1 引言

MBV為機(jī)械、生物和發(fā)酵三字的德文縮寫。意思是用機(jī)械化的、生物的現(xiàn)代控制技術(shù)，處理日常生活垃圾，變廢為寶，回收再生資源，生產(chǎn)電、熱以及綠色肥料。MBV環(huán)保設(shè)施稱為MBA，是近年來德國蓬勃發(fā)展的環(huán)保產(chǎn)業(yè)，目前已建有60多座。如法蘭克福的一個(gè)環(huán)保企業(yè)RMB，其擁有一座現(xiàn)代化的MBV生活垃圾處理中心，生活垃圾年處理量為35000噸。2006年6月，法蘭克福市西部工業(yè)園區(qū)開工建設(shè)了一座全新的MBA，其規(guī)模比東部的RMB大3倍左右，發(fā)電發(fā)熱裝機(jī)容量為4兆瓦，每年處理垃圾9萬噸，計(jì)劃到2007年第三季度投產(chǎn)。由此可見，MBV是一項(xiàng)成熟的現(xiàn)代環(huán)保工程技術(shù)。

環(huán)保產(chǎn)業(yè)在狹義上講，涉及到水、空氣和垃圾，與人類生活息息相關(guān)。其中，垃圾處理已有很長的歷史，特別是工業(yè)革命以來一直困擾著人類。上世紀(jì)九十年代末、本世紀(jì)初，西方工業(yè)國家逐漸進(jìn)入MBV階段。在垃圾處理的第二、第三階段，伴隨著繁瑣的垃圾分檢�，F(xiàn)在德國大部分城市的垃圾分檢實(shí)行的都是三桶或四桶制度（即將垃圾分為三或四大類）。德國的北威州正在嘗試簡化分檢，試行二桶制度（即將垃圾分為可回收和不可回收二大類）。

但在MBV階段，人們不再需要繁瑣的垃圾分檢、累贅的垃圾堆放場和昂貴的大型垃圾焚燒發(fā)電供熱站。

2 MBV生物發(fā)酵的理論基礎(chǔ)

MBV的核心是微生物發(fā)酵技術(shù)。MBV處理生活垃圾，主要利用了該技術(shù)的厭氧性和喜氧性發(fā)酵。

2.1 MBV厭氧性發(fā)酵原理

（1）厭氧性發(fā)酵

沼氣池是利用厭氧性發(fā)酵原理的雛形。MBV厭氧性發(fā)酵可以分為四個(gè)階段：水解、酸化、醋化和甲烷。

1）水解：水解細(xì)菌利用發(fā)酵酶，將高分子有機(jī)物如蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、碳水化合物等，轉(zhuǎn)化為低分子化合物，如單糖、氨基酸、脂肪酸和水等。

2）酸化：酸化細(xì)菌消化由水解階段產(chǎn)生的低分子化合物，在垃圾水漿中以階乘遞增速度繁殖增長，幾乎耗盡垃圾水漿中的全部氧氣，為甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了良好的生長環(huán)境。酸化細(xì)菌生產(chǎn)出二氧化碳、氫氣、酒精和各種低分子有機(jī)酸等。

3）醋化：醋化細(xì)菌消化各種有機(jī)酸，生產(chǎn)出甲烷細(xì)菌需要的醋酸、二氧化碳和氫氣。醋化細(xì)菌對(duì)溫度十分敏感。

4）甲烷：甲烷細(xì)菌消化醋酸、甲酸、氫氣和二氧化碳等。大約90%的甲烷在這一階段產(chǎn)出，其中約70%來自醋酸。甲烷細(xì)菌完全厭氧，最佳的酸堿度為中性。

（2）發(fā)酵系統(tǒng)的分類

基于上述厭氧性發(fā)酵的四個(gè)階段，目前主要采用一級(jí)或二級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)。

1）一級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)：厭氧性發(fā)酵的四個(gè)階段在同一個(gè)發(fā)酵室內(nèi)控制進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)是投資較少，缺點(diǎn)是發(fā)酵制控水平低，生物氣的質(zhì)量低。目前，許多MBV設(shè)施采用一級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)。如印度農(nóng)民的沼氣池，地上挖個(gè)帶有進(jìn)出口的大坑，蓋上一層帶有導(dǎo)氣管的尼龍薄膜，即可成為一個(gè)一級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)。

2）二級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)：厭氧性發(fā)酵的水解和酸化階段在一個(gè)發(fā)酵室內(nèi)控制進(jìn)行，醋化和甲烷階段在另一個(gè)發(fā)酵室內(nèi)控制進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)是發(fā)酵制控度強(qiáng)，生物氣的質(zhì)量高，甲烷含量可達(dá)到80%。缺點(diǎn)是投資量大，需要兩套監(jiān)控系統(tǒng)。

3）組合型發(fā)酵系統(tǒng)（簡稱三級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)）：組合型發(fā)酵系統(tǒng)具有兩個(gè)發(fā)酵室。在兩個(gè)發(fā)酵室之間裝有閘門和調(diào)控設(shè)備。根據(jù)垃圾水漿的不同類型，可通過閘門的開和關(guān)，靈活地連通和切斷兩個(gè)發(fā)酵室的聯(lián)結(jié)。當(dāng)閘門打開時(shí)，兩個(gè)發(fā)酵室連成一體，成為一級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)；當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)，組合型發(fā)酵系統(tǒng)成為二級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于有機(jī)垃圾年供應(yīng)量在15萬噸以上的城市。

4）模塊組合型發(fā)酵系統(tǒng)（簡稱四級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)）：模塊組合型發(fā)酵系統(tǒng)的模塊是一個(gè)三級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)。模塊之間裝有閘門和調(diào)控設(shè)備。當(dāng)有機(jī)垃圾年供應(yīng)量達(dá)30萬噸以上時(shí)，可采用此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而且，模塊數(shù)越多，經(jīng)濟(jì)效益越高。模塊間的空間關(guān)系可以是平面和上下兩種結(jié)構(gòu)。平面結(jié)構(gòu)安全性高，上下結(jié)構(gòu)可節(jié)省土地。

理論上講，厭氧性發(fā)酵的每個(gè)階段都可配備一個(gè)發(fā)酵室。但模塊組合型發(fā)酵系統(tǒng)要求更高的發(fā)酵制控水平和對(duì)發(fā)酵過程更深的認(rèn)識(shí)。

5）模塊組合層型發(fā)酵系統(tǒng)（簡稱五級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)）；模塊組合層型發(fā)酵系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與模塊組合型發(fā)酵系統(tǒng)類似，只是在每個(gè)發(fā)酵室內(nèi)再縱向分層、橫向分段。最簡單的分兩層：上層為生物氣，下層為垃圾水漿。垃圾水漿可以多層制控，特別是在最底層，有害物質(zhì)含量較高。但是，多層制控要求對(duì)垃圾水漿的分類和各類垃圾水漿的物理和生化特性有更深層的理解，發(fā)酵室的制控設(shè)備也復(fù)雜得多。另外，可以在上層為生物氣的垂直方向上分段。在第一個(gè)發(fā)酵室入口的一段距離內(nèi)，生物氣的質(zhì)量低，可能都是廢氣，如果采用滑動(dòng)隔離方式，就可以提高生物氣的質(zhì)量。

（3）厭氧性發(fā)酵細(xì)菌的生長因素

根據(jù)厭氧性發(fā)酵細(xì)菌的生長因素，人們可以設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，為它們創(chuàng)造良好的生長環(huán)境。影響厭氧性發(fā)酵細(xì)菌繁殖生長的已知因素有：

1）潮濕的環(huán)境�？刂茀�(shù)為濕度。厭氧性發(fā)酵細(xì)菌只能在潮濕的環(huán)境下繁殖。垃圾水漿的濕度應(yīng)在50%以上。

2）密封的環(huán)境。光會(huì)嚴(yán)重阻礙厭氧性發(fā)酵細(xì)菌的增長。所以，發(fā)酵需在密封的條件下控制進(jìn)行。

3）平穩(wěn)的溫度。甲烷細(xì)菌生長的溫度為0℃～70℃。在0℃～70℃之間，溫度越高，發(fā)酵速度就越快，產(chǎn)氣量就越多，垃圾處理量就越大。但同時(shí)，生物氣的質(zhì)量也就越低，發(fā)酵制控水平的要求就越高。

合適的溫度，取決于垃圾水漿的類型。人們通常把0℃～70℃劃成三個(gè)溫度區(qū)：0℃～25℃為低溫區(qū)；25℃～45℃為中溫區(qū)；45℃～70℃為高溫區(qū)。

當(dāng)前，大多數(shù)MBV設(shè)施采用中溫區(qū)。二級(jí)以上的發(fā)酵系統(tǒng)可以靈活調(diào)節(jié)各個(gè)發(fā)酵室的溫度。但是，不管溫度設(shè)在哪區(qū)，都需恒溫，恒溫誤差控制在1℃以內(nèi)。RMB公司的MBV設(shè)施運(yùn)行溫度設(shè)在57℃。

4）合適的酸堿度�？刂茀�(shù)為pH值。在水解和酸化階段，pH值應(yīng)為4.5～6.3。在醋化和甲烷階段，酸堿度的最佳點(diǎn)應(yīng)為中性。垃圾水漿的pH測定值是一個(gè)時(shí)間滯后值，調(diào)節(jié)到最佳區(qū)間需要一段時(shí)間。垃圾水漿的配料對(duì)酸堿度有很大影響。根據(jù)分類垃圾水漿的發(fā)酵經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，人們可以預(yù)先設(shè)計(jì)垃圾水漿的配料和灌注速度，以實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到理想的pH值區(qū)。

5）垃圾水漿類型。垃圾水漿的分類和實(shí)時(shí)操作經(jīng)驗(yàn)對(duì)MBV設(shè)施的經(jīng)濟(jì)效益有很大影響。簡易的分類可分為混合類和特殊類等。

混合類：包括所有的有機(jī)生活垃圾。對(duì)于混合類垃圾水漿，可以打開三級(jí)以上發(fā)酵系統(tǒng)的閘門或模塊間的閘門，連通多個(gè)發(fā)酵室，成為一級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)。

特殊類：如植物的葉、莖、梗、塊根等為一類，當(dāng)前，人們正在研究這一類生物垃圾的最佳發(fā)酵過程。另一類為人畜排泄物，對(duì)這類的發(fā)酵，人們已有豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。此外還有污水處理后的污泥類等。

6）垃圾顆粒的表面積。垃圾在水漿中的顆粒越細(xì)，其總的表面積就越大，細(xì)菌對(duì)垃圾的攻擊面就越大，發(fā)酵速度就越快。

7）垃圾水漿的均勻灌注。發(fā)酵室的垃圾水漿不能過滿，也不能過少。垃圾水漿的灌注速度必須均勻。其實(shí)際操作數(shù)據(jù)要依據(jù)垃圾水漿的類型進(jìn)行調(diào)整。

8）及時(shí)導(dǎo)出生物氣。否則，會(huì)因壓力過大而對(duì)發(fā)酵室造成危險(xiǎn)。

9）有害物質(zhì)。垃圾水漿中會(huì)含有有害物質(zhì)，或在發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)。這些有害物質(zhì)會(huì)破壞發(fā)酵細(xì)菌的細(xì)胞表層或細(xì)胞結(jié)構(gòu)，或破壞發(fā)酵酶。常見的有害物質(zhì)有氧氣、抗菌素、化療物、消毒劑、某些有機(jī)酸、碳酸、氨以及某些脂肪酸組合物，最有害的是硫化氫氣。

（4）發(fā)酵過程的參數(shù)

發(fā)酵過程的描述性參數(shù)有三個(gè)：發(fā)酵度、發(fā)酵室載重和垃圾水漿在發(fā)酵室的滯留時(shí)間。發(fā)酵度與發(fā)酵室載重和滯留時(shí)間相關(guān)。

1）發(fā)酵室載重：此參數(shù)的單位是kgOTS/m3d（OTS代表干燥有機(jī)物），它的意義是每天向發(fā)酵室灌輸?shù)?m3垃圾水漿中的干燥有機(jī)物的公斤數(shù)。發(fā)酵室載重不能過高也不能過低。

2）滯留時(shí)間：與垃圾類型和發(fā)酵室溫度有關(guān)。

3）發(fā)酵度：100%的垃圾發(fā)酵是不經(jīng)濟(jì)的。在垃圾不含木質(zhì)素時(shí)，才能完全發(fā)酵而礦物質(zhì)化。

發(fā)酵過程的其它控制參數(shù)有：溫度、pH值、垃圾類型、生物氣的氣流量以及硫和氨的含量、生物氣成分、氫離子濃度、垃圾水漿儲(chǔ)存緩沖能力及其它脂肪酸的含量等。

2.2 MBV喜氧性發(fā)酵原理

已有幾千年歷史的堆肥發(fā)酵，是喜氧性發(fā)酵原理應(yīng)用的原始典型。目前，通過工業(yè)化制控手段，可使自然堆肥的發(fā)酵時(shí)間從8個(gè)月左右縮短至5個(gè)星期之內(nèi)，并且提高了堆肥的質(zhì)量。喜氧性發(fā)酵過程可分為三個(gè)階段：分解、腐殖質(zhì)營養(yǎng)和腐殖質(zhì)泥化階段。

（1）喜氧性發(fā)酵過程

1）分解階段。此時(shí)的微生物對(duì)生活環(huán)境要求不高。易分解的化合物如糖、蛋白質(zhì)、淀粉等被分解為多糖、硝酸鹽、二氧化碳、氨、氨基酸等。有機(jī)物的營養(yǎng)成分被分解，并且部分地被還原成礦物質(zhì)形式，溫度在此階段會(huì)升到70℃以上。

2）腐殖質(zhì)營養(yǎng)階段。分解階段的礦化營養(yǎng)物作為基本原料，聯(lián)合其它分解物，就形成了腐殖質(zhì)營養(yǎng)復(fù)合體。此階段的溫度逐漸降到30℃左右。這一階段的微生物不同于分解階段的微生物，它們對(duì)生活環(huán)境的要求較高，主要是溫度、濕度、空氣和不透光。

3）腐殖質(zhì)泥化階段。腐殖質(zhì)營養(yǎng)體在這一階段逐漸泥化。腐殖質(zhì)對(duì)植物的直接營養(yǎng)作用逐漸降低，但其改良土壤的作用逐漸升高。

在喜氧性發(fā)酵的工業(yè)化控制過程中，發(fā)酵的分解和腐殖質(zhì)營養(yǎng)階段在一個(gè)帶有通氣和排氣設(shè)備的密封水泥房中控制進(jìn)行。通氣和排氣設(shè)備控制著發(fā)酵房中的溫度、濕度和空氣，使微生物有一個(gè)良好的生長環(huán)境。腐殖質(zhì)泥化階段在一個(gè)開放的自放通氣發(fā)酵廳內(nèi)控制進(jìn)行。發(fā)酵時(shí)間約為2個(gè)星期。

（2）喜氧性發(fā)酵的控制因素

喜氧性發(fā)酵的控制相比厭氧性發(fā)酵的控制要簡單得多。它的控制因素有：濕度、溫度、空氣、不透光；生物垃圾的成分；泥土加入量。

其中，泥土的加入量約為10%。江、河、湖中的淤泥最好。因此，可以考慮建造吸泥船，既能疏通河道，增加蓄水能力，又能生產(chǎn)堆肥。

目前，利用現(xiàn)代堆肥發(fā)酵技術(shù)，就能有效地控制以上所述的各個(gè)發(fā)酵因素。

3 MBV平面設(shè)計(jì)

MBV環(huán)保設(shè)施由垃圾機(jī)械分檢廳、厭氧性發(fā)酵模塊、堆肥發(fā)酵排房廳、組套熱發(fā)電機(jī)組、廢氣處理設(shè)施5大部分組成，其平面設(shè)計(jì)示意見圖1。

圖1中的發(fā)酵室11和發(fā)酵室12組成一個(gè)模塊，簡稱模塊1；發(fā)酵室21和發(fā)酵室22組成一個(gè)模塊，簡稱模塊2；發(fā)酵室31和發(fā)酵室32組成一個(gè)模塊，簡稱模塊3；發(fā)酵室41和發(fā)酵室42組成一個(gè)模塊，簡稱模塊4。

以此類推，MBV環(huán)保設(shè)施可以有N個(gè)模塊。每個(gè)發(fā)酵室約長50m，寬15m，高15m。一個(gè)模塊的兩個(gè)發(fā)酵室之間的距離約15m，模塊之間的距離約30m。發(fā)酵室之間和模塊之間除了安裝閘門外，還需安裝各類測控設(shè)備。

法蘭克福市RMB公司1999年投產(chǎn)的MBV設(shè)施僅有一個(gè)發(fā)酵室。所以，它用的材料都比較貴重，測控設(shè)備也具備很高的要求，整體造價(jià)很高。但是投產(chǎn)后的維修保養(yǎng)費(fèi)用很低，并且折舊年限高達(dá)20年。在20年內(nèi)，除了收回投資外，還有豐厚的利潤。而且，它的社會(huì)效益很大，既保護(hù)了環(huán)境，又提供了能源和就業(yè)機(jī)會(huì)。現(xiàn)在，人們開始建造模塊式的MBV環(huán)保設(shè)施。

三級(jí)以上的MBV發(fā)酵系統(tǒng)的各個(gè)發(fā)酵室可關(guān)可通，這給維修保養(yǎng)帶來了很大的方便�？梢越档桶l(fā)酵室和測控系統(tǒng)的材料質(zhì)量要求，折舊年限水平可設(shè)計(jì)在50年，平均5年維修一次。這樣，就可以大幅度降低MBV環(huán)保設(shè)施的初期投資并可以擴(kuò)大融資期限，減輕每年的投資強(qiáng)度，使得每個(gè)城市都能馬上著手建設(shè)MBV環(huán)保設(shè)施，改善居民生活環(huán)境。

從MBV平面設(shè)計(jì)示意圖可以看到，MBV環(huán)保工程技術(shù)是一項(xiàng)多門學(xué)科綜合應(yīng)用的集成型高科技。它涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、生物發(fā)酵、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)、建筑設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)科技、廢氣處理等方面。它的各個(gè)組成部分互相關(guān)聯(lián)，共同決定MBV環(huán)保設(shè)施的整體經(jīng)濟(jì)效益。

4 MBV操作流程圖

MBV操作流程由垃圾分檢流程、厭氧性發(fā)酵流程、喜氧性發(fā)酵流程、發(fā)電供熱流程、廢氣凈化流程5個(gè)子流程組成。操作流程見圖2。

圖2示意了人與自然的友好循環(huán)體系。圖的下半部分為MBV的配套設(shè)施，如蔬菜生產(chǎn)基地、人畜排污物處理中心等。處理中心難以處理的污泥，正是MBV設(shè)施的優(yōu)質(zhì)原料之一。這樣，MBV環(huán)保設(shè)施、蔬菜種植業(yè)和排污物處理中心就可以相互協(xié)調(diào)、互相促進(jìn)，徹底解決城市排污、生活垃圾處理和綠色蔬菜供應(yīng)的問題。

4.1 垃圾分檢流程（見圖3）

圖3所示的垃圾分檢流程僅作為一個(gè)樣例。根據(jù)垃圾機(jī)械分檢設(shè)備的發(fā)展和垃圾分檢深度的需要，可以添加相應(yīng)的分檢設(shè)備。

從圖3中可以看出，各種分檢設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)均需要大量的電能。在2006年10月德國環(huán)保工業(yè)展覽會(huì)（Entsorga-

Enteco）上，奧地利展出的一臺(tái)大型垃圾粉碎機(jī)就需用20kW的電功率。若所有垃圾分檢設(shè)備都用公用電網(wǎng)的電能，則費(fèi)用很高，MBV設(shè)施就難以贏利。而MBV設(shè)施的發(fā)電供熱流程，能夠提供垃圾分檢流程所需要的大量電能。

垃圾分檢設(shè)備的分檢能力是人們所關(guān)心的焦點(diǎn)之一。目前，生活垃圾可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化分檢，只是其生產(chǎn)成本還太高。我國袋裝型生活垃圾的特點(diǎn)是水分大、粘性高、成分復(fù)雜。為此，人們應(yīng)該采用先潮濕型、后干燥型的分檢過程。深水滾動(dòng)分洗池是分檢潮濕型垃圾的主要分檢設(shè)備。它的分檢輸出分為三類：生物污泥、干凈的重物和輕飄物。而且，潮濕型垃圾分檢過程可以與后續(xù)的潮濕型厭氧性發(fā)酵的前三個(gè)發(fā)酵階段有效地結(jié)合起來。

4.2 厭氧性發(fā)酵流程

以三級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)為例，演示厭氧性發(fā)酵流程（見圖4）。

垃圾水漿在發(fā)酵室1內(nèi)的滯留時(shí)間相應(yīng)于發(fā)酵的水解和酸化階段。垃圾水漿在發(fā)酵室2內(nèi)的滯留時(shí)間相應(yīng)于發(fā)酵的醋化和甲烷階段。螺型壓干機(jī)后的水中含有許多厭氧性發(fā)酵細(xì)菌，經(jīng)過簡單的凈水器就可以把它們送入下一輪發(fā)酵過程。這是一個(gè)厭氧性發(fā)酵細(xì)菌正反饋的應(yīng)用過程。所以，一個(gè)大型的MBV發(fā)酵系統(tǒng)一旦啟動(dòng)起來，由于慣性大和厭氧性發(fā)酵細(xì)菌的正反饋過程，就基本不會(huì)產(chǎn)生發(fā)酵過程中的死池現(xiàn)象。它就象一座無煙的熊熊燃燒的超大型鍋爐，吞噬著成批的生物垃圾，生產(chǎn)出大量的生物氣，供給組套熱發(fā)電機(jī)組，發(fā)出巨大的電能和熱能。

4.3 發(fā)電供熱流程

發(fā)電供熱流程的關(guān)鍵設(shè)備是比較昂貴的組套熱發(fā)電機(jī)組，其使用壽命與生物氣的凈化程度有關(guān)。生物氣中毒性和腐蝕性最大的氣體是硫化氫。發(fā)電供熱流程見圖5。

厭氧性發(fā)酵流程的大量生物氣中含有多種氣體，主要有甲烷、二氧化碳、水汽、氮和硫化氫等。組套熱發(fā)電機(jī)組一般要求甲烷含量不低于40%。另外，硫化氫應(yīng)從生物氣中清除。由于甲烷和二氧化碳的水溶性不同，可以通過一定的過濾設(shè)備，清除生物氣中的大部分二氧化碳并提高生物氣的干燥度。這一類提高生物氣質(zhì)量的措施都是現(xiàn)代科技發(fā)展的結(jié)果，如凈化硫化氫的噴氣設(shè)備和生物設(shè)備就是最近幾年的科技發(fā)展產(chǎn)物，特別是Seaborne技術(shù)可利用硫化氫和發(fā)酵剩余物生產(chǎn)化肥等。

生物氣經(jīng)過凈化后可以儲(chǔ)存，也可以送入組套熱發(fā)電機(jī)組。相對(duì)于太陽能和風(fēng)能，生物氣的儲(chǔ)存功能是一大優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，只有MBV環(huán)保設(shè)施達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，生物氣的儲(chǔ)存才有經(jīng)濟(jì)效益。而且，生物氣、風(fēng)能和太陽能可以相互結(jié)合，組成一個(gè)不受太陽、風(fēng)等自然氣候條件影響的能源供給系統(tǒng)。

根據(jù)德國公司運(yùn)行MBV設(shè)施的經(jīng)驗(yàn)，如法蘭克福市的RMB公司，其MBV設(shè)施所生產(chǎn)的電能，除了供給MBV設(shè)施的所有設(shè)備使用外，還有約1/2可輸入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。所生產(chǎn)的熱能，除了供給發(fā)酵室升溫和恒溫外，還可剩余1/3。這都要?dú)w功于組套熱發(fā)電機(jī)組的高效率。該設(shè)備的發(fā)電效率在35%以上，發(fā)熱效率在45%以上，總效率高達(dá)80%以上。正是它的高效率，才使得整個(gè)MBV環(huán)保設(shè)施具有了經(jīng)濟(jì)效益，MBV環(huán)保工程科技才有了產(chǎn)生的基礎(chǔ)。

4.4 喜氧性發(fā)酵流程（堆肥發(fā)酵流程）

喜氧性發(fā)酵流程由發(fā)酵排房序列、自放通氣發(fā)酵廳、堆肥篩選廳、通氣設(shè)備和排氣設(shè)備5個(gè)部分組成。具體流程見圖6。

對(duì)于一般家庭花園中的簡易堆肥設(shè)施，一次發(fā)酵需要約8個(gè)月的時(shí)間。依靠現(xiàn)代制控技術(shù)調(diào)節(jié)發(fā)酵最佳因素，已可使發(fā)酵時(shí)間縮短到5個(gè)星期以內(nèi)。堆肥經(jīng)過篩選后，清除了各種有害物質(zhì)，成為衛(wèi)生的綠色肥料，用此可生產(chǎn)出高質(zhì)的綠色食品。通過加入各種特色物質(zhì)，還可以生產(chǎn)出各種特色綠肥，促進(jìn)相應(yīng)的花卉植物的生長。法蘭克福市RMB公司生產(chǎn)的綠肥有專供改良土壤的、有適用于特定花卉的等。

4.5 廢氣凈化流程

廢氣凈化流程的重點(diǎn)之一是清除硫化氫。MBV環(huán)保設(shè)施幾乎在全封閉的狀態(tài)下運(yùn)行，所有有害氣體都經(jīng)過處理后由廢氣排放煙囪排出（見圖7）。

MBV環(huán)保設(shè)施的廢氣來自于它的四個(gè)流程: 發(fā)電供熱流程、喜氧性發(fā)酵流程、垃圾分檢流程和厭氧性發(fā)酵流程。組套熱發(fā)電機(jī)組燃燒生物氣，放出大量二氧化組套熱發(fā)電機(jī)組燃燒生物氣，放出大量二氧化碳；喜氧性發(fā)酵流程會(huì)消耗空氣中的氧氣，產(chǎn)生各種垃圾發(fā)酵廢氣；厭氧性發(fā)酵流程產(chǎn)出的生物氣經(jīng)過凈化處理后將分離出一部分廢氣；垃圾本身在垃圾分檢流程中也將放出一部分廢氣。

蔬菜等植物光合作用需要的二氧化碳，可以從MBV設(shè)施的二氧化碳通道直接獲得，而且純度高。根據(jù)德國2005年的一個(gè)農(nóng)科研究成果測定，黃瓜、番茄大棚內(nèi)多輸入16%的二氧化碳，可增產(chǎn)約20%。荷蘭有西歐蔬菜生產(chǎn)基地的聲譽(yù)，應(yīng)用這項(xiàng)增產(chǎn)技術(shù)較普遍。所以，MBV環(huán)保設(shè)施周圍的安全空域地帶應(yīng)該用于蔬菜生產(chǎn)。另外，人們可以進(jìn)一步提高二氧化碳純度，清除氧氣和其它廢氣，供給相關(guān)專業(yè)使用，如避氧焊接專業(yè)等。

處理二氧化碳之外的其它各種廢氣可以利用一個(gè)小型垃圾焚燒發(fā)電供熱站。溫度可設(shè)計(jì)在1200℃以上，有必要時(shí)可附加某些常規(guī)的堿洗或酸洗過程。最后，氣流通過大型生物過濾箱后進(jìn)入天空。

在以上流程中，MBV設(shè)施還應(yīng)配套以下幾個(gè)系統(tǒng)：供氣、排氣系統(tǒng)、供水、排水系統(tǒng)，供電系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、運(yùn)行數(shù)據(jù)測量和處理系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

5 MBV運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意的問題

（1）一結(jié)合

我國的袋裝生活垃圾由于具有水分大、粘性高、成分復(fù)雜的特點(diǎn)，因而垃圾分檢過程應(yīng)該采用先潮濕型、后干燥型的分檢過程。并且，潮濕型分檢過程可有效地與潮濕型厭氧性發(fā)酵過程的前三個(gè)階段（水解、酸化、醋化）結(jié)合起來。

（2）三化

1）磚化: 垃圾分檢流程分檢出一部分硬物，如磚石等。此類硬物可就地轉(zhuǎn)化，用于建造更多的發(fā)酵室和深水滾動(dòng)分洗池。2）肥化：所有生物垃圾通過生物發(fā)酵過程變?yōu)榫G肥，用于種植業(yè)。3）油化：垃圾分檢流程將分檢出廢塑料等。廢塑料就地油化后用于制造再生塑料袋，可用于包裝生產(chǎn)的綠肥等。

（3）四循環(huán)

1）水循環(huán)：MBV環(huán)保設(shè)施除了投產(chǎn)時(shí)需要大量水外，以后為循環(huán)用水。包括發(fā)酵室循環(huán)用水和深水滾動(dòng)分洗池的循環(huán)用水。2）熱循環(huán)：組套熱發(fā)電機(jī)組的發(fā)熱供給發(fā)酵室升溫和恒溫使用，以提高生物發(fā)酵效益，生產(chǎn)更多的生物氣。由此，組套熱發(fā)電機(jī)組將燃燒更多的生物氣、釋放出更多的熱量，直到達(dá)成某一平衡狀態(tài)。3）二氧化碳循環(huán)：二氧化碳用于種植業(yè)為小循環(huán)，MBV環(huán)保設(shè)施與大氣形成二氧化碳大循環(huán)。4）厭氧性發(fā)酵菌循環(huán)：厭氧性發(fā)酵過程中的前一輪發(fā)酵微生物經(jīng)過凈水器后送入下一輪的厭氧性發(fā)酵過程，形成厭氧性發(fā)酵過程的一個(gè)正反饋過程。

（4）六關(guān)聯(lián)

1）垃圾堆放場的垃圾可為MBV環(huán)保設(shè)施的垃圾原料之一，通過MBV環(huán)保設(shè)施，逐步消化現(xiàn)有垃圾堆放場的垃圾，最后，徹底撤除垃圾堆放場。2）每個(gè)城市都應(yīng)有一個(gè)人畜排污物處理中心。中心的污泥恰好是MBV設(shè)施的優(yōu)質(zhì)原料之一。3）小型垃圾焚燒發(fā)電供熱站容易設(shè)計(jì)制造、成本低、運(yùn)行溫度高，可以與MBV設(shè)施的廢氣處理和殘?jiān)幚碛行У亟Y(jié)合起來。4）MBV環(huán)保設(shè)施周圍最好無居民區(qū)。其空域地帶可建設(shè)蔬菜生產(chǎn)基地。5）與蔬菜生產(chǎn)基地兼容的禽畜養(yǎng)殖業(yè)也直接與MBV環(huán)保設(shè)施兼容，其所產(chǎn)生的排污物是發(fā)酵優(yōu)質(zhì)原料之一。6）大量的農(nóng)作物秸稈也是MBV設(shè)施的發(fā)酵原料之一，并可避免因焚燒秸桿產(chǎn)生大量濃煙污染空氣。

6 MBV環(huán)保設(shè)施與大型垃圾焚燒發(fā)電供熱站的簡要比較

與大型垃圾焚燒發(fā)電供熱站相比，MBV環(huán)保設(shè)施具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

（1）在同一垃圾年處理量的前提下，投資額只有大型垃圾焚燒發(fā)電供熱站的1/10左右；

（2）無二次污染；

（3）再生資源回收利用率達(dá)100%；

（4）可生產(chǎn)綠肥供應(yīng)種植業(yè)；

（5）盈利性運(yùn)行。

7 MBV設(shè)施的地點(diǎn)選擇及其它

MBV設(shè)施的地點(diǎn)會(huì)直接影響它的整體長期經(jīng)濟(jì)效益。所以，在地點(diǎn)選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種影響因素。

（1）接近垃圾源

MBV有機(jī)垃圾源有：廚余垃圾；農(nóng)、林、牧、漁的各種生物垃圾（如葉、莖、梗、根、塊根等）；人畜排泄物；動(dòng)物尸體；市場過期食物、糧倉的變質(zhì)糧食；污水處理后的污泥；江、河、湖、海中的各種水生植物和淤泥等。

總之，除了特殊垃圾外，包含各種有機(jī)物垃圾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類生活垃圾的50%左右為有機(jī)垃圾，其余的大部分是再生資源，只有3%左右才是真正的廢料。

（2）接近污水處理設(shè)施

一個(gè)城市的污水處理設(shè)施是居民排污物的處理中心。污水處理后的污泥是MBV設(shè)施的優(yōu)質(zhì)垃圾源。另外，MBV設(shè)施產(chǎn)生的極少一部分的污水可直達(dá)污水處理設(shè)施。

（3）接近農(nóng)田

接近農(nóng)田，可直接利用MBV設(shè)施生產(chǎn)的綠肥。

（4）接近公共電網(wǎng)變電站

MBV設(shè)施生產(chǎn)的電能除了本身消耗外，還有1/2左右可輸入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。

（5）接近居民供熱網(wǎng)

MBV設(shè)施生產(chǎn)的熱能除了供本身使用外，剩余部分可輸入居民供熱網(wǎng)。

（6）接近小型垃圾焚燒設(shè)施或衛(wèi)生掩埋場

生活垃圾經(jīng)過MBV設(shè)施處理后，極少的殘余部分可以被焚燒或衛(wèi)生掩埋。

（7）接近交通路線

接近交通路線可以減少垃圾運(yùn)輸?shù)缆返慕ㄔO(shè)。

（8）接近大型禽畜養(yǎng)殖場

禽畜類的排泄物是MBV設(shè)施的優(yōu)質(zhì)原料，并且它與蔬菜生產(chǎn)基地兼容。

（9）蔬菜玻璃暖房

MBV設(shè)施的組套熱發(fā)電機(jī)組燃燒甲烷，釋放出大量二氧化碳，造成局部地區(qū)空氣中的二氧化碳含量過高。利用玻璃暖房輸送二氧化碳，可促進(jìn)蔬菜生長，降低空氣中二氧化碳含量。

（10）MBV環(huán)保設(shè)施的安全

隨著有機(jī)垃圾供應(yīng)量的增加，人們可以不斷地?cái)U(kuò)建四級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)的模塊。但是考慮到MBV環(huán)保設(shè)施的安全性和它接近垃圾源的因素，一個(gè)大城市應(yīng)該在東南西北的各個(gè)方向上，都建設(shè)一個(gè)MBV環(huán)保設(shè)施。一個(gè)MBV設(shè)施受損或停運(yùn)，其余的MBV設(shè)施可承擔(dān)或進(jìn)行補(bǔ)充再運(yùn)營。

（11）綜合利用

因?yàn)镸BV設(shè)施占地面積較大，所以應(yīng)該考慮土地的綜合利用，以提高M(jìn)BV設(shè)施的整體經(jīng)濟(jì)效益。如：

1）在發(fā)酵室頂上可建玻璃暖房，組套熱發(fā)電機(jī)組放出的二氧化碳就可近地利用。但發(fā)酵室頂上不宜建造太陽能發(fā)電裝置。

2）由于MBV發(fā)酵過程是循環(huán)用水過程，因而進(jìn)行大面積的雨水積蓄足以滿足MBV設(shè)施的用水。

3）可在MBV設(shè)施的安全性空域之處建造簡易豎型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

4）垃圾分檢廳和堆肥排房發(fā)酵廳的屋頂可設(shè)計(jì)利用太陽能發(fā)電。

5）可在MBV設(shè)施中進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)技術(shù)研究。

（12）控制建設(shè)成本

MBV設(shè)施的建設(shè)成本可高可低。德國的MBV設(shè)施發(fā)酵室的內(nèi)壁高級(jí)不銹鋼雖可用幾十年，但造價(jià)貴；而印度農(nóng)民采用的大土坑又過于簡陋。降低建設(shè)成本可采取以下措施：

1）采用70厘米厚的水泥墻作為發(fā)酵室的內(nèi)壁，可用十年。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，十年內(nèi)可能腐蝕20厘米厚的水泥墻。因此上屋建筑應(yīng)設(shè)計(jì)在余下的50厘米厚的水泥基礎(chǔ)上。因?yàn)槿?jí)以上的發(fā)酵系統(tǒng)已特別適合維修保養(yǎng)，所以，發(fā)酵室可以設(shè)計(jì)為五年維修一次。并且，發(fā)酵室的內(nèi)壁可涂上一層不影響發(fā)酵細(xì)菌生長的防腐涂料，以延長維修時(shí)間。另外，可以降低發(fā)酵室的大型攪拌加熱機(jī)的高材質(zhì)要求。

2）組套熱發(fā)電機(jī)組比較昂貴，德國組套熱發(fā)電機(jī)組在硫化氫等毒氣含量較高時(shí)雖也能使用五年左右，但過后，組套熱發(fā)電機(jī)組的氣缸和活塞等都會(huì)被腐蝕以至不能使用。所以如果其它國家的組套熱發(fā)電機(jī)組價(jià)格便宜很多，也可以在大型MBV設(shè)施中適量選用。

3）MBV設(shè)施的規(guī)模在初期可以只有一個(gè)模塊，投產(chǎn)后，用所得利潤再擴(kuò)建第二個(gè)模塊。

以上各個(gè)因素很難都統(tǒng)一起來，只能盡力而為。主要應(yīng)該考慮將人畜排污物處理中心、蔬菜種植業(yè)和大型禽畜養(yǎng)殖場結(jié)合起來。MBV設(shè)施地點(diǎn)的選擇還與一個(gè)城市的整體布局規(guī)劃相關(guān)。

8 結(jié)語

（1）通過應(yīng)用MBV環(huán)保工程技術(shù)，可以越過西方國家工業(yè)化過程中的多個(gè)環(huán)保階段：累贅的垃圾堆放場、繁瑣的垃圾分檢、昂貴的垃圾焚燒發(fā)電供熱站等，從而一步到位，直接形成一個(gè)環(huán)保的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系。

（2）本文首次引入三級(jí)以上的發(fā)酵系統(tǒng)概念：組合型發(fā)酵系統(tǒng)、模塊組合型發(fā)酵系統(tǒng)、模塊組合層型發(fā)酵系統(tǒng)。它們兼顧一級(jí)和二級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，適合于大型或超大型MBV環(huán)保設(shè)施。

（3）在德國，除了國家產(chǎn)業(yè)政策的扶持和補(bǔ)貼外，MBV環(huán)保設(shè)施已能準(zhǔn)成本運(yùn)行。MBV環(huán)保工程技術(shù)的應(yīng)用有一大特點(diǎn)：規(guī)模經(jīng)營。規(guī)模越大，利潤率越高。一般說來，我國一個(gè)城市的規(guī)模要比德國的大幾倍，生活垃圾的總量也要大得多。因此，我國的MBV環(huán)保設(shè)施將完全能盈利性運(yùn)行。這就意味著，當(dāng)今的MBV環(huán)保工程技術(shù)水平已經(jīng)能在我國孕育出一項(xiàng)新興的MBV環(huán)保產(chǎn)業(yè)，從而可徹底解決生活垃圾的處理問題。

（4）MBV環(huán)保工程技術(shù)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。就像大型垃圾焚燒發(fā)電供熱站是垃圾處理第三階段的代表性工程技術(shù)一樣，MBV是垃圾處理第四階段的代表性工程技術(shù)。這是因?yàn)椋簺]有現(xiàn)代垃圾機(jī)械分檢設(shè)備的迅速發(fā)展，就沒有垃圾分檢的多能高效；沒有生物發(fā)酵的高質(zhì)高速，就沒有MBV設(shè)施的能源來源；沒有組套熱發(fā)電機(jī)組的高效率，就沒有MBV設(shè)施的利潤；沒有現(xiàn)代廢氣處理技術(shù)，就沒有人會(huì)接受MBV環(huán)保設(shè)施。所以說，MBV環(huán)保工程技術(shù)是一項(xiàng)多門學(xué)科綜合應(yīng)用的集成型高科技。

參考文獻(xiàn)：
[1] Biogas Praxis von Barbara Eder und Heinz Schulz ISBN3-936896-13-5.
[2] Biogasanlage von Uwe G risch und Markus Helm ISDN-13:978-3-8001-483-8.
[3] CO2-Anreicherung in Gew chshausanlagen von Lutz K hler,Friesrich Lecker, Dietmar Prucker. KTBL-Schrift 440.
[4] Verwertung von Wirtschafts- und Sekund rrohstoffdüngern in der Landschaft. KTBL-Tagung vom 19. bis 20. April 2006 in Osnabück ISDN 3-939371-05-X.
[5] Kompostierung von Gerald Dunst 3.Auflage.ISDN 3-7020-0612-5.
[6] Faustzahlen für die Landwirtschaft 13.Auflage ISDN3-7843-2194-1.
[7] Humuswirtschaft und Kompost; Sonderausgabe 6.Jahregang ISSN 1432-5896.
[8] Datenbank Organische/Mineralische Abf lle und Wirtschaftsdünger （CD ROM） Autor KTBL.
[9] Kraftwerk Wiese: Strom und W rme aus Gras Autor Walter Graf 2.Auflage 2001 ISBN 3-89811-193-8.
[10] Grundlagen der Mikrobiologie von Cypionka Springer Verlag ISBN3-540-24084-5.
[11] Anaerobtechnik von Wolfgang Bischofsberger Springer Verlag ISBN 3-540-06850-3.