使用厭氧消化將城市垃圾轉為能源
雖然創造和使用沼氣的技術可以追溯到3000年前(Lusk,1997),但現在仍被視為危險的新興技術。在馬來西亞,約41%的土地是耕地。都市農業活動不僅能加強食物安全、創造收入、通過膳食數量和品種的增多改善公眾健康,還能通過循環利用排泄物、廢水和有機固體垃圾提高資源管理能力。
在馬來(lai)西(xi)亞,60%的(de)廢棄物(wu)來(lai)自(zi)城市,主要(yao)包括(kuo)污水、家庭和(he)農業(ye)(ye)固(gu)體垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji),其(qi)中農業(ye)(ye)產業(ye)(ye)產生的(de)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)占20%,其(qi)余的(de)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)來(lai)自(zi)工(gong)業(ye)(ye)和(he)建設部門。城市固(gu)體垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)現有(you)的(de)處(chu)(chu)理(li)方(fang)法不(bu)外乎填埋、堆肥或焚(fen)燒,而處(chu)(chu)理(li)污水時采用了需(xu)氧氧化(hua)法,這些方(fang)法都需(xu)要(yao)大量能源(yuan)投入和(he)土地空間。
僅聯邦直轄(xia)區吉隆坡和雪蘭莪州(zhou)每天就產(chan)(chan)生(sheng)約8300噸的城市垃圾,其中60%為(wei)(wei)有機垃圾,固(gu)體部分占(zhan)30%,揮發性(xing)固(gu)體占(zhan)70%。通過(guo)厭(yan)氧處理,假設消化(hua)效率為(wei)(wei)50%,VS分解產(chan)(chan)生(sheng)的沼(zhao)氣為(wei)(wei)0.72m3/kg,可以產(chan)(chan)生(sheng)15687 m3/hr沼(zhao)氣,凈(jing)能量683MWh/天。
馬來西(xi)亞的(de)棕(zong)櫚油產業是可再生能(neng)源(yuan)的(de)主(zhu)要(yao)來源(yuan),其(qi)中(zhong)360家磨坊每(mei)(mei)年生產3000萬噸(dun)空的(de)鮮(xian)果束(shu)(EFB)。每(mei)(mei)加工(gong)一噸(dun)鮮(xian)果束(shu)(FFB),約產生0.9m3的(de)污水(shui),其(qi)COD達到52000mg/L。假設消化效率為(wei)70%,COD分解時沼(zhao)氣(qi)產生率為(wei)0.42m3/kg。加工(gong)每(mei)(mei)噸(dun)鮮(xian)果束(shu)(FFB)產生的(de)沼(zhao)氣(qi)是13.75m3。因此,采用厭氧(yang)消化可以減少(shao)溫室氣(qi)體(ti)(GHG)的(de)排(pai)放,產生能(neng)源(yuan)。
厭氧消化的類型
批和干型消化器
這是(shi)所(suo)有過程(cheng)中最簡單的類(lei)型。操作僅是(shi)包括監控一個(ge)密封反應器(qi)(由水(shui)泥、磚墻和帶(dai)有環氧涂層(ceng)(ceng)的MS/SS組(zu)成),包括底(di)土層(ceng)(ceng)、接種體(ti)(污水(shui)淤(yu)泥或牛糞),還有一些情況(kuang)下是(shi)化(hua)學品(通常是(shi)基本的),以(yi)保持pH呈中性。然后反應器(qi)密封發酵(jiao)。發酵(jiao)過程(cheng)中,固體(ti)含量6-10%的稱為批消化(hua),固體(ti)濃度大于20%的稱為干(gan)發酵(jiao)。
混合圓頂消化器
混合圓頂(中國)消(xiao)化(hua)器(qi)是中國江蘇(su)省(sheng)在1936年建成的(de)。反應(ying)器(qi)包括磚石或(huo)澆鑄水泥(ni)建成的(de)氣密室(shi)。反應(ying)器(qi)的(de)屋(wu)頂和底部都是半(ban)球型,由(you)直墻(qiang)連接。消(xiao)化(hua)過程中產生(sheng)的(de)氣體(ti)保存在圓頂下,使一(yi)些消(xiao)化(hua)器(qi)中的(de)物質從污水室(shi)里排出。
流動圓頂消化器
流(liu)動(dong)圓頂(ding)(由印度或KVIC設計)沼(zhao)氣技術自1937年開始(shi)應用。1950年,Patel設計了(le)一個帶有(you)流(liu)動(dong)貯(zhu)氣裝(zhuang)置(zhi)的(de)工廠,并在印度引發了(le)對沼(zhao)氣的(de)新一輪興趣。消(xiao)化(hua)(hua)器(qi)設計具(ju)有(you)30-55天的(de)保(bao)持期。添(tian)加(jia)的(de)主要原(yuan)料(liao)是牛糞。鼓室本是由軟剛制成(cheng),之后被玻璃纖維(wei)強化(hua)(hua)塑料(liao)(FRP)所替代。
包消化器
包(bao)消化(hua)器(qi)主要是一(yi)個長柱(zhu)(長:直徑為3:14),材料(liao)是一(yi)種(zhong)涂有氯(lv)丁(ding)橡膠的尼(ni)龍(long)纖維PVC,或是PVC的專(zhuan)利產品“紅(hong)泥塑料(liao)”(RMP)。消化(hua)器(qi)的原(yuan)理本質上是活塞流反應器(qi)。因為包(bao)消化(hua)器(qi)價格低廉,經久耐用(yong),臺灣人首先將其改進(jin)來處(chu)理豬糞。它的一(yi)個優點是其墻壁很薄,可以利用(yong)太陽(yang)等外熱(re)源很容易地(di)加熱(re)物質。包(bao)消化(hua)器(qi)的平(ping)均溫(wen)度比圓頂型的高2-7攝氏度。
活塞消化器
典型的(de)(de)活(huo)塞反應(ying)器(qi)由一個(ge)用(yong)混凝土(tu)或(huo)不透水(shui)薄膜覆蓋(gai)的(de)(de)溝渠組成。為保(bao)證真正活(huo)塞流(liu)的(de)(de)條件,長(chang)度必須比寬度和深度長(chang)適當的(de)(de)長(chang)度。反應(ying)器(qi)上(shang)覆蓋(gai)一頭連(lian)在地上(shang)的(de)(de)靈活(huo)的(de)(de)貯氣體,或(huo)是(shi)混凝土(tu)或(huo)電鍍的(de)(de)鐵頂。后一種類(lei)型要求貯氣器(qi)。反應(ying)器(qi)的(de)(de)進口和出口在相反兩頭,以半(ban)連(lian)續的(de)(de)方式進物,另一端則(ze)排出等(deng)量的(de)(de)污物。關(guan)于這種類(lei)型反應(ying)器(qi)最(zui)早(zao)的(de)(de)使(shi)用(yong)記錄是(shi)在1957年的(de)(de)南非(Fry,1975)。
厭氧過濾
為了減少反應器(qi)的(de)容量(liang),發明了一(yi)個稱為固定生(sheng)(sheng)長消化器(qi)的(de)單(dan)(dan)元。這種設計的(de)最早、最簡(jian)單(dan)(dan)的(de)類型是厭(yan)氧過濾(lv)。通常包(bao)括一(yi)個高(gao)反應器(qi)(高(gao)/寬=8-10),里面裝有生(sheng)(sheng)長或捕獲生(sheng)(sheng)物(wu)體的(de)介質。

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