有機固體廢棄物能源化處理技術(shù)在未來社區(qū)的應(yīng)用

朱 琦

（無錫市博雅匯環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 無錫 214000）

廢物的減量化和資源化處置是未來社區(qū)發(fā)展方向，也是未來社區(qū)的主要建設(shè)內(nèi)容和需要具備的功能。為規(guī)范、保障及指導(dǎo)未來社區(qū)試點建設(shè)，進一步打造有舒適感、歸屬感與未來感的新型城市功能單元，江蘇省發(fā)展和改革委員會發(fā)布了《未來社區(qū)試點建設(shè)管理辦法（試行）》，未來社區(qū)研究也得到廣大環(huán)境從業(yè)工作者的關(guān)注。未來社區(qū)建設(shè)倡導(dǎo)打造未來低碳場景，實現(xiàn)人本化、生態(tài)化與數(shù)字化，提高垃圾收運系統(tǒng)功能，不斷完善社區(qū)垃圾分類體系，進行建筑垃圾資源化利用，推進社區(qū)垃圾分類和資源回收體系的融合，從而建設(shè)花園式無廢社區(qū)。但是，社區(qū)有機固體廢棄物含有豐富的生物質(zhì)能，可對其進行資源再生利用。當(dāng)前，國內(nèi)外對未來社區(qū)污廢處理也進行了大量研究，主要集中在社區(qū)固廢垃圾處理、污水處理和社區(qū)節(jié)水。國內(nèi)餐廚垃圾資源化利用水平較低，固廢減量水平很低，處理效率也不高，開展有機固體廢棄物好氧堆肥研究具有重要意義。所以，本文結(jié)合未來社區(qū)發(fā)展方向和綠色環(huán)保要求，以某未來社區(qū)為試點，提出基于好氧堆肥技術(shù)的有機固體廢棄物資源化利用方案，同時分析方案的經(jīng)濟效益和社會效益[1]。

1 城市社區(qū)垃圾的生物質(zhì)能儲量分析

據(jù)統(tǒng)計，2016年，我國214 個大中城市生活垃圾產(chǎn)生量為18 851 萬t，每年以8%的速率遞增，因此城市固廢催生的生態(tài)環(huán)境問題受到廣大環(huán)境工作者的關(guān)注。2019年11月，江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳通過《江蘇省城市居民生活垃圾分類投放與收運設(shè)施設(shè)備配置指南（試行）》，江蘇省正式實行垃圾分類制度。社區(qū)垃圾主要包括庭院垃圾和廚余垃圾，庭院垃圾主要指社區(qū)內(nèi)綠化修剪、落葉等廢棄物，廚余垃圾是指居民日常生活中產(chǎn)生的廚房垃圾，包括丟棄菜葉、剩飯、蛋殼、骨頭、茶渣、剩菜和果皮等。這些有機固體廢棄物含有大量的生物質(zhì)能。調(diào)查顯示[2]，城市社區(qū)產(chǎn)生的有機固體廢棄物中，庭院垃圾平均熱值為6 331 kJ/kg，廚余垃圾熱值約為5 487 kJ/kg，按照2016年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，214 個大中城市生活垃圾產(chǎn)生量為18 851 萬t，經(jīng)折算，能源約為2 880 億kW·h，相當(dāng)于3 538 萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤，對這些能量進行回收和再生利用，不僅可以解決固廢污染問題，也可為未來社區(qū)供應(yīng)大量可再生能源，實現(xiàn)未來社區(qū)的低碳環(huán)保運行。在未來社區(qū)中，有機固體廢棄物好氧堆肥具有很好的應(yīng)用前景，可實現(xiàn)社區(qū)固廢減量化和資源化[3]。

2 有機固廢好氧堆肥技術(shù)

傳統(tǒng)堆肥工藝主要采用植物莖葉和人畜糞尿作為原料，當(dāng)前，國內(nèi)具有豐富的實踐經(jīng)驗。隨著微生物科學(xué)研究的不斷深入和環(huán)境壓力的不斷增加，好氧堆肥技術(shù)在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。受能源危機和低碳發(fā)展的影響，在對有機固體廢棄物進行無害化處理時，人們開始關(guān)注如何收集其中包含的巨大生物質(zhì)能。

2.1 好氧堆肥技術(shù)供能原理

在通風(fēng)加氧的情況下，需氧微生物將有機物氧化并分解，細(xì)胞和微生物增長，而有機物得到分解，轉(zhuǎn)化為無機物，同時這個過程會釋放大量熱量，微生物分解有機物后，產(chǎn)生的熱量可用于建筑采暖及供熱，實現(xiàn)生物質(zhì)能回收利用[4]。城市垃圾及秸稈等富能物質(zhì)經(jīng)過預(yù)處理后，通過好氧反應(yīng)裝置產(chǎn)生大量熱量，這些熱量可成為建筑物供應(yīng)熱水或采暖的熱源，反應(yīng)底物是有機肥料的原料。好氧堆肥可以實現(xiàn)生物質(zhì)能回收利用，其技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 生物質(zhì)能回收利用的技術(shù)路線

2.2 好氧堆肥反應(yīng)器設(shè)計要點

反應(yīng)裝置是好氧堆肥生物質(zhì)能回收利用系統(tǒng)的核心部分，該系統(tǒng)采用立式多層反應(yīng)裝置，以城市社區(qū)垃圾、秸稈等為原料，在收集餐廚垃圾時，首先進行初步分揀，由于餐廚垃圾鹽度較高，可適當(dāng)加入綠化垃圾。本系統(tǒng)以空氣壓縮機作為氧氣通風(fēng)的動力，并在廢氣排出口安裝氣-水換熱器，以實現(xiàn)反應(yīng)熱的回收利用，并把這些能量儲存到水箱，如圖2所示。

圖2 好氧堆肥反應(yīng)器的工作原理

下面對通風(fēng)溫度和出風(fēng)溫度進行測定，以對本系統(tǒng)的運行效果進行評價。測定結(jié)果表明，通風(fēng)溫度介于27.2～31.3 ℃，出風(fēng)溫度介于56～65 ℃。這些熱風(fēng)可以用于制備熱水，水溫可以超過46 ℃，可以為社區(qū)居民供應(yīng)生活熱水，也可以為建筑供暖。

3 未來社區(qū)采用好氧堆肥技術(shù)的可行性分析

好氧堆肥技術(shù)可實現(xiàn)有機固體廢棄物資源化和無害化處理，從而將未來社區(qū)打造成花園式無廢社區(qū)。經(jīng)測定，好氧堆肥反應(yīng)器的出風(fēng)溫度高于56 ℃，反應(yīng)堆部位溫度大于70 ℃，最高峰甚至可以達到82.6 ℃。反應(yīng)過程需要嗜熱微生物，其他微生物及細(xì)菌幾乎全部被高溫殺死。同時，壓縮機朝反應(yīng)堆內(nèi)部通風(fēng)，為好氧微生物供應(yīng)氧氣，對臭氣進行稀釋，帶走反應(yīng)堆內(nèi)部的水分，這些臭氣和廢水也會對未來社區(qū)的衛(wèi)生環(huán)境產(chǎn)生不良影響。此外，經(jīng)高溫殺菌和有機物分解，反應(yīng)降解后的殘留物將成為一種良好的有機肥，可用于改善未來社區(qū)綠化植被的土壤環(huán)境，從而構(gòu)建花園式無廢綠色環(huán)保社區(qū)[5]。

從發(fā)展趨勢來看，要盡量少采用高品位能源，推進階梯式能源利用。當(dāng)前，江蘇省內(nèi)社區(qū)采暖或冷水加熱大部分使用燃?xì)饣螂娔?，這些都屬于高品位能源。未來社區(qū)采用生物質(zhì)好氧堆肥技術(shù)，產(chǎn)生的熱水溫度通常介于46～55 ℃，這屬于低品位的廢熱再次利用，從而使未來社區(qū)高品位能源消耗降低，實現(xiàn)資源的綜合利用和節(jié)能環(huán)保。

4 未來社區(qū)應(yīng)用好氧堆肥技術(shù)存在的問題

4.1 合理確定處理工藝參數(shù)

好氧堆肥技術(shù)受到多方面因素的影響，通風(fēng)供氧量、含水率、C/N 等工藝參數(shù)都會對處理效率產(chǎn)生重要的影響。C/N 太高或過低，都不利于堆肥反應(yīng)的進行，通常，C/N 為20～30 時，微生物分解有機物的效率較高。如果社區(qū)內(nèi)固體垃圾C/N 達不到要求，要分析有機固體廢棄物的主要成分，選擇合適的調(diào)節(jié)劑，最終確定合理的工藝參數(shù)。

4.2 進一步完善反應(yīng)器的設(shè)計

好氧堆肥反應(yīng)器是好氧堆肥技術(shù)的核心，在設(shè)計過程中，要考慮很多影響因素，并不斷提升機械化水平。堆肥反應(yīng)過程包括物料添加、物料自備、最終反應(yīng)物清除、反應(yīng)攪拌等工序，提高反應(yīng)器的機械化水平，可以減少運行人員投入并保證反應(yīng)連續(xù)運行。

4.3 設(shè)置輔助熱源，以確保供熱效果

好氧堆肥反應(yīng)分為三個階段，分別為初始階段、高溫階段、后期腐熟階段。為了保證供暖效果，實現(xiàn)連續(xù)供暖，提升供暖可靠性，供暖系統(tǒng)可采用輔助熱源。改進后的雙反應(yīng)器連續(xù)供暖系統(tǒng)如圖3所示，供暖系統(tǒng)組成部件主要包括一號反應(yīng)器、二號反應(yīng)器、輔助熱源（鍋爐）和水箱。系統(tǒng)運行時，要對2 個反應(yīng)器的運行時間加以控制，協(xié)調(diào)二者運行時間，確保始終有一臺設(shè)備處于高溫可供熱的狀態(tài)。在極端狀況下，輔助熱源可以保證該系統(tǒng)仍然正常供暖，彌補系統(tǒng)熱水不穩(wěn)定的缺陷。

圖3 雙反應(yīng)器好氧分解能量回收供暖系統(tǒng)

5 結(jié)語

未來社區(qū)采用好氧堆肥技術(shù)，可以減少垃圾排放，實現(xiàn)能量的回收利用，減少有機固體廢棄物的二次污染，改善衛(wèi)生環(huán)境。在未來低碳社區(qū)開發(fā)過程中，好氧堆肥技術(shù)具有很多優(yōu)點，可以回收生物質(zhì)能，實現(xiàn)多元能源協(xié)同供應(yīng)。好氧堆肥技術(shù)可以實現(xiàn)有機固體廢棄物的無害化處理，城市社區(qū)有機垃圾的輸出量將大大減少，極大地美化社區(qū)環(huán)境，若該技術(shù)在政策上得到一定支持，將會在未來社區(qū)得到更好的應(yīng)用。