城市有机废物的厌氧消化潜力：瑞典马尔默项目研究（译文）

　　在瑞典，研究人员已经完成一项有关现有的有机废弃物类型的研究。其目的是为了搜集有关城市有机废弃物种类的信息，以便能够准确估计污水处理厂废水处理规划中的废水厌氧消化处理能力。
　　关键词：生物气体，有机废弃物，甲烷，厌氧消化，潜力。
　　介绍：
　　按照瑞典国家资源回收的目标，使用厌氧消化方法对有机废弃物消化处理，以取代填埋或焚烧，这种方法正在日益增长。特别是有机废弃物填埋方法，自2005年已经严禁使用，需要更换其他处理方法。焚烧是不被禁止的，但某些类型的废弃物，更适合于厌氧消化处理，比焚烧效果好。厌氧消化，可用于生物降解废弃物的处理，同时产生以甲烷气体形式存在的沼气，和被消化的残渣-肥料。焚烧是最适合干燥废弃物的处理方法，能使能源以电和热的形式回收。虽然电力和热量也可以从甲烷中产生，但最大的可持续性收益是甲烷被作为汽车燃料使用，并且在瑞典被各领域广泛应用，因为它取代了矿物燃料-石油，减少了二氧化碳的排放量和空气中的放射性微粒。考虑到这一点，有机废物的厌氧消化被认为是一个比焚烧更可持续的处理方式，并且产生可再生的能源。此外，在瑞典焚烧能力有限，不足以处理所有的有机废物。
　　在马尔默/哥本哈根地区，一项关于有机废料厌氧消化潜力的研究已在ORESUND环境计划（OEA,2004年）内完成。其目的是为了通过指导使一些有机废料从传统的处理方法（如：填埋，焚烧）转到厌氧消化的方法上，从而进一步研究有机废弃物的优化管理方法。
　　本研究的主要目的是收集有关瑞典马尔默市有机废弃物种类的资料，和估测在污水处理厂大罐中的废弃物的厌氧消化处理潜力。在研究中，一些种类的废弃物通过分析和消化实验得以进一步评估，确定它们加入到污泥消化罐中的数量，以便增加沼气产量或促进有机废弃物和污泥消化分解，从而达到最优化使用消化残渣的目的。
　　材料与方法：
　　库存数据
　　首先所获得的数据是取得具体地点的资料（包括前城内资料，废弃物处理部门的资料和城内废弃物处理设施）。其余的相关数据是人口、户数等一些信息。一些种类的有机废弃物在大多数城市都存在，比如：家庭有机废弃物，隔油池污泥，餐厅废弃物和市场废弃物。其特点及数量随着城市的大小、分拣导向、收集和预处理程度而变化。通过已有的重要数据研究人员可以估算出每一种类型的废弃物潜在数量。
　　消化试验
　　消化试验包括甲烷潜力测试（汉森于2004年），30-50天后产生沼气，并继续小规模不间断消化降解试验（希内政于2003年，贾森于2004年），在评估沼气产量前，废弃物需要消化降解几个月后才能产生沼气，但这对于模拟全面运行是非常有用的。
　　被测试的废物类型
　　下列废弃物类型的单基消化和混合消化已完成‘
　　1、来自家庭中预处理的城市有机垃圾；
　　2、从污水处理厂出来的污泥。
　　3、从隔油池滤出的污泥。
　　4、水果和蔬菜废弃物。
　　甲烷潜力测试
　　通过使用一个厌氧批处理实验室来测量甲烷潜在力，这种方法被用于测量已分类的家庭废弃物和相似的基体。在测试中使用了带隔膜软木的2-L反应器，填装500ml已消化分解的残渣和测试基体(废弃物)。多功能沼气池的残渣和废弃物按比例为60：40添加。在所有测试中，反应器温度被保留在35度，但测试城市有机垃圾须在55度。气体色谱分析仪器监测反应器顶部空间甲烷的产生情况，通常在30-50天以后开始，直到甲烷生产停止为止。在实验结束时,甲烷潜在量被计算为加入到反应器的挥发性固体累计甲烷的产生量。来自消化残渣产生的甲烷被减去。所有测试被做成一式两份或三份，以纤维素的消化指标作为参考并且单独测试残渣以测算甲烷含量,。运用标准方法(APHA1989)，人们对残渣成分、酸碱度、氨盐基和重量在测试前后,进行了测量。使用高压气体注射器从反应器中抽出0.2ml甲烷生产样品。在气体色谱分析仪(Agilent6850系列)内测量甲烷，该仪器装备有火焰电离探测器(FID)。它是一个30m长/0.32毫米直径/0.25um厚的圆柱体。
　　连续的小规模消化试验
　　用作连续的消化实验设备类似一个大规模全能型沼气工厂，包括热化,给料,搅动和气体收集。各套试测器材包括一个连接77-L气体收集池的35-L圆柱形消化容器。在一些实验中温度被控制在55度,但反应器温度主要在35度,这个温度被使用在马尔默污水处理厂的大规模全能型消化池中。各类型废弃物在沼气产出量评估之前，至少被放置2-3个月。这样做是为了保证消化处理的稳定性和减少被作为起始的材料使用的残渣的影响。一台顶置机械搅拌器保证了槽料的完全混合。每天给料和人工清除一次残渣。水力保留时间是10-20天。由于装载量比较多，因此对于每天每立方米3公斤易变的固体有机物，有必要稀释占总固体废弃物5%的废弃物的给料。计算机控制每日消化池的温度和酸碱度，包括每个星期运用标准方法(APHA1989)对HOC3、挥发性脂肪酸(VFA),总固体废弃物,易变的固体废弃物，磷-总量，氮-总量和氨氮进行测量。
　　结果和讨论：
　　结果表明，污水处理厂污泥量远远大于每年最大的废弃物湿重数量（285000吨/年），和其他城市有机废弃物约达50000吨/年的数量。另一方面，当评估厌氧消化的潜力时，总固体废弃物和易变的固体废弃物含量是重要指标。
　　在马尔默，人们可以根据不同情况，考虑不同的因素，评估每一种废弃物的甲烷产生量，例如潜在数量（湿量与易变的固体废弃物量），收集点数量，是否需要预处理，目前的处理方式和消化残渣的潜在利用。
　　城市有机垃圾中的很大一部分是易变的固体废弃物，它们产生在市区。另一方面，这种废弃物的源头分类和收集系统会很复杂，并且收集点数量较多。目前，这一类型的废物，在马尔默能源回收过滤厂被焚烧。城市有机垃圾是一个复杂的基载体，包括其他物质，如：养分。如果它被很好的分类以及恰当处理，即不污染环境，又能够产生适合作为肥料的消化残渣。
　　在马尔默研究项目中，污水处理厂污泥含有大量易挥发固体腐料。在35度时它被厌氧消化处理，这是一个简单的方式用来产生甲烷和减少有机物含量。最初的消化处理的目的就是为了获取稳定的污泥。在瑞典消化降解后的残渣带来一个问题，因为它不被农民接纳，用于农田施肥。污水处理厂污泥可以与其他废弃物一起用于混合消化处理，如隔油池污泥，就是一个合适的基础材料，它含有各种营养素和微量营养素，需要微生物的降解过程。[!--empirenews.page--]
　　隔油池污泥只占易挥发固体有机废弃物总量的一小部分。然而，有意思的是，能够代替厌氧消化方法处理油泥的方法并不多。填埋，是目前普遍采用的处理方法，根据规定在2005年前禁止填埋有机垃圾。焚烧对这种低燃烧值废弃物来说是不适合的，至少在本研究项目中不会被采用，因为马尔默市焚烧场不能接受这种废弃物。此外，人们通过改进沼气生产工艺已使沼气产量有了很大提高，因为理论上讲，油泥中的脂肪有助于增加沼气产量
　　通常水果蔬菜批发商那里只产生少量废弃物。这些废弃物数量仍可关注，虽然他们只产生在少数地方，可以简化收集。它们污染程度低，数量少，适合厌氧消化处理。
　　市场废弃物来源于大量的商店。很多废弃物使用不能厌氧消化的塑料包装，所以为了使沼气场能够使用这些市场废弃物，需要原料进场前进行分拣和预处理，市场废弃物中的大部分是水果和蔬菜，它们含水率高，应该更适合消化处理，而不适合现在采用的焚烧方法。
　　庭院废弃物占总有机废弃物的比例相当大。成为本项目处理得很好的部分。堆肥是一个非常合适的处理这个废弃物的方式。在湿式消解进程中（含5-10%的固体废弃物），如在马尔默项目，干基质作用不大，但对于干式厌氧过程（含30％的固体废弃物）来说，庭院废弃物可适合作为堆肥的结构性物质，即使湿性物含量相当低，并且部分有机物含有须缓慢降解的物质。
　　工业废弃物，包括可以适合于厌氧消化的废弃物种类，因为在一个或几个地方，经过简单收集，往往可以产生大量的可消化降解废弃物。然而，这种类型废弃物被当作厌氧消化基材使用时应慎重，，因为根据工厂经营项目的变化，其废弃物种类可能随之迅速变化。
　　在马尔默许多地方存在餐厅废弃物，收集方式复杂。它们适合厌氧消化，具有高含量易腐废弃物。如果废弃物在源头能被妥善分类，消化的残渣应适合用作肥料。
　　消化实验：
　　沼气潜在量
　　使用甲烷潜量测验作为一种简单方法，用来确定废弃物被连续消化之前进行的厌氧消化潜在量。
　　城市有机垃圾分别在常温以及高温条件下进行测试。在常温条件下粉碎系统中的废弃物产生少许沼气。另一方面，在高温条件下，流动真空系统中的垃圾产生的沼气值较高。在常温以及高温条件下，两种类型废弃物仍被进一步测试。
　　研究人员对水果和蔬菜市场上产生的不同种类的废弃物进行测试时，得出了不同的结果。水果和蔬菜废弃物都能产生了大量的沼气，而盆栽植物，其中大部分含土壤，似乎不适合厌氧消化处理。最后，人们选择了混合的水果和蔬菜废弃物进行小规模的消解，因为大多数水果和蔬菜废弃物是从市场等地方混合收集来的，
　　两类城市有机垃圾分别在常温以及高温条件下进行测试。流动真空系统垃圾在两种温度下被消化降解，但与沼气潜力比较，收益率较低。在连续消化降解中只实现沼气总产出量的约55％。在35度时，粉碎的废弃物产生沼气较多，能够实现大约70％的产气率。尽管尝试几次，但它在55度时运行是不稳定的。经研究人员测试，使用20％的城市有机垃圾和80％的污泥进行混合消化，结果沼气产量比单独使用污泥消化要高。事实上，混合消化降解所产生的沼气比单独消化降解多收益10-15％。这表明两种废弃物之间产生了协同效应。
　　把粉碎的废弃物及流动真空系统废弃物作为本基，加上隔油池污泥，按照90：10的比例在常温下进行消化降解。结果表明，当把隔油池污泥添加到以城市有机垃圾为本基的消化池中时不能够增加沼气产量。流动真空系统废弃物和隔油池污泥混合消化，沼气产量一般略有增加，但甲烷含量很低。在消化池中的粉碎废弃物和隔油池污泥混合消化降解，运行也不稳定。
　　另一方面，添加隔油池污泥到以污水处理厂的污泥为本基的消化池中似乎是一个提高沼气产量的可行方法。两者所有组合（5，10和30％的挥发性固体废弃物参与测试），均导致沼气产量增加。但是，协同效应无法确定，就像单独消化隔油池污泥时运行不稳定一样。
　　混合的水果和蔬菜废弃物被视为沼气产量收益明显。然而，沼气甲烷含量（少于54％）太低，那么沼气就不能作为能源使用。在马尔默，这种废弃物单基消化将不会考虑，因为这种废物的数量太少。反之，它们与污水处理厂污泥按50比50的比例混合消化检测。这种组合与单基消化的水果和蔬菜废物比较获得较高的甲烷含量和沼气产量。结果表明，水果和蔬菜废弃物与污水处理厂的污泥共同消化时，产生了协同效应。
　　结论：
　　在马尔默研究项目中，研究人员每年检测研究的城市有机废弃物总量达5万吨（不包括污泥），研究结果表明，城市有机垃圾在厌氧消化方面具有很大的潜力，特别是家居废弃物、污水污泥和庭院废弃物。考虑到各个收集点收集的废弃物的数量可能较多，对工业废弃物进行分类和收集也许是最有效的管理方法。一些数量较少的废弃物，特别是那些容易收集的，像水果、蔬菜废弃物和隔油池污泥仍要关注，它们可用于提高污水处理厂的沼气产量，从而解决了废弃物处理问题。隔油池污泥尤为值得注意，因为除了厌氧消化方法以外，很少有能够替代它的处理方法。
　　如在马尔默项目中，使用污水处理厂的污泥作为消化池给料，是一个简单的增加沼气产量的方法，，并能够同时提高有机废弃物的管理。
　　混合消化污泥是一个合成新基体的方法，可以提升沼气产量，在某些情况下甚至可以产生协同效应。混合消化隔油池污泥和污水处理厂的污泥是一个更好的办法，利用沼气潜力消化隔油池污泥比单基消化效果好。另一种增加沼气产量的方式是放入城市有机垃圾。加入城市有机垃圾（占易腐固体物总数的20％）可比单基消解污泥或本身的预期收益率提高10-15％。
　　另一个结果显示，混合消化降解污泥是有利的，不仅增加沼气产量，而且可以稳定水果和蔬菜废弃物的消化过程。同污泥混合消化比单独消化水果和蔬菜废弃物效果好。而且沼气产量和甲烷含量都随之增加，可以产生协同效应。
　　从污水处理厂污泥中分离的城市有机垃圾进行消化后能够产生更好的消化残渣。在这种情况下，城市有机垃圾是唯一的可以提供足够数量的废弃物种类，且可适合作为沼气池中的消化本基。小规模消化试验结果表明，预处理的城市有机垃圾可以在常温下被分解消化，无任何问题。[!--empirenews.page--]
　　总之，通过加入城市有机垃圾，隔油池污泥，水果和蔬菜废物到污水处理厂的污泥消化池中，每年能生产沼气量预计可从24GWh增至43GWh。

《城市有机废物的厌氧消化潜力：瑞典马尔默项目研究（译文）》

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