使用厭氧消化將城市垃圾轉(zhuǎn)為能源
雖然創(chuàng)造和使用沼氣的技術(shù)可以追溯到3000年前(Lusk,1997),但現(xiàn)在仍被視為危險的新興技術(shù)。在馬來西亞,約41%的土地是耕地。都市農(nóng)業(yè)活動不僅能加強(qiáng)食物安全、創(chuàng)造收入、通過膳食數(shù)量和品種的增多改善公眾健康,還能通過循環(huán)利用排泄物、廢水和有機(jī)固體垃圾提高資源管理能力。
在馬來西亞,60%的廢棄物來自城市,主要包括污水、家庭和農(nóng)業(yè)固體垃圾,其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的垃圾占20%,其余的垃圾來自工業(yè)和建設(shè)部門。城市固體垃圾現(xiàn)有的處理方法不外乎填埋、堆肥或焚燒,而處理污水時采用了需氧氧化法,這些方法都需要大量能源投入和土地空間。
僅聯(lián)邦直轄區(qū)吉隆坡和雪蘭莪州每天就產(chǎn)生約8300噸的城市垃圾,其中60%為有機(jī)垃圾,固體部分占30%,揮發(fā)性固體占70%。通過厭氧處理,假設(shè)消化效率為50%,VS分解產(chǎn)生的沼氣為0.72m3/kg,可以產(chǎn)生15687 m3/hr沼氣,凈能量683MWh/天。
馬來西亞的棕櫚油產(chǎn)業(yè)是可再生能源的主要來源,其中360家磨坊每年生產(chǎn)3000萬噸空的鮮果束(EFB)。每加工一噸鮮果束(FFB),約產(chǎn)生0.9m3的污水,其COD達(dá)到52000mg/L。假設(shè)消化效率為70%,COD分解時沼氣產(chǎn)生率為0.42m3/kg。加工每噸鮮果束(FFB)產(chǎn)生的沼氣是13.75m3。因此,采用厭氧消化可以減少溫室氣體(GHG)的排放,產(chǎn)生能源。
厭氧消化的類型
批和干型消化器
這是所有過程中最簡單的類型。操作僅是包括監(jiān)控一個密封反應(yīng)器(由水泥、磚墻和帶有環(huán)氧涂層的MS/SS組成),包括底土層、接種體(污水淤泥或牛糞),還有一些情況下是化學(xué)品(通常是基本的),以保持pH呈中性。然后反應(yīng)器密封發(fā)酵。發(fā)酵過程中,固體含量6-10%的稱為批消化,固體濃度大于20%的稱為干發(fā)酵。
混合圓頂消化器
混合圓頂(中國)消化器是中國江蘇省在1936年建成的。反應(yīng)器包括磚石或澆鑄水泥建成的氣密室。反應(yīng)器的屋頂和底部都是半球型,由直墻連接。消化過程中產(chǎn)生的氣體保存在圓頂下,使一些消化器中的物質(zhì)從污水室里排出。
流動圓頂消化器
流動圓頂(由印度或KVIC設(shè)計)沼氣技術(shù)自1937年開始應(yīng)用。1950年,Patel設(shè)計了一個帶有流動貯氣裝置的工廠,并在印度引發(fā)了對沼氣的新一輪興趣。消化器設(shè)計具有30-55天的保持期。添加的主要原料是牛糞。鼓室本是由軟剛制成,之后被玻璃纖維強(qiáng)化塑料(FRP)所替代。
包消化器
包消化器主要是一個長柱(長:直徑為3:14),材料是一種涂有氯丁橡膠的尼龍纖維PVC,或是PVC的專利產(chǎn)品“紅泥塑料”(RMP)。消化器的原理本質(zhì)上是活塞流反應(yīng)器。因為包消化器價格低廉,經(jīng)久耐用,臺灣人首先將其改進(jìn)來處理豬糞。它的一個優(yōu)點是其墻壁很薄,可以利用太陽等外熱源很容易地加熱物質(zhì)。包消化器的平均溫度比圓頂型的高2-7攝氏度。
活塞消化器
典型的活塞反應(yīng)器由一個用混凝土或不透水薄膜覆蓋的溝渠組成。為保證真正活塞流的條件,長度必須比寬度和深度長適當(dāng)?shù)拈L度。反應(yīng)器上覆蓋一頭連在地上的靈活的貯氣體,或是混凝土或電鍍的鐵頂。后一種類型要求貯氣器。反應(yīng)器的進(jìn)口和出口在相反兩頭,以半連續(xù)的方式進(jìn)物,另一端則排出等量的污物。關(guān)于這種類型反應(yīng)器最早的使用記錄是在1957年的南非(Fry,1975)。
厭氧過濾
為了減少反應(yīng)器的容量,發(fā)明了一個稱為固定生長消化器的單元。這種設(shè)計的最早、最簡單的類型是厭氧過濾。通常包括一個高反應(yīng)器(高/寬=8-10),里面裝有生長或捕獲生物體的介質(zhì)。
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