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新系统将餐厨垃圾就地变能源

2020-06-10 08:32:52 中国科学报   作者: 黄辛  
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移动式餐厨垃圾废物能源化系统

都说垃圾是放错了地方的资源,日前,一种分布式餐厨垃圾能源化系统,就高效率地实现了餐厨垃圾的资源化利用,将其变身为能源,为手机或者平板电脑供电。

该系统是上海交通大学中英国际低碳学院有机废物资源化研究团队与新加坡国立大学合作研发的成果。将重量为40千克的餐厨垃圾投入到该系统内的厌氧消化罐后,经过厌氧发酵产生沼气,随后将其转化为电力和热力,输出的电能可供大约1000台手机充电。

在上海交通大学与新加坡国立大学联合承担的重大国际合作项目“超大城市的能源与环境可持续发展解决方案”Create-E2S2项目的支持下,该分布式餐厨垃圾能源化系统已经在新加坡国立大学率先应用。目前,该系统也正在上海交通大学中英低碳学院试运行,为城市发展中有机废物的能源化处理和扩大化商业化应用奠定基础。

多处理单元组合废物原地变能源

餐厨垃圾的来源非常分散,传统的做法是由垃圾车收集后进行集中式处理。但长距离的运输不仅需要高昂的成本,而且运输过程中车辆带来的废气排放、垃圾散发的臭气等一系列问题,也影响着居民的生活环境和身体健康。缓解这一问题的方法之一就是尽量减少餐厨垃圾的远距离运输。

分布式餐厨垃圾能源化系统则采用了临近垃圾产生源头的原位处理方式,将所有处理和能源转化设备集中在一个长为6米的移动式集装箱内。其中,整个系统的核心是厌氧消化罐,在餐厨垃圾被泵入厌氧消化罐之前,需要经过研磨、混合等简单操作来提高后续厌氧消化处理的效果。

“按照特定的比例将厌氧微生物和餐厨垃圾混合后,在厌氧消化系统中,餐厨垃圾将会分解成沼气,随后沼气通过热电联产系统转变成电力和热力,产生的电能就可以直接输出为附近人群提供手机充电以及其他服务。”该项目负责人、上海交通大学中英国际低碳学院副教授张景新介绍说。

能量利用效率高实现系统自我供电

通过该分布式餐厨垃圾能源化系统,餐厨垃圾不仅可以产生电能,厌氧消化过程中产生的富含营养物质的消化物,还可以进一步加工作为肥料。但这其中,电能和热能的转化与利用效率的高低,是团队研究者们十分关注的问题,这也直接决定着整个系统的实用性和经济性。

该团队通过对系统的调试和研究表明,整个系统产生的电能和热能能够满足其自身工作需要的电能热能。由于微生物作用需要保持在最适温度下,沼气能源化产生的热量将通过加热水来使厌氧消化罐保持恒温。同时,系统产生的电能也远大于集装箱内灯光、风扇、泵、搅拌器等其他设施的耗电量,剩余的电能将被储存在电池中,用于其他用途。

“餐厨垃圾的组成成分影响着系统的发电量。组分中碳氢化合物、蛋白质、脂肪的含量越高,产生的沼气越多,由此产生的电能也就越多。”张景新介绍说。同时,经过模拟计算,该系统处理一吨餐厨垃圾的发电量为200~400千瓦时,换算下来,其产生的电能能够为1.3万~2.6万台手机充电。

处理能力提升推进系统广泛应用

目前,在新加坡国立大学食堂附近应用该分布式餐厨垃圾能源化系统的结果表明,40千克餐厨垃圾足够供1000台手机充电。考虑到餐厨垃圾生产量的差异,团队对系统在200千克和400千克的餐厨垃圾处理量的情况下进行实验测试,提高系统的每日处理能力,使系统在不同的处理量下均具有良好的处理效果和能源化效率。

数据显示,新加坡的湿垃圾回收率仅为18%。自2019年上海市全面实施垃圾分类政策后,上海市湿垃圾分出量为9200吨/日,清运量为8200吨/日,而处理量仅为5050吨/日。湿垃圾生产量的快速增长和回收资源化能力不足也成为影响城市生活环境的严峻问题。

“厌氧消化系统可以有效减少有机废物和城镇温室气体的排放,并产生更多的能源,提高资源利用效率。它在实现废弃处理的同时,可以最小化自然资源、能源的消耗以及二次污染,将线性经济的概念转变为循环经济,建设可持续发展的特大城市模式。”张景新对记者说。




责任编辑: 李颖

标签: 新系统 餐厨垃圾 垃圾废物能源化系统

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