废物转化为能源:固体废物管理的绿色范式
穆罕默德·丹麦·阿尼斯1＊和Tauseef Zia Siddiqui2
1英国曼彻斯特大学航空航天土木工程机械学院
2沙特基础工业公司可持续发展专家，朱拜勒工业城，35811沙特阿拉伯
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.10.3.06
印度目前每年产生的城市固体废物估计约为4200万吨，随着人口增长、城市化和人民生活水平的提高，这一数字将迅速上升。城市固体废物的产生量由0.25至0.66公斤/人/天不等，平均为0.45公斤/人/天。此外，工业产生了大量的固体和液体废物。产生的大部分废物都进入了土地和水体。如果没有适当的处理，这些废物会排放出甲烷(CH)等气体4)、二氧化碳(CO .)2)等，导致恶臭、温室气体排放、空气和水污染加剧。通过采用环境友好的废物转化为能源技术，在废物处置前进行处理和加工，可以大大减轻这一问题。它不仅会减少废物的数量，而且还会产生大量的能源。印度目前是世界第五大能源消费国，预计到2030年将超过日本和俄罗斯，成为第三大能源消费国。近年来，印度经济呈现出8%左右的强劲增长，并正在努力维持这种增长，以实现减贫目标。为了达到所需的增长水平，印度将需要将其初级能源供应至少增加两倍，将其电力容量增加五倍。这将迫使已经进口大部分石油的印度将目光投向境外寻找能源资源。在印度，废物转化为能源的潜力为每人1700兆瓦，而且随着更多类型的废物被纳入其中，这一数字将会增加。目前，通过废物转化能源的方式产生的电力还不到50兆瓦。废物燃烧为现代社会的各种问题提供了综合解决方案:回收失去的能源，从而减少我们对宝贵自然资源的使用;通过减少温室气体的排放;通过节省宝贵的土地，否则注定要成为垃圾填埋场和恢复土地曾经牺牲为消费主义的产品。本文重点介绍了废物转化能源作为一种绿色和可持续的解决固体废物问题的方法，以及-à-vis其作为可再生能源的重要性。
废物转化为能源;四级的方法;固体废物综合管理
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李建平，李建平。废物能源转化:固体废物管理的绿色范式。当代世界环境2015;10(3)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.10.3.06
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介绍
印度每年产生大约4200万吨(每天11.5万吨)和60亿立方米的液体废物。城市固体废物(MSW)的产生量为0.25至0.66公斤/人/天，平均为0.45公斤/人/天(UNEP, 2011年)。此外，工业产生了大量的固体和液体废物。随着经济增长，工业化、城市化程度的提高和生活方式的改变也随之发生，这将导致整整一代人产生越来越多的废物，这将不可避免地加剧对环境的威胁。但是，由于全权负责管理垃圾的城市地方机构效率低下，垃圾管理的前景仍然不容乐观。到目前为止，露天垃圾场是主要的垃圾处理方式，由于其位于城市之外，需要巨大的土地和高昂的运输成本。
虽然有一些办法可用于有效的废物管理，但废物转化为能源的办法最近引起了所有人的注意，因为它在减少污染的同时产生资源的额外好处。近年来，已经发展的技术不仅有助于产生大量分散的能源，而且还有助于减少废物的数量，以便安全处理。
虽然发达国家已经很好地利用了WTE的选择，但是在印度，它还没有完全确立为废物管理的一个可行的选择。WTE已成为一种可再生能源或绿色能源，具有多种效益。尽管有一些失败和不足，但也有一些成功的故事。本文以渐进的方式处理所有这些问题，并将WTE建立为印度固体废物管理的可行和绿色范例。
废物转化为能源概述
废物发电或WTE被定义为将废物资源直接作为燃料或以热或电的形式有效地转化为能源。它是一种“清洁、可靠、可再生的能源”(美国环保署)。更具体地说，WTE是通过采用适当的废物处理技术，回收固体或液体废物的有机部分中存在的潜在能量。
除了能源回收，垃圾焚烧还提供了额外的好处，如
- 根据废物成分和采用的技术，废物总量减少近60%至90%以上。
- 减少对通常用于填埋的土地(城市中已经稀缺)的需求。
- 将垃圾运往遥远的垃圾填埋场的运输成本也相应降低。
- 环境污染净减少。
- 除了利用废物发电之外，生物甲烷化技术产生的泥浆也是一种很好的肥料(DEFRA, 2014)。
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WTE技术
从废物的有机部分(可生物降解和不可生物降解)中回收能量，主要有以下两种方法:
热化学转换
这个过程需要有机物的热分解来产生热能或燃料油或天然气;和
生化转化
这个过程是基于微生物作用下有机物的酶分解，产生甲烷气体或酒精。
热化学转化过程对含有高比例的有机不可生物降解物质和低水分含量的废物是有用的。这一类别的主要技术选择包括焚烧和热解/气化。
另一方面，对于具有高比例的有机可生物降解(可腐烂)物质和高水平的水分/水含量的废物，生物化学转化过程是首选的，这有助于微生物活动。这一类别下的主要技术选择是厌氧消化，也被称为生物甲烷化。下表总结了WTE技术的基本原理、重要废物参数及其理想范围。
表1:能源技术可行性所需的重要废物参数范围
回收(资料来源:印度政府都市固体废物管理手册)
废物处理 方法 |
基本原理 |
重要废物参数 |
理想废物管理范围 |
热化学转换 焚烧 热解 气化 |
热分解有机物在热作用下的分解 |
水分含量 有机 挥发性物质 固定碳 总惰性 热值(净 热值) |
< 45% > 40% < 15% < 35% > 1200 k-cal /公斤 |
生化 转换 厌氧 消化/ Bio-methanation |
分解 有机质 微生物的行动。 |
水分含量 有机/挥发性物质 C / N比值 |
> 50% > 40% 25 - 30% |
印度的WTE潜力:
都市固体废物(Msw)
图2所示的定期调查结果显示，在15年期间，随着每日都市固体废物(以公吨计)的增加，所产生的兆瓦数也随之增加。
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图2:都市固体废物发电潜力 (资料来源:国家发展总体规划 废物转化为能源(印度) 点击此处查看图 |
都市液体废物(mw)
与之前图2的调查结果非常相似，图3的调查结果显示，随着时间的推移，产生的液体废物也在迅速增加。然而，随后每天以百万液体计的百万瓦特的利用无法产生那么多兆瓦的电力。虽然稳定，但随着技术的发展，这些统计数据有望在未来得到改善
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工业废物
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对图4的仔细研究表明，印度有足够的潜力来选择WTE，而且这种潜力很可能在未来增加。我们面临的挑战是将所有这些部门归为一个主管，以便有效地实施WTE。印度的《废物利用国家发展总体规划》在这方面做了值得赞扬的工作，确定了有效执行废物利用项目的所有瓶颈。
印度Wte的现状
- 在海德拉巴、维杰亚瓦达和勒克瑙安装了三个总容量为17.6兆瓦的城市固体废物能源回收项目。
- 其他城市废物处理项目包括在卢迪亚纳的Haebowal以牛粪为基础的1兆瓦项目;一个容量为0.5兆瓦的项目，用于在苏拉特污水处理厂利用沼气发电;在维杰亚瓦达建造一座容量为150千瓦的蔬菜市场和屠宰场废物处理厂，在安得拉邦梅达克的Alkabeer出口有限公司建造一座容量为400千瓦的屠宰场废物沼气处理厂。
- 另一个基于蔬菜市场垃圾的300千瓦容量项目正在金奈调试(Kalyani和Pandey, 2014年)。
问题与挑战
总的来说，该国迄今共建立了8个城市废物能源回收项目，总容量为19.05兆瓦，这与城市废物的总发电潜力相去甚远。尽管印度政府提供了许多补贴和激励措施，但这些项目要么没有出现，要么失败了。
补贴
作为对产业的激励，MNRE每兆瓦可再生能源提供约34万至68万美元的补贴，吸引了一些外国和国内公司。(来源:2月22日，由Keya Acharya)。最近的媒体报道也显示，许多在政府大量补贴后出现的项目由于复杂的原因而失败。
失败
自1994年以来，大约33兆瓦的WTE项目投资300万美元，由于补贴没有启动，德里、勒克瑙、维杰亚瓦达和海得拉巴的17.6兆瓦发电项目中有三个项目中有两个失败。
环境问题
另一个日益增加的担忧是由于垃圾焚烧造成的空气污染，垃圾焚烧释放出有毒污染物，如二恶英和呋喃。印度还没有针对这类麻醉品的预防标准。此外，燃烧后灰烬和惰性物质残留物的处置仍然是一个令人关切的领域
这些都说明了印度WTE的发展道路遇到了很多限制、制约和失败。利用绿色和可再生能源的好处还没有在印度获得。迫切需要研究所有的瓶颈，并充分利用WTE的潜力。针对这些问题，印度政府制定了“印度废物转化为能源发展的国家总体规划”，这将指导印度废物转化为能源的进一步发展。
表2:污水处理厂项目的限制/制约因素及失败原因
限制/约束 |
失败的原因 |
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解决方案
推广WTE需要一个四层方法来解决所有问题，并协调所有利益攸关方和机构，以便这些项目顺利进行，减轻不可再生能源的负担。
表2.1:WTE推广的四层方法
层 |
问题 |
相关机构/组 |
社会 |
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法律 |
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技术 |
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金融 |
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单靠垃圾焚烧不能解决印度固体废物管理的所有问题，因为废物的特性千差万别，在某些情况下垃圾焚烧可能不是一个可行的选择。
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因此，为了全面解决废物管理问题，必须采用综合固体废物管理方法，考虑到所有选择，并根据当地情况和废物情况提供固体废物管理的最佳选择。以上是固体废物管理的整体方法可以遵循的ISWM模型。
结论
最近WTE项目的失败并不能得出印度没有WTE未来的结论。更多的失败是由于缺乏对项目的研究。其他问题，如环境问题，也可以通过先进的空气污染控制系统得到缓解。等离子体电弧技术、微波破坏技术、激光破坏技术等效率高、辐射小的技术也在不断涌现。我们不能忘记，废物处理是一种绿色和可再生能源，它为我们的废物管理提供了一个解决方案。因此，在印度高度依赖石油进口和不断减少的煤炭储备来满足其能源需求的情况下，双重效益不容忽视。废物转化为能源将在未来成为印度固体废物管理的绿色范例，也是一种清洁、绿色和可再生的能源。
参考文献
- 菲欧(2000)，m都市固体废物管理年报;城市发展部中央公共卫生和环境工程组织，新德里，15,p.262-265
- 跨国公司(2003年)，执行摘要，废物转化为能源技术技术备忘录，印度国家废物转化能源发展总体规划，国家生物能源局(NBB)，非常规能源部，新德里，p. i-v
- GGTIE (1997),城市固体废物大量燃烧:城市固体废物的清洁能源:21世纪重要的生物能源技术圣世纪．国际能源署生物能源项目，第十四期，ETSU, Hawell, UK
- 陈志强(2006)，环境科学与工程学院科技论文。印度矿业学院，丹巴德，印度
- 印度政府非常规能源部，网址:http://mnes.nic.in/
- Acharya, Keya(2007年2月22日)，环境-印度:将废物转化为能源——不那么环保IPS杂志。
- 2005年6月12日一个致命的配方，《金融快报》。
- Kalyani and Pandey (2014) - http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032113007697
