餐厨垃圾厌氧发酵与生活垃圾焚烧协同处理专利分析

 一、概述餐厨垃圾，即湿垃圾，是城市生活垃圾的一部分，兼具资源属性和污染物属性。我国餐厨垃圾具有高有机物含量、高含水率、高油、高盐分等特点。同时，餐厨垃圾又具有难保存、易腐败，难收集、易堵塞，难清理、易散味道，难转运、易生虫的污染物属性特点。餐厨垃圾的处理工艺多种多样，有就地处理和收运后集中处理方式等。而集中处理有多种方式，主要包括粉碎直排、焚烧、填埋、堆肥、厌氧消化、饲料化和生化处理方式。目前厌氧消化是大多数试点城市采用的主要技术。厌氧消化处理是指在特定的厌氧条件下，微生物的代谢作用将有机垃圾进行分解，其中的碳、氢、氧转化为甲烷和二氧化碳，而氮、磷、钾等元素则存留于残留物中，并转化为易被动植物吸收利用的形式[1]。厌氧消化技术具有减量化程度高、产物具有经济性、可代替部分不可再生能源、可有效减少病原菌、自动化程度高、技术可靠、经济效益高等优点，是我国餐厨垃圾后端处理的研究重点和发展方向。焚烧技术主要利用了餐厨垃圾中含有较高的有机质及油脂等易燃组分的特点，将餐厨垃圾进行一定的预处理，经筛选并降低垃圾水分后混合一定燃料进行燃烧或处置的技术。餐厨处理厂独立设厂，厂区布置凌乱；臭气难以消纳，厂区气味较重；废渣需外运填埋，占用大量土地资源；臭气与废水均需自行处理，配套环保设施较多。产生的沼气多数用于沼气锅炉或沼气发电机，但是由于沼气锅炉蒸汽产量过剩以及沼气发电机运行不稳定等问题，部分沼气甚至直接进火炬放空燃烧，造成资源浪费；独立项目卫生环境较差且整体投资和运行成本高。针对上述问题，近些年来厌氧发酵与其他处理手段协同处理逐渐成为新的研究方向，而焚烧与厌氧发酵协同处理则是目前国内研究的主要热点之一。生活垃圾焚烧发电厂与餐厨垃圾协同处理也成为静脉产业园等新建项目和焚烧发电厂扩容改建项目的主要技术方向。二、餐厨垃圾厌氧发酵与生活垃圾垃圾焚烧协同处理技术餐厨垃圾处理厂与生活垃圾焚烧厂协同处理主要体现在厂区布局、生产管理、能源物料、三废处理四方面的协同处理上，实现工艺协同、管理协同、公共基础设施协同，形成产业的耦合、资源的共享和循环利用。专利布局则主要集中在能源物料和三废处理两方面，其常规协同过程如图1和表1所示：主要体现在利用焚烧设备处理厌氧发酵的沼渣、利用厌氧发酵处理生活垃圾渗滤液、厌氧发酵产生的沼气用于焚烧发电、焚烧余热用于厌氧发酵设备加热、厌氧发酵产生的臭气通过焚烧设备焚烧净化、废液合并无害化处理、共享公共设施、厌氧发酵杂质焚烧等[2]。三、重点专利分析餐厨垃圾厌氧发酵与生活垃圾垃圾焚烧协同处理技术因产业化研究较晚，相关专利布局较少，2010年以前主要集中在日本，1975年日本专利申请JPS5219475A（公开号，下同）将垃圾焚烧厂的渗滤液与餐厨垃圾一同厌氧发酵，并将沼渣和沼气进行焚烧，餐厨垃圾厌氧发酵与生活垃圾垃圾焚烧协同处理雏形初步形成。之后很多年相关研究一直没有得到重视，处于停滞阶段，直至2005-2008年，日本专利申请JP2006297210A、JP2008221142A、JP2009220087A才分别从厌氧发酵沼气代替焚烧燃油、焚烧余热为厌氧发酵提供热能、餐厨垃圾杂质合并焚烧等方向开展了进一步的研究。2011后随着国内对环境卫生要求的越来越高、餐厨垃圾处理领域投入越来越高，餐厨垃圾厌氧发酵与生活垃圾垃圾焚烧协同处理技术逐渐成为国内餐厨处理的一个重要研究方向，国内相关专利布局逐渐增加，光大环保光大环境（原光大环保）在焚烧与厌氧发酵协同处理的研究处于国内领先水平，2011年其申请的专利申请CN102950137A是国内首次明确涉及餐厨垃圾在垃圾焚烧发电厂中的协同处理方法的国内专利，从餐厨垃圾杂质和沼渣焚烧、沼气和沼渣的焚烧利用、沼气作为CNG车用燃料以及垃圾焚烧发电厂中的废热蒸汽作为高温发酵的热源四个方面的协同做了系统的研究和改进，并在2019年通过申请CN210023209U、CN210125627U、CN110976472A对相关方法设备进行布局，在厌氧发酵臭气焚烧、废液共处理、设备共用等方面进一步优化协同处理过程。舟山旺能环保能源有限公司、武汉龙净环保工程有限公司等企业近些年也在能源物料和三废处理的协同上在国内进行了相应的布局（CN106642133A，CN110976472A，CN105798050）。截至2020年8月，专利申请中11项涉及沼渣焚烧、11项涉及沼气燃烧发电、8项涉及焚烧余热用于厌氧发酵设备加热，上述三个也是焚烧和厌氧消化协同处理中最为常规的协同方式。而废水、废气和设备设计方面则是近年来一体化协同研究的新方向。小结多种有机废弃物、多种处理技术协同处理是厌氧发酵发展的新方向。焚烧与厌氧发酵协同处理从厂区布局、生产管理、能源物料、三废处理四个方面将餐厨垃圾厌氧发酵和生活垃圾焚烧发电有机的结合在一起，产生1+1>2的经济和环境效益。 本文章引用《科学与技术》，如侵权联系删除）