城乡生物质垃圾资源化利用关键技术研究

成果概况

成果类别：	应用技术	体现形式：	新技术	课题来源：	地方计划
起止时间：	2009.07 至2011.12	研究形式：	独立研究	所处阶段：	成熟应用阶段
成果属性：	原始性创新

成果简介

随着经济水平的提高、物质生产的丰富和城市化的人口膨胀，城市生物质垃圾的产量与日俱增，仅2007年杭州、宁波、嘉兴等城市的生物质垃圾清运量就分别达到了161.94万吨、66.46万吨和57.10万吨，城市垃圾中的生物质垃圾成分约占垃圾总量的65%～80% ,且尤以餐厨、果蔬类等生物质垃圾含量较高，可达到40～65%，农村的生物质垃圾比例更高。目前，对于生物质的资源化利用显然是一个研究热点。从生物质垃圾的特性出发，进行厌氧发酵具有明显的优势，不需进行水分的调理，反应过程不受供氧的限制，降低机械能耗，同时能产生具有能源利用价值的甲烷气体，发酵残余物经处理后可作为优质的有机肥或液态肥，反应过程对环境影响较小。本研究不仅寻求了一种低成本有效率的生物质垃圾资源化和无害化的处理技术，而且无论从原料（生物质垃圾）出发，还是产物（甲烷气体和残余物）来说，都能使其变废为宝，实现废物的资源化，为未来生物质垃圾的处置和管理提供借鉴，具有很好的学术价值和应用前景。尤其是沼液膜浓缩分离与沼液配方肥技术为浙江的五水共治和美丽乡村建设提供了技术支撑。 1.开发了生物质预处理设备和与处理技术，提高了生物质厌氧发酵效率。研究的“自动调节喂入高度的粗硬茎杆切碎装置”已经获得国家发明专利，适用于多种物料特性，除杂、破碎、浆化的生物质垃圾均质预处理技术，单机处理能力大于1000kg/h，处理每吨物料的比能耗小于20 kWh/t-垃圾，处理效率提高15%以上。研究和筛选的生物质预处理技术提高了生物质产气能力，研究表明：高温高压预处理优于NaOH预处理，随后是高温水热预处理和Ca（OH）2预处理。相同浓度下，NaOH预处理效果优于Ca（OH）2预处理。热预处理在相同温度下，加压的效果优于不加压的效果，产气量与甲烷含量均可通过加压得到一定程度的提高。然而Ca（OH）2较为常见，价格比NaOH低廉，且具有环境友好性，从经济性的角度考虑优于NaOH预处理。加压处理对设备要求较高，耗能较多，在实际应用中应根据实际情况选择。 2.开发了高固体两相厌氧消化工艺与装备，筛选育出了耐/嗜酸性高效水解产酸菌，创新了厌氧发酵新技术。研究获得：（1）从该耐盐污泥中分离纯化得到一株产甲烷菌（M-1），该菌株最适生长温度为35 ℃，适宜范围为30～40 ℃，最适生长pH值为7.0，适宜范围为7.0～7.5，最适生长盐度为1%，适宜范围为0%～2%，盐度大于4%时该菌株不生长，且对青霉素和四环素均具有耐受性。（2）通过调控果蔬和泔脚的比例，能降低油脂和盐度对产酸相的影响，泔脚果蔬配比为25%、50%、75%和100%的混合垃圾在产酸相的最佳HRT分别为10d、15d、15d和20d，从生物降解率和酸化程度考虑，25%泔脚垃圾产酸相反应器优于其它配比反应器，是一种合理的配比。（3）25%和50%泔脚垃圾产甲烷相反应器最佳HRT为3d，而75%和100%泔脚垃圾产甲烷相反应器最佳HRT则为4d，从甲烷日产量、COD 降解率和VFA转化率考虑，50%泔脚垃圾产甲烷相反应器都要优于其它配比反应器。综合考虑产酸相和产甲烷相的表现及效率，建议将泔脚果蔬比控制在25%～50%之间。 3.针对生物质垃圾厌氧消化产物最难处理的沼液问题，研究开发了沼液膜浓缩分离和沼液配方肥技术与设备；研究了沼液肥农田施用效果及其生态安全性。研究获得了如下结果：（1）研究分析沼液营养成分和污染性成分周年变化，发现冬季的沼液中的各项指标均高于其他季节，污染元素在可控范围内，为沼液浓缩提供依据。（2）开发的沼液膜浓缩分离成套技术与设备，能适应生物质垃圾厌氧沼液的浓缩处理。在纳滤膜浓缩试验中，采用截留液全部循环的操作模式在操作压力为 1.0MPa，温度为 25℃的条件下对超滤透过液进行浓缩，在 pH 等于8的条件下，沼液浓缩倍数4倍～10倍，最为合适。透过液水质完全符合农田灌溉水质标准。对于沼液应用于沼液配方肥开发侧浓缩倍数以10倍为宜。（3）沼液肥和沼液营养液在田间试验结果表明：通过浓缩液浓缩工艺和复配技术研制出氨基酸水溶性肥料产品，并且检测出该产品符合国家标准。使用猪粪浓缩液配置无土栽培营养液，并进行无土栽培小白菜的实验，发现该营养液比对照组（霍格兰营养液处理）产量和叶绿素含量高，但是无显著差异。水稻、西瓜、柑橘上施用沼液肥效果显著。（4）连续施用两年施用沼液与否土壤中重金属含量差异不明显，沼液不同使用量土壤中的重金属积累迁移也无显著规律。

应用前景