[發明專利]固體生活垃圾能源化利用及可再生生物碳循環技術

有效

• 申請號: 201110386074.X
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102500604A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 余江龍;韓艷娜;尹豐魁;王月;王冬梅;王南;竇金孝
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: B09B3/00
• 分類號: B09B3/00;B09B5/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及固體生活垃圾的能源化利用技術，同時通過可再生生物碳循環技術實現固體生活垃圾的能源化利用過程中的零碳排放，屬于循環經濟、可再生能源和節能減排技術領域。

背景技術

生活垃圾污染已成為全球性的環境問題，僅中國城市生活垃圾年產生量就達上億噸，占世界垃圾總產生量的26.5％，且每年以8-9％的速度增長。近年來隨著城市居民生活水平不斷提高，城市生活垃圾的有機質含量不斷增加，因此將生活垃圾進行合理有效的應用，不僅有利于改善環境，同時也是一種變廢為寶的能源化利用方式。目前城市生活垃圾常用的處理方法主要有衛生填埋、堆肥、焚燒和生物發酵制沼氣等，它們所占比例分別為82.4％、4.7％和12.9％。焚燒能夠實現快速、顯著地減容，并對廢物的有用成分加以充分利用。但是垃圾在焚燒地過程中要排放大量煙氣，特別是二噁英，對環境影響十分嚴重。填埋的方法工藝簡單、成本較低、適應性廣，但是該方法占地較多，產生水污染及大氣污染，并且不能對有效的資源進行綜合利用。相對于填埋方法，堆肥方法實現了垃圾資源化，同時堆肥的成品中較多地保存了氮，但是該方法占地多，臭味大，有些物質不易腐爛，某些病菌不易殺死，周期較長，運輸費用較高，因此很難形成大規模化的處理。生活垃圾生物發酵制沼氣，是一個較好的垃圾處理方法。在生活垃圾生物發酵制沼氣產生沼氣的同時，還能產生副產物生物有機肥。該技術具有低碳、節能、環保、可持續的優點，因此受到人們的普遍關注。然而在生活垃圾生物發酵制沼氣的過程中，垃圾發酵需要合適的溫度，因此在冬季氣溫較低的地方不能普遍推廣，同時存在生物發酵產氣量少、生活垃圾發酵制沼氣后所產生的大量廢液及廢渣未能進行高效利用的問題。

垃圾在發酵過程中，發酵溫度的控制是制沼氣的關鍵技術。查閱專利文獻，中國專利公開號CN2769264Y，名稱為“帶有保溫加熱裝置的沼氣池”的公開內容中，對沼氣池提供了保溫加熱裝置，通過采用沼氣池加熱爐、土暖氣、灶坑加熱器、太陽能熱水器、熱泵熱水器、空氣源熱水器對沼氣池進行加熱，并采用樹脂復合材料及水泥材料對沼氣池的外部進行保溫，該沼氣池的溫度能夠維持在較高的范圍，但是能耗較大，設備也比較復雜。中國專利公開號CN201746548U，名稱為“一種寒冷山區保溫沼氣池”，該沼氣池的外壁表面設有保溫層，沼氣池的上方覆蓋一層秸稈保溫層，在秸稈上面建暖棚，具有投資成本低，設備能耗小等優點，但是該沼氣池發酵溫度較低，不能實現連續化大型產氣。

以上兩種方法均未解決生活垃圾在北方的冬天以較低的能耗，在沼氣池中穩定高效的進行產氣的問題。

沼氣具有清潔、熱值高的特點，用于燃氣輪機發電是其重要的一種應用途徑。目前世界上較為常用的沼氣發電機組類型有活塞式引擎機組(內燃機組)，燃氣渦輪機組，蒸汽渦輪式鍋爐機組。其中活塞式引擎機組是現在最主要單獨使用的發電機組。

燃氣輪機及蒸汽鍋爐在發電的過程中采用富氧燃燒的技術相對于傳統的空氣燃燒技術能夠提高其熱效率、同時尾氣中的CO₂濃度較高易捕集，這在全球變暖、CO₂減排、節能低碳的國際形勢下無疑是一個較好的選擇。對于富氧燃燒技術若將純氧與N₂混合氣體作為助燃氣體，增加了尾氣中的NO_X的生成，使得尾氣處理成本提高。因此找到一種合理的氣體與氧氣混合作為助燃氣體解決以上尾氣處理的問題十分重要。

生物燃料電池很適合應用在低有機物含量環境中的能源回收。由于微生物可自行分裂增殖，容易保持燃料電池中的生物觸媒量，并且其操作條件溫和適用于廢水的處理。對于以食品、農業加工廠廢水、礦山廢水以及城市廢水為研究對象，利用微生物燃料電池在處理廢水同時發電的研究正受到研究人員的熱烈關注。城市生活垃圾進行發酵后產生的沼渣主要用作肥料，產生的沼液一般用于肥料、生物農藥、飼料以及培養料液，目前為止還沒有將沼液用于生物燃料電池的相關報道，由于生物燃料電池是利用微生物對底物進行新陳代謝轉化為電能，相對于其它用途具有能量轉化率較高的特點，因此將生活垃圾發酵產生的沼液找到一種合理的處理手段，將沼液直接作為生物燃料電池的底物進行發電，對于沼液的利用開拓了一個新的研究方向。

目前，對于沼渣的處理一般為直接用于生物有機肥料，用于植物的生長，該過程能夠形成較為合理的生物碳循環體系，但是到目前為止還沒有形成較為大型完備的植物生長后的循環利用體系。

發明內容