德國STRABAG 干式厭氧處理工藝
 
4種廚余垃圾處理模式綜合對比

[2021-09-06] [點擊:34]

一、引言

如何選擇廚余垃圾處理模式以實現環境、經濟效益的最大化是生活垃圾分類工作中的一個關鍵問題,但目前還缺乏系統分析。本文以回收利用率、碳排放和全周期費用為衡量指標,綜合比較了混合焚燒、厭氧消化、好氧堆肥和飼料化4種廚余垃圾處理模式。

二、背景

1.廚余垃圾性質

廚余垃圾(不含雜質)含水率一般在80%,1000kg廚余垃圾中含有800kg的水,200kg干物質(190kg有機質+10kg無機質),干基熱值在15000kj/kg,干物質中可生物降解的為170kg。

2.廚余垃圾處理的碳排放

廚余垃圾中的碳均為生物源碳,其轉化生成的CO2不計入碳排放。

廚余垃圾處理的碳排放來自于收運處理過程中消耗外部能量、物質引起的間接碳排放,而碳減排效應來自于系統輸出的產品或能量產生的替代效應。同時,處理過程中溫室氣體甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的泄漏也會導致碳排放。

廚余垃圾收運過程的碳排放約為12.1kg/t

厭氧消化過程中的附加碳排放約為34.3~82.8kg/t

混合焚燒的碳排放27-45kg/t

好氧堆肥產物可以替代化肥,并通過腐殖化和土地施用固定有機碳。

3.廚余垃圾過程費用

垃圾分類投放的總費用為86元、t−1

上海的收運費用約為290元、t−1

廚余垃圾處理費用284元、t−1

垃圾分類宣教監管費用32元、t−1

三、結果分析

1.回收利用率分析

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圖1 不同廚余垃圾處理模式的回收利用率

飼料化具有最高的回收利用率,這是由于干熱處理最大限度地利用了廚余垃圾有機質。厭氧消化的回收利用率略高于好氧堆肥,這是由于厭氧條件下有機質轉化為甲烷,但甲烷利用率較低;而好氧條件下大量有機質被礦化為二氧化碳。與焚燒處理相比,厭氧消化系統轉化有機質的效率略高,同時無需蒸發水分,而且自用電比例更低,因此具有更高的回收利用率。如果厭氧消化系統有機質降解率降低,則進入到沼渣的有機質變多,由于焚燒發電的效率較低,則系統的回收利用率會下降。如果厭氧消化系統不進行沼氣發電,而是直接外輸沼氣或甲烷,則可以避免沼氣發電環節的損耗,提高系統的回收利用率。

2.碳排放分析

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圖2 不同廚余垃圾處理模式的碳排放量

在廚余垃圾處理過程中,附加碳排放一般不到50kg、t−1,收運過程的碳排放也相對較小,因此系統熱效率、有機質降解率和溫室氣體泄漏率是影響不同處理模式碳排放的主要因素。飼料化和厭氧消化具有最好的碳減排效應,而混合焚燒的碳減排效應可忽略不計。好氧堆肥受到溫室氣體泄漏的影響,會產生較多的碳排放,當堆肥工藝運行良好,無CH4和N2O排放時,好氧堆肥可產生碳減排效應。

3.費用分析

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圖3 不同廚余垃圾處理模式的全周期費用

混合焚燒的全周期費用最低,而分類處理的全周期費用高出125元、t−1。這主要是由于垃圾分類增加了前端投放督導和宣教監管費用,此外收運費用也略高于混合焚燒。除上述費用外,垃圾收運處理設施也會占用一定的土地,由于占地面積和工藝路線、設計方案有關,同時土地費用差別很大,這里不計入比較。

4.綜合比較

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圖4 廚余垃圾管理優先策略

在分類體系下,源頭減量如光盤行動、源頭瀝水等措施不需要額外的費用、能耗和材料,也可以顯著提升整個系統的表現,因此是最優策略。對于產出的廚余垃圾,在各類處理模式中,飼料化的回收利用率最高且碳減排效應顯著。厭氧消化具有較高的回收利用率和最大的碳減排效應,但厭氧消化設施應穩定運行,以保證較高的有機質降解率,否則系統表現會顯著下降。好氧堆肥的回收利用率與厭氧消化相當,但在無法確保充分好氧的條件下,會形成CH4和N2O排放,造成較高的碳排放。相對而言,混合焚燒比好氧堆肥更易控制,可以避免溫室氣體泄漏。雖然垃圾焚燒余熱發電的回收利用率較差,但如果采用熱電聯產,則可以實現更多的碳減排。對于廚余垃圾厭氧消化和其他垃圾焚燒構成的綜合處理體系,廚余垃圾分出可以提高其他垃圾的焚燒效率。這符合高含水率、低熱值垃圾進行厭氧消化,而低含水率、高熱值垃圾進行焚燒處理的理想情形。廚余垃圾分類率每提高20%,生活垃圾全系統的碳減排量可以增加5%~7%。因此,當新建焚燒設施時,應充分考慮廚余垃圾分出后其他垃圾水分減少、熱值上升的情況;而對于已有的焚燒設施,為了保證進爐垃圾熱值處于最優范圍,進爐垃圾中廚余垃圾含量在30%左右為宜。

四、結論

1.廚余垃圾飼料化具有最高的回收利用率和顯著的碳減排效應;厭氧消化回收利用率較高,碳減排效應最大;好氧堆肥的回收利用率與厭氧消化相當,但溫室氣體泄露會導致較高的碳排放;混合焚燒可以避免溫室氣體泄漏,但余熱發電的回收利用率較低,基本無碳減排效應。

2.相對于混合收運處理,分類收運處理的全周期費用較高,但增量主要來自于前期督導和監管的費用,一旦分類體系成熟,這部分費用可以降低乃至取消。

3.廚余垃圾管理的優先策略依次為:源頭減量>飼料化>厭氧消化>好氧堆肥>混合焚燒。

 

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