有機(jī)固體廢棄物能源化處理技術(shù)在未來(lái)社區(qū)的應(yīng)用

朱 琦

（無(wú)錫市博雅匯環(huán)保科技有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000）

廢物的減量化和資源化處置是未來(lái)社區(qū)發(fā)展方向，也是未來(lái)社區(qū)的主要建設(shè)內(nèi)容和需要具備的功能。為規(guī)范、保障及指導(dǎo)未來(lái)社區(qū)試點(diǎn)建設(shè)，進(jìn)一步打造有舒適感、歸屬感與未來(lái)感的新型城市功能單元，江蘇省發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了《未來(lái)社區(qū)試點(diǎn)建設(shè)管理辦法（試行）》，未來(lái)社區(qū)研究也得到廣大環(huán)境從業(yè)工作者的關(guān)注。未來(lái)社區(qū)建設(shè)倡導(dǎo)打造未來(lái)低碳場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)人本化、生態(tài)化與數(shù)字化，提高垃圾收運(yùn)系統(tǒng)功能，不斷完善社區(qū)垃圾分類(lèi)體系，進(jìn)行建筑垃圾資源化利用，推進(jìn)社區(qū)垃圾分類(lèi)和資源回收體系的融合，從而建設(shè)花園式無(wú)廢社區(qū)。但是，社區(qū)有機(jī)固體廢棄物含有豐富的生物質(zhì)能，可對(duì)其進(jìn)行資源再生利用。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)未來(lái)社區(qū)污廢處理也進(jìn)行了大量研究，主要集中在社區(qū)固廢垃圾處理、污水處理和社區(qū)節(jié)水。國(guó)內(nèi)餐廚垃圾資源化利用水平較低，固廢減量水平很低，處理效率也不高，開(kāi)展有機(jī)固體廢棄物好氧堆肥研究具有重要意義。所以，本文結(jié)合未來(lái)社區(qū)發(fā)展方向和綠色環(huán)保要求，以某未來(lái)社區(qū)為試點(diǎn)，提出基于好氧堆肥技術(shù)的有機(jī)固體廢棄物資源化利用方案，同時(shí)分析方案的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。

1 城市社區(qū)垃圾的生物質(zhì)能儲(chǔ)量分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年，我國(guó)214 個(gè)大中城市生活垃圾產(chǎn)生量為18 851 萬(wàn)t，每年以8%的速率遞增，因此城市固廢催生的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題受到廣大環(huán)境工作者的關(guān)注。2019年11月，江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳通過(guò)《江蘇省城市居民生活垃圾分類(lèi)投放與收運(yùn)設(shè)施設(shè)備配置指南（試行）》，江蘇省正式實(shí)行垃圾分類(lèi)制度。社區(qū)垃圾主要包括庭院垃圾和廚余垃圾，庭院垃圾主要指社區(qū)內(nèi)綠化修剪、落葉等廢棄物，廚余垃圾是指居民日常生活中產(chǎn)生的廚房垃圾，包括丟棄菜葉、剩飯、蛋殼、骨頭、茶渣、剩菜和果皮等。這些有機(jī)固體廢棄物含有大量的生物質(zhì)能。調(diào)查顯示[2]，城市社區(qū)產(chǎn)生的有機(jī)固體廢棄物中，庭院垃圾平均熱值為6 331 kJ/kg，廚余垃圾熱值約為5 487 kJ/kg，按照2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，214 個(gè)大中城市生活垃圾產(chǎn)生量為18 851 萬(wàn)t，經(jīng)折算，能源約為2 880 億kW·h，相當(dāng)于3 538 萬(wàn)t 標(biāo)準(zhǔn)煤，對(duì)這些能量進(jìn)行回收和再生利用，不僅可以解決固廢污染問(wèn)題，也可為未來(lái)社區(qū)供應(yīng)大量可再生能源，實(shí)現(xiàn)未來(lái)社區(qū)的低碳環(huán)保運(yùn)行。在未來(lái)社區(qū)中，有機(jī)固體廢棄物好氧堆肥具有很好的應(yīng)用前景，可實(shí)現(xiàn)社區(qū)固廢減量化和資源化[3]。

2 有機(jī)固廢好氧堆肥技術(shù)

傳統(tǒng)堆肥工藝主要采用植物莖葉和人畜糞尿作為原料，當(dāng)前，國(guó)內(nèi)具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。隨著微生物科學(xué)研究的不斷深入和環(huán)境壓力的不斷增加，好氧堆肥技術(shù)在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。受能源危機(jī)和低碳發(fā)展的影響，在對(duì)有機(jī)固體廢棄物進(jìn)行無(wú)害化處理時(shí)，人們開(kāi)始關(guān)注如何收集其中包含的巨大生物質(zhì)能。

2.1 好氧堆肥技術(shù)供能原理

在通風(fēng)加氧的情況下，需氧微生物將有機(jī)物氧化并分解，細(xì)胞和微生物增長(zhǎng)，而有機(jī)物得到分解，轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物，同時(shí)這個(gè)過(guò)程會(huì)釋放大量熱量，微生物分解有機(jī)物后，產(chǎn)生的熱量可用于建筑采暖及供熱，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能回收利用[4]。城市垃圾及秸稈等富能物質(zhì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，通過(guò)好氧反應(yīng)裝置產(chǎn)生大量熱量，這些熱量可成為建筑物供應(yīng)熱水或采暖的熱源，反應(yīng)底物是有機(jī)肥料的原料。好氧堆肥可以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能回收利用，其技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 生物質(zhì)能回收利用的技術(shù)路線

2.2 好氧堆肥反應(yīng)器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

反應(yīng)裝置是好氧堆肥生物質(zhì)能回收利用系統(tǒng)的核心部分，該系統(tǒng)采用立式多層反應(yīng)裝置，以城市社區(qū)垃圾、秸稈等為原料，在收集餐廚垃圾時(shí)，首先進(jìn)行初步分揀，由于餐廚垃圾鹽度較高，可適當(dāng)加入綠化垃圾。本系統(tǒng)以空氣壓縮機(jī)作為氧氣通風(fēng)的動(dòng)力，并在廢氣排出口安裝氣-水換熱器，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱的回收利用，并把這些能量?jī)?chǔ)存到水箱，如圖2所示。

圖2 好氧堆肥反應(yīng)器的工作原理

下面對(duì)通風(fēng)溫度和出風(fēng)溫度進(jìn)行測(cè)定，以對(duì)本系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)定結(jié)果表明，通風(fēng)溫度介于27.2～31.3 ℃，出風(fēng)溫度介于56～65 ℃。這些熱風(fēng)可以用于制備熱水，水溫可以超過(guò)46 ℃，可以為社區(qū)居民供應(yīng)生活熱水，也可以為建筑供暖。

3 未來(lái)社區(qū)采用好氧堆肥技術(shù)的可行性分析

好氧堆肥技術(shù)可實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢棄物資源化和無(wú)害化處理，從而將未來(lái)社區(qū)打造成花園式無(wú)廢社區(qū)。經(jīng)測(cè)定，好氧堆肥反應(yīng)器的出風(fēng)溫度高于56 ℃，反應(yīng)堆部位溫度大于70 ℃，最高峰甚至可以達(dá)到82.6 ℃。反應(yīng)過(guò)程需要嗜熱微生物，其他微生物及細(xì)菌幾乎全部被高溫殺死。同時(shí)，壓縮機(jī)朝反應(yīng)堆內(nèi)部通風(fēng)，為好氧微生物供應(yīng)氧氣，對(duì)臭氣進(jìn)行稀釋?zhuān)瑤ё叻磻?yīng)堆內(nèi)部的水分，這些臭氣和廢水也會(huì)對(duì)未來(lái)社區(qū)的衛(wèi)生環(huán)境產(chǎn)生不良影響。此外，經(jīng)高溫殺菌和有機(jī)物分解，反應(yīng)降解后的殘留物將成為一種良好的有機(jī)肥，可用于改善未來(lái)社區(qū)綠化植被的土壤環(huán)境，從而構(gòu)建花園式無(wú)廢綠色環(huán)保社區(qū)[5]。

從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，要盡量少采用高品位能源，推進(jìn)階梯式能源利用。當(dāng)前，江蘇省內(nèi)社區(qū)采暖或冷水加熱大部分使用燃?xì)饣螂娔埽@些都屬于高品位能源。未來(lái)社區(qū)采用生物質(zhì)好氧堆肥技術(shù)，產(chǎn)生的熱水溫度通常介于46～55 ℃，這屬于低品位的廢熱再次利用，從而使未來(lái)社區(qū)高品位能源消耗降低，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用和節(jié)能環(huán)保。

4 未來(lái)社區(qū)應(yīng)用好氧堆肥技術(shù)存在的問(wèn)題

4.1 合理確定處理工藝參數(shù)

好氧堆肥技術(shù)受到多方面因素的影響，通風(fēng)供氧量、含水率、C/N 等工藝參數(shù)都會(huì)對(duì)處理效率產(chǎn)生重要的影響。C/N 太高或過(guò)低，都不利于堆肥反應(yīng)的進(jìn)行，通常，C/N 為20～30 時(shí)，微生物分解有機(jī)物的效率較高。如果社區(qū)內(nèi)固體垃圾C/N 達(dá)不到要求，要分析有機(jī)固體廢棄物的主要成分，選擇合適的調(diào)節(jié)劑，最終確定合理的工藝參數(shù)。

4.2 進(jìn)一步完善反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

好氧堆肥反應(yīng)器是好氧堆肥技術(shù)的核心，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮很多影響因素，并不斷提升機(jī)械化水平。堆肥反應(yīng)過(guò)程包括物料添加、物料自備、最終反應(yīng)物清除、反應(yīng)攪拌等工序，提高反應(yīng)器的機(jī)械化水平，可以減少運(yùn)行人員投入并保證反應(yīng)連續(xù)運(yùn)行。

4.3 設(shè)置輔助熱源，以確保供熱效果

好氧堆肥反應(yīng)分為三個(gè)階段，分別為初始階段、高溫階段、后期腐熟階段。為了保證供暖效果，實(shí)現(xiàn)連續(xù)供暖，提升供暖可靠性，供暖系統(tǒng)可采用輔助熱源。改進(jìn)后的雙反應(yīng)器連續(xù)供暖系統(tǒng)如圖3所示，供暖系統(tǒng)組成部件主要包括一號(hào)反應(yīng)器、二號(hào)反應(yīng)器、輔助熱源（鍋爐）和水箱。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要對(duì)2 個(gè)反應(yīng)器的運(yùn)行時(shí)間加以控制，協(xié)調(diào)二者運(yùn)行時(shí)間，確保始終有一臺(tái)設(shè)備處于高溫可供熱的狀態(tài)。在極端狀況下，輔助熱源可以保證該系統(tǒng)仍然正常供暖，彌補(bǔ)系統(tǒng)熱水不穩(wěn)定的缺陷。

圖3 雙反應(yīng)器好氧分解能量回收供暖系統(tǒng)

5 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)社區(qū)采用好氧堆肥技術(shù)，可以減少垃圾排放，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，減少有機(jī)固體廢棄物的二次污染，改善衛(wèi)生環(huán)境。在未來(lái)低碳社區(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，好氧堆肥技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以回收生物質(zhì)能，實(shí)現(xiàn)多元能源協(xié)同供應(yīng)。好氧堆肥技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢棄物的無(wú)害化處理，城市社區(qū)有機(jī)垃圾的輸出量將大大減少，極大地美化社區(qū)環(huán)境，若該技術(shù)在政策上得到一定支持，將會(huì)在未來(lái)社區(qū)得到更好的應(yīng)用。