有机固体废弃物能源化处理技术在未来社区的应用

朱 琦

（无锡市博雅汇环保科技有限公司，江苏 无锡 214000）

废物的减量化和资源化处置是未来社区发展方向，也是未来社区的主要建设内容和需要具备的功能。为规范、保障及指导未来社区试点建设，进一步打造有舒适感、归属感与未来感的新型城市功能单元，江苏省发展和改革委员会发布了《未来社区试点建设管理办法（试行）》，未来社区研究也得到广大环境从业工作者的关注。未来社区建设倡导打造未来低碳场景，实现人本化、生态化与数字化，提高垃圾收运系统功能，不断完善社区垃圾分类体系，进行建筑垃圾资源化利用，推进社区垃圾分类和资源回收体系的融合，从而建设花园式无废社区。但是，社区有机固体废弃物含有丰富的生物质能，可对其进行资源再生利用。当前，国内外对未来社区污废处理也进行了大量研究，主要集中在社区固废垃圾处理、污水处理和社区节水。国内餐厨垃圾资源化利用水平较低，固废减量水平很低，处理效率也不高，开展有机固体废弃物好氧堆肥研究具有重要意义。所以，本文结合未来社区发展方向和绿色环保要求，以某未来社区为试点，提出基于好氧堆肥技术的有机固体废弃物资源化利用方案，同时分析方案的经济效益和社会效益[1]。

据统计，2016年，我国214 个大中城市生活垃圾产生量为18 851 万t，每年以8%的速率递增，因此城市固废催生的生态环境问题受到广大环境工作者的关注。2019年11月，江苏省住房和城乡建设厅通过《江苏省城市居民生活垃圾分类投放与收运设施设备配置指南（试行）》，江苏省正式实行垃圾分类制度。社区垃圾主要包括庭院垃圾和厨余垃圾，庭院垃圾主要指社区内绿化修剪、落叶等废弃物，厨余垃圾是指居民日常生活中产生的厨房垃圾，包括丢弃菜叶、剩饭、蛋壳、骨头、茶渣、剩菜和果皮等。这些有机固体废弃物含有大量的生物质能。调查显示[2]，城市社区产生的有机固体废弃物中，庭院垃圾平均热值为6 331 kJ/kg，厨余垃圾热值约为5 487 kJ/kg，按照2016年的统计数据，214 个大中城市生活垃圾产生量为18 851 万t，经折算，能源约为2 880 亿kW·h，相当于3 538 万t 标准煤，对这些能量进行回收和再生利用，不仅可以解决固废污染问题，也可为未来社区供应大量可再生能源，实现未来社区的低碳环保运行。在未来社区中，有机固体废弃物好氧堆肥具有很好的应用前景，可实现社区固废减量化和资源化[3]。

传统堆肥工艺主要采用植物茎叶和人畜粪尿作为原料，当前，国内具有丰富的实践经验。随着微生物科学研究的不断深入和环境压力的不断增加，好氧堆肥技术在更广泛的领域得到应用。受能源危机和低碳发展的影响，在对有机固体废弃物进行无害化处理时，人们开始关注如何收集其中包含的巨大生物质能。

2.1 好氧堆肥技术供能原理

在通风加氧的情况下，需氧微生物将有机物氧化并分解，细胞和微生物增长，而有机物得到分解，转化为无机物，同时这个过程会释放大量热量，微生物分解有机物后，产生的热量可用于建筑采暖及供热，实现生物质能回收利用[4]。城市垃圾及秸秆等富能物质经过预处理后，通过好氧反应装置产生大量热量，这些热量可成为建筑物供应热水或采暖的热源，反应底物是有机肥料的原料。好氧堆肥可以实现生物质能回收利用，其技术路线如图1所示。

图1 生物质能回收利用的技术路线

2.2 好氧堆肥反应器设计要点

反应装置是好氧堆肥生物质能回收利用系统的核心部分，该系统采用立式多层反应装置，以城市社区垃圾、秸秆等为原料，在收集餐厨垃圾时，首先进行初步分拣，由于餐厨垃圾盐度较高，可适当加入绿化垃圾。本系统以空气压缩机作为氧气通风的动力，并在废气排出口安装气-水换热器，以实现反应热的回收利用，并把这些能量储存到水箱，如图2所示。

图2 好氧堆肥反应器的工作原理

下面对通风温度和出风温度进行测定，以对本系统的运行效果进行评价。测定结果表明，通风温度介于27.2～31.3 ℃，出风温度介于56～65 ℃。这些热风可以用于制备热水，水温可以超过46 ℃，可以为社区居民供应生活热水，也可以为建筑供暖。

好氧堆肥技术可实现有机固体废弃物资源化和无害化处理，从而将未来社区打造成花园式无废社区。经测定，好氧堆肥反应器的出风温度高于56 ℃，反应堆部位温度大于70 ℃，最高峰甚至可以达到82.6 ℃。反应过程需要嗜热微生物，其他微生物及细菌几乎全部被高温杀死。同时，压缩机朝反应堆内部通风，为好氧微生物供应氧气，对臭气进行稀释，带走反应堆内部的水分，这些臭气和废水也会对未来社区的卫生环境产生不良影响。此外，经高温杀菌和有机物分解，反应降解后的残留物将成为一种良好的有机肥，可用于改善未来社区绿化植被的土壤环境，从而构建花园式无废绿色环保社区[5]。

从发展趋势来看，要尽量少采用高品位能源，推进阶梯式能源利用。当前，江苏省内社区采暖或冷水加热大部分使用燃气或电能，这些都属于高品位能源。未来社区采用生物质好氧堆肥技术，产生的热水温度通常介于46～55 ℃，这属于低品位的废热再次利用，从而使未来社区高品位能源消耗降低，实现资源的综合利用和节能环保。

4.1 合理确定处理工艺参数

好氧堆肥技术受到多方面因素的影响，通风供氧量、含水率、C/N 等工艺参数都会对处理效率产生重要的影响。C/N 太高或过低，都不利于堆肥反应的进行，通常，C/N 为20～30 时，微生物分解有机物的效率较高。如果社区内固体垃圾C/N 达不到要求，要分析有机固体废弃物的主要成分，选择合适的调节剂，最终确定合理的工艺参数。

4.2 进一步完善反应器的设计

好氧堆肥反应器是好氧堆肥技术的核心，在设计过程中，要考虑很多影响因素，并不断提升机械化水平。堆肥反应过程包括物料添加、物料自备、最终反应物清除、反应搅拌等工序，提高反应器的机械化水平，可以减少运行人员投入并保证反应连续运行。

4.3 设置辅助热源，以确保供热效果

好氧堆肥反应分为三个阶段，分别为初始阶段、高温阶段、后期腐熟阶段。为了保证供暖效果，实现连续供暖，提升供暖可靠性，供暖系统可采用辅助热源。改进后的双反应器连续供暖系统如图3所示，供暖系统组成部件主要包括一号反应器、二号反应器、辅助热源（锅炉）和水箱。系统运行时，要对2 个反应器的运行时间加以控制，协调二者运行时间，确保始终有一台设备处于高温可供热的状态。在极端状况下，辅助热源可以保证该系统仍然正常供暖，弥补系统热水不稳定的缺陷。

图3 双反应器好氧分解能量回收供暖系统

未来社区采用好氧堆肥技术，可以减少垃圾排放，实现能量的回收利用，减少有机固体废弃物的二次污染，改善卫生环境。在未来低碳社区开发过程中，好氧堆肥技术具有很多优点，可以回收生物质能，实现多元能源协同供应。好氧堆肥技术可以实现有机固体废弃物的无害化处理，城市社区有机垃圾的输出量将大大减少，极大地美化社区环境，若该技术在政策上得到一定支持，将会在未来社区得到更好的应用。