按照瑞典國家資源回收的目標,使用厭氧消化方法對有機廢棄物消化處理,以取代填埋或焚燒,這種方法正在日益增長。特別是有機廢棄物填埋方法,自2005年已經嚴禁使用,需要更換其他處理方法。焚燒是不被禁止的,但某些類型的廢棄物,更適合于厭氧消化處理,比焚燒效果好。厭氧消化,可用于生物降解廢棄物的處理,同時產生以甲烷氣體形式存在的沼氣,和被消化的殘渣-肥料。 焚燒是最適合干燥廢棄物的處理方法,能使能源以電和熱的形式回收。雖然電力和熱量也可以從甲烷中產生,但最大的可持續性收益是甲烷被作為汽車燃料使用,并且在瑞典被各領域廣泛應用,因為它取代了礦物燃料-石油,減少了二氧化碳的排放量和空氣中的放射性微粒。 考慮到這一點,有機廢物的厭氧消化被認為是一個比焚燒更可持續的處理方式,并且產生可再生的能源。此外,在瑞典焚燒能力有限,不足以處理所有的有機廢物。
在馬爾默/哥本哈根地區,一項關于有機廢料厭氧消化潛力的研究已在ORESUND環境計劃(OEA, 2004年)內完成 。 其目的是為了通過指導使一些有機廢料從傳統的處理方法(如:填埋,焚燒)轉到厭氧消化的方法上,從而進一步研究有機廢棄物的優化管理方法。
本研究的主要目的是收集有關瑞典馬爾默市有機廢棄物種類的資料,和估測在污水處理廠大罐中的廢棄物的厭氧消化處理潛力。在研究中,一些種類的廢棄物通過分析和消化實驗得以進一步評估,確定它們加入到污泥消化罐中的數量,以便增加沼氣產量或促進有機廢棄物和污泥消化分解,從而達到最優化使用消化殘渣的目的。
材料與方法:
庫存數據
首先所獲得的數據是取得具體地點的資料(包括前城內資料,廢棄物處理部門的資料和城內廢棄物處理設施)。其余的相關數據是人口、戶數等一些信息。一些種類的有機廢棄物在大多數城市都存在,比如:家庭有機廢棄物,隔油池污泥,餐廳廢棄物和市場廢棄物。其特點及數量隨著城市的大小、分揀導向、收集和預處理程度而變化。通過已有的重要數據研究人員可以估算出每一種類型的廢棄物潛在數量。
消化試驗
消化試驗包括甲烷潛力測試(漢森于2004年 ), 30-50天后產生沼氣,并繼續小規模不間斷消化降解試驗(希內政于2003年,賈森于 2004年) ,在評估沼氣產量前,廢棄物需要消化降解幾個月后才能產生沼氣,但這對于模擬全面運行是非常有用的。
被測試的廢物類型
下列廢棄物類型的單基消化和混合消化已完成‘
1、來自家庭中預處理的城市有機垃圾;
2、從污水處理廠出來的污泥。
3、從隔油池濾出的污泥。
4、水果和蔬菜廢棄物。
甲烷潛力測試
通過使用一個厭氧批處理實驗室來測量甲烷潛在力,這種方法被用于測量已分類的家庭廢棄物和相似的基體。在測試中使用了帶隔膜軟木的2-L 反應器,填裝500ml已消化分解的殘渣和測試基體(廢棄物)。多功能沼氣池的殘渣和廢棄物按比例為60 : 40添加。在所有測試中,反應器溫度被保留在35度,但測試城市有機垃圾須在55度。氣體色譜分析儀器監測反應器頂部空間甲烷的產生情況,通常在30-50 天以后開始,直到甲烷生產停止為止。在實驗結束時, 甲烷潛在量被計算為加入到反應器的揮發性固體累計甲烷的產生量。來自消化殘渣產生的甲烷被減去。所有測試被做成一式兩份或三份,以纖維素的消化指標作為參考并且單獨測試殘渣以測算甲烷含量,。運用標準方法(APHA 1989),人們對殘渣成分、酸堿度、氨鹽基和重量在測試前后,進行了測量。使用高壓氣體注射器從反應器中抽出0.2ml甲烷生產樣品。在氣體色譜分析儀(Agilent 6850 系列)內測量甲烷,該儀器裝備有火焰電離探測器(FID) 。它是一個30 m 長/0.32 毫米直徑/0.25um厚的圓柱體。
連續的小規模消化試驗
用作連續的消化實驗設備類似一個大規模全能型沼氣工廠,包括熱化, 給料, 攪動和氣體收集。各套試測器材包括一個連接77-L 氣體收集池的35-L 圓柱形消化容器。在一些實驗中溫度被控制在55度, 但反應器溫度主要在35度, 這個溫度被使用在馬爾默污水處理廠的大規模全能型消化池中。各類型廢棄物在沼氣產出量評估之前,至少被放置2-3 個月。這樣做是為了保證消化處理的穩定性和減少被作為起始的材料使用的殘渣的影響。一臺頂置機械攪拌器保證了槽料的完全混合。每天給料和人工清除一次殘渣。水力保留時間是10-20 天。由于裝載量比較多,因此對于每天每立方米3 公斤易變的固體有機物,有必要稀釋占總固體廢棄物5%的廢棄物的給料。計算機控制每日消化池的溫度和酸堿度,包括每個星期運用標準方法(APHA 1989) 對HOC3 、揮發性脂肪酸(VFA), 總固體廢棄物, 易變的固體廢棄物 ,磷-總量,氮-總量和氨氮進行測量。
結果和討論:
結果表明,污水處理廠污泥量遠遠大于每年最大的廢棄物濕重數量( 285000噸/年),和其他城市有機廢棄物約達50000噸/年的數量。另一方面,當評估厭氧消化的潛力時,總固體廢棄物和易變的固體廢棄物含量是重要指標。
在馬爾默,人們可以根據不同情況,考慮不同的因素,評估每一種廢棄物的甲烷產生量,例如潛在數量(濕量與易變的固體廢棄物量) ,收集點數量,是否需要預處理,目前的處理方式和消化殘渣的潛在利用。
城市有機垃圾中的很大一部分是易變的固體廢棄物,它們產生在市區。另一方面,這種廢棄物的源頭分類和收集系統會很復雜,并且收集點數量較多。目前,這一類型的廢物,在馬爾默能源回收過濾廠被焚燒。城市有機垃圾是一個復雜的基載體,包括其他物質,如:養分。如果它被很好的分類以及恰當處理,即不污染環境,又能夠產生適合作為肥料的消化殘渣。
在馬爾默研究項目中, 污水處理廠污泥含有大量易揮發固體腐料。在35度時它被厭氧消化處理,這是一個簡單的方式用來產生甲烷和減少有機物含量。最初的消化處理的目的就是為了獲取穩定的污泥。在瑞典消化降解后的殘渣帶來一個問題,因為它不被農民接納,用于農田施肥。污水處理廠污泥可以與其他廢棄物一起用于混合消化處理,如隔油池污泥,就是一個合適的基礎材料,它含有各種營養素和微量營養素,需要微生物的降解過程。
隔油池污泥只占易揮發固體有機廢棄物總量的一小部分。然而,有意思的是,能夠代替厭氧消化方法處理油泥的方法并不多。填埋,是目前普遍采用的處理方法,根據規定在2005年前禁止填埋有機垃圾。焚燒對這種低燃燒值廢棄物來說是不適合的,至少在本研究項目中不會被采用,因為馬爾默市焚燒場不能接受這種廢棄物。此外,人們通過改進沼氣生產工藝已使沼氣產量有了很大提高,因為理論上講,油泥中的脂肪有助于增加沼氣產量
通常水果蔬菜批發商那里只產生少量廢棄物。這些廢棄物數量仍可關注,雖然他們只產生在少數地方,可以簡化收集。它們污染程度低,數量少,適合厭氧消化處理。