北京市生活垃圾厌氧发酵技术应用潜力分析

北京市生活垃圾厌氧发酵技术应用潜力分析来源：日期：2009-01-09我为市政管理科学发展建言献策北京市生活垃圾厌氧发酵技术应用潜力分析北京市垃圾渣土管理处李玉春随着经济的发展和人们环境意识的提高，人们对垃圾处理越来越重视，厌氧消化技术作为有机垃圾处理的一种方式，可以大大减少原生垃圾填埋量，节约了宝贵的土地资源，符合我国建设“资源节约型、环境友好型”社会发展需求。虽然目前我国垃圾厌氧发酵应用案例不多，但近几年却有逐渐发展的倾向，下面将厌氧发酵技术在北京市生活垃圾中的应用做以简要分析。1.国内外厌氧发酵技术研究进展生物气利用技术是指采用厌氧发酵法处理有机垃圾，并产生洁净能源—沼气，为人类提供了一种绿色生物能源，具有成本低、环境效率高及可持续发展等特点。同时沼液及沼渣可用来生产有机堆肥。根据不同的评价指标，厌氧发酵有很多不同的方法。在实际应用中，通常根据待处理废物中有机固体含水量大小分为干法和湿法两大类。干法发酵要求垃圾的含固率一般为24%～40%[2l，基本上保持了经分选预处理后的生活垃圾的原始状态因此对进料的预处理要求比湿法垃圾简单，一般不需要再给垃圾加水，但干法为了满足废物高粘度需求，所需设备往往比湿法昂贵。另外，干法发酵产生的废水量很少，废水处理所需费用较少。湿法发酵垃圾的含固率一般10%一15%，需要给垃圾加大量的水，所产生的废水比较多。由于湿法中的浆液处于完全混合的状态，因此更容易受到氨氮、盐分等物质的抑制(3)。我国城市生活垃圾经分选后，需处理的垃圾中含有30%以上的干物质成分，因而更适于采用干法发酵工艺，而餐厨垃圾含水率较高，一般可达85%以上，故适于利用湿法发酵工艺进行处理。厌氧消化技术在国外应用已相当广泛，据统计，到目前为止，已有大约117个垃圾处理厂采用厌氧消化工艺，其中90个已在运行，27个还在建设过程中，这些厂的处理能力都在2500t/a以上。主要分布在澳大利亚、丹麦、德国等国家，采用此工艺的公司主要有澳大利亚的Entech公司，德国的BAT公司，瑞士的Kompogas公司、丹麦的Kruger公司等(1).目前国内正在建设的北京市董村分类垃圾综合处理厂（650吨/日）和上海市普陀区生活垃圾处理厂（800吨/日）主要工艺采用厌氧发酵技术。2.近几年北京市生活垃圾产生量及成分变化北京不仅是我国的政治、教育和科学文化中心，也是重要的经济与工业中心。随着城市规模的扩大和城市化进程的加快，北京市的垃圾产生量也在逐年增加。2007年北京市年产生活垃圾619万吨，并以每年大约7～8%的速度增长；2007全市年生活垃圾清运量601万吨，并以每年大约10%～12%的速度增长,这主要是因为随着北京市垃圾密闭化管理覆盖面的扩大，农村垃圾也进入收运体系（表1）。垃圾清运量是垃圾进入处理设施时的实际称重量。而垃圾产生量这个概念是2004年开始提出的，是理论估算数据。表1近几年北京市生活垃圾产生量及清运量20002001200220032004200520062007全市垃圾产生量（万吨）495537585619增长率（％）8.58.95.81全市垃圾清运量（万吨）298307327361406455538601增长率（％）3.076.3810.512.412.018.211.7同时生活垃圾组成也发生着较大的变化，主要表现有机物含量增加、无机组分下降、回收物含量增加、垃圾热值增加等特点（表2）。2006年垃圾中有机成分已达到63.40%，无机物含量由1989年的52.2%下降到2006年的6.57%，垃圾中可回收利用的物品由1989年的14.2%上升到2006年的28.3%。其中塑料废弃物的含量变化最大，1989年垃圾中的塑料废弃物为1.88%，2006年上升为12.7%。塑料废弃物主要成分是商品包装物垃圾。2005年垃圾低位热值已达到4627kJ/kg。表2近几年北京市垃圾成分变化年份纸张塑料织物玻璃金属厨余草木灰土含水率低位发热量kJ/kg200611.112.72.461.760.2763.4－6.57－－20059.7511.761.691.700.3363.801.269.7160.13462720047.5511.261.831.510.5454.553.0419.6356.193710目前这种高有机物含量的生活垃圾处理难度加大，具体表现在：如直接进行填埋，①占用大量宝贵土地；②产生大量渗沥液，对地下水造成潜在污染威胁，同时增加渗沥液收集、处理成本；③产生大量温室气体，增加沼气收集、处理成本；④产生恶臭气体，污染周围环境。如直接进行焚烧，①垃圾热值低，焚烧工况不易控制；②垃圾发电效率低，焚烧成本高。如直接进行堆肥，①发酵周期较长，占用土地多；②堆肥过程臭气控制难度大；③由于堆肥原料是混合垃圾，堆肥产品质量难以保证。而生物气利用技术是近年来国内外处理有机垃圾一种有效方法。3.北京市生活垃圾利用生物气潜力分析3.1居住小区的厨余垃圾北京市2002年开始实行垃圾分类，截至2007年底已有2255个小区、大厦实行垃圾分类，垃圾分类人口覆盖率已达到52％。目前北京市居民区垃圾分成三类：厨余垃圾，可回收物，其他垃圾；其中厨余垃圾是进行厌氧发酵的很好原料。以2007年为例，北京市生活垃圾产量为619万吨，按厨余垃圾平均含量为40％，那么厨余垃圾量为248万吨，折合6795吨/日，具有很高利用潜力。由于垃圾分类是一个系统工程，目前实际分类效果不理想。今后北京市垃圾分类工作将以厨余垃圾分类为突破口，重点将厨余垃圾从其它垃圾中分离处来单独进行处理。北京市已有、在建综合处理厂处理能力只有2100吨/日（表3），与每日6795吨的厨余垃圾产量相差甚远，处理能力严重不足。2010年北京市规划将新建综合处理厂10座，处理能力达到8000吨/日（北京市环卫十一五规划）。这就为厌氧发酵技术的发展提供了广阔空间。表3北京市已有、在建生活垃圾综合处理厂项目投资（万元）处理能力（吨/日）采用工艺投入使用时间目前状态南宫堆肥厂18000600隧道强制通风静态好氧堆肥1998.12运行怀柔垃圾综合处理厂4500200条垛间歇动态好氧堆肥2005.10运行阿苏卫综合处理厂270001600(其中堆肥800)发酵滚筒+条垛式好氧堆肥2007.6在建20024.567.31.831.360.6347.7836.5419896.041.881.743.790.7632.61.1752.19董村综合处理厂18000650（其中厨余垃圾300）干式厌氧消化产沼2007.12在建顺义综合处理中心1.7600（其中堆肥200）隧道强制通风静态好氧堆肥2007.12运行3.2餐厨垃圾是指宾馆、饭店、餐馆和机关、部队、院校、企业事业单位在食品加工、饮食服务、单位供餐等活动过程中产生的残渣、残叶和废弃油脂等废弃物。与普通垃圾相比，具有含水率高、有机物含量高、油脂和盐分含量高的特点（表4），适合于湿法厌氧发酵技术。以剩菜和剩饭为主的垃圾进行高温厌氧发酵，调节适当的总固体含量和pH，生沼气量是比较可观的，干垃圾产气量达到155L/kg（5）。表4餐厨垃圾的理化性质（4）成分含量%成分含量%含水率70-90粗蛋白质14-20pH4.0-6.8有机物90-97盐度（可溶性盐）0.3-0.7粗脂肪7-30C/N13.6-26.7粗纤维2.5-3.0据初步调查统计，北京市城八区泔水日产生量约850吨（4）。北京市餐厨垃圾采用集中处理和分散（就地）处理相结合的方式。鼓励和支持高新技术在餐厨垃圾处理中的研究和使用，积极推广先进的技术和设备，尤其是可实现资源化利用的新技术和设备。北京餐厨垃圾集中处理厂正在规划建设中，南宫、董村、六里屯、高安屯等，待全部建成后全市泔水日总处理能力可达1200吨（表5）。表5北京市在建、规划餐厨垃圾集中处理厂项目处理能力（吨/日）采用工艺投入使用时间南宫餐厨垃圾处理厂200固液分离+絮凝脱水+好氧堆肥2007.6董村餐厨垃圾处理厂200湿式厌氧消化产沼2009高安屯餐厨垃圾处理厂400工艺未定2010年前六里屯餐厨垃圾处理厂400工艺未定2010年前3.3城市粪便表62006北京市粪便清运处理情况粪便清运量（万吨）粪便无害化处理量（万吨）粪便无害化处理率（％）全市171.68127.8674.48城八区149.10124.3683.41郊区22.583.5015.52截至2006年底，北京市粪便处理厂共有13座，总处理能力在5200吨/日，主要采用固液分离和絮凝脱水工艺，污水排入市政管网。目前只有3座处理厂将固液分离残渣进行好氧堆肥处理，其余处理厂粪渣目前暂时进行卫生填埋处理。另外目前只有1座处理厂絮凝出水实现厌氧生化沼气利用技术。“十一五”期间北京市规划新建粪便消纳站9座，新增处理能力3400吨/日（北京市“十一五”时期环卫专业规划）。目前利用厌氧发酵技术在处理畜禽粪便的研究应用较多，而应用于城市粪便处理方面研究较少，而且厌氧发酵技术相对于固液分离处理方式相比投资和运行成本偏高，所以制约其发展。但厌氧消化是实现有机固体无害化、资源化的一种有效方法，产生的社会和环境效益是无法。3.4各种有机垃圾厌氧发酵技术适用性针对我国目前混合收集的城市生活垃圾，经分选预处理后的有机部分宜采用干法厌氧发酵工艺；对于餐厨垃圾、粪便垃圾等高含水率的垃圾，宜采用湿法发酵工艺（7），具有污染小，处理新鲜垃圾及时，资源化利用率高和产品适用性广的特点（8）。另外可将生活垃圾、餐厨垃圾与粪便、污泥或者高浓度有机废水混合，提高其可发酵性。4.生物气利用技术在垃圾处理领域有巨大应用潜力4.1环保效益厌氧消化技术能够最大限度的循环和再利用垃圾的成分，在处理过程中避免了造成二次污染的有害有毒气体和液体的排放，kuler(1999年)等报道，每吨城市固体有机垃圾用“分选十厌氧消化十填埋”方式处理比用“分选十堆肥十填埋”的方式处理产生的二氧化碳的量要少0.2t（9）。因此.运用厌氧消化技术处理城市生活垃圾可以获得较好的环保效益。4.2经济效益厌氧消化技术处理生活垃圾对垃圾中的有用物质及能量加以回和利用，使其无用部分达到无害化、减量化，真正做到了物尽其用。以北京市2007年的垃圾量来估算，大约可以获得12亿立方米左右的沼气，经济效益相当可观。另外，城市生活垃圾进行厌氧消化处理的残留物无论是作肥料还是作饲料，都可取得较好的经济效益。4.3减少原生垃圾填埋量以2007年为例，北京市生活垃圾产量为619万吨，按厨余垃圾平均含量为40％，那么厨余垃圾量为248万吨，折合6795吨/日，这部分垃圾如果直接进行填埋，每年占地约53亩，按使用寿命25年计算，总占地为1335亩，浪费了宝贵的土地资源。如果这部分垃圾进行厌氧发酵处理，每年可获得沼气12亿立方米，同时节约了土地，这在土地资源日益紧张的今天显得更为宝贵。6.57%11.7%12.7%63.4%2.46%1.76%0.27%2006年北京市城市生活垃圾成分扇区图Foodscraps：63.4%Plastics：12.7%Paper：11.7%Other：6.57%Textiles：2.46%Glass：1.76%Metals：0.27%