对农村垃圾处理方案的初步探讨

2022-12-26

1 厌氧消化-沼气发电-治理方案与技术可行性分析

本文提出的方案是以规模化厌氧消化反应器为核心 (见图1) , 农村的有机垃圾, 包括生活垃圾, 人畜粪便, 秸秆等均进入消化池, 农村生活污水污水通过植物塘进行处理, 植物和杂草等均可由消化池厌氧处理, 产生的沼气经脱水和脱硫后进沼气内燃机发电, 发电余热用于消化池保温和沼渣烘干造粒。主要设计参数如下 (见表1) 。

人口密度:500人/km2;秸秆收集率 (包括过腹秸秆) 75%;农田面积占土地总面积50%~80%;日处理生物质 (干) :45t/day生物质平均产气率:0.19L/g (甲烷) ;发电能耗:10MJ/kwh;装机功率:2×600kw;发电时数:7000h~8000h;输出电量:约500~700万度;CO2减排量:8000吨/年;服务面积:约25km2, 最大运输距离约5~6公里。

本方案主要涉及生物质厌氧消化技术和沼气发电技术。厌氧消化技术主要用于处理畜禽粪便和高浓度工业有机废水。我国农村发展的沼气池也大量使用秸秆作为原料。国外研究表明, 稻草是难消化秸秆, 厌氧消化能源转化率可达到68%。经过二十多年的研发应用, 我国兴建了大中型沼气工程1560座;户用农村沼气池1200万多户, 其数量位居世界第一。不论是厌氧消化工艺技术, 还是建造、运行管理等都积累了丰富的实践经验, 整体技术水平已进入国际先进行列。我国沼气发电技术的研发已有二十年的历史, 特别是在近十年期间有一批科研单位、院校和企业先后从事了沼气发电及相关瓦斯发电技术的研究及发电设备的开发。在这一领域中, 形成了科研技术骨干队伍, 建立了相应的科研、生产厂和一些示范工程, 积累了成功和失败的经验, 为沼气发电技术的推广应用及沼气发电设备质量再上一个台阶奠定了基础。

2 方案优势

本方案的收益包括发电, 有机肥料和温室气体二氧化碳减排。主要处理成本包括系统运行维护, 秸秆购置收集运输费用等。采用农村秸秆和各种有机垃圾集中厌氧消化处理生产沼气, 沼气发电, 主要优势体现在: (1) 秸秆的主要组分包括纤维素、半纤维素、木质素, 还含有少量蛋白质、脂肪等有机物。秸秆厌氧消化可以利用除部分不能水解木质素之外的所有有机物, 获得很高的能源转化率 (理论转化率可达90%以上) 。 (2) 利用沼气发电余热加热厌氧消化池, 保持池温稳定在中温35℃, 或高温55℃, 提高了厌氧消化转化效率。大中型消化池可采用高效厌氧消化池, 负荷可以高达5-10g/L/d, 相比户用消化池, 消化池单位体积处理能力提高一个数量级, 投资成本大幅度降低。发电余热还可以利用。 (3) 沼渣沼液作有机肥料, 就地利用, 降低了系统运行成本;秸秆中肥料成分不仅得到充分利用, 而且替代化肥, 减少农田雨水径流冲刷化肥给天然水体带来的营养盐污染, 也减少天然水体富营养化, 保证了流域饮用水水源安全。 (4) 所有有机垃圾包括人畜粪便, 均能进行处理;污水在植物塘中处理, 产生的水生植物进入厌氧消化池, 转化为沼气和肥料, 从而处理了所有农村污染物, 包括大中型养殖场粪便。 (5) 避免了秸秆如稻草直接还田带来的温室气体甲烷排放问题。 (6) 根据京都协议书, 目前发达国家可以和发展中国家交易温室气体减排。本方案采用规模化生物质能源利用, 可以申请获得二氧化碳减排收益。 (7) 系统以秸秆为主要生物质原料, 各种农村有机垃圾为辅, 由于秸秆单位面积产量大, 使原料运输半径小, 减小了垃圾等污染物运输成本。 (8) 采用沼气内燃机发电, 投资小;由于发电规模较大, 发电效率高达35%以上。

3 政策措施

目前我国很多来自农村的入湖河流的营养盐含量, 超过湖泊富营养化危险水平5~10倍以上, 农村雨水径流污染已成为天然水体营养盐的主要来源和湖泊富营养化的主要原因。为了治理我国的湖泊富营养化和农村污染, 发展沼气发电事业, 适应国际社会在温室气体排放量削减方面的需要, 我们建议国家在政策方面大力支持沼气发电。

(1) 制定沼气发电优惠上网价格, 提高系统经济效益。本方案以秸秆和有机垃圾为主, 消化转化为沼气, 沼气发电, 主要收益来自发电上网。国家已经为可再生能源发电上网制定了优惠电价, 沼气来自垃圾和秸秆等可再生资源, 建议沼气发电执行可再生能源电价。沼渣含水率高达60%~70%, 有效成分低, 即使烘干后, 估计以秸秆为主要原料生产的沼渣, 含有效肥效成分约5%~7%, 有机质约50%, 建议承认其为新型有机肥料, 容许销售和就地用作肥料。 (2) 税收优惠:沼气发电投资大, 经济效益低, 建议免除增殖税和营业税等一切税, 提高人们的投资热情。 (3) 农村沼气发电设施需要建在偏僻农村, 发电上网线路长, 投资较大, 建议由电力公司配套建设。 (4) 保证发电上网时间:电网应保证沼气发电企业发电上网时间, 使系统能够在正常工作时, 能发电上网, 从而保证了沼气发电设施利用率。 (5) 融资方面:系统投资很大, 需要政府在融资方面积极支持。 (6) 协助企业办理二氧化碳减排交易, 获得二氧化碳减排收益, 提高系统经济效益。

摘要：本文主要探讨了对农村生物垃圾的处理方法;在分析我国农村垃圾排放和现阶段的处理现状的基础上提出了一套有效的处理方案, 并对方案进行了可行行分析, 同时也介绍了国外的农村生物垃圾的处理经验。

关键词：农村,垃圾,处理方法