按照瑞典國家資源回收的目標(biāo),使用厭氧消化方法對有機(jī)廢棄物消化處理,以取代填埋或焚燒,這種方法正在日益增長。特別是有機(jī)廢棄物填埋方法,自2005年已經(jīng)嚴(yán)禁使用,需要更換其他處理方法。焚燒是不被禁止的,但某些類型的廢棄物,更適合于厭氧消化處理,比焚燒效果好。厭氧消化,可用于生物降解廢棄物的處理,同時產(chǎn)生以甲烷氣體形式存在的沼氣,和被消化的殘渣-肥料。 焚燒是最適合干燥廢棄物的處理方法,能使能源以電和熱的形式回收。雖然電力和熱量也可以從甲烷中產(chǎn)生,但最大的可持續(xù)性收益是甲烷被作為汽車燃料使用,并且在瑞典被各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,因為它取代了礦物燃料-石油,減少了二氧化碳的排放量和空氣中的放射性微粒。 考慮到這一點,有機(jī)廢物的厭氧消化被認(rèn)為是一個比焚燒更可持續(xù)的處理方式,并且產(chǎn)生可再生的能源。此外,在瑞典焚燒能力有限,不足以處理所有的有機(jī)廢物。
在馬爾默/哥本哈根地區(qū),一項關(guān)于有機(jī)廢料厭氧消化潛力的研究已在ORESUND環(huán)境計劃(OEA, 2004年)內(nèi)完成 。 其目的是為了通過指導(dǎo)使一些有機(jī)廢料從傳統(tǒng)的處理方法(如:填埋,焚燒)轉(zhuǎn)到厭氧消化的方法上,從而進(jìn)一步研究有機(jī)廢棄物的優(yōu)化管理方法。
本研究的主要目的是收集有關(guān)瑞典馬爾默市有機(jī)廢棄物種類的資料,和估測在污水處理廠大罐中的廢棄物的厭氧消化處理潛力。在研究中,一些種類的廢棄物通過分析和消化實驗得以進(jìn)一步評估,確定它們加入到污泥消化罐中的數(shù)量,以便增加沼氣產(chǎn)量或促進(jìn)有機(jī)廢棄物和污泥消化分解,從而達(dá)到最優(yōu)化使用消化殘渣的目的。
材料與方法:
庫存數(shù)據(jù)
首先所獲得的數(shù)據(jù)是取得具體地點的資料(包括前城內(nèi)資料,廢棄物處理部門的資料和城內(nèi)廢棄物處理設(shè)施)。其余的相關(guān)數(shù)據(jù)是人口、戶數(shù)等一些信息。一些種類的有機(jī)廢棄物在大多數(shù)城市都存在,比如:家庭有機(jī)廢棄物,隔油池污泥,餐廳廢棄物和市場廢棄物。其特點及數(shù)量隨著城市的大小、分揀導(dǎo)向、收集和預(yù)處理程度而變化。通過已有的重要數(shù)據(jù)研究人員可以估算出每一種類型的廢棄物潛在數(shù)量。
消化試驗
消化試驗包括甲烷潛力測試(漢森于2004年 ), 30-50天后產(chǎn)生沼氣,并繼續(xù)小規(guī)模不間斷消化降解試驗(希內(nèi)政于2003年,賈森于 2004年) ,在評估沼氣產(chǎn)量前,廢棄物需要消化降解幾個月后才能產(chǎn)生沼氣,但這對于模擬全面運(yùn)行是非常有用的。
被測試的廢物類型
下列廢棄物類型的單基消化和混合消化已完成‘
1、來自家庭中預(yù)處理的城市有機(jī)垃圾;
2、從污水處理廠出來的污泥。
3、從隔油池濾出的污泥。
4、水果和蔬菜廢棄物。
甲烷潛力測試
通過使用一個厭氧批處理實驗室來測量甲烷潛在力,這種方法被用于測量已分類的家庭廢棄物和相似的基體。在測試中使用了帶隔膜軟木的2-L 反應(yīng)器,填裝500ml已消化分解的殘渣和測試基體(廢棄物)。多功能沼氣池的殘渣和廢棄物按比例為60 : 40添加。在所有測試中,反應(yīng)器溫度被保留在35度,但測試城市有機(jī)垃圾須在55度。氣體色譜分析儀器監(jiān)測反應(yīng)器頂部空間甲烷的產(chǎn)生情況,通常在30-50 天以后開始,直到甲烷生產(chǎn)停止為止。在實驗結(jié)束時, 甲烷潛在量被計算為加入到反應(yīng)器的揮發(fā)性固體累計甲烷的產(chǎn)生量。來自消化殘渣產(chǎn)生的甲烷被減去。所有測試被做成一式兩份或三份,以纖維素的消化指標(biāo)作為參考并且單獨(dú)測試殘渣以測算甲烷含量,。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)方法(APHA 1989),人們對殘渣成分、酸堿度、氨鹽基和重量在測試前后,進(jìn)行了測量。使用高壓氣體注射器從反應(yīng)器中抽出0.2ml甲烷生產(chǎn)樣品。在氣體色譜分析儀(Agilent 6850 系列)內(nèi)測量甲烷,該儀器裝備有火焰電離探測器(FID) 。它是一個30 m 長/0.32 毫米直徑/0.25um厚的圓柱體。
連續(xù)的小規(guī)模消化試驗
用作連續(xù)的消化實驗設(shè)備類似一個大規(guī)模全能型沼氣工廠,包括熱化, 給料, 攪動和氣體收集。各套試測器材包括一個連接77-L 氣體收集池的35-L 圓柱形消化容器。在一些實驗中溫度被控制在55度, 但反應(yīng)器溫度主要在35度, 這個溫度被使用在馬爾默污水處理廠的大規(guī)模全能型消化池中。各類型廢棄物在沼氣產(chǎn)出量評估之前,至少被放置2-3 個月。這樣做是為了保證消化處理的穩(wěn)定性和減少被作為起始的材料使用的殘渣的影響。一臺頂置機(jī)械攪拌器保證了槽料的完全混合。每天給料和人工清除一次殘渣。水力保留時間是10-20 天。由于裝載量比較多,因此對于每天每立方米3 公斤易變的固體有機(jī)物,有必要稀釋占總固體廢棄物5%的廢棄物的給料。計算機(jī)控制每日消化池的溫度和酸堿度,包括每個星期運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)方法(APHA 1989) 對HOC3 、揮發(fā)性脂肪酸(VFA), 總固體廢棄物, 易變的固體廢棄物 ,磷-總量,氮-總量和氨氮進(jìn)行測量。
結(jié)果和討論:
結(jié)果表明,污水處理廠污泥量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于每年最大的廢棄物濕重數(shù)量( 285000噸/年),和其他城市有機(jī)廢棄物約達(dá)50000噸/年的數(shù)量。另一方面,當(dāng)評估厭氧消化的潛力時,總固體廢棄物和易變的固體廢棄物含量是重要指標(biāo)。
在馬爾默,人們可以根據(jù)不同情況,考慮不同的因素,評估每一種廢棄物的甲烷產(chǎn)生量,例如潛在數(shù)量(濕量與易變的固體廢棄物量) ,收集點數(shù)量,是否需要預(yù)處理,目前的處理方式和消化殘渣的潛在利用。
城市有機(jī)垃圾中的很大一部分是易變的固體廢棄物,它們產(chǎn)生在市區(qū)。另一方面,這種廢棄物的源頭分類和收集系統(tǒng)會很復(fù)雜,并且收集點數(shù)量較多。目前,這一類型的廢物,在馬爾默能源回收過濾廠被焚燒。城市有機(jī)垃圾是一個復(fù)雜的基載體,包括其他物質(zhì),如:養(yǎng)分。如果它被很好的分類以及恰當(dāng)處理,即不污染環(huán)境,又能夠產(chǎn)生適合作為肥料的消化殘渣。
在馬爾默研究項目中, 污水處理廠污泥含有大量易揮發(fā)固體腐料。在35度時它被厭氧消化處理,這是一個簡單的方式用來產(chǎn)生甲烷和減少有機(jī)物含量。最初的消化處理的目的就是為了獲取穩(wěn)定的污泥。在瑞典消化降解后的殘渣帶來一個問題,因為它不被農(nóng)民接納,用于農(nóng)田施肥。污水處理廠污泥可以與其他廢棄物一起用于混合消化處理,如隔油池污泥,就是一個合適的基礎(chǔ)材料,它含有各種營養(yǎng)素和微量營養(yǎng)素,需要微生物的降解過程。
隔油池污泥只占易揮發(fā)固體有機(jī)廢棄物總量的一小部分。然而,有意思的是,能夠代替厭氧消化方法處理油泥的方法并不多。填埋,是目前普遍采用的處理方法,根據(jù)規(guī)定在2005年前禁止填埋有機(jī)垃圾。焚燒對這種低燃燒值廢棄物來說是不適合的,至少在本研究項目中不會被采用,因為馬爾默市焚燒場不能接受這種廢棄物。此外,人們通過改進(jìn)沼氣生產(chǎn)工藝已使沼氣產(chǎn)量有了很大提高,因為理論上講,油泥中的脂肪有助于增加沼氣產(chǎn)量
通常水果蔬菜批發(fā)商那里只產(chǎn)生少量廢棄物。這些廢棄物數(shù)量仍可關(guān)注,雖然他們只產(chǎn)生在少數(shù)地方,可以簡化收集。它們污染程度低,數(shù)量少,適合厭氧消化處理。