生物質(zhì)垃圾處理處置技術(shù)

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：陳應(yīng)強(qiáng)導(dǎo)師：沈東升教授內(nèi)內(nèi)容容提提要要生物質(zhì)垃圾處理處置技術(shù)簡(jiǎn)介相關(guān)資料存在的問(wèn)題及今后發(fā)展趨勢(shì)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(guò)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(zhǎng)的有機(jī)物質(zhì)通稱為生物質(zhì)，它包括植物、動(dòng)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(lái)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 量大量大利用率低利用率低開(kāi)發(fā)潛力大

2、開(kāi)發(fā)潛力大環(huán)境治理迫切度環(huán)境治理迫切度我國(guó)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(zhǎng)期來(lái)一直以直接燃燒為主，只是近年來(lái)才開(kāi)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(guó)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(guó)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，而同期工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量為10 t億，畜糞便產(chǎn)

3、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(guó)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(lái)了土地負(fù)荷壓力過(guò)大、土壤及水體污染、空氣惡臭和疾病傳播等一系列問(wèn)題。1.3 生物質(zhì)垃圾的分類生物質(zhì)垃圾的分類按來(lái)源分按來(lái)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(guò)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，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(jiǎn)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

4、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(jiǎn)介2.2生物質(zhì)垃圾能源化技術(shù)生物質(zhì)發(fā)電生物質(zhì)氣化生物質(zhì)固化生物質(zhì)液化通過(guò)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。是指對(duì)垃圾中的生物質(zhì)部分采取一定物理化學(xué)和生物的方法制取氣態(tài)燃料的技術(shù)，包括制取生物質(zhì)燃?xì)夂驼託狻＞哂幸欢６鹊纳镔|(zhì)原料在一定壓力作用下制成棒狀、粒狀、塊狀等成型燃料。是指對(duì)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

5、技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀v生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)v國(guó)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(duì)鍋爐運(yùn)行和環(huán)境均無(wú)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(tái) 150 MW煤粉爐中直接混燃。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(wèn)題,但鍋爐灰量不能再用作水泥原料或肥料。國(guó)內(nèi)：東南大學(xué)曾對(duì)兩個(gè)各有三臺(tái)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(tái)75 t/ h 鍋爐,專燒生物

6、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?.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/ kWh ,所以經(jīng)濟(jì)效益反而好。v國(guó)外：到 20世紀(jì)80年代，美國(guó)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(kāi)發(fā)；加拿大12個(gè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室在開(kāi)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(guó)內(nèi)：我國(guó)在“八五”“九五”“十五”期間都有研究，目前全國(guó)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(tái)套。本實(shí)驗(yàn)室在生物

7、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(guò)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(guó)外：美國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)顆粒成型燃料，泰國(guó)、菲律賓和馬來(lái)西亞等第三世界國(guó)家發(fā)展了棒狀成型燃料，日本關(guān)東燃料行業(yè)協(xié)會(huì)推廣的鋸末碳。國(guó)內(nèi)：從20世紀(jì) 80年代中期起我國(guó)開(kāi)始了成型燃料的開(kāi)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(guó)際先進(jìn)水平。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)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)

8、備，遼寧省能源研究所則在國(guó)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(kāi)發(fā)出可移動(dòng)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(guó)外：美國(guó)原來(lái)用玉米等糧食作物制乙醇,巴西本來(lái)采用甘蔗等糖質(zhì)原料制乙醇,現(xiàn)在都在開(kāi)發(fā)第二代用生物質(zhì)廢物制液態(tài)燃料的方法,如美國(guó)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(guó)內(nèi)：2006 年底,國(guó)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

9、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(dòng)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(chǔ)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(zhǎng)度100mm的顆料燃料或尺寸為20120mm,長(zhǎng)度400mm的塊狀燃料供用戶燃用。其工藝過(guò)程一般為:干燥、制粉、調(diào)濕和壓縮機(jī)成型造粒。對(duì)秸稈、干草等也可壓縮

10、成捆,尺寸取決于打捆機(jī),方捆一般邊長(zhǎng)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(tái)鍋爐中混合燃燒。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(tái)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(huì)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

11、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%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

12、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20min/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(wàn)元，運(yùn)行費(fèi)用為0.7萬(wàn)/年v收益分析：該項(xiàng)目收益主要來(lái)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(chǎng)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，

13、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，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(guò)濾為濾餅及水解液兩部分。 同步

14、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50g/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(guò)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(dòng)發(fā)酵單胞菌（Zymomonas mobilis），

15、讓它們?cè)诜纸庥衩琢Ｖ械钠咸烟呛屠w維中的木糖時(shí)一樣有效； 加拿大的Iogen公司擁有世界上最先進(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(wèn)題及今后發(fā)展趨勢(shì) 4.1各種技術(shù)在我國(guó)生物質(zhì)垃圾資源化中存在的問(wèn)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(kāi)發(fā)v技術(shù)成熟，有一定開(kāi)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(wèn)題v機(jī)組容量小；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

16、軟件設(shè)施v基礎(chǔ)性技術(shù)研究有待進(jìn)一步發(fā)展v改善工藝條件，降低技術(shù)的成本 1. 我國(guó)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(kāi)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(guó)的優(yōu)勢(shì)，建立分散式沼氣工程示范4.2 今后發(fā)展趨勢(shì) 2. 國(guó)家應(yīng)該完善生物質(zhì)廢物資源化開(kāi)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(chǎng)，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(guó)資源和市場(chǎng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的理論技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品，

17、力爭(zhēng)趕上發(fā)達(dá)國(guó)家水平。五、相關(guān)資料v糞便無(wú)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(huì)議v相關(guān)會(huì)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 Bi