古巴垃圾处理-投稿-定稿_图文

1、古巴哈瓦那城市生活垃圾沼气发电工程技术分析 闫志英 1, 刘晓风 1 , Tong Boitin 2, 廖银章 1, 袁月祥 1(1.中国科学院成都生物研究所, 成都 610041; 2. BEB BioEnergy Berlin GmbH Berlin 12555 摘要:本文从工艺流程、 技术参数以及效益分析等方面对古巴哈瓦那城市生活垃圾沼气发电 示范工程进行了技术分析。结果表明,通过贮气发酵一体化全混式厌氧湿发酵(CSTR 工 艺,每天可消纳处理有机质含量为 50%生活垃圾 30m 3,产气 1200m 3,发电 1920kWh ,有机 肥(沼液和沼渣 30t 。运行结果表明,利用城市生活

2、垃圾进行沼气发电是切实可行的,该 项目的成功为古巴城市生活垃圾治理,环境卫生的净化提供了一条有效途径。关键词:生活垃圾 ;沼气发电;工艺流程; CSTR 工艺中图分类号 :S216.4 文献标识码 :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 指在城区内通过各种方法收集的人类生活中 产生的综合废弃物 , 按照其来源可分为:厨余垃圾、街道清扫物、市场垃圾、商业垃圾 1。 城市生活垃圾的处理一直是各国研究的热点, 目前, MSW 的处理方法较多, 主要采用填埋、 堆肥、 焚烧等三种。 由于城市生活垃圾中含有大量的有机物质,是优质的沼气发酵原料,采 用厌氧消化技术处理垃圾中的有机物质, 能利用其可腐与高有机质含量的特性, 在回收能源, 生产

7、有机肥料的同时,又治理了有机垃圾引起的环境污染 24。已成为城市生活垃圾综合处 理的热点。联合国工业发展组织资助的古巴哈瓦那城市生活垃圾沼气发电工程以城市生活垃圾为 发酵原料, 采用贮气发酵一体化全混式厌氧湿发酵 (CSTR 工艺, 工程每天产气约 1200m 3,项目来源:联合国工业发展组织项目(US/URT/02/117,FC/URT/04/118,SF/URT/05/119发电约 1920kWh ,该工程的成功实施,实现了垃圾废弃资源的再生利用,治理污染的同时 回收了能源,具有经济、环保、社会等多重效益。目前,古巴城市生活垃圾基本都是简单填 埋和焚烧处理, 资源化利用率极低, 因此,该项

8、目对古巴今后城市垃圾的治理、环境卫生的 净化提供了一条有效途径。 该项目运行一年来, 已带动古巴很多单位慕名前来考察学习, 已 有古巴其它城市准备采用该发酵工艺进行沼气发电示范, 为该工程技术的推广应用打下了坚 实基础。通过以上的论述, 作者认为很有必要对该工程进行分析评价, 以便为城市生活垃圾的综 合治理找出一条切实可行的路子。1 沼气发电工程的工艺流程与技术参数1.1 基本情况工程位于古巴哈瓦那市垃圾处理厂, 垃圾来源于哈瓦那市城市生活垃圾, 主要成份为果 皮、树叶、剩饭等有机垃圾和一些砖块、石头等无机垃圾。其中有机成份鲜重含量约 50%, 有机成份 TS 为 1520%, 每天处理生活垃

9、圾量约 30m 3, 沼气发酵后的沼渣沼液作为有机肥 喷施到附近农田。1.2 工艺流程与技术参数 图 3工程自动监控系统图 2工程现场该部分主要包括原料输送机和机械粉碎机两部分。 垃圾运至该处理厂后, 首先通过人工 分选, 把砖块、 铁块、 塑料等不可腐垃圾挑出除去, 随后通过输送机把可腐有机垃圾送入粉 碎机进行机械粉碎至 10-15mm 左右,送入收集池,加水稀释调配 TS 约为 5%。用于收集和调配粉碎后垃圾原料,该池容积 50m 3,池内安装一台 7.5kW 的搅拌器、一 台 2kW 的切割机和一台 4kW 的螺杆泵。在收集池内原料通过搅拌混匀调配至 TS 约为 5%后,进入切割机,原料

10、进一步切短后,通过螺杆泵把料液输送至酸化罐。该罐为地上罐, 集贮气和发酵于一体,罐体上部为贮气部分, 下部为沼气发酵部分,用 弓形钢板焊接而成,圆柱形,容积 1280m 3,是该沼气工程主体罐,用于原料沼气发酵,通 过连续进料出料和搅拌, 实现连续全混发酵产气。 罐内设有热交换系统, 利用发电余热对罐 体加热,实现中温发酵;二台 15kW 搅拌器,对原料充分搅拌混匀;罐顶设有观察孔和消泡 装置,保护罐体和防止管道堵塞;罐壁设计有取样管,用于料液发酵状况分析。该罐为地上罐,容积 50m 3,用弓形钢板焊接而成,圆柱形,发酵过后的料液暂存在该 罐中进行缓冲后,泵入螺旋压榨机进行浓缩脱水。罐内设有一

11、套 4kW 的搅拌器和一套高位 溢流装置,罐壁设计有取样管。该罐为地上罐,容积 75m 3,用弓形钢板焊接而成,圆柱形,料液经螺旋压榨机压缩脱 水后的清液贮存在该罐中。罐顶设置一台 2.2kW 的螺旋压榨机,用于固液分离。地上式,容积 15 m3,塔内填充载体原料,塔壁设有液位计,塔底和塔顶分别设有沼气 进出管道及下人孔、 上人孔,同时在塔壁中部和塔底设有空气管道、水回流管道、 回流泵和 曝气泵。该发电机组为沼气专用发电机组,额定功率为 60 kW,进气压力要求为 20003000 Pa, CH 4含量要求大于 50%。经脱硫塔净化脱硫后的气体通过一台抽气泵输送至发电机组,实 际运行过程中,

12、工作功率与进气压力和甲烷含量具有极大相关性。 发电机产生的预热通过热 交换系统对贮气发酵一体化发酵罐加热。控制系统由手动可调定时控制和自动控制两部分组成, 手动可调定时控制包括现场控制 和远端控制两种方式, 同时手动控制可以通过计算机监控程序显示数据记录曲线图和各装置 工作动态画面。自动控制通过计算机远端控制系统,可实现整个沼气工程的自动监控运行,出现故障可自动停止并报警。2 工程运行状况2.1 工程启动在收集池中倒入 TS 为 10%, pH 值为 7.5发酵过的牛粪约 10m 3, 加入 TS 为 3%的垃圾 料液约 2m 3和清水, 混合至 30m 3, 每天测定混合液的 pH 和产气情

13、况, 一周后, pH 值为 7.5左右,水面可观察到大量气泡涌出, CH 4的含量达 45%左右;继续加入 TS 为 3%的垃圾料 液约 3m 3和清水,混合至 50m 3,一起泵入酸化池。往酸化池添加 TS 为 5%牛粪约 50m 3, 同时分批添加垃圾料液,每次加入量约为培养物的 5%,TS 为 3%,至酸化池的最大许可量 120m 3,观察和测定发酵液的 pH 和产气情况,培养发酵 2d 后,沼气即可点燃,火焰呈火红 色, CH 4含量达 40%左右, pH 值为 7.5;在第 6d 时,点燃火焰呈蓝色, CH 4的含量达 50%左右, pH 值为 7.5,表明菌种生长良好,菌种培育结束

14、。 2.2 启动产气效果把培育好的发酵菌种泵入发酵罐,密封,每天定时计量进料,发酵罐即进入发酵产气阶 段,每 2d 检测沼气含量和容积产气率,结果如图 1、图 2所示。由图 1可知,沼气中甲烷 含量随运行时间的延伸而逐渐升高, 在第 22d 时, 甲烷含量达到 61.9%, 随后甲烷含量基本 趋于平衡,在 60.5%附近浮动。图 2可知,容积产气率在运行初期较低,从第 8天后,容积 产气率迅速增加,在第 18d 时,容积产气率到达 1.2m 3·M -3·d -1,随后容积产气率基本趋 于平衡,在 1.2m 3·M -3·d -1附近浮动。 3 效益分析

15、3.1 能源效益本项目实施后,日均产气 1200m 3,年产沼气 44万 m 3,每 m 3发电约 1.6 kWh,年发电约 70.4万 kWh 。因此该工程利用垃圾进行沼气发电后,可以实现废弃资源的充分利用,变害 为利,能源效益非常显著。 3.2 经济效益本工程年发电约 70.4万 kWh ,按当地供应价 0.13美元·kWh -1计算,共获利 9.15万美 元;在古巴甘蔗亩产量约 3.6吨,使用沼渣、沼液后,按每亩增产 10%计算,每亩可增收 0.36吨,该工程大约可满足 150公顷甘蔗田使用,共计增收甘蔗 540吨,按国际市场价 40美元 /吨计算, 可新增利润约 2.16万美

16、元。 管理人员工资 100美元 /人 . 月×5人×12月=6000图 3启动后甲烷含量变化 图 4启动后容积产气率变化美元;折旧费(按 30年计 1.5万美元 /年。本工程年利润为:(9.15万美元+2.16美元-(1.5万美元+6000美元=9.21万美元, 工程 8年左右即可回收成本。3.3 环保效益工程运行后,每天可处理 30m 3的生活垃圾,同时每年减排 CO 2约 2600吨。该项目的 实施,解决了垃圾出路问题,有效抑制了垃圾、废液肆意横流,蚊蝇孳生的脏乱现象。有效 治理了垃圾对周边天然河流和饮用水的污染。 该工程的实施, 对保护水源, 提高当地环境质 量,保护

17、当地群众的身体健康起到了不可估量的作用。3.4 社会效益项目实施后,垃圾得到了有效治理, 减少了环境污染。同时通过沼气发电, 解决了厂区 用电的问题, 还可以提供一定的炊事能源, 减少柴薪砍伐。 工程每天可产生约 30m 3有机肥, 促进了当地农业的发展。 该工程还可解决 35人就业问题, 并且为垃圾综合治理利用提供了 一条有效的途径。3.5 综合效益该项目中, 以沼气厌氧技术为中间起纽带, 把垃圾处理和当地种植业有机结合起来, 因 而形成了 “垃圾处理-能源-种植业” 的良性循环, 因此该项目的实施把环境治理和经济发 展有效连接起来,为今后古巴城市生活垃圾治理提供了借鉴。4 结论该工程的技术

18、关键是:新鲜垃圾经分选和粉碎后,利用贮气发酵一体化全混式厌氧湿发 酵(CSTR 工艺对垃圾进行沼气发酵, 1000m 3 CSTR发酵罐每天可消纳处理有机质含量为 50%生活垃圾 30m 3,产气 1200m 3,发电 1920kWh ,有机肥(沼液和沼渣 30t 。工程实现了 以城市生活有机垃圾为原料的连续湿式发酵;采用新型生物脱硫技术实现了沼气高效脱硫, 通过生物脱硫塔后, H 2S 含量低于 200ppm ;利用热电联产技术实现了沼气中温发酵;利用 计算机控制技术和现代传感器技术实现了沼气工程的自动化运行。 运行结果表明, 利用城市 生活垃圾进行沼气发电是切实可行的。从本工程的五大效益 (能源、经济、环保、社会、综合 分析,该项目有很大的发展前途, 项目预期实现了以垃圾为原料的沼气发电, 解决了垃圾出路问题, 实现了废弃资源的再生利 用, 促进了种植业良性发展, 保护了生态环境。 因此本项目的成功示范对解决垃圾出路及垃 圾资源化利用