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安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)園內(nèi)廢棄物主要有為溫室生產(chǎn)有機垃圾,包括蔬菜尾菜,少量農(nóng)作物秸稈、藤蔓等。經(jīng)實地調(diào)研,每天可產(chǎn)生各類有機廢棄物約1t,TS含量15-18%。
2資源化處理工藝設(shè)計
2.1工藝流程圖設(shè)計
按照無害化、資源化處理的原則,本處理方案采用以厭氧發(fā)酵技術(shù)為核心的工藝流程:餐廚廢棄物和農(nóng)業(yè)有機廢棄物經(jīng)收集進場后,首先經(jīng)過篩網(wǎng)、人工分選等去除塑料、方便筷、大骨頭、樹枝等較大及難降解固形物,再將易生物降解組分進行粉碎漿化,之后送入水解酸化池進行預處理(該過程可適當添加水解酶以促進其水解酸化,水解酸化池中配備機械攪拌設(shè)備進行勻漿攪拌),經(jīng)過5天[11]左右水解酸化后,再將料液每天分批次定量泵入CSTR厭氧反應(yīng)器中進行25-30d的充分發(fā)酵。工程所產(chǎn)沼氣經(jīng)過除水、脫硫工藝進入貯氣柜存儲,并用于農(nóng)業(yè)園熱能中心燃氣熱水鍋爐,熱水主要滿足沼氣工程自身加熱、保溫,富余部分用于農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)溫室供熱。所產(chǎn)沼液沼渣進入暫存池沉淀存儲,沼液回流至水解酸化工藝調(diào)節(jié)發(fā)酵料液濃度,同時起到菌種回流的作用,剩余沼液及沼渣用作農(nóng)業(yè)園種植生產(chǎn)有機肥料。本方案的工藝流程可用圖1表示。
2.2CSTR反應(yīng)器設(shè)計
根據(jù)餐廚廢棄物和農(nóng)業(yè)有機廢棄物混合原料的厭氧消化特點,本處理方案的核心工程設(shè)計采用CSTR厭氧反應(yīng)器,該反應(yīng)器可以處理高懸浮固體含量的原料,消化器內(nèi)物料均勻分布,可避免物料分層狀態(tài),增加物料和微生物的接觸,是厭氧消化領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的反應(yīng)器之一。參考CJJ184-2012《餐廚垃圾處理技術(shù)規(guī)范》及NY/T1222-2006《規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖場沼氣工程設(shè)計規(guī)范》,設(shè)計發(fā)酵料液TS濃度為8-10%,水力滯留時間(HRT)為25-30d;CSTR厭氧反應(yīng)器的總?cè)莘e參照下式確定:V=T•Q/0.8式中,V為厭氧反應(yīng)的容積(m3);Q為設(shè)計日處理量(m3);T為設(shè)計水力滯留時間(d);0.8是有效容積與總?cè)莘e的比值系數(shù)。本處理方案日處理餐廚廢棄物及農(nóng)業(yè)園有機廢棄物共3t,按照原料TS濃度分別為18-20%及15-18%,以及進料TS濃度8-10%的要求,則每天進料量(Q)約6t;為保證處理工程穩(wěn)定運行,HRT(T)取30d,則CSTR反應(yīng)器的總體積為225m3。2.3處理工程主要設(shè)計指標根據(jù)高校學生食堂特點,去除寒暑假3個月時間。本處理工程主要設(shè)計指標如下:厭氧工程發(fā)酵溫度(中溫)為30-35℃;池容產(chǎn)氣率0.8-1.0L/(L•d);沼氣產(chǎn)量4.8萬m3/年;年處理混合有機廢棄物800t;沼液、沼渣有機肥原料年產(chǎn)量400t。
3產(chǎn)物及應(yīng)用分析
經(jīng)過沼氣工程厭氧處理,原本污染環(huán)境、危害食品安全的混合有機廢棄物在產(chǎn)生清潔可再生能源沼氣的同時,轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝в袡C肥原料。
3.1沼氣
沼氣中甲烷(CH4)含量一般為55%以上,熱值約20,000-22,000KJ/m3,是一種優(yōu)質(zhì)的清潔燃料。本處理方案中,沼氣主要設(shè)計用作農(nóng)業(yè)園熱能中心熱水鍋爐使用。按照沼氣中CH4含量60%、熱值為21,820KJ/m3,相當于0.74kg標準煤。為維持225m3的CSTR反應(yīng)器中溫運行,設(shè)計每天需100m3的沼氣燃燒供熱,則每年共需約2.7萬m3,除滿足沼氣工程自身加熱、保溫外,每年仍剩余2.1萬m3沼氣可用于農(nóng)業(yè)園溫室大棚冬季增溫保溫。目前,農(nóng)業(yè)園內(nèi)3000m3PC板智控溫室、2000m3玻璃智控溫室增溫保溫主要采用煤炭為燃料,每年需40t。根據(jù)以上分析,該處理工程每年剩余沼氣折合標準煤約15.5t,可替代近39%的溫室采暖用煤,節(jié)能減排效益明顯。
3.2沼液、沼渣
沼液沼渣中含有豐富的氮、磷、鉀以及各種微量元素,還含有多種生物活性物質(zhì),是一種優(yōu)質(zhì)的有機肥原料。利用沼渣沼液作為農(nóng)作物的基肥和追肥,減少化肥用量,減低生產(chǎn)成本,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì),實現(xiàn)“低碳種植”和綠色食品的生產(chǎn)。本處理工程設(shè)計沼液、沼渣主要用作農(nóng)業(yè)園內(nèi)溫室生產(chǎn)有機肥,按照每畝每年10t的施用量,則400t沼液、沼渣可供40畝土地施用。安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)園占地100多畝,種植土地約80畝;則本處理工程所產(chǎn)沼液、沼渣有機肥原料可被完全消納,不會產(chǎn)生二次污染。
4結(jié)論
1.本方案針對安徽農(nóng)業(yè)大學學生食堂餐廚廢棄物、農(nóng)業(yè)園區(qū)溫室生產(chǎn)有機廢棄物等混合原料,設(shè)計采用以厭氧發(fā)酵技術(shù)為核心的沼氣工程,實現(xiàn)其無害化處理與資源化利用。2.本方案沼氣工程設(shè)計采用225m3全混式厭氧反應(yīng)器(CSTR),可實現(xiàn)年處理混合有機廢棄物800t,年產(chǎn)沼氣4.8萬m3,沼渣、沼液有機肥原料400t。3.本方案設(shè)計所產(chǎn)沼氣除滿足厭氧工程自身加熱、保溫需求外,可折合標準煤約15.5t,可替代近39%的農(nóng)業(yè)園溫室采暖用煤。4.本方案設(shè)計所產(chǎn)沼液沼渣用作農(nóng)業(yè)園溫室生產(chǎn)有機肥料,可實現(xiàn)完全消納,無二次污染。
作者:馬歡 鮑恩財 劉偉偉 單位:安徽農(nóng)業(yè)大學生命科學學院 .安徽農(nóng)業(yè)大學工學院