澳大利亞家庭的日常生活消耗了全國26％的能源，同時產(chǎn)生近30％的固體廢棄物。在世界各地和澳大利亞的家庭中使用的能源主要來源于中央熱電站產(chǎn)生的電能，其中2/3在傳送中丟失。

家庭生活廢水，其中很大一部分是由于沖刷人類排泄物而產(chǎn)生的，同時，還要為種植植物購買大量的昂貴的水資源。以同樣的方式，固體廢物也要收集和長距離運(yùn)輸?shù)酱笮屠S或填埋。廢物和廢水，往往對健康和環(huán)境有危害，尤其是在沒有基礎(chǔ)處理設(shè)施的情況下。但是，它們也是一種寶貴的資源，可以通過廣泛的新興市場和完善的技術(shù)來獲取能源和有價值的產(chǎn)品，如厭氧消化。

由于澳大利亞城市的人口密度低以及一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和原住民社區(qū)沒有連接電網(wǎng)或下水道，所以存在大量的具有替代功能的小規(guī)模的分散式系統(tǒng)。

小規(guī)模的厭氧消化

（SSAD）是一種很有前途的分散技術(shù)，不同原料在缺氧的情況下降解，產(chǎn)生甲烷、二氧化碳（沼氣）、殘余物和沼渣沼液。

在這些系統(tǒng)中的能量平衡具有積極意義，因為沼氣可以用來作為能量的來源，而沼渣沼液可以用來作為一種有價值的肥料。

目前，許多小型沼氣池安裝在中國的農(nóng)村地區(qū)、印度和其他國家，容積從2m3～20m3。產(chǎn)生的沼氣用來點(diǎn)燃爐具做飯，但還有其他更廣泛的應(yīng)用，如沼氣的地幔燈、冰箱和發(fā)電機(jī)，正變得越來越普遍。

另一種用于小規(guī)模應(yīng)用的新興技術(shù)是微型熱電聯(lián)供（MCHP）裝置的發(fā)動機(jī)、渦輪機(jī)或燃料電池來產(chǎn)生熱和電。雖然已經(jīng)使用了幾十年的大型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，MCHP系統(tǒng)相對于它們?nèi)蕴幵趮雰浩冢哂袕V泛的使用潛力。MCHP系統(tǒng)通常產(chǎn)生在5～20kW之間。由于成本原因，它們被更廣泛地在發(fā)達(dá)國家使用，以取代傳統(tǒng)的鍋爐。

因此，這兩種技術(shù)的結(jié)合，可以使澳大利亞家庭的電能和熱能可持續(xù)生產(chǎn)。

一個組合系統(tǒng)

在澳大利亞沼氣池的大小是根據(jù)家庭產(chǎn)生的廢物量決定的。沼氣池產(chǎn)生的沼氣，輸送到MCHP裝置，而產(chǎn)生的沼渣沼液可以進(jìn)行后期處理，并作為有機(jī)肥料使用，最好用在自家的花園，以消除運(yùn)輸成本。

MCHP的選擇要根據(jù)產(chǎn)生的沼氣量而定。最后，由裝置產(chǎn)生的熱和電，供給家庭能源。

在澳大利亞試驗期間，假設(shè)沼氣池是一個單級連續(xù)攪拌反應(yīng)釜（CSTR）。它的大小是計算輸入流動及水力停留時間（HRT）得出，將其設(shè)定在15天以內(nèi)，因為這被公認(rèn)為處理污水和廚房垃圾的最佳時期。

在評估沼氣池最佳原料組合時，進(jìn)行了兩種方案的審議。在第一種方案中的廚房垃圾和廢水共同組成原料。由于水在澳大利亞的某些地區(qū)是一種稀缺和寶貴的資源，所以第二個方案是用真空廁所的污水替代廢水。真空廁所每次沖水0.7～1L而常規(guī)廁所是7～9L。

使用這些廢棄物能顯著減少水的使用量，每天可節(jié)省22.2L。使用真空廁所的污水和其他對環(huán)境無害的廢水，在工地再用，產(chǎn)生較小的液態(tài)沼渣沼液，這樣便于處置和更少的甲烷逃逸。此外，一些研究認(rèn)為潛在的共同處理廚房垃圾的兩個成功項目在德國的LübekFlintenbreite和荷蘭的斯內(nèi)克。

生物甲烷的兩種使用方案，是用巴斯韋爾的方程計算的，假設(shè)1g化學(xué)需氧量（COD）產(chǎn)生0.35L的CH4。

在沼氣池生產(chǎn)沼氣的情況下，MCHP的輸出功率直接取決于燃料輸入。要獲得使裝置運(yùn)行的氣體流量，得劃分出燃料輸入的能量中沼氣所含量。

對于一個典型的成分65％CH4，后者占6.25kwh/m3。作為一個例子，最低沼氣流量需要運(yùn)行一個Honda'sEcowill，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)MCHP裝置與輸入能量為4.4kW（假設(shè)它是適應(yīng)沼氣運(yùn)行）。最后，收集到的電和熱提供澳大利亞家庭每年需求量的5840kWh電和13000kWh熱。

試驗結(jié)果

對于第一種方案，估算為8m3，符合其他研究報告中6m3到10m3的沼氣池容量。在第二種方案中，真空廁所的污水代替廢水，流量大幅度降低，得到的體積為0.6m3，從而在經(jīng)濟(jì)上更便捷。

這兩種方案下的氣體頂部體積為10％的工作容積。理論上在兩種情況下，沼氣生產(chǎn)量是相同的，因為它完全取決于生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)的家庭和每天占用的276LCH4。

不過，沼氣生產(chǎn)預(yù)期要高的第二個方案中，在混合物中有較高的總固體（TS）含量。一些研究指出，濃縮廢水比稀釋廢水有更好的生物性能。

結(jié)果表明，這種類型的混合物具有較高的甲烷，以及降解性高達(dá)96％的COD。由于這些原因，可以認(rèn)為第二個方案中，沼氣池幾乎達(dá)到理論生產(chǎn)能力。

根據(jù)沼氣生產(chǎn)理論，沼氣池生產(chǎn)的一次能源總量相當(dāng)于每年970kWh。假設(shè)氣體用于運(yùn)行一個MCHP裝置，并具有典型的85％有效率，最后的能源將覆蓋澳大利亞家庭每年能源需求的5％左右。這個數(shù)字并沒有考慮到添加沼氣池塊（沼氣池加熱到37℃，泵送和混合），所用的263kWh。每年所需的能量，根據(jù)計算使用的數(shù)據(jù)在Poeschl研究報告中（2010年）。

無商業(yè)用途的MCHP裝置仍可以生產(chǎn)一定規(guī)模的大量沼氣（需要每天運(yùn)行MCHP），而不是適應(yīng)沼氣使用。市場上最小的模型，需要一個最小流量為0.84m3/h0.7kW沼氣發(fā)電機(jī)工作。

配套生產(chǎn)的要求因此，仍然難以滿足的家庭對能源的需求，而采用的廢物利用技術(shù)是目前最先進(jìn)的兩種技術(shù)。改變一些問題是，可以擴(kuò)大能源覆蓋范圍。

如果將花園廢棄物也作為原料，假設(shè)每戶每周有8kg，主要包括草屑、有生物沼氣潛力的廢棄物，將產(chǎn)生118L的CH4，第二的方案每天會增加43％。如果消化真空廁所的污水、廚房垃圾和庭院垃圾在厭氧反應(yīng)器中，沼氣生產(chǎn)的最大理論值將上升到每天606L。

此外，澳大利亞的平均電和熱的需求也發(fā)生著很大變化。例如，根據(jù)南澳洲統(tǒng)計，在南澳大利亞家庭中，每年僅使用電力覆蓋的所有家庭中，能源需求總量是7600～10100kWh。

此外，用于房屋加熱、冷卻的能源將大大減少，在新的房屋建成后，更加注重能源效率等級。如果八星被認(rèn)為是建筑節(jié)能，那么在南澳大利亞阿德萊德，單獨(dú)家庭的熱量需求是2494kWh。如果熱水也是由可再生能源提供，如太陽能熱，家庭的熱需求將再次減少。

在澳大利亞各州也有不同的能量消耗比例。在南澳大利亞家庭中，加熱和冷卻占了38％，熱水占25％，16％用于家電，照明占7％，7％用于冷卻，4％用于烹飪和3％用于備用電源。理想情況下，應(yīng)該在這個比例中抑制能量的消耗。

應(yīng)用一些措施將減少能源消耗，可以達(dá)到每年5000kWh。真空廁所的污水、廚房垃圾和庭院垃圾的混合物會產(chǎn)生足夠的沼氣，約占能源需求的27％。

澳大利亞的現(xiàn)狀

較大的澳大利亞家庭平均243m2，要從一個房屋過渡到集中供熱方式，未來會增加對能源的需求，這個問題可能阻礙澳大利亞計劃建設(shè)系統(tǒng)的使用。但是，實(shí)施澳大利亞城市規(guī)劃、豐富的原料來源和最近推出的碳排放稅等措施，將迅速提高全民環(huán)保意識。

還有其他因素沒有一一列出，但該技術(shù)本身，即一個MCHP裝置不會按照家庭需求的熱和電的比例生產(chǎn)，因為裝置比電力生產(chǎn)了更多的熱量。

這是因為共同實(shí)施“熱帶動”策略，生產(chǎn)的電力通常是注入到電網(wǎng)。然而，這不應(yīng)該被看作是一個障礙，因為隨著技術(shù)的發(fā)展，更靈活的設(shè)備很可能將被發(fā)明。

結(jié)論

總之，在第一種方案下，廢水和廚房垃圾每天產(chǎn)量是450L和1.5kg，則需要一個8m3的沼氣池。對于第二種方案，每天用真空廁所的污水替代廢水22.2L，一個0.6m3的沼氣池是必要的。

在這兩種情況下的甲烷CH4的理論產(chǎn)量是每天約276L。

由于節(jié)約使用水，具備較小的沼氣池和其他環(huán)境優(yōu)勢，第二個方案最有趣的是家庭應(yīng)用。產(chǎn)生的能源可以覆蓋約5％的澳大利亞家庭，在這兩種技術(shù)的目前的狀態(tài)下，可以作為一個獨(dú)立的應(yīng)用體系。然而，改變一些因素，包括更換其它原料或減少家庭的能源需求，就可以有更大的能源覆蓋范圍。

最終可以在澳大利亞實(shí)現(xiàn)覆蓋27％的能源需求總量，更多得滿足家庭能源需求，減少水的消耗。（摘譯自：《WASTEMANAGEMENTWORLD》）

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