液化-生化处理（LBP）一体化成套设备可行性研究（论证）报告

一、课题概述

本项目与新农村建设计划相结合，对自然村生活垃圾和农业废弃物的生物有机质进行资源化利用技术研究。采用“液化-生化处理” （LBP—Liquefaction and Bio-digestion Processing）方式，研发适合自然村使用的液化-生化处理（LBP）一体化成套设备，并开展示范，构建南方典型自然村生产生活循环技术系统模式，实现自然村产生活废弃物资源化利用，改善农村生活环境。

二、课题需求分析

1．项目确定的课题目标与任务的需求分析

随着农村社会经济和城镇化发展，农村的面貌和农民生活水平都有了很大的改善和提高，但是农村的环境问题也日益严重，其中废弃物乱堆、乱倒、乱放，污染环境的问题尤为突出。生活废弃物、农业废弃物（作物秸秆等）处理方式粗放，二次污染严重，减量和资源化利用程度普遍低下，生物有机质材料的能源化水平不高。大量研究表明，农村生活垃圾和农业废弃物已成为农村居住区地表径流污染、空气污染的重要来源之一。农村生活垃圾等废弃物不加以利用，任意露天堆放，不但占用土地，导致可利用土地资源减少，还容易污染土壤环境。残留毒害物质不仅在土壤里难以挥发降解，而且会杀死土壤中的微生物，破坏土壤的腐解能力，改变土壤的性质和结构，阻碍植物根系的生长发育，最终严重影响农作物生长，导致粮食或作物减产。据调查，在农村多数地区，废弃物的最终处理途径还是以填埋为主，尤其在经济相对落后的山区农村，一些沟壑成为村民倾倒垃圾最便利的“垃圾场”。虽然垃圾倾倒之后受绿色植物的掩盖并未对村容造成大的影响，但长此以往对于山区环境的潜在破坏力不可小觑。

在大力倡导环保的今天，农村生活垃圾处理也应当寻求一条科学的道路。“村收集、镇中转、县处理”管理模式在一些农村地区得到了较多应用，但大都采取的是完全混合收集的方式，并不能减少垃圾的处理量，还增加了垃圾资源化、减量化和无害化的难度。而且，一些地理位置较偏远的村庄垃圾转运的成本较高。同时，垃圾转运至县处理会造成的县城垃圾处理的负担。

从前期调研农村的生活垃圾特征表明，农村生活垃圾中有机垃圾占到总量的大部分，其所含有机质是一种很好的资源，如开发一体化设备，对农村废弃物包括农业废弃物桔杆等有机物中的有机质加以利用，既可以使农村固废减量，又可使之资源化，促进农村社区的村容整洁和达到原地消减废弃物的目的。为此，课题组在审视现有的填埋法、堆肥法、焚烧法等常规固体废弃物处理方式的优缺点后，通过借鉴、消化和吸收国外先进的生物处理技术，对固体废物采用“水处理”的思路，将对农村废弃物的有机质进行液化-生化（LBP）处理，充分利用有机质进行产气产肥，走高效资源化、无二次污染的工艺路线。

本项目以自然村为单位，对农村废弃物进行简易分选后，采取生化处理技术，将废弃物中的有机质用于产气产肥，达到显著减量和资源化的实效，是近于零排放的处理技术，有效降低填埋处理成本和对环境的影响程度。

如以自然村为单位，采用本项目开发的废弃物有机质资源化利用的一体化LBP设备，完全可以就地解决生活废弃物、农林废弃物减量化资源化问题，节约运输费用，减轻城镇的垃圾处理压力，节约因填埋造成的土地资源，促进节能环保的生态乡村建设。

2．课题解决的主要技术难点和问题分析

（1）具有广泛适用性的农村自然村生活垃圾及农业废弃物有机质资源化技术方案

问题分析：对自然村生活垃圾和农业废弃物采用“液化—生化处理”方式进行减量化、资源化处理，形成具有广泛适用性的农村生活垃圾及农业废弃物有机质资源化技术方案。研究过程涉及高效发酵产气技术、三相分离技术等技术难点。

（2）适合自然村使用的农村废弃物有机质液化-生化处理（LBP）一体化成套装置与设备的研发

问题分析：一体化成套装置与设备的研发会涉及LBP技术工艺流程中各操作单元的参数确定，设备的经济型、适用性、稳定性等技术难点。

三、现有工作基础与优势

1．国内外现有技术、知识产权和技术标准现状及预期分析

目前国内外研究较多的是城市垃圾的分类收集和资源化处理，对农村固体废物的收集、贮运和循环利用研究较少。我国农业人口众多，居住相对分散，固体废物的分类收集、运输与管理难度较大。基于我国国情, 按照农村的地理、经济和社会条件，开展生活垃圾、畜禽粪便和作物秸秆的无害化处理和资源化利用，实现农业生产与农民生活之间的物流、能流良性循环, 重点建设并推广应用低能耗、集成化的农村有机废物收运、处理、循环利用系统，是我们建设社会主义新农村、走可持续发展之路的当务之急。

美国对农村和农业废弃物的管理规定及相关的工程实践方案较多。规定农村居民有义务先将固体废弃物进行分选，农村固废类别包括有机废弃物、危险废弃物、废油脂和其他废弃物。目前，美国环保署和爱荷华州能源中心合作，投入数百万美元研究利用农作物秸秆及其他可降解废弃物研制新型环保材料，进行了中试研究，并促进将该成果产业化。

日本政府本着大幅度减少固体废弃物产生量，确保物质循环为原则，制定了一整套建立循环型社会的法规体系。农村固体废弃物中有相当大的一部分是可以循环利用的资源，农村固体废弃物的污染防治和资源的循环利用、建立循环型社会密切相关。日本促进建立循环型社会的做法及一系列法规体系值得我们借鉴。

有机废弃物通过生物发酵，可产生生物燃气——沼气，作为清洁能源，可替代化石燃料，用作民用燃气、锅炉燃料、发电、化工产品原料、运输工具的动力燃料等，沼气纯化后作天然气。

目前，我国大中型农业沼气生产的原料主要来自于集约化畜禽养殖场的粪便，其中猪、牛和禽类是畜禽粪便排放的主要来源。根据农业部资料，我国畜牧业近几年一直保持 8%以上的增长速度，因此畜禽粪便排放也是逐年增加（《中国统计年鉴 2010》）。

2009年畜禽粪便排放表

理论上，去除 1kg COD 可产生 0.35m3甲烷，据此，全国畜禽养殖年排放粪便总量约为 148732.592 万吨，如果采取全部厌氧消化方式处理，可产沼气 819.5 亿m3/年。以上数据不包括散在乡村农户的畜禽排放量。

我国沼气技术目前已较成熟，部分技术已接近和达到国际先进水平。沼气工程从设计、施工、运行以及设备的生产都已有了一些部门或地方性的规范和标准。如：《大中型沼气工程技术手册》，《大中型沼气工程施工及验收规范》等，但尚未形成国家级具有权威的标准和规范，也没有相应的机构进行技术检测和监督。目前，大中型沼气工程分属各个行业部门、各个省市，无统一管理。由于缺乏国家权威的技术标准和规范，各地沼气工程由各高校、公司、设计单位自行设计，业主组织施工。造成大中型沼气工程技术水平参差不齐，沼气装置的发酵速率、产气率、污染物去除率相差甚远，更有少数工程设计不合理。施工不严格。造成损失、事故，甚至失败。

小型沼气工程周边的农田、鱼塘、果园等能够完全消纳经沼气发酵后的沼渣、沼液，使沼气工程成为生态农业园区的纽带。

近年来采用混合型原料——畜禽粪便、秸秆、厨余垃圾、生活污水厂污泥、生活有机垃圾等，兴建沼气工程愈来愈多。已经成为一种资源化处理乡村废弃物的新途径。有机废弃物，经厌氧发酵产生沼气，在治理环境污染的同时，促进了乡村废弃物的资源化利用和可再生能源发展，减少了对化石能源的依赖，有利于改变农村的能源消耗结构，从而达到节能减排和农村经济的可持续发展。

河南安阳市引进丹麦车用燃料沼气工程技术，采用当地的畜禽粪便、屠宰垃圾、厨余垃圾、生活污水处理厂的污泥为等有机废弃物，采用 CSTR 工艺，高温发酵，产生的沼气净化后（甲烷含量 95%），压缩成为车用燃料（年产400万立方），沼液、沼渣用做有机肥料。北京德清源养鸡场沼气工程和湖北天门健康新农村养猪场沼气工程也在运营中。

我国大中型畜禽养殖场沼气工程，大部分为生态型沼气工程，沼渣、沼液作为肥料还田利用，但我国土地分散经营、人口密集，相当数量的沼气工程没有足够的沼渣、沼液储存设施（需储存 3个月以上，提高肥效），也没有输管网或输送设备，造成沼渣、沼液还田利用极为困难，直接形成我国乡镇的境污染。

本项目主要针对农村废弃物中有机质的资源化利用进行研发和技术应用推广，相对大型沼气更有利于农村废弃物的消纳和循环利用，促进化石能源的替代和农村生态建设。

2．课题申请单位及主要参与单位研究基础

（近5年来开展的与本课题相关的研究开发经历、已取得的科技成果及技术性能水平、已具备的知识产权、已具备的与本课题研究相关的科研条件与研究开发队伍现状等。）

（1）项目申请单位及参与单位基本情况

申请单位桂林电子科技大学（原名桂林电子工业学院）是工业和信息化部与广西区共建的综合性高校，广西重点建设高校。现设有17个学院，涵盖工、理、经、管、文、法和艺术7个学科门类。设有3个一级学科博士授权点，11个一级学科硕士授权点，55个本科专业。近五年，学校承担了国家科技重大支撑计划项目、国家863计划重大项目、国家“973”项目、国家自然科学基金项目、国家社会科学基金项目等国家级科研项目138项，省部级科研基金和科技攻关项目358项；申请专利及软件著作权926项，获授权专利及软件著作权517项；主持和参与制订修订国家标准43项、行业标准74项；发表三大索引收录论文2072篇。

参加单位中国科技开发院广西分院是广西区人民政府直属、广西科技厅代管的直属事业单位，下属项目评估中心、科技经济开发中心、糖业和水泥生产力促进中心等核心单位，设立的一些部门与企业、高校有广泛的业务联系，是减排与循环经济技术研究等5个广西计划项目的牵头承担单位。历年来承担了包括国家863计划、科技支撑计划项目、国家发改委项目及广西科技计划项目等四十多项，共计发表高质量论文150多篇，获得专利授权8项。现有专业技术人员36人，其中博士6人，硕士10人，高级职称6人，中级职称15人。近年来，中国科技开发院广西分院加大与广西企业的合作力度，计有20（人次项）为企业形成、申请专利，同时与多家不同类型企业签订科技合作协议，广泛开展项目承担、专利申请、平台建设等全方位合作。

（2）研发经历、科研成果、科研条件、技术水平

申报本课题的固废处理研究团队大部分成员来自桂林电子科技大学环境工程专业，该专业组建于1999年，现隶属学校生命与环境科学学院。以农以宁教授为带头人的固废处理研究团队，于2005年开始与德国综合排名第二的杜易斯堡大学（Duisburg-Essen University）环境学院Her bell 教授固废处理研究团队进行了长期的科技合作，开展了以城镇生活废弃物资源化处理为目标的合作研究，合作研究项目“Optimization of the Municipal Solid Waste Disposal In the City of Guilin Integrating the Existing Local Recycling Capacities”得到德国政府部门和广西科技厅的资助（《桂林市城市固体废物优化处理研究与应用》[桂科合0630004-7B33]），德方评价阶段性研究成果“可应用于中国南方和东南亚地区”，研究报告为欧洲投资银行采纳，作为批准4亿人民币长期低息贷款决定的依据。

基于中德合作研究基础，在科技部与广西区会商创新计划实施中，获得广西区科技项目重点立项——《生活垃圾有机质液化技术与工艺研究》课题，项目研究总经费110万元。在之后的几年里，团队在固废处理企业的协助下，建立了生活垃圾有机质液化—生化处理工艺系统（LBP工艺），建成200 m2示范生产车间1个，自行研制工业实验规模生产线1条，运行良好的给料设备1台，日处理生活垃圾6-8吨专用液化设备1台、与之配套的不锈钢多相分离专利设备1套、泵送带搅拌器2 t 贮料塔1座、1.5 t不锈钢夹层生化反应器1套、外循环多传感式温度自动控制系统、不锈钢材质UASB反应器1座、甲烷气体净化处理装置1套、高效有机肥与回用水分离处理系统、控制工作间等全套设备。形成了研究固体废物资源化的研究平台，获授权国家专利7项。

2012年8月，广西科技厅组织专家对《生活垃圾有机质液化技术与工艺研究》（桂科攻0895003-7）项目进行会议鉴定。鉴定委员会认为：该项目集成了多个领域的先进技术，在原理、方法上不同于现有的生活垃圾填埋、焚烧、堆肥等处理方法，研究成果达到国内先进水平，部分成果达到国内领先水平。

2013年，团队后续研究项目《生活垃圾液化-生化处理工艺及资源化利用技术研究》（桂科攻1355003-20）获得广西科技厅资助，为LBP技术的完善和走向实际工程应用创造了条件。

2014年，团队后续研究项目《农村生活垃圾资源化利用设备研发与应用示范》（桂科攻14124004-3-9）获得广西科技厅资助，为LBP技术在农村的应用提供了研究条件。

团队的相关研究课题还有广西科技厅攻关项目《漓江流域村镇生活污水深度处理关键技术研究与示范》（桂科攻1140002-1-1）；桂林市科技局攻关项目《生活垃圾有机质液化技术与工艺研究》（20100316），与企业合作研究项目《LBP工程实验研究》（W20541）等。

近年来，本研究团队承担了国际科技合作项目和省部级科研项目6项，总经费300余万元；在国内外重要期刊发表相关论文30余篇，向有关部门提供研究报告2篇，通过鉴定或验收项目2项，申请发明专利和实用新型专利9项目，已授权7项。查新检索表明团队在城市固体废物处理技术研究方面处于广西乃至国内高校同类研究的先进水平。

（3）研究开发队伍

本项目研究团队由14名成员组成，其中教授级职称4人，副教授级职称7人，中级职称3 人。

核心研发人员简介：（略）

四、实施计划及年度目标

1．课题研究内容、技术路线和创新点

本项目在“美丽乡村建设”大背景下，以项目组前期已完成和在研的固废综合处理研究成果为基础，对农村废弃物中的生物有机质进行资源化利用技术研究，系统集成，研发一体化专用成套设备，回收清洁能源燃气和优质有机肥等资源，并将该设备应用于自然村进行示范。

（1）研究内容

①农村生活垃圾和农业废弃物特征分析—资源化综合利用分析。

②农村生活垃圾及农业废弃物有机质资源化技术方案研究：

A、废弃物资源化利用技术研究，破碎与液化对资源化利用的影响研究，高效发酵、产气技术研究；

B、三相分离技术研究，发酵气体、液体和固体的分离和循环利用。

③适合自然村使用的液化-生化处理（LBP）一体化成套设备研发和示范：

根据农村废弃物的特点，通过系列试验，优化工艺流程，完成系统集成，研发形成适合自然村使用的液化-生化处理（LBP）一体化成套设备以开展示范，构建南方典型自然村生产生活循环技术系统模式。

（2）技术路线

（3）创新点

①固体废弃物“水处理”思路

创新性地针对农村废弃物有机质以“水处理”的思路，采用“液化—生化处理”方式，对乡村社区废弃物进行减量化、资源化处理。

②高浓度浆液厌氧发酵技术

将废弃物转变成高浓度浆液进行高效厌氧发酵处理，改变了废弃物的物理形态，有利于有机成分的降解，缩短发酵时间，稳定产气量。

③有效的废弃物减量和近于零排放的处理技术

处理后排放的泥沙基本不含有机质，可无害化填埋；液相介质可循环回用或作液态农肥；近于零排放的综合处理。

④设备的集成化

成套装置与设备一体化，便于以自然村为单位的使用和管理。

2．课题进度安排及各年度目标

年度目标内容

2015 拟定研究与实施的总体方案，论证与制定各模块研究计划，建立实施技术条件和物质条件，逐项开展各关键技术的初步研究。

2016 集成与完善各模块工艺，考察工艺各模块的技术经济型、适用性、稳定性，完成设备研发。

2017 设备调试、改进、完善与示范应用，编写设备运行维护指南；工作总结，技术总结，项目结题与鉴定。

五、课题考核指标

（考核指标包括约束性指标和预期性指标，约束性指标指对完成课题任务具有关键性作用，必须保证实现的指标；预期性指标指在完成约束性指标的基础上，对完成课题任务具有重要意义，确有必要的其他导向性的相关任务指标，请明确分类。其中，约束性指标要有量化的检测指标，并委托具备相关资质的第三方检测单位检测；有标准的按标准检测，没有标准的要事先约定检测方法。）

1．主要技术（性能、性状、工艺参数，技术的稳定性、可靠性，形成生产能力或达到实际应用的程度等）、经济（投入产出比、性能价格比、成本、规模等）、环境、生态等指标，及其与国内外同类技术、产品的先进程度或竞争力比较。

研制形成农村生活垃圾和农业废弃物有机质利用实用设备1套，处理量与30-50户自然村相匹配，池容产气率≥1.0 m3/ m3•d，对生活垃圾有机废弃物处理率≥90%。对农户燃料替代率≥30%。

设备的技术先进性、竞争力体现在：（1）大幅消减农村生活垃圾和农业废弃物；（2）利用生物有机质制取生物燃气，同时获取沼渣、沼液等有机肥；（3）无二次污染物排放，（4）适合于自然村使用。

2．形成的知识产权、技术标准的种类和数量。

申请国家发明专利1项、实用新型专利1项；编写设备运行维护指南一本。

3．应用示范基地、中试线、生产线或产业化规模。

典型自然村生产生活循环技术系统构建，针对自然村通常是多户共一院落居住、多院落在空间上既有一定距离又保存紧密联络的社区特点，结合美丽乡村创建，开展自然村废弃物减量化、再利用和资源化，在我国南方地区选择1个典型自然村，开展液化-生化处理（LBP）一体化成套设备应用及示范。

4．人才队伍培养。

通过本项目的实施培养科技骨干6名，培养硕士研究生2名。

5．课题执行过程中发表的与课题研究相关的学术论文、研究报告和专著等其他考核的预期指标。

课题执行过程中，对一些创新理论和实验数据及时撰写论文，发表论文2篇。

六、经费预算（略）