“长此以往,淘汰厌氧的将会是厌氧企业自身!”12月20日,在2024(第十八届)固废战略论坛现场,浙江大学环境与资源学院教授/博导、浙江大学环境污染防治研究所所长、浙江大学环境与资源学院固废研究中心主任吴伟祥针对有机垃圾资源化利用的技术障碍与应对策略进行了深入分享。 “长此以往,淘汰厌氧的将会是厌氧企业自身!”12月20日,在2024(第十八届)固废战略论坛现场,浙江大学环境与资源学院教授/博导、浙江大学环境污染防治研究所所长、浙江大学环境与资源学院固废研究中心主任吴伟祥针对有机垃圾资源化利用的技术障碍与应对策略进行了深入分享。
“长此以往,淘汰厌氧的将会是厌氧企业自身!”12月20日,在2024(第十八届)固废战略论坛现场,浙江大学环境与资源学院教授/博导、浙江大学环境污染防治研究所所长、浙江大学环境与资源学院固废研究中心主任吴伟祥针对有机垃圾资源化利用的技术障碍与应对策略进行了深入分享。
“长此以往,淘汰厌氧的将会是厌氧企业自身!”12月20日,在2024(第十八届)固废战略论坛现场,浙江大学环境与资源学院教授/博导、浙江大学环境污染防治研究所所长、浙江大学环境与资源学院固废研究中心主任吴伟祥针对有机垃圾资源化利用的技术障碍与应对策略进行了深入分享。
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吴伟祥
目前,国内厨余垃圾资源化处理主要有三大主流技术:厌氧产沼能源化技术(湿式、干式厌氧发酵技术)、微生物好氧堆肥技术和昆虫蛋白转化技术,其中厌氧产沼占比70%以上。
1、厌氧产沼
吴伟祥及其团队曾对某省五十余座厌氧产沼工程进行了深入的调研,但结果显示情况并不乐观!企业没有对厌氧产沼技术进行提质增效研发!长此以往,淘汰厌氧的将会是厌氧企业自身!
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厌氧产沼技术存在的问题
究其原因主要还是技术层面。一是纯化预处理技术简单粗暴,固渣产生量巨大。生物质回收率低、纯度低、固渣产生量大、浪费严重,即便是在垃圾分类方面表现突出的上海,仍有接近40%的残渣需要进行焚烧,这充分暴露了现有厌氧产沼技术存在的问题。
二是仅流质入罐(病态系统),转化效能极低。从实际运行技术参数来看,国内许多企业沼气产量实际仅50~60 m3/t垃圾左右,大部分反应器容积产气率在1.5~2.0 m3/m3/d低位徘徊,而所有容积产气率超过3.0 m3/m3/d的反应器都是高温反应器,但我国普遍采用的是中温技术,高温技术由于难以控制而未被广泛采用。
解决方案:一是提高物料纯化预处理段的生物质回收率和入罐率。在纯化预处理方面实现精准识别分选、选择性破碎除杂、匀质循环分离,把生物质损失率控制在10%以内,让大量生物质进入到罐体内进行微生物强化产甲烷;
二是强化罐内生物质物料甲烷转化率。如强化纤维素、半纤维素物质微生物降解,可以通过强化罐内的种间电子转移和采用“中高温”厌氧产沼技术等途径来实现。通过吴伟祥课题组研究发现,采用“中高温”厌氧产沼技术可以提高有机负荷33%,提高厌氧产气率20%以上,同时降低投资成本23%,这是一条既符合当前需求又具有潜力的技术路径。
2、好氧处理
好氧处理主要面临肥料、饲料等产品利用出路受阻,技术经济效益差、亟需政府补贴等问题。
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好氧处理技术存在的问题
好氧堆肥主要技术问题:一是发酵周期长,占地面积大。绝大多数好氧堆肥周期为30-60 d,少数设计为 20-30 d;以 500 t/d 的好氧堆肥工程为例,占地面积高达 50000-120000 ㎡,是相同处理规模厌氧产沼工程的 2-4 倍;
二是堆肥产品品质差、腐熟程度低。90% 以上的成肥设施产物不达标,45%的设施产物植物种子发芽指数小于10%(尤其是12-24 h 烘干“成肥”);存在垃圾污染转移风险,机器成肥能耗普遍大于150 kw·h/t/d。
解决方案:采用生物干化促腐熟技术(BEC),实现快速高质量腐熟。利用前端生物干化系统,快速启动微生物生长繁殖、快速脱水升温,快速强化后端的高温腐熟,把整个堆肥发酵时间缩短到十天以内,同时总能耗降低53%、总运营成本降低28%、产物植物种子发芽指数提升至70%以上、占地面积减少至30%。目前全国首座100 t/d易腐垃圾生物干化腐熟技术工程已经在浙江绍兴实现落地应用。
3、昆虫蛋白
昆虫蛋白方面主要面临的问题:一是氮素物质生物转化效率低,不是所有的易腐垃圾都适合养虫,低C/N的餐厨垃圾较为适合,而高C/N家庭分出的厨余垃圾并不适合;二是规模化机械化自动化水平低,超过五十吨以上规模的很少,都是一些小作坊方式;三是产品品质相对较差、虫渣腐熟度低。
解决方案:一是菌酶协同预发酵技术---提高物料适口性(好吃),也就是要让虫子喜欢吃,吃得好,而且吃得快,长得快。
二是智能-集约-清洁-高效的机械化养殖技术,设计自动上下料立体养殖系统和虫粪自动分离系统,实现全封闭机械化自动化养殖,从而使物料的总氮转化率从原有的35%以下提高到45%以上,虫体分离率大于96%以上,人工成本下降60%以上。
有机可回收物主要包括废纤纺、废塑料等。主要通过四种方式进行处理,一是能量回收进行焚烧,但污染严重;二是物理回收,但价值降级;三是生物回收,方兴未艾;四是化学回收。相比之下,化学回收展现出巨大的潜力。
吴伟祥表示,通过化学增值转化技术,这些废弃物可以转化为高品质的化学品燃料以及其他我们所需的高质量产品。从理论上讲,这一过程支持无限次的循环利用,应用范围极为广泛,并且在大规模生产方面也具有很高的可行性。
然而当前废纤塑高值转化技术面临的最大问题是经济性差,废纤塑源再生成本大于石油基,因为在整个化学转化过程当中,存在分离能耗大,选择性控制难、利润空间小等问题,未来将向着更准、更高、更短、更少发展,即对目标组分的提取更精准,对转化的路径选择性更高,所采用的工艺技术流程更短,碳排放更少。
其他垃圾主要包括废纸、废利乐包、废塑料(袋),都是低价值有机垃圾,传统处理方式以焚烧为主,未来会向着资源再生循环利用方向发展,比如纸塑铝复合包装物再生利用技术。
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该技术可通过水力破碎系统,有效地获取纸浆,进而实现纸张的再生,然后对铝塑进行筛分,铝塑分离以后得到塑料和金属铝。这一过程实现了非常好的循环再生利用,现在在浙江杭州已经建成了600t/d的低价值纸塑铝的包装容器再生利用生产线,纸、塑、铝回收率达到95%以上。