生物质垃圾处理处置技术[1]

1、之之生物质垃圾能源化技术生物质垃圾能源化技术报告人：刘少风流内内容容提提要要生物质垃圾处理处置技术简介相关资料存在的问题及今后发展趋势生物质垃圾能源化技术应用现状生物质垃圾一般概念介绍1.1 生物质垃圾的定义生物质垃圾的定义1.1.1生物质 生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质，它包括植物、动物和微生物。一. 生物质垃圾一般概念介绍1.1.2 生物质垃圾 指生物质由于失去其原来价值或在一定时空中未能被利用，从而导致被搁置的一种状态。1.2 生物质垃圾污染现状生物质垃圾污染现状 量大量大利用率低利用率低开发潜力大开发潜力大环境

2、治理迫切度环境治理迫切度我国生物质的能源绝大部分用于农村生活，极少部分用于乡镇企业的工业生产：而利用方式长期来一直以直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源，但规模较小，普及程度较低，在国家，甚至农村的能源结构中占有极小的比例。 生物质废物具有潜在的能源价值。以农作物秸秆为例，稻秸热值为 13.87MJ/kg，玉米秆为 15.67MJ/kg玉米芯为15.83MJ/kg，大约相当于标准煤热值的1/2。2005年我国农村秸秆产量为 689Mt，2010年达726Mt，相当于4亿t标煤。2003年，禽畜粪便产生量约为29亿t，而同期工业固体废物产生量为10 t亿，畜粪便产生量是工业固体

3、废物的2. 9倍。陈敏鹏等的研究表明，随着我国人口收入的增加，禽畜养殖将继续发展。大量的畜禽粪便和污水带来了土地负荷压力过大、土壤及水体污染、空气恶臭和疾病传播等一系列问题。1.3 生物质垃圾的分类生物质垃圾的分类按来源分按来源分农业废弃物林业废弃物城市生物质废物畜牧业排泄物一. 生物质垃圾一般概念介绍城市生物质废物主要包括家庭厨余垃圾、餐厨垃圾、城市粪便以及城镇污泥。畜牧业生产过程中产生的粪便和尿液混合物主要指农作物加工剩余物，如秸秆，谷壳，菜叶等草木类、木材枯枝落叶废料、树皮、锯木等二. 生物质垃圾处理处置技术简介2.1生物质垃圾处理处置技术分类生物质垃圾处理处置技术按处理去向分生物质垃圾

4、填埋生物质垃圾焚烧生物质垃圾能源化生物质垃圾能源化生物质垃圾饲料化生物质垃圾肥料化生物质垃圾作生产原料二. 生物质垃圾处理处置技术简介2.2生物质垃圾能源化技术1生物质发电2生物质气化3生物质固化4生物质液化1.通过生物质集中燃烧发电，主要有生物质锅炉直接燃烧发电、生物质/煤混合燃烧发电等。2.是指对垃圾中的生物质部分采取一定物理化学和生物的方法制取气态燃料的技术，包括制取生物质燃气和沼气。3.具有一定粒度的生物质原料在一定压力作用下制成棒状、粒状、块状等成型燃料。4.是指对垃圾中的生物质部分采取一定物理化学和生物的方法制取液态燃料的技术。包括利用生物质制取乙醇、裂解油和柴油技术。2.3生物质

5、垃圾能源化技术国内外研究现状v生物质发电技术v国外：v荷兰的 635 MW 煤粉炉中煤粉与木材颗粒燃料混燃的例子,木材掺混比为 3 %4 %总热值,混燃后对锅炉运行和环境均无影响。因木材灰少,所以每年可减少4 000 t 飞灰排出。v丹麦Studstrup 电站用秸秆和煤粉在一台 150 MW煤粉炉中直接混燃。秸秆掺混比为10 %20 %总热值未出现运行、腐蚀和环保问题,但锅炉灰量不能再用作水泥原料或肥料。国内：东南大学曾对两个各有三台75 t/ h锅炉的电站经济性进行调研比较。一家电站采用直接混燃,生物质混燃比例为 10 %(按热值比) 。另一家电站采用并联混燃,新建一台75 t/ h 锅炉

6、,专烧生物质。比较结果,直接混燃的发电成本为 0. 51CNY/kWh (CNY:元) ,并联混燃的为0.554 CNY/ kWh,两者发电成本均高于纯燃煤电站的0.366CNY/kWh。直接混燃虽比并联混燃经济,但并联混燃因大比例掺烧生物质燃料,可享受政府补贴0.25 CNY/ kWh ,所以经济效益反而好。v国外：到 20世纪80年代，美国已有 19家公司和研究机构从事生物质气化技术的研究与开发；加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究。v生物质气化技术v国内：我国在“八五”“九五”“十五”期间都有研究，目前全国已建成农村气化站200多个，谷壳气化发电机组100多台套。本实

7、验室在生物质垃圾低碳高值化技术方面也做出了一定贡献，如生物质垃圾低碳高值化处理利用技术半山示范工程，该技术利用微生物的厌氧好氧过程将生物质垃圾分解为腐熟垃圾和甲烷气，使生物质垃圾得到高效利用。v生物质固化技术国外：美国已经开发了生物质颗粒成型燃料，泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料，日本关东燃料行业协会推广的锯末碳。国内：从20世纪 80年代中期起我国开始了成型燃料的开发研究。 1999年，辽宁省能源研究所研制的棒状生物质固化成型燃料生产设备达到国际先进水平。河南农业大学、中国林业科学研究院林产化学工业研究所等单位也推出了类似的产品。 21世纪初，河南农业大学等又推出活塞冲

8、压式成型设备，辽宁省能源研究所则在国内率先推出产量大、能耗低、原料适应性广的颗粒燃料设备。不久前，该所又成功研制开发出可移动生物质固化成型燃料设备。水平式压实器三相联合式压实器回转式压实器v生物质液化技术国外：美国原来用玉米等粮食作物制乙醇,巴西本来采用甘蔗等糖质原料制乙醇,现在都在开发第二代用生物质废物制液态燃料的方法,如美国学者找到了一种以玉米秸秆纤维素为食的土壤真菌，这种真菌能分泌出一种分解秸秆的新酶可使纤维素发酵并产生乙醇；西班牙利用绿藻生产生物质柴油也取得了良好的效果。国内：2006 年底,国家发文不再新批用粮食制乙醇的项目,鼓励发展非粮生物燃料,尤其是发展用纤维素原料制取乙醇的技术

9、,现在清华大学主持的甜高粱秆固体发酵制乙醇项目已得到有关菌种并小试成功,已在内蒙五原县建立中试厂；而以各种废弃油脂为原料,诸如各种植物油、动物油、废餐油、油料林木等生产生物质柴油的研究也取得了一定成果。v生物质固化技术在燃煤电站中的应用v生物质固体燃料的成型 为了便于运输、储存和改进燃烧工况(改善送风控制和稳定燃烧) 可利用各类压缩成型机械(如螺旋式、活塞式、油压式、水压式等成型设备)将生物质(如锯末、木屑、稻壳、秸秆等) 压缩成直径为420mm,长度100mm的颗料燃料或尺寸为20120mm,长度400mm的块状燃料供用户燃用。其工艺过程一般为:干燥、制粉、调湿和压缩机成型造粒。对秸秆、干草

10、等也可压缩成捆,尺寸取决于打捆机,方捆一般边长为50120cm。三、生物质垃圾垃圾能源化技术应用现状v生物质固体燃料的焚烧v直接混燃方案：在直接混燃方案中煤与生物质在同一台锅炉中混合燃烧。其优点为可利用燃煤锅炉的现有烟气净化设备,可减少燃煤量、SOx 和NOx 等污染物及 CO2 的排放量。此方案不需新建一台燃用生物质的锅炉,所以投资少。其缺点为燃用生物质的量较少,生物质加入混燃的比例一般10 %(按热值比) ,否则会出现受热面积灰和腐蚀。混燃后的灰不能像单独燃煤的灰可用于水泥行业(因为含钾等元素) 或像单独烧生物质的灰可用作农肥。v并联混燃方案：生物质在专用的生物质锅炉中燃烧,产生的蒸汽与燃

11、煤锅炉产生的蒸汽合在一起供汽轮发电机组发电。其优点为生物质燃用不影响其他燃煤锅炉的运行,两种锅炉产生的灰均可利用。生物质燃料在电站中的混燃比例(热值比)可达80%以上。其缺点为需建专用的生物质锅炉,增大了初投资费。生物质固化燃料成型技术工艺流程热成型工艺生物质垃圾焚烧发电厂v生物质气化技术在农村生物质垃圾处理中的应用 图为生物质垃圾低碳高值化处理利用技术新登镇半山村示范工程。全村建立3套垃圾发酵装置，每套装置有效容积为15m3。该村的清洁工只需将每天产生的生活垃圾去除大块杂物后扔入其中第1套发酵反应器中推平即可，一般1套发酵装置2个月填满后封顶进行密封厌氧发酵，此期间将每天产生的垃圾填入第2套

12、装置。如此反复，达到循环利用3套处理装置的目的。垃圾封顶后厌氧发酵3个月，此后采用间歇曝气0.06m3/(minm3)曝气21d，通风频率为20min/h，而后将腐熟垃圾挖出，除去杂物后农用。一套厌氧好氧处理装置循环使用周期为6个月。由于该村种植大量的果树，可将腐熟垃圾作为果树的肥料。v整个工程分为两个部分：收运系统和厌氧-好氧处理系统，两系统固定投资为6.7万元，运行费用为0.7万/年v收益分析：该项目收益主要来自腐熟垃圾销售及产生甲烷等天然气的利用。每t垃圾处理后产生0.3t垃圾肥，市场价格300元/t。每年共产生36t垃圾，可获10.8t有机肥，可收益3240元。每t垃圾可产20.16

13、m3甲烷，每年共产生2419.2m3甲烷，按照天然气的价格3.95元/ m3计算，即每年产生的甲烷可收益9555.84元。此外，收集房分拣回收的废品可产生一定经济效益，据调查每年销售废品可获1500元。v综上所述，新登镇半山村采用的厌氧好氧生物质垃圾处理工艺固定投资为67500元，运行费用为6740元/年，而每年产生的经济效益为14295.84元。即每年净产生收益7555.84元，固定投资9年即可收回成本。v利用树干毕赤酵母发酵玉米秸秆制备燃料酒精工艺介绍： 湿热预处理湿热预处理 将 60g 玉米秸秆原料（绝干）与1L水混合，195预处理15min，反应结束后，将预处理液过滤为滤饼及水解液两部

14、分。 同步糖化发酵（同步糖化发酵（SSF） 预处理后的滤饼与不同比例水解液混合，最终滤饼与溶液质量体积比为50g/L，液体预先用5mol/LNaOH调整到pH值4.8。同步糖化发酵的第一步是在50温度下进行24h预水解，加酶量10FPU/g（干物质）。预水解后再加入纤维素酶20FPU/g（干物质），接入发酵种子使细胞干重达到2g/L，并加入0.2mL（24%）的尿素进行发酵，发酵后得到的发酵液通过蒸馏可以得到一定纯度的酒精。v生物质液化技术在玉米秸秆制酒精方面的应用v生产纤维素乙醇公司 化工巨头杜邦公司目前取得的重大突破就是，基因改良了乙醇生产用细菌运动发酵单胞菌（Zymomonas mobi

15、lis），让它们在分解玉米粒中的葡萄糖和纤维中的木糖时一样有效； 加拿大的Iogen公司拥有世界上最先进的纤维素乙醇制造技术（Eco -EthanolTM）， 该公司的核心生产工艺主要由原料的预处理、合成酶、酶水解和乙醇发酵等四部分组成。四、存在的问题及今后发展趋势 4.1各种技术在我国生物质垃圾资源化中存在的问题生物质发电生物质液化生物质气化生物质固化现状v较充分开发v技术成熟，有一定开发v试验研究阶段v技术成熟目标v实现商业化发电及供热v需要大范围的推广才能体现价值v技术上成熟v技术的推广存在问题v机组容量小；气化及发电效率低气体净化及焦油、灰和废水处理v缺少大规模投资所需要的资金，且需要

16、完备的硬件软件设施v基础性技术研究有待进一步发展v改善工艺条件，降低技术的成本 1. 我国生物质废物资源化技术应用发展方向应该是大小并举：在生物质垃圾资源集中地区，利用现有适用技术，完成大规模集成化生物质能源基地的建设；在分散地区，开发推广分散式生物质垃圾能源化基地，尤其是在生物质，可以充分发挥我国的优势，建立分散式沼气工程示范4.2 今后发展趋势 2. 国家应该完善生物质废物资源化开发及利用的相关政策和法规，规范 产业化市场，为生物质废物资源化产业的发展提供良好的环境和政策条件，为生物质产品找到出路；3. 结合我国资源和市场特点，充分发挥科研自主创新能力，努力获得拥有自主知识产权的理论技术及

17、相关产品，力争赶上发达国家水平。五、相关资料v粪便无害化卫生标准（GB7959-1987）v畜禽养殖业污染防治技术规范 v农用污泥控制标准（GB4284-84）v城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程（CJJ/T 52-93）v秸秆焚烧和综合利用管理办法v生活垃圾焚烧污染控制标准（GWKB 3-2000）v生活垃圾t填埋污染控制标准（GB 16889-1997）5.1相关法律法规5.2生物燃料相关会议v相关会议vBiofuels (C3) （March 1 - 6, 2011 Swissotel The Stamford Singapore） vAdvanced Biofuels Workshop（June 14, 2010 Americas Center St. Louis, Missouri, USA） vBioFuels Conference（ August 12-13, 2010, Mississippi ）vThe third annual Oklahoma Bi