家为2 3 。据统计。 美崮2 0 0 1 年的城市固体废镪产生量这2 2 9 亿t | l l 。校据2 0 0 3 年中黼环境状况 公报，2 0 0 3 年我国的城市生活垃圾产生量为1 。5 亿t 。1 9 9 8 2 0 0 1 年期间， 欧溯年入均城市誊活垃圾产生慧为5 1 0 k g ( 入a ) 丽磷欧国家年人均城市童活 垃圾产生避为5 5 0k g ( 人a ) ，其中4 5 6k g ( 人a ) 为居民生活垃圾。丹麦、 西班牙、冰岛和瑞士的华人均城市生活垃圾产生量超过6 5 0k g ( 人a ) ，瑞 典靼葡萄牙最少，低于3 5 8k g ( 人韪) ，其中2 0 0k g ( 人a ) 为麟民生滔垃 圾| 2 j 。 影响域市生滔垃圾产生量主要与城枣人躁、经济发展水平、居民收入、攫 民消费水平、城市居民燃气化率和地憨条件有关 3 1 。其中最童要的影响因索是 城枣a 露秘经谤发展东警，今瑟5 0 零楚我霆入口与溅枣让黝蹇漳翔。攫攥城 市化水平推算，2 0 1 0 、2 0 3 0 、2 0 5 0 年我国将分别有6 x1 0 8 、9 3 1 08 、1 1 9 9 1 0 8 a 日藩往在缓泰。按爨嚣嚣我鬟城豢夫均产4 4 0 k g 生活垃圾豹承平接襞， 将分别产生2 6 4 x1 0 8 t 、4 0 9 x1 0 8 t 和5 2 8 x 1 0 8 t 的城市生活垃圾( 见表1 2 ) 弹j 。圭奠霹显，2 l 蓬纪藜5 0 冬，夔骜我国人强壤长秘城枣纯藏高峰懿到塞， 城市生活垃圾增长的高峰也将滚滚而来，这无疑是新世纪对我国城市可持续发 展懿严竣镶馥。 表1 2 中国城市人翻、生活垃圾现状及其增长趋势1 4 矮基 1 9 9 7 年2 0 1 0 年2 0 3 0 年2 0 5 0 颦 叠圆总人【= l 1 08 人1 2 3 61 3 9 51 5 5 01 5 8 7 昆酣理t 大学碰 学位论文 城嘉a “i 0 8 a 3 7 0 6 0 0 9 3 0l l ，9 9 城市生活垃圾108 人 1 3 0 2 6 44 0 95 2 8 可以说，城市入口的增加是影响城市垃圾产生量的最主要函素。其次是 经济发展水平的影响，随着潮家g d p 的增长，城市生活垃圾产生爱随之增加， 但g d p 增长劐一定数值后，垃圾产艇量的增长速度开始减缓，并趋于稳定这 与工业发达困家经济南速增长时期的情况及其相似。 表1 3 剜出了1 9 9 6 年中国主要城市人均生活垃圾产斑量数据，其中，经 济发展水平对人均垃圾产生燕有显萋的影响。一般规律：经济发震求平越鑫， 人均j 寂圾产生餐越大；而当经济发腿水平达到一定程度后，入均垃圾产生量的 增长速度开始减缓，并逐激越予稳定。 表1 31 9 9 6 年中阐主要城市人均生活垃圾产生蘑( 单位：k g a 天) 1 3 琏森 靶窳天津主海沈鞲大连 抗翔 瀑稍广髑马鞍出鞍出 人坶产壁1 2 0o ；9 9l ，2 31 0 2 1 。0 3i 9 2 2 。6 21 2 0o 6 6o + 7 6 影响城市生活垃圾组成的主要因素有城市居民生活水平和消赞水平、生活 习溃和民用燃料结构等i 瓤。瓮用燃料结襁对城市垃汲豹绥成及交纯特蔹氇有很 大的影响燃煤区的垃圾中无机组分明显高于燃气区，可回收废品的比例明显降 低，隧着燃气化率的掇高，翳腐有梳废耪酌眈铡醚之上升。表1 4 列举了我国 部分城市的垃圾组成。由调焱可知，经济发达地区的垃圾有机物禽量较离，城 市生活垃圾中有机物主要为蹰余、聚皮、牮木类废物为主，含量大约为3 5 7 5 ，这些垃圾被填蠼或厌氧消化鼷均可产生沼气，我国姆年有近一亿吨垃圾 填埋，填埋产气量是十分可瀚的，如果不利用这些填埋气，既污染了环境，更 因含蠢4 0 以上的甲烷气丙涩室效凝的加劂和造成填埋场爆炸的隐患。 表1 4备城市生活垃圾成分统计表( 1 9 9 6 年统计) f 3 4 垃圾孛有瓿艘分，垃圾孛琵规成势， 城市 有机物无机物 食品 纸类塑料 织物 革术渣玻璃金属其它 葸羹慧羹 北京9 l6 85 6 0 11 1 7 61 2 62 7 58 5 68 3 22 7 93 8 41 ，6 9一 天津6 5 ，7 85 3 8 85 8 84 108 21 i3 4 2 23 3 。2 l07 602 40 0 l l 海9 3 0 45 85 56 6 81 1 8 42 ，2 61 3 7 1 6 9 6 2 2 34 - 0 5o ，6 8一 沈阳8 4 3 56 2 3 868 33 7 61 5 89 815 6 5 昆驯理t 大学硕j 学位论文 大连9 5 8 67 33 9 33 756 6 1 6 3 1 1 8 l41 40 1 925 605 】08 8 杭卅i6 39 95 52 8 1850 2150 3 93 60 l 3 3 17 1 4 21 1 203 0 深圳9 33 25 74 6 51 40 565 5 1 l0 7 66 8351 2 50 3 5 15 8 广州7 9 ，0 85 66 3 36 5 1 3 0 54 5 5 l2 2 0 9 2532 5os 5 l21 2 鞍山 6 57 24 764 62 - ：- 1 2 1 3 3 88 1 3 4 2 83 l1321809 7 一 马鞍山 6 1 2 3 8 2 3 950 l7 l24 3 8 83 5 62 6030 3 1 1 3 城市生活垃圾的污染问题 生活垃圾作为一种浓缩态的污染物，对环境质量的危害是非常显著的。由 于生活垃圾污染物进入环境物流并对要素环境造成污染的途径与气、液态污染 物相比，有显著的不同，其污染物的释放途径不仅包含物理的迁移、扩散过程， 还包含了更多的生物、化学转化过程，使得其总体的环境影响形成过程表现为 迟缓性和曲折性。由于这种特点，使得人们对生活垃圾污染环境的认识水平在 一定的时期内会低于对污水、废气污染环境的认识。以质量计，城市生活垃圾 等固体非去的产生量远远低于污水和废气，但生活垃圾是一种高浓缩态的废弃 物，单位排放量所携带的污染物负荷远远高于相同排放量的污水和废气，以上 海为例，上海市的统计数据表明：居民人均生活污水排放量约为2 0 0 l ( 人d ) ， 其有机碳( 1 0 c ) 质量浓度约为1 0 0 m g l ，即居民通过生活污水排放的有机碳 负荷为2 0 9 ( 人d ) ：而同期居民人均生活垃圾产生量约为0 8 k g ( 人d ) ， 其中食品垃圾的质量分数为6 0 ，食品垃圾含水率7 0 ，其干固体中有机碳 的质量分数为4 7 ，则居民仅通过食品垃圾排出的有机碳负荷即超过了6 7g ( 人d ) 。可见，尽管居民生活垃圾的产生量仅为生活污水的0 4 ，但通过 生活垃圾排出的有机碳负荷却是通过生活污水排出的有机碳负荷的3 倍以上。 生活垃圾处理处置不当会对土壤、大气和水体造成污染，不仅严重影响环境卫 生质量，而且威胁人民的身体健康1 2 】f 3 】 1 侵占土地，破坏农田，污染土壤 生活垃圾占地堆放，产生量越大，占地越多，大多数城市垃圾堆放在城郊， 占有了大量的农田，对农田破坏严重，未经严格处理的生活垃圾直接用于农田， 或仅经农民简易处理后用于农田，破坏了土壤的团粒结构和理化性质，致使土 壤的保水、保肥能力下降。而且垃圾的重金属如铅、汞等还会对可耕土壤造成 严重污染，未经消毒处理的垃圾含有大量的病菌、寄生虫等致病微生物，直接 昆明理工大学硕士学位论文 施用于农田也会对人体产生危害。 2 污染大气 大量垃圾露天堆放的场区，臭气冲天，老鼠成灾，蚊蝇孳生，有大量的氮、 硫化物等污染物向大气排放。仅有机挥发性气体就多达1 0 0 多种，其中含有许 多致癌物、致畸物。采用焚烧法处理生活垃圾己成为许多国家大气污染的重要 污染源之一。 3 污染水体 垃圾是有机物、重金属和病原微生物三位一体的污染源，任意堆放或简易 填埋的垃圾，其内部所含水份和雨水冲淋产生的渗滤液流入周围地表水体并渗 入土壤，会造成地表水和地下水的严重污染，致使污染环境、危害人体健康的 事件屡有发生。而一些城市甚至将生活垃圾、废渣直接排入河流、湖泊或海洋。 造成更大的水体污染。例如：贵阳市1 9 8 3 年夏季，哈马井和望城坡垃圾堆放 场所在的地区同时发生痢疾流行。其原因是地下水被垃圾渗滤液污染。大肠杆 菌超过饮用水标准7 7 0 倍以上，含菌量超标2 6 0 0 倍。哈尔滨市韩家洼子垃圾 填埋场附近的地下水含铁量超过饮用水标准的2 3 、锰超标3 倍。汞超标2 9 倍，大肠菌群超标4 1 0 倍。细菌总数超标4 3 倍。 另外，垃圾堆放场如果处理不当，没有填埋气体疏散通道还有可能发生爆 炸事故。 1 2 城市生活垃圾处理和资源化技术 处理城市生活垃圾的传统主要方法主要有填埋、堆肥和焚烧。随着处理技 术的不断发展，也产生了如垃圾燃料化、热解等新技术，传统堆肥以好氧堆肥 为主，现由于能源危机的影响，厌氧消化技术在欧洲等发达国家发展相当迅速。 1 填埋：填埋是垃圾终极处理手段，是应用最广泛的一项技术，填埋的优 点是投资较少，方法简单，处理量大；缺点是占地多，污染较为严重，处理周 期长，没有投资效益，填埋气体处置不当会有潜在的爆炸危险，随着人们对填 埋场所带来的各种环境影响的深入认识，填埋技术也不断得到发展。由最初的 简易填埋逐步发展到具有防渗、集排气、导气系统和覆盖系统的卫生填埋。 2 焚烧：焚烧是一种高温热化学处理技术，垃圾在8 0 0 1 0 0 0 的高温条 件下，在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，释放出热量并转化为高温的燃烧气和少 量性质稳定的固定残渣。焚烧的优点是减容效果好，消毒彻底，可以回收热能， 处理效率高，缺点是一次性投资大，处理费用高( 约9 5 元t ) ，易产生二次污 6 昆删理工犬学钡”j 一学位论史 染，懿涮毒致癌秘二瑟荚激及有密烧结涤等二次污染物。 3 堆肥：堆肥怒利用囱然界广泛存在的细菌、放线藕、真菌等微生物，人 为遣促进垃圾逐年潮爵降孵建有祝物转纯为稳定邋瘸戆糠遣生物亿学过程。举 期堆肥由于质量低、肥效低，生产成本禽，污染不易控制。导缴发展缓慢，随 着科学技术的透步和入翻对废弃物瓷源化要求的逐步撵高，液意了从源头分 拣，避免垃圾中的商害成分进入堆肥中，并应用新的颗粒肥料技术。瞅美各剡 茸前采用的难肥技术强调只能用予庭院垃圾、暴赫蔬菜加工的废弃物及动物粪 便等。 4 。厌氧消化：菝氧消化是指程厌氧微生物的作用下，有控制的使垃圾中可 生物降解的窍机物向稳定的物质转化的生物化学过程。它的的激大的优点是蛸 收沼气能源，利用沼渣生产的有机肥有机质含量高，施用后不但有明擞的增产 效果，还其蠢减少嫡虫害，改善壤结构等特点。 发达国家采用的处理技术比例大约魁：填蠼占6 0 7 0 ，焚烧占2 5 3 0 ，蛙肥占5 1 0 。其中荧匡、英国、德国等壤蠼毙铡较大，露基本、臻、 丹麦等国焚烧比例较大，发展中嘲家则以填埋和堆肥为主。见表1 4 。| 3 i 表l 。4 主要工监发达国家蠛枣蟪蔽备耱处理方式鼹占豹毖铡( 1 9 9 5 年) 国家墒埋堆肥焚烧焚烧厂数激座焚烧垃圾量 ( 蠢t a ) 美鞠 7 5 51 0i5 73 0 0 0 h t ；拳=2 34 。27 2 8 】8 9 93 0 8 6 德国4 5 545 0 ，56 01 1o o 葵臻8 8 i i 13 81 8 0 法凰4 02 23 82 8 42 0 0 棼兰4545 l1 l17 0 比利时 6 29 2 92 91 3 2 瑞士2 08 03 41 7 0 丹麦18 i2 7 04 61 4 5 奥蟪羁 5 9 。82 4 1 6 ，4 瑞熊 3 5i 05 5 2 3l4 0 灌大割弧6 21 12 43 3 5 我国由于受经济发展水平的限制，在垃圾资源化处理方面投入较少，各种 处理方式中，主要以填毽为主，约占9 7 以上，堆肥处理仅占l 2 。而疆 7 昆明理丁大学硕十学位论文 在运行的焚烧厂处理量仅为1 左右。见表1 5 1 “。 表1 5 不同处理方式所处理；垃圾量的比倒( 2 0 0 0 年) 1 5 项目填调查表的1 3 8 个城市进行实地考察的3 5 个城l 填埋处理量( t d )5 7 0 7 05 73 3 0 1 3 1 3 占总处理萱的比例9 6 9 49 7 6 7 堆肥处理量( t d ) 5 2 2 占总处理量的比例1 2 9l - 5 4 焚烧处理量( t d )1 0 4 55 82 6 4 3 8 占总处理量的比例1 ，7 80 7 8 表1 5 是中国环境科学研究院2 0 0 2 年承担的“中国城市废弃物温室气体 排放清单编制”的研究，广泛调查中国城市生活垃圾的处理状况得出的数据。 从表中可以看出，目前，我国城市生活垃圾处理的资源化率还非常低。 云南省城镇生活垃圾的处理处置现状并不乐观，减量化、无害化、资源化 程度很低。到目前为止，全省几乎都采用填埋的处理方式。昆明市郊区有两个 卫生填埋场，由于垃圾产生量的增长远远超过垃圾填埋场的设计容量，使其使 用年限大大减少，而省内其他城镇的填埋处理大多相当粗放，有些甚至只是进 行简单堆放。 1 3 研究的目的和意义 如何实现城市生活垃圾的“减量化、资源化和无害化”处理，消除城市环 境污染和实现资源二次利用的可持续发展战略已成为我国必须解决的重大问 题。为此，国家决定依托废弃物资源化国家工程研究中心建立“再生资源回收 利用产业化示范基地”，并以国债专项资金项目的形式给以支持。作为城市生 活垃圾综合处理的示范，该基地将在我国首先采用国际上先进的分选技术和干 式厌氧消化技术。把可回收利用的废弃物制成各种废弃物复合材料，把可降解 有机废弃物制成沼气和高效有机肥料。 本课题原国家经贸委第八批国债项目“再生资源回收综合利用示范基地” ( 国经贸投资 2 0 0 2 5 4 8 号) 中关于可降解有机垃圾综合利用项目的前期基础 研究工作，为推进我国的垃圾综合利用，垃圾产业化工作具有十分重要的意义， 不但具有经济效益，更具有环境效益和其他社会效益，为发展我国的循环经济 提供一条新的思路。有机生活垃圾直接应用于厌氧消化，不但可以减少垃圾填 埋的数量，而且是垃圾减量化、资源化、无害化，发展循环经济的较佳思路。 r 昆删理工大学颂十学位论文 厌氧消化所产生的沼气( 甲烷为其主要成分) 具有较高的低位发热值，经 净化处理后是一种较理想的气体燃料和生物能源。沼气可以用做汽车燃料，动 力资源( 带动鼓风机、水泵、发电机) 和化工原料( 制造c c l 4 ，沼气加氮及 氧，合成氢氰酸，再经醇化及酯化，可合成有机玻璃脂。此外，经氧化可制造 甲醛及甲醇) 。但是沼气中的硫化氢有腐蚀作用，必须将其脱除后方可使用。 沼气经过净化后可以作为能源利用。例如在瑞典和瑞士，沼气除去c 0 2 并经过净化以后得到富含c h 4 的沼气( 9 5 9 8 c h 4 ) ，这种富含c h 4 的沼气 可用作汽车燃料，而且将这种富含c h 4 的沼气并入国家气网( n a t i o n a lg a s g r i d ) 怕j 。许多国家对于这部分能源开发给予政策性的支持和优惠，对于这部分能源 发电入网，价格上给予相应的调整。 因此，城市生活垃圾的厌氧消化处理是生活垃圾最好的一种处理方法，垃 圾不仅可以得到即时即地的大量处理，最大限度的减少垃圾的污染，同时，还 可以取得良好的经济效益和巨大的环境效益，对于减轻城市的环境问题以及缓 解一定的能源紧张状况，具有积极的现实意义。 1 4 论文研究的主要内容 本论文主要研究在城市生活垃圾厌氧消化处理这一过程中产生的沼气，分 析沼气的成分；为了使其能够达到综合利用( 如燃烧供热、发电等) 的条件， 在学习吸附理论以及国内外研究成果的基础上，进行沼气净化( 脱硫) 处理， 内容包括： 1 进行城市生活垃圾厌氧消化的实验； 2 比较不同活性炭对h 2 s 的脱硫性能的差异； 3 比较活性炭的表面p h 值对h 2 s 脱硫性能的影响，从两种椰壳活性炭 的穿透容量与其表面p h 值的关系以及循环使用前后p h 值的变化与表 面p h 值变化的关系等方面加以讨论； 4 比较气流中有水和无水时4 # 活性炭对h 2 s 脱硫性能的差异讨论了水对 4 # 活性炭脱除h 2 s 的性能的影响； 5 研究了4 # 活性炭的再生性能和再生重复性能。 6 比较13 x 分子筛在气流中有水和无水两种条件下脱除h 2 s 的性能的差 异： 7 研究了1 3 x 分子筛脱除硫化氢的再生重复性能。 8 研究了用碳酸钠溶液、碘化钾溶液和氢氧化钾溶液浸渍而成的吸附剂 昆州理工 学磺i 崞位论立 厌氧消化所产生的沼气( 甲烷为其主要成分) 具有较高的低位发热值，经 净化处理后是一种较理想的气体燃料和生物能源。沼气可以用做汽车燃料，动 力资源( 带动鼓风机、水泵、发电机) 和化工原料( 制造c c l 4 ，沼气加氮及 氧，合成氢氰酸，再经醇化及酯化，可台成有机玻璃脂。此外，经氧化可制造 甲醛及甲醇) 。但是沼气中的硫化氢有腐蚀作用，必须将其脱除后方可使悄。 沼气经过净化后可以作为能源利用。例如在瑞典和瑞士，沼气除去c 0 2 并经过净化以后得到富含c h 4 的沼气( 9 5 9 8 c h 4 ) ，这种富含c h 4 的沼气 可用作汽车燃料，而且将这种富含c h 4 的沼气并入国家气网( n a t i o n a lg a s g r i d ) ”。许多国家对于这部分能源开发给予政策性的支持和优惠，对于这部分能源 发电入网，价格上给予相应的调整。 因此，城市生活垃圾的厌氧消化处理是生活垃圾最好的一种处理方法，垃 圾不仅可以得到即时即地的大量处理。最大限度的减少垃圾的污染，同时，还 可以取得良好的经济效益和巨大的环境效益，对于减轻城市的环境问题以及缓 解一定的能源紧张状况，具有积极的现实意义。 1 4 论文研究的主要内容 本论文主要研究在城市生活垃圾厌氧消化处理这一过程中产生的沼气，分 析沼气的成分；为了使其能够达到综合利用( 如燃烧供热、发电等) 的条件， 在学习吸附理论以及国内外研究成果的基础上，进行沼气净化( 脱硫) 处理， 内容包括； 1 进行城市生活垃圾厌氧消化的实验； 2 比较不同活性炭对h 2 s 的脱硫性能的差异： 3 比较活性炭的表面p h 值对h 2 s 脱硫性能的影响，从两种椰壳活性旋 的穿透容量与其表面p h 值的关系以及循环使用前后p h 值的变化与表 面p h 值变化的关系等方面加以讨论： 4 比较气流中有水和无水时甜活性炭对h 2 s 脱硫性能的差异讨论了水对 4 # 活性炭脱除h 2 s 的性能的影响： 5 研究了4 # 活性炭的再生性能和再生重复性能。 6 比较l3 x 分子筛在气流中有水和无水两种条件下脱除h 2 s 的性能的差 异： 7 研究了1 3 x 分子筛脱除硫化氢的再生重复性能。 8 ，研究了用碳酸钠溶液、碘化钾溶液和氢氧化钾溶液浸渍而成的吸附剂 8 ，研究了用碳酸钠溶液、碘化钾溶液和氢氧化钾溶液浸渍而成的吸附剂 怒蹦理丁大学巅士攀挝论文 对潜气中硫纯氢豹暇瓣效果，褥蠡魄较了浸溃嚣畿麴啜瓣麓麴脆硫效 聚与奉腻活性炭的脱硫效果。 9 研究了不同浓度( 4 、7 、1 0 ) 的碳酸钠澄渍而成的吸附荆对沼气中 酸纯氢熬裁凌效暴。 l o 麸避论上对溪纯游稷产璺黪滔气裁瘸方式及蘩蓑进行援讨。 是蛹理工大学硕学经论文 2 茨氧消化技术处理城市生活垃圾制沼气 2 1 厌氧消化技术概述 厌戴演纯是实现藏帮生活蟪毂减蘩仡、纛喾纯、资深纯躲一耱毒效耱方法。 厌氧消化可通过人为控制，加速有机废物的稳定，使有机废物无害化；还可以 通过厌氧分解产曼毫滔气，获得w 再生的能源，实现意梳废耪的资源纯。城市生 活垃圾厌氧消化是指在没有溶解氧和硝酸盐氮的条件下，微生物将肖机垃圾转 化为荦瀛、二氧亿碳等，并合成自身绷胞的生物学过程。 与其它处理技术相比，厌氧消化技术处理城市生活垃圾具有如下优点：( 1 ) 厌氧消仡后产生的沼气趋清洁毹源；( 2 ) 有祝垃圾被消纯以詹可以稀到高璇量 的有机肥料和土壤改良粼；( 3 ) 在有枫物质转燮成甲烷的过程中实现了垃圾的 减量亿；( 4 ) 与好氧过程相比，厌氧消化过稷不需要氧气，降低动力消耗，因 而使用成本降低；( 5 ) 厌氧消优减少了温室效应气体的排放量。 2 2 厌氧消化的微生物学原理 用有机废物嫩产沼气已有1 0 0 多年的历史，特别是进入2 0 世纪后，科学 家分离出产甲婉豹茨氧缁蓥，久键开始逐激认识到蠢执凌厌辍溃毽产浯气黢微 生物机理。有机物的厌飘发酵过程主袋经过三个阶段：液化( 水解) 、酸化及 晕烷纯。其过程絮强2 1 溪示。 圈2 1 滔气发酵的三个生化阶段，表明四个主要代谢赣群和降解的一般路衽 l翠t面十幸上 昆 女理工大学蛾_ ：学位论文 从图2 1 中可以看出，第一阶段为水解发酵，包括各类水解发酵细菌的活 动。这群缁菌能够将多糖( 如淀粉、纤维素等) 、蛋白族和膳类承解著进一步 发酵成有机酸、h 2 和c 0 2 。第二阶段为产氢的产乙酸搿和同型乙酸菌的活动， 它们将第一阶段细菌所产的除乙酸外的各种有机酸和醇类转化为乙酸、h 2 和 c 0 2 。第三阶段为产甲烷阶段，有各种产甲烷蔚，以第一和第二阶段的乙酸、 h 2 和c 0 2 为基质，最终形成甲烷和c 0 2 | 7 j 。 2 。3 厌氧消纯技寒处瑾城拳生活垃圾的z 艺流程 厌氧反应爨一般由密阉复疲然、搅搀系统、翔热系统襄固滚气分裹系统缒 成。按照厌氧反应器的操作条件如迸料的固含率、运行温度等厌氧消化处理工 艺可分受数下三炎：按照瓣含率霹分荛激式、予式( 袋低鋈髂、裹国髂获氧溃 化) ；按照阶段数可分为单级、多级( 也称单相、多相戚一阶段、二阶段) ；按 照避秘方式胃分为阗敲式、连续式。嚣纛实嚣纛薅当中，往往楚将凡耱工艺浚 合在起，随着技术的不断革新，i 眩年来邂步形成了以漫式完全混合厌氧消化、 获戴子发酵、嚣步茨氧溃纯等荛圭戆工慧形式。下覆对这三释工艺避行奔绍。 2 。3 。 湿式完全混金茨氧消化 湿式完全混合厌氧消化工艺( o n e - s t a g ew e t c o m p l e t em i xs y s t e m s 以下简 称溆式工艺) 的斑蠲最辜晚最为广泛_ l 琏= 工艺弱体浓度维持在1 5 鞭下，箕液 化、酸化和产气3 个阶段在周一个反应嚣中进行，具有工艺过程简单、投资小、 运行和管壤方便的优点，融前，欧溯9 0 的淆化照理采用髭工艺5 戳 如图2 2 强2 2b o t t r o p 工慧淀程黧 湿式工艺受骧秘垃圾影瘸超避王艺本尝懿影响，s a i n t j o l y 酶磅究豢囊凌 昆明理_ 大学硕士学位论文 于夏季垃圾中含有较多可生物降解性较差的木质素，沼气产率和挥发性固体 ( v s ) 去除率分别为1 7 0n m 3 ( c h 4 k gv s ) 和4 0 相比之下，冬季沼气产率 可以达到3 2 0n m 3 ( c h 4 k gv s ) ，v s 去除率达到7 5 。与其它的工艺形式 比较，由于湿式工艺含水量高，可以稀释抑制物的浓度，在一定程度上也加大 了系统的抗抑制能力 2 3 。2i 步厌氧干发酵 厌氧干发酵系统的固体浓度维持在2 0 一5 0 ，从而大大的提高了处理能 力。干发酵系统中只有含水率非常低的原料需要进行稀释，用水量小同时， 厌氧干发酵系统对进料的分选要求不高，原料进入处理系统前，只需用滚筒筛 将大的颗粒物去除即可然而，从投资角度看干发酵工艺比湿式工艺要高得 多首先固体浓度的加大，需要设计能够抗酸、抗腐蚀性强的发酵反应器；另 外1 9 9 7 年o 】e s z k i e w i c a 指出原料的运输和处理需要特制的泵，这种