有机废物处理处置技术与产气利用前景

中国沼气Ｃｈｉｎａ

Ｂｉｏｇａｓ

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有机废物处理处置技术与产气利用前景

戴前进，方先金，黄鸥，陆洋

（北京市市政工程设计研究总院，北京１０００８２）

摘要：有机废物中蕴涵着大量的生物质，是重要的可再生资源。在资料统计分析基础上，获得了我国主要有机废物的产生量及其组成；通过有机废物不同处理处置技术综合分析比较表明，厌氧消化技术可有效实现有机废物处

理的无害化、减量化和资源化，同时探讨了厌氧消化处理有机废物的产气利用前景。关键词：有机废物；处理处置：资源化；产气中圈分类号：Ｘ７；￥２１６．４

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００—１１６６Ｃ２ＱＯＳ｝０６—００１７—０４

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有机废物是指人们在从事生产和生活活动中所产生的有机类废弃物，主要有作物秸秆、有机生活垃圾和人畜粪便等。近年来，随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，有机废物的数量也迅速递增。由于对有机废物处理处置方式不当、处理力度不够，导致了侵占土地、污染水体和土壤、污染大气、传播疾病等一系列环境问题和社会问题，在一定程度上影响到经济的稳定、健康发展。事实上，有机废物中蕴涵着丰富的能源物质，传统的处理方式以卫生填埋为主，在可能发生二次污染的同时，造成了资源的极大浪费，此类处理处置方式已不能适应当前

生亡垒重

×１０。ｔ

Ｎ／％

循环经济发展的要求。妥善、安全、有效地处理有机废物，既能缓解对环境的压力，又能变废为宝、生产能源，是当前亟待解决的重点课题。ｌ有机废物的产生量

我国是一个拥有近１３亿人口的农业大国，近几十年来，随着人们生产和生活水平的不断提高，城乡工农业的逐步发展，各种有机废弃物的排放量也以年均５％一１０％的速度递增。根据有关资料综合汇总结果，目前我国几种主要废弃物年排放量和养分贮量状况见表１【ｌ＇２Ｊ。

塞！亟垦圭墨查熟壅丝笪堡芒垡量垦羞坌壁量

废弃物类型

笪兰竺：！：竺竺墅！兰！竺！！

贮量Ｐ２０５／％

贮量

９２０／％

贮最

目前，我国有机废弃物产量居世界前列，其中农作物秸秆年产量达７．２４亿ｔ，可供青贮的茎叶等鲜

收稿日期：２００８－０８－２０

料约１０亿ｔ，锯沫、刨花等林业废弃物０．１６亿ｔ；畜禽粪便年排放量多达２７亿ｔ；城市生活垃圾年产生

作者简介：戴前进（１９８０一）．男，硕士，主要从事环境污染控锚研究与工艺设计。Ｅ—ｎｍｉｌ：ｑｉａｎｊｉｎ２１ｅ＠ｔｏｍ．ｏｏ吐

万方数据　

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量在５—７亿ｔ之间，其中有机生活垃圾约占５０％以上。农畜产品加工、食品、酿酒、制糖、造纸、制革等行业也将产生大量加工废料，如糠醛渣、酒糟、造纸废液、污泥等。这些有机废弃物是重要的可再生资源，每年产生的有机废物中蕴涵的Ｎ，Ｐ，Ｋ贮量分别达到３．０×１０’ｔ，２．５×１０７ｔ和２．８×１０１ｔ，在农业上具有巨大的开发潜力。运用合理技术对其进行有效处理和利用，对节约自然资源、防止环境污染、实现生态经济良性循环具有重要意义。２有机废物的组成

有机废物是一种非均质的混合物，不像单一物质那样具有自己特定的内部结构和外部特征，故其不存在特定的物理性质，其物理性质常随其构成物性质和比例的改变而变化。不同的有机废物，其组成和性质受能源结构、经济发展程度、生产水平、地理环境、居民生活习惯、气候特点和废品回收程度等诸多因素的影响，差异较大。

从宏观组成上来说，有机生活垃圾主要包括厨余垃圾、废纸、塑料橡胶以及其他有机类物质。有机物是城市生活垃圾的主要组成部分，其中厨余约占５０％左右。近年来，随着社会经济的发展，我国城市生活垃圾成分总体变化趋势是有机易腐败的垃圾成分（厨余垃圾）和可燃成分（纸张、塑料橡胶、织物等）逐渐增多，城市生活垃圾的热值和总有机质含量不断提高，而无机垃圾成分持续下降。

我国农作物秸秆年产生量列世界之首，主要有水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆，其中玉米秸秆占３６．７３％，稻谷秸秆占笏．４５％．小麦秸秆占１５．１６％。粮食类作物秸秆占了秸秆总量的９０．５２％，因此，秸秆分布与产粮地关系密切，存在较大的地区差异性。

人畜粪便主要包括人排泄的粪尿和猪、马、牛、羊、鸡、鸭等禽畜排放的粪便，其分布特点与地区的人口分布及养殖业的发展水平相关。

从微观分子（元素）构成的角度而言，有机生活垃圾和人畜粪便中含水率较高，大多超过８０％。而作物秸秆中碳占绝大部分，主要粮食作物如水稻、小麦、玉米等秸秆的含碳量约占４０％以上。不同有机废物的含水率、总固体（，Ｉｓ）和挥发性固体（ＶＳ）含量以及碳氮比（Ｃ／Ｎ）统计结果见表２。常见有机废物中除污泥和奶牛粪外，其余有机废物中挥发性固体（ＶＳ）占总固体（１Ｓ）的比例均超过８０％，即有机成分含量高。不同有机废物的Ｃ／Ｎ值差异较大，其

万　

方数据中，有机生活垃圾和秸秆大都超过２５，干麦草最高达８７；而人粪最低，仅为３左右，其他畜禽粪便在ｌＯ．３０之间；污泥的Ｃ／Ｎ值均小于１０。

表２不同有机废物的主要组分‘３】

有机废物的组成在很大程度上决定着处理处置方式的选择。从前文分析可以看出，我国有机废物组成的主要特点是：含水率较高、有机质多样化、生物质稳定性差、挥发性固体含量大、碳氮营养元素比例范围宽。这些特点决定有机废物的处理更适宜采用生物方法。

３不同处理技术的比较

就产生量而言，生活垃圾（包括粪便）是主要的有机废物，其处理处置方式具有一定的代表性。在我国，在生活垃圾的处理处置方式中填埋约占垃圾全部处理量的７０％。堆肥约占２０％，焚烧及其他方法占１０％。此外，由于受经济发展水平及人们生活习惯等因素的影响，我国仍有相当比例的生活垃圾未作任何处理，随意堆放在城市卫生死角和城乡结合部，甚至被转嫁到农村。

总体来说，填埋法占地广、投资大，尤其是生物质能难以得到有效利用。填埋场渗沥水多数未经必要的收集与净化处理，或者由于防渗层的破坏，稍有不慎便会使分散污染变成集中污染，对土壤、地下水和大气造成直接影响。焚烧法实现了能源化，节约

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了土地，但它投资高，且高毒性的二恶英类气体排放是该法的致命弱点。好氧堆肥与厌氧消化能使有机垃圾处理达到无害化、资源化和减量化的效果，已在

国内外日益引起重视并得到迅速发展。

生活垃圾三种主要的传统处理技术与资源化处

理方法的比较见表３。可以看出，对城市生活垃圾进行资源化综合处理，不仅费用较低，而且对垃圾的各类物质均实现了资源化的利用或再生，达到了彻

底治理垃圾污染，实现了减量化、无害化和资源化的

处理目标。所以，如果我国生活垃圾的源分选能做得比较好，采用资源化（主要指厌氧消化）技术将是我国垃圾处理的一个良好的发展方向。

表３城市生活垃圾不同处理方法的比较‘’’

厌氧消化是一项成熟的有机废物处理技术，主要通过厌氧菌的作用将有机生物质转化为甲烷气体，是实现废弃有机质资源化的重要途径之一。与其他处理技术相比，厌氧消化法处理有机废物具有

如下优点：

（１）厌氧消化后产生的沼气是清洁能源，实现

能量的回收利用；

（２）固体物质消化后可以得到高质量的有机肥料和土壤改良剂；

（３）在有机物质转变成甲烷的过程中实现了有机废物的减量化；

（４）厌氧消化过程不需要氧气，动力消耗低，因

而运行成本较低；

（５）厌氧消化减少了温室效应气体的排放。不同有机废物的含水率、ｐＨ值、Ｃ／Ｎ、碱度等影响厌氧消化效果的理化指标不尽相同，对单种有机

废物而言，并不是所有指标均能完全满足厌氧消化

要求，单种有机废物厌氧消化前需采取预处理或加药调质等措施进行调节。因此，将两种或两种以上

不同种有机废物按一定的比例相混合，如高Ｃ有机废物与高Ｎ有机废物混合、碱性物质与酸性物质混合、不同含水率废物的混合等，从而将混合后有机废

万　

方数据物的含水率、ｐＨ值、Ｃ／Ｎ、碱度等理化指标调节到一个更适合厌氧消化反应的水平，相互促进，因此可获得更显著的厌氧消化产气效果。不同有机废物联合厌氧消化处理，不仅有效地解决了部分有机废物难消化处理的问题。增加了厌氧消化工艺对有机废物的适用性，而且提高了同一设备的处理能力，对促进有机废物资源化利用有重要意义。近年来，在秸秆与粪便、生活垃圾与粪便、市政污泥与不同有机废物等联合厌氧消化研究方面取得了较大进展，并相继在全国建立了兀．个示范工程项目，获得了良好的运行效果。

总之，结合有机废物的组成特点及不同处理技术的比较，可见厌氧消化技术在实现有机废物处理的无

害化、减量化和资源化方面肺阔的应用前景。

综合国内外研究成果，总结出作物秸秆、人畜粪便和有机生活垃圾的Ｔｓ中温厌氧消化平均产气因子分别为０．３５，０．２５和０．３３ｍ３・ｋｇ一【１．３，４】。污泥中含有大量的有机质，是重要的有机物资源，污泥的ｍ３・ｋｇ。１

ＫＪ。根据表ｌ提

供的各种有机废物的产生量可估算产沼气潜力，作物秸秆、禽畜粪便和有机生活垃圾中ＴＳ量分别按其产生量的８０％，２０％和１３％（基数为城市生活垃１１１３沼气

的热值按５０００ｋｃａｌ折算、相当于标准煤０．８ｋｇ，可发电１．８

ｋ矾。

由表４估算结果可知，我国目前产生的有机废物（含污泥）若全部进行厌氧消化处理，年产沼气总量为（３．７１×１０１１）ｍ３，热值高达１．８６×１０１５ｋｅａｌ，相当于标准煤２．９７×１０８ｔ。若用于发电，可产生６．６８×１０儿ｋｗｈ的电量。而我国年产煤量不足２０亿ｔ，发电、冶金、化工、民用、农用等行业年用煤量１５．５亿ｔ左右，全国年用电总量约为２．２×１０１２ｋｗｈ，可见，有机废物潜在的沼气贮量巨大，可满足全国用煤或用电行业约１／４能源的需求量。近年来，随着石油价格的飞速上涨和资源的日益紧缺，将沼气净化、提纯后生产汽车代用燃料成为一个新兴且极具发展约大量的石油资源，同时又能大幅度减轻燃油对大气环境的污染。

（下转第３２页）

４有机废物产气潜力分析

１ｓ产气因子一般为０．３

圾总量）来计，污泥中偈量即污泥干重，１潜力的领域。目前，我国机动车年耗油量约为１．０亿ｔ，约占全国石油消耗总量的１／３，通过热值等量换算表明，全国有机废物厌氧消化产生的沼气量完全能满足车用燃料需求，该领域的大力发展，既能节

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集水池酸化池

厌氧消化ｔ好氧沉淀池生物氧化塘

图３养猪场沼气工程工艺流程图

３总结

而且还能回收能源，是技术可行，经济、环保、社会效益俱佳的处理方法。在工程设计的时候应注意因地

采取厌氧消化、生物滤池、氧化塘等工艺结合的沼气工程处理规模化养猪场排泄物，具有处理效果好、投资少、动力消耗低、日常运行管理方便等优点，

（上接第１９页）

制宜，采用“猪一沼一茶”、“猪一沼一菜”、“猪一

沼一氧化塘”等不同的能源生态模式开展“三沼”综合利用，使沼气工程发挥更大的效用。

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此外，有机质转化为沼气能源利用，还能减少有

参考文献：

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ｃａｔｉｏｎｏｆＮａＯＨ—ｔｒｅａｔｅｄｔｈｅ

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ｃｏｒｒｌ

机废物填埋处理过程中甲烷等温室性气体的释放，

年削减甲烷量高达（２．４１

Ｘ１０¨）ｍ３（沼气中甲烷含

量按６５％计算），甲烷对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的２３倍，因此生物质转化为沼气利用对保护大

气臭氧层贡献显著。应用厌氧消化处理技术，作物

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综上所述，对有机废物进行厌氧消化处理，能同时获得显著的经济效益、环境效益和社会效益，具有重要的推广意义和应用价值。将成为今后有机废物资源化综合利用领域最具竞争力的发展方向之一。

氧消化试验研究［Ｊ】．中国给水排水，２００６，２２（２３）：

９５—９８．

万方数据　

有机废物处理处置技术与产气利用前景

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

戴前进， 方先金， 黄鸥， 陆洋， DAI Qian-Jin， FANG Xian-Jin， HUANG Ou， LU Yang

北京市市政工程设计研究总院,北京,100082中国沼气CHINA BIOGAS2008,26(6)1次

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引用本文格式：戴前进. 方先金. 黄鸥. 陆洋. DAI Qian-Jin. FANG Xian-Jin. HUANG Ou. LU Yang 有机废物处理处置技术与产气利用前景[期刊论文]-中国沼气 2008(6)