生物質(zhì)垃圾處理處置技術(shù)[1]

1、之之 生物質(zhì)垃圾能源化技術(shù)生物質(zhì)垃圾能源化技術(shù) 報(bào)告人：劉少風(fēng)流 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要 生物質(zhì)垃圾處理處置技術(shù)簡介 相關(guān)資料 存在的問題及今后發(fā)展趨勢 生物質(zhì)垃圾能源化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 生物質(zhì)垃圾一般概念介紹 1.1 生物質(zhì)垃圾的定義生物質(zhì)垃圾的定義 1.1.1生物質(zhì) 生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生 的各種有機(jī)體，即一切有生命的可以生長的有機(jī)物質(zhì)通稱為 生物質(zhì)，它包括植物、動物和微生物。 一. 生物質(zhì)垃圾一般概念介紹 1.1.2 生物質(zhì)垃圾 指生物質(zhì)由于失去其原來價(jià)值或在一定時(shí)空中未能被利 用，從而導(dǎo)致被擱置的一種狀態(tài)。 1.2 生物質(zhì)垃圾污染現(xiàn)狀生物質(zhì)垃圾污染現(xiàn)狀 量大量大利

2、用率低利用率低開發(fā)潛力大開發(fā)潛力大環(huán)境治理迫切度環(huán)境治理迫切度 我國生物質(zhì)的能源絕大部分用于農(nóng)村生活，極少部分用于鄉(xiāng)鎮(zhèn) 企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)：而利用方式長期來一直以直接燃燒為主，只 是近年來才開始采用新技術(shù)利用生物質(zhì)能源，但規(guī)模較小，普 及程度較低，在國家，甚至農(nóng)村的能源結(jié)構(gòu)中占有極小的比例。 生物質(zhì)廢物具有潛在的能源價(jià)值。以農(nóng)作物秸稈為例，稻秸熱值 為 13.87MJ/kg，玉米稈為 15.67MJ/kg玉米芯為15.83MJ/kg，大 約相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤熱值的1/2。2005年我國農(nóng)村秸稈產(chǎn)量為 689Mt， 2010年達(dá)726Mt，相當(dāng)于4億t標(biāo)煤。2003年，禽畜糞便產(chǎn)生量約為29億t，而同期工

3、業(yè)固體廢物產(chǎn)生 量為10 t億，畜糞便產(chǎn)生量是工業(yè)固體廢物的2. 9倍。陳敏鵬等 的研究表明，隨著我國人口收入的增加，禽畜養(yǎng)殖將繼續(xù)發(fā)展。 大量的畜禽糞便和污水帶來了土地負(fù)荷壓力過大、土壤及水體污 染、空氣惡臭和疾病傳播等一系列問題。 1.3 生物質(zhì)垃圾的分類生物質(zhì)垃圾的分類 按來源分按來源分 農(nóng) 業(yè) 廢 棄 物 林 業(yè) 廢 棄 物 城 市 生 物 質(zhì) 廢 物 畜 牧 業(yè) 排 泄 物 一. 生物質(zhì)垃圾一般概念介紹 城市生 物質(zhì)廢 物主要 包括家 庭廚余 垃圾、 餐廚垃 圾、城 市糞便 以及城 鎮(zhèn)污泥。 畜牧業(yè) 生產(chǎn)過 程中產(chǎn) 生的糞 便和尿 液混合 物 主要指 農(nóng)作物 加工剩 余物， 如秸稈，

4、 谷殼， 菜葉等 草木 類、 木材 枯枝 落葉 廢料、 樹皮、 鋸木 等 二. 生物質(zhì)垃圾處理處置技術(shù)簡介 2.1生物質(zhì)垃圾處理處置技術(shù)分類 生物 質(zhì)垃 圾處 理處 置技 術(shù) 按處理去向分 生物質(zhì)垃圾填埋 生物質(zhì)垃圾焚燒 生物質(zhì)垃圾能源化生物質(zhì)垃圾能源化 生物質(zhì)垃圾飼料化 生物質(zhì)垃圾肥料化 生物質(zhì)垃圾作生產(chǎn)原料 二. 生物質(zhì)垃圾處理處置技術(shù)簡介 2.2生物質(zhì)垃圾能源化技術(shù) 1 生 物 質(zhì) 發(fā) 電 2 生 物 質(zhì) 氣 化 3 生 物 質(zhì) 固 化 4 生 物 質(zhì) 液 化 1.通過生物質(zhì)集中燃燒發(fā)電，主要有生物質(zhì) 鍋爐直接燃燒發(fā)電、生物質(zhì)/煤混合燃燒發(fā) 電等。 2.是指對垃圾中的生物質(zhì)部分采取一定物

5、理 化學(xué)和生物的方法制取氣態(tài)燃料的技術(shù)，包 括制取生物質(zhì)燃?xì)夂驼託狻?3.具有一定粒度的生物質(zhì)原料在一定壓力作 用下制成棒狀、粒狀、塊狀等成型燃料。 4.是指對垃圾中的生物質(zhì)部分采取一定物理 化學(xué)和生物的方法制取液態(tài)燃料的技術(shù)。包 括利用生物質(zhì)制取乙醇、裂解油和柴油技術(shù)。 2.3生物質(zhì)垃圾能源化技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 v生物質(zhì)發(fā)電技術(shù) v國外： v荷蘭的 635 MW 煤粉爐中煤粉與木材顆粒燃料混燃的例子,木材摻 混比為 3 %4 %總熱值,混燃后對鍋爐運(yùn)行和環(huán)境均無影響。因木 材灰少,所以每年可減少4 000 t 飛灰排出。 v丹麥Studstrup 電站用秸稈和煤粉在一臺 150 MW煤粉爐中

6、直接混 燃。秸稈摻混比為10 %20 %總熱值未出現(xiàn)運(yùn)行、腐蝕和環(huán)保問 題,但鍋爐灰量不能再用作水泥原料或肥料。 國內(nèi)：東南大學(xué)曾對兩個(gè)各有三臺75 t/ h鍋爐的電站經(jīng) 濟(jì)性進(jìn)行調(diào)研比較。一家電站采用直接混燃,生物質(zhì)混燃 比例為 10 %(按熱值比) 。另一家電站采用并聯(lián)混燃,新 建一臺75 t/ h 鍋爐,專燒生物質(zhì)。比較結(jié)果,直接混燃的 發(fā)電成本為 0. 51CNY/kWh (CNY:元) ,并聯(lián)混燃的為 0.554 CNY/ kWh,兩者發(fā)電成本均高于純?nèi)济弘娬镜?0.366CNY/kWh。直接混燃雖比并聯(lián)混燃經(jīng)濟(jì),但并聯(lián)混 燃因大比例摻燒生物質(zhì)燃料,可享受政府補(bǔ)貼0.25 CNY/

7、kWh ,所以經(jīng)濟(jì)效益反而好。 v國外：到 20世紀(jì)80年代，美國已有 19家公司和研究機(jī)構(gòu)從 事生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究與開發(fā)；加拿大12個(gè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室 在開展生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)的研究。 v生物質(zhì)氣化技術(shù) v國內(nèi)：我國在“八五”“九五”“十五”期間都有研究，目 前全國已建成農(nóng)村氣化站200多個(gè)，谷殼氣化發(fā)電機(jī)組100多 臺套。本實(shí)驗(yàn)室在生物質(zhì)垃圾低碳高值化技術(shù)方面也做出了 一定貢獻(xiàn)，如生物質(zhì)垃圾低碳高值化處理利用技術(shù)半山示范 工程，該技術(shù)利用微生物的厭氧好氧過程將生物質(zhì)垃圾分 解為腐熟垃圾和甲烷氣，使生物質(zhì)垃圾得到高效利用。 v生物質(zhì)固化技術(shù) 國外：美國已經(jīng)開發(fā)了生物質(zhì)顆粒成型燃料，泰國、菲律

8、賓和馬來西亞 等第三世界國家發(fā)展了棒狀成型燃料，日本關(guān)東燃料行業(yè)協(xié)會推廣的鋸 末碳。 國內(nèi)：從20世紀(jì) 80年代中期起我國開始了成型燃料的開發(fā)研究。 1999年，遼寧省能源研究所研制的棒狀生物質(zhì)固化成型燃料生產(chǎn)設(shè) 備達(dá)到國際先進(jìn)水平。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工 業(yè)研究所等單位也推出了類似的產(chǎn)品。 21世紀(jì)初，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等又推出活塞沖壓式成型設(shè)備，遼寧省能 源研究所則在國內(nèi)率先推出產(chǎn)量大、能耗低、原料適應(yīng)性廣的顆粒燃料 設(shè)備。不久前，該所又成功研制開發(fā)出可移動生物質(zhì)固化成型燃料設(shè)備。 水 平 式 壓 實(shí) 器 三相聯(lián)合式壓實(shí)器 回轉(zhuǎn)式壓實(shí)器 v生物質(zhì)液化技術(shù) 國外：美國原來用玉米

9、等糧食作物制乙醇,巴西本來采用甘蔗等糖質(zhì)原 料制乙醇,現(xiàn)在都在開發(fā)第二代用生物質(zhì)廢物制液態(tài)燃料的方法,如美國 學(xué)者找到了一種以玉米秸稈纖維素為食的土壤真菌，這種真菌能分泌 出一種分解秸稈的新酶可使纖維素發(fā)酵并產(chǎn)生乙醇；西班牙利用綠藻 生產(chǎn)生物質(zhì)柴油也取得了良好的效果。 國內(nèi)：2006 年底,國家發(fā)文不再新批用糧食制乙醇的項(xiàng)目,鼓勵(lì)發(fā)展非 糧生物燃料,尤其是發(fā)展用纖維素原料制取乙醇的技術(shù),現(xiàn)在清華大學(xué)主 持的甜高粱稈固體發(fā)酵制乙醇項(xiàng)目已得到有關(guān)菌種并小試成功,已在內(nèi) 蒙五原縣建立中試廠；而以各種廢棄油脂為原料,諸如各種植物油、動 物油、廢餐油、油料林木等生產(chǎn)生物質(zhì)柴油的研究也取得了一定成果。 v

10、生物質(zhì)固化技術(shù)在燃煤電站中的應(yīng)用 v生物質(zhì)固體燃料的成型 為了便于運(yùn)輸、儲存和改進(jìn)燃燒工 況(改善送風(fēng)控制和穩(wěn)定燃燒) 可利用各類壓縮成型機(jī)械(如 螺旋式、活塞式、油壓式、水壓式等成型設(shè)備)將生物質(zhì)(如 鋸末、木屑、稻殼、秸稈等) 壓縮成直徑為420mm,長度 100mm的顆料燃料或尺寸為20120mm,長度400mm的 塊狀燃料供用戶燃用。其工藝過程一般為:干燥、制粉、調(diào) 濕和壓縮機(jī)成型造粒。對秸稈、干草等也可壓縮成捆,尺寸 取決于打捆機(jī),方捆一般邊長為50120cm。 三、生物質(zhì)垃圾垃圾能源化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 v生物質(zhì)固體燃料的焚燒 v直接混燃方案：在直接混燃方案中煤與生物質(zhì)在同一臺鍋爐中混合

11、燃燒。 其優(yōu)點(diǎn)為可利用燃煤鍋爐的現(xiàn)有煙氣凈化設(shè)備,可減少燃煤量、SOx 和 NOx 等污染物及 CO2 的排放量。此方案不需新建一臺燃用生物質(zhì)的鍋 爐,所以投資少。其缺點(diǎn)為燃用生物質(zhì)的量較少,生物質(zhì)加入混燃的比例一 般10 %(按熱值比) ,否則會出現(xiàn)受熱面積灰和腐蝕。混燃后的灰不能像 單獨(dú)燃煤的灰可用于水泥行業(yè)(因?yàn)楹浀仍? 或像單獨(dú)燒生物質(zhì)的灰 可用作農(nóng)肥。 v并聯(lián)混燃方案：生物質(zhì)在專用的生物質(zhì)鍋爐中燃燒,產(chǎn)生的蒸汽與燃煤鍋 爐產(chǎn)生的蒸汽合在一起供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。其優(yōu)點(diǎn)為生物質(zhì)燃用不影 響其他燃煤鍋爐的運(yùn)行,兩種鍋爐產(chǎn)生的灰均可利用。生物質(zhì)燃料在電站 中的混燃比例(熱值比)可達(dá)80%

12、以上。其缺點(diǎn)為需建專用的生物質(zhì)鍋爐, 增大了初投資費(fèi)。 生物質(zhì)固化燃料成型技術(shù)工藝流程 熱成型工藝 生物質(zhì)垃圾焚燒發(fā)電廠 v生物質(zhì)氣化技術(shù)在農(nóng)村生物質(zhì)垃圾處理中的應(yīng)用 圖為生物質(zhì)垃圾低碳高值化處理利用技術(shù)新登鎮(zhèn)半山村示范工程。全村建立3 套垃圾發(fā)酵裝置，每套裝置有效容積為15m3。該村的清潔工只需將每天產(chǎn)生 的生活垃圾去除大塊雜物后扔入其中第1套發(fā)酵反應(yīng)器中推平即可，一般1套發(fā) 酵裝置2個(gè)月填滿后封頂進(jìn)行密封厭氧發(fā)酵，此期間將每天產(chǎn)生的垃圾填入第2 套裝置。如此反復(fù)，達(dá)到循環(huán)利用3套處理裝置的目的。垃圾封頂后厭氧發(fā)酵3 個(gè)月，此后采用間歇曝氣0.06m3/(minm3)曝氣21d，通風(fēng)頻率為2

13、0min/h，而 后將腐熟垃圾挖出，除去雜物后農(nóng)用。一套厭氧好氧處理裝置循環(huán)使用周期 為6個(gè)月。由于該村種植大量的果樹，可將腐熟垃圾作為果樹的肥料。 v整個(gè)工程分為兩個(gè)部分：收運(yùn)系統(tǒng)和厭氧-好氧處理系統(tǒng)，兩系統(tǒng)固 定投資為6.7萬元，運(yùn)行費(fèi)用為0.7萬/年 v收益分析：該項(xiàng)目收益主要來自腐熟垃圾銷售及產(chǎn)生甲烷等天然氣的 利用。每t垃圾處理后產(chǎn)生0.3t垃圾肥，市場價(jià)格300元/t。每年共產(chǎn) 生36t垃圾，可獲10.8t有機(jī)肥，可收益3240元。每t垃圾可產(chǎn)20.16 m3甲烷，每年共產(chǎn)生2419.2m3甲烷，按照天然氣的價(jià)格3.95元/ m3 計(jì)算，即每年產(chǎn)生的甲烷可收益9555.84元。此外

14、，收集房分揀回收 的廢品可產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效益，據(jù)調(diào)查每年銷售廢品可獲1500元。 v綜上所述，新登鎮(zhèn)半山村采用的厭氧好氧生物質(zhì)垃圾處理工藝固定 投資為67500元，運(yùn)行費(fèi)用為6740元/年，而每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為 14295.84元。即每年凈產(chǎn)生收益7555.84元，固定投資9年即可收回 成本。 v利用樹干畢赤酵母發(fā)酵玉米秸稈制備燃料酒精工藝介紹： 濕熱預(yù)處理濕熱預(yù)處理 將 60g 玉米秸稈原料（絕干）與1L水混合，195預(yù) 處理15min，反應(yīng)結(jié)束后，將預(yù)處理液過濾為濾餅及水解液兩部分。 同步糖化發(fā)酵（同步糖化發(fā)酵（SSF） 預(yù)處理后的濾餅與不同比例水解液混合， 最終濾餅與溶液質(zhì)量體積比為50

15、g/L，液體預(yù)先用5mol/LNaOH調(diào)整到 pH值4.8。同步糖化發(fā)酵的第一步是在50溫度下進(jìn)行24h預(yù)水解， 加酶量10FPU/g（干物質(zhì)）。預(yù)水解后再加入纖維素酶20FPU/g（干 物質(zhì)），接入發(fā)酵種子使細(xì)胞干重達(dá)到2g/L，并加入0.2mL（24%） 的尿素進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵后得到的發(fā)酵液通過蒸餾可以得到一定純度的 酒精。 v生物質(zhì)液化技術(shù)在玉米秸稈制酒精方面的應(yīng)用 v生產(chǎn)纖維素乙醇公司 化工巨頭杜邦公司目前取得的重大突破就是， 基因改良了乙醇生產(chǎn)用細(xì)菌運(yùn)動發(fā)酵單胞菌 （Zymomonas mobilis），讓它們在分解玉米粒中 的葡萄糖和纖維中的木糖時(shí)一樣有效； 加拿大的Iogen公司擁

16、有世界上最先進(jìn)的纖維 素乙醇制造技術(shù)（Eco -EthanolTM）， 該公司的 核心生產(chǎn)工藝主要由原料的預(yù)處理、合成酶、酶水 解和乙醇發(fā)酵等四部分組成。 四、存在的問題及今后發(fā)展趨勢 4.1各種技術(shù)在我國生物質(zhì)垃圾資源化中存在的問題 生物質(zhì)發(fā)電生物質(zhì)液化生物質(zhì)氣化生物質(zhì)固化 現(xiàn)狀v較充分開發(fā)v技術(shù)成熟，有 一定開發(fā) v試驗(yàn)研究階 段 v技術(shù)成熟 目標(biāo)v實(shí)現(xiàn)商業(yè)化 發(fā)電及供熱 v需要大范圍的 推廣才能體現(xiàn)價(jià) 值 v技術(shù)上成熟v技術(shù)的推廣 存在問題v機(jī)組容量??； 氣化及發(fā)電效 率低氣體凈化 及焦油、灰和 廢水處理 v缺少大規(guī)模投 資所需要的資金， 且需要完備的硬 件軟件設(shè)施 v基礎(chǔ)性技術(shù) 研究有

17、待進(jìn)一 步發(fā)展 v改善工藝條件， 降低技術(shù)的成 本 1. 我國生物質(zhì)廢物資源化技術(shù)應(yīng)用發(fā)展方向應(yīng)該是大小并舉：在生物質(zhì) 垃圾資源集中地區(qū)，利用現(xiàn)有適用技術(shù)，完成大規(guī)模集成化生物質(zhì)能 源基地的建設(shè)；在分散地區(qū)，開發(fā)推廣分散式生物質(zhì)垃圾能源化基地， 尤其是在生物質(zhì)，可以充分發(fā)揮我國的優(yōu)勢，建立分散式沼氣工程示 范 4.2 今后發(fā)展趨勢 2. 國家應(yīng)該完善生物質(zhì)廢物資源化開發(fā)及利用的相關(guān)政策和法規(guī)，規(guī)范 產(chǎn)業(yè)化市場，為生物質(zhì)廢物資源化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好的環(huán)境和政策條 件，為生物質(zhì)產(chǎn)品找到出路； 3. 結(jié)合我國資源和市場特點(diǎn)，充分發(fā)揮科研自主創(chuàng)新能力，努力獲得擁 有自主知識產(chǎn)權(quán)的理論技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品，力

18、爭趕上發(fā)達(dá)國家水平。 五、相關(guān)資料 v糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB7959-1987） v畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范 v農(nóng)用污泥控制標(biāo)準(zhǔn)（GB4284-84） v城市生活垃圾好氧靜態(tài)堆肥處理技術(shù)規(guī)程 （CJJ/T 52-93） v秸稈焚燒和綜合利用管理辦法 v生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GWKB 3-2000） v生活垃圾t填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 16889-1997） 5.1相關(guān)法律法規(guī) 5.2生物燃料相關(guān)會議 v相關(guān)會議 vBiofuels (C3) （March 1 - 6, 2011 Swissotel The Stamford Singapore） vAdvanced Biofuels Workshop（June 14, 2010 Americas Center St. Louis, Missouri, USA） vBioFuels Conference（ August 12-13, 2010, Mississippi ） vThe third annual Oklahoma