清華大學：廚余垃圾處理及資源化技術全生命周期評估報告（31頁）.pdf

《清華大學：廚余垃圾處理及資源化技術全生命周期評估報告（31頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《清華大學：廚余垃圾處理及資源化技術全生命周期評估報告（31頁）.pdf（31頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、廚余垃圾處理及資源化技術廚余垃圾處理及資源化技術全生命周期評估全生命周期評估Evaluation of Food Waste Treatment and Utilization Technologies based on Life Cycle Assessment(LCA)匯報人：郭含文匯報人：郭含文By:Hanwen GuoIWM NAMA垃圾低碳綜合管理國際研討會Low-carbon Integrated Waste Management Symposium清華大學環境學院清華大學環境學院School of Environment,Tsinghua University2研究背景研究背景

2、Background1處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologies2生命周期評價生命周期評價 Life cycle assessment3建議建議 Suggestions4匯匯 報報 提提 綱綱 OUTLINE31.研究背景研究背景 Background廚余垃圾廚余垃圾Food Waste是指居民家庭、餐飲行業及企事業單位食堂在食品加工和用餐過程中產生的廢料和殘余。產生量巨大產生量巨大Huge amount of production 成分多元：水分成分多元：水分、碳水化合物碳水化合物、油脂油脂、蛋白質蛋白質、無機物等無機物等A mixture of wate

3、r,carbohydrates,lipids,proteins and inorganics100,000,000 ton,2018年年 兼具污染與資源屬性兼具污染與資源屬性Both pollution and resource attributes來自餐飲來自餐飲食堂的平均組分食堂的平均組分水分水分Water(79.4%)碳水化合物碳水化合物Carbohydrate(51%)油脂油脂Lipid(22.3%)蛋白質蛋白質Protein(16%)灰燼灰燼Ash(10.7%)41.研究背景研究背景 Background污染屬性污染屬性Pollution attribute含水量高、熱值低導致焚燒過

4、程含水量高、熱值低導致焚燒過程能量轉化效率低能量轉化效率低High moisture and low heating value result in low energy conversion efficiency易腐有機質含量高是填埋場易腐有機質含量高是填埋場惡臭污染的主要來源惡臭污染的主要來源Organic fraction is the main source of VOCs of landfill51.研究背景研究背景 Background資源屬性資源屬性Resource attribute（Yang et al.2015）61.研究背景研究背景 Background資源化技術多元資源

5、化技術多元Diversified technologies,products&substitution廚余垃圾廚余垃圾Food waste72.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologies廚余垃圾處理技術選擇廚余垃圾處理技術選擇 Choice of Food waste treatment technology厭氧消化厭氧消化Anaerobic digestion77%肥料化肥料化Composting14%飼料化飼料化Feeding5%其他其他Others4%2011-2019年間年間155座廚余垃圾處理廠座廚余垃圾處理廠119座以厭氧消化為主座以厭氧消化為主

6、21座以肥料化為主座以肥料化為主8座以飼料化為主座以飼料化為主7座選擇其他技術（如焚燒）座選擇其他技術（如焚燒）82.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologies現階段廚余垃圾處理及資源化技術路線現階段廚余垃圾處理及資源化技術路線Current treatment technology routes 廚余垃圾Food waste好氧堆肥Composting肥料CompostS1厭氧消化Anaerobic digestion好氧堆肥Composting甲烷、肥料CH4,compostS2 好氧堆肥Copostg肥料CopostS厭氧消化Anaerobic dig

7、estion好氧堆肥Composting甲烷、肥料CH4,compostS2生物乙醇Bioethanol厭氧消化Anaerobic digestion好氧堆肥Composting生物乙醇、甲烷、Bioethanol,CH4 S3 生物乙醇oet a o厭氧消化ae ob c d gest o好氧堆肥Copostg生物乙醇、甲烷、肥料oet a o,C,CopostS3生物柴油Biodiesel厭氧消化Anaerobic digestion好氧堆肥Composting生物柴油、甲烷、肥料Biodiesel,CH4,compostS4生物柴油Biodiesel生物乙醇Bioethanol厭氧消化A

8、naerobic digestion好氧堆肥Composting生物柴油、生物乙醇、甲烷、肥料Biodiesel,bioethanol,CH4,compostS5 生物柴油od ese生物乙醇oet a o厭氧消化ae ob c d gest o好氧堆肥Copostg生物柴油、生物乙醇、甲烷、肥料od ese,b oet a o,C,copostS5昆蟲轉化BSF bioconversion好氧堆肥Composting蟲體飼料、肥料BSF pre-pupae,compostS6生物柴油Biodiesel昆蟲轉化BSF bioconversion好氧堆肥Composting生物柴油、蟲體飼料、肥

9、料Biodiesel,BSF pre-pupae,compostS7 92.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologies廚余垃圾綜合處理技術廚余垃圾綜合處理技術 Combined treatment&utilization technology厭氧消化厭氧消化Anaerobic digestion好氧堆肥好氧堆肥Aerobic composting生物乙醇生物乙醇Bioethanol production生物柴油生物柴油Biodiesel production昆蟲轉化昆蟲轉化Black Solider Fly(BSF)bioconversion102.處理及資

10、源化技術處理及資源化技術 Treatment technologies構建廚余垃圾綜合處理及資源化技術路線（構建廚余垃圾綜合處理及資源化技術路線（9個）個）Combined treatment technology routes(9)好氧堆肥Composting肥料CompostS1厭氧消化Anaerobic digestion好氧堆肥Composting甲烷、肥料CH4,compostS2生物乙醇Bioethanol厭氧消化Anaerobic digestion好氧堆肥Composting生物乙醇、甲烷、肥料Bioethanol,CH4,CompostS3生物柴油Biodiesel厭氧消化A

11、naerobic digestion好氧堆肥Composting生物柴油、甲烷、肥料Biodiesel,CH4,compostS4生物柴油Biodiesel生物乙醇Bioethanol厭氧消化Anaerobic digestion好氧堆肥Composting生物柴油、生物乙醇、甲烷、肥料Biodiesel,bioethanol,CH4,compostS5昆蟲轉化BSF bioconversion好氧堆肥Composting蟲體飼料、肥料BSF pre-pupae,compostS6生物柴油Biodiesel昆蟲轉化BSF bioconversion好氧堆肥Composting生物柴油、蟲體飼料

12、、肥料Biodiesel,BSF pre-pupae,compostS7厭氧消化Anaerobic digestion昆蟲轉化BSF bioconversion好氧堆肥Composting甲烷、蟲體飼料、肥料CH4,BSF pre-pupae,compostS8生物柴油Biodiesel厭氧消化Anaerobic digestion昆蟲轉化BSF bioconversion好氧堆肥Composting生物柴油、甲烷、蟲體飼料、肥料Biodiesel,CH4,BSF pre-pupae,compostS9廚余垃圾Food waste112.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment t

13、echnologiesFood waste好氧堆肥好氧堆肥Composting好氧堆肥好氧堆肥肥料肥料S1:好氧堆肥好氧堆肥Composting122.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologiesFood waste好氧堆肥好氧堆肥Composting好氧堆肥好氧堆肥肥料肥料厭氧消化厭氧消化Anaerobic digestion厭氧消化罐厭氧消化罐 固液分離固液分離沼液沼液沼氣發電沼氣發電沼氣儲氣罐沼氣儲氣罐S2:厭氧消化厭氧消化+好氧堆肥好氧堆肥Anaerobic digestion+Composting132.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatm

14、ent technologiesFood waste好氧堆肥好氧堆肥Composting好氧堆肥好氧堆肥肥料肥料厭氧消化厭氧消化Anaerobic digestion厭氧消化罐厭氧消化罐 固液分離固液分離沼液沼液沼氣發電沼氣發電沼氣儲氣罐沼氣儲氣罐剩余物剩余物剩余物剩余物糖化水解糖化水解固液分離固液分離乙醇發酵乙醇發酵乙醇提純乙醇提純乙醇利用乙醇利用CO2生物乙醇轉化生物乙醇轉化Bioethanol productionS3:生物乙醇生物乙醇+厭氧消化厭氧消化+好氧堆肥好氧堆肥Bioethanol+Anaerobic digestion+Composting142.處理及資源化技術處理及資源化

15、技術 Treatment technologiesFood waste生物柴油轉化生物柴油轉化Biodiesel production酯交換反應酯交換反應油脂分離油脂分離剩余物剩余物水洗分離水洗分離廢水廢水甘油甘油生物瀝青生物瀝青生物柴油生物柴油利用利用好氧堆肥好氧堆肥Composting好氧堆肥好氧堆肥肥料肥料厭氧消化厭氧消化Anaerobic digestion厭氧消化罐厭氧消化罐 固液分離固液分離沼液沼液沼氣發電沼氣發電沼氣儲氣罐沼氣儲氣罐S4:生物柴油生物柴油+厭氧消化厭氧消化+好氧堆肥好氧堆肥Biodiesel+Anaerobic digestion+Composting152.處理

16、及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologiesFood waste生物柴油轉化生物柴油轉化Biodiesel production酯交換反應酯交換反應油脂分離油脂分離剩余物剩余物水洗分離水洗分離廢水廢水甘油甘油生物瀝青生物瀝青生物柴油生物柴油利用利用好氧堆肥好氧堆肥Composting好氧堆肥好氧堆肥肥料肥料厭氧消化厭氧消化Anaerobic digestion厭氧消化罐厭氧消化罐 固液分離固液分離沼液沼液沼氣發電沼氣發電沼氣儲氣罐沼氣儲氣罐剩余物剩余物剩余物剩余物糖化水解糖化水解固液分離固液分離乙醇發酵乙醇發酵乙醇提純乙醇提純乙醇利用乙醇利用CO2生物乙醇轉化生物

17、乙醇轉化Bioethanol productionS5:生物柴油生物柴油+生物乙醇生物乙醇+厭氧消化厭氧消化+好氧堆肥好氧堆肥Biodiesel+Bioethanol+Anaerobic digestion+Composting162.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologiesFood waste昆蟲轉化昆蟲轉化蟲糞分離蟲糞分離動物飼料動物飼料蟲體干燥蟲體干燥黑水虻昆蟲轉化黑水虻昆蟲轉化Black soldier fly bioconversion蟲糞堆肥蟲糞堆肥肥料肥料好氧堆肥好氧堆肥CompostingS6:昆蟲轉化昆蟲轉化+好氧堆肥好氧堆肥BSF+Co

18、mposting172.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologiesFood waste生物柴油轉化生物柴油轉化Biodiesel production酯交換反應酯交換反應油脂分離油脂分離剩余物剩余物水洗分離水洗分離廢水廢水甘油甘油生物瀝青生物瀝青生物柴油生物柴油利用利用昆蟲轉化昆蟲轉化蟲糞分離蟲糞分離動物飼料動物飼料蟲體干燥蟲體干燥黑水虻昆蟲轉化黑水虻昆蟲轉化Black soldier fly bioconversion蟲糞堆肥蟲糞堆肥肥料肥料好氧堆肥好氧堆肥CompostingS7:生物柴油生物柴油+昆蟲轉化昆蟲轉化+好氧堆肥好氧堆肥Biodiesel+B

19、SF+Composting182.處理及資源化技術處理及資源化技術 Treatment technologiesFood waste厭氧消化厭氧消化Anaerobic digestion厭氧消化罐厭氧消化罐 固液分離固液分離沼液沼液沼氣發電沼氣發電沼氣儲氣罐沼氣儲氣罐昆蟲轉化昆蟲轉化蟲糞分離蟲糞分離動物飼料動物飼料蟲體干燥蟲體干燥黑水虻昆蟲轉化黑水虻昆蟲轉化Black soldier fly bioconversion蟲糞堆肥蟲糞堆肥肥料肥料好氧堆肥好氧堆肥CompostingS8:厭氧消化厭氧消化+昆蟲轉化昆蟲轉化+好氧堆肥好氧堆肥AD+BSF+Composting192.處理及資源化技術處

20、理及資源化技術 Treatment technologiesFood waste生物柴油轉化生物柴油轉化Biodiesel production酯交換反應酯交換反應油脂分離油脂分離剩余物剩余物水洗分離水洗分離廢水廢水甘油甘油生物瀝青生物瀝青生物柴油生物柴油利用利用厭氧消化厭氧消化Anaerobic digestion厭氧消化罐厭氧消化罐 固液分離固液分離沼液沼液沼氣發電沼氣發電沼氣儲氣罐沼氣儲氣罐昆蟲轉化昆蟲轉化蟲糞分離蟲糞分離動物飼料動物飼料蟲體干燥蟲體干燥黑水虻昆蟲轉化黑水虻昆蟲轉化Black soldier fly bioconversion蟲糞堆肥蟲糞堆肥肥料肥料好氧堆肥好氧堆肥Com

21、postingS9:生物柴油生物柴油+厭氧消化厭氧消化+昆蟲轉化昆蟲轉化+好氧堆肥好氧堆肥Biodiesel+AD+BSF+Composting203.生命周期評價生命周期評價 Life cycle assessment評價系統邊界范圍評價系統邊界范圍 System boundary廚余垃圾廚余垃圾Food waste資源化體系資源化體系Utilization system沼氣沼氣Biogas肥料肥料Compost生物柴油生物柴油Biodiesel生物乙醇生物乙醇Bioethanol多樣產物多樣產物Multi-outputs氣體排放氣體排放Emissions沼液排放沼液排放Liquid res

22、idueBiogas飼料飼料Animal feed能源投入能源投入Energy input物料添加物料添加Material additive資源產品替代及利用資源產品替代及利用外部投入外部投入External input(9套套)100t（wet weight）213.生命周期評價生命周期評價 Life cycle assessment需要的數據類型需要的數據類型 Data requirement廚余垃圾理化特性廚余垃圾理化特性Physical and chemical properties含水率、碳、氮含量、碳水化合物等Moisture,carbon,nitrogen,carbohydrat

23、es,etc.處理技術參數處理技術參數Technical parameters 厭氧消化、堆肥、昆蟲轉化、生物柴油轉化等各環節技術參數AD,composting,BSF bioconversion,biodiesel etc.投入相關投入相關Input relevant能源類型及結構、能源消耗、添加物料等Energy/material type and consumption,etc.產出相關產出相關Output relevant氣體排放、物質產出、能源產出等Gaseous emissions,material/energy products,etc.223.生命周期評價生命周期評價 Life

24、 cycle assessment數據獲取途徑數據獲取途徑 Sources for data collectionEnvironmental Assessment System for Environmental TECHnologies,v3.1文獻調研文獻調研Literature survey現場調研現場調研Field survey理論分析理論分析Theoretical analysis中試實驗中試實驗Pilot experiment建模工具建模工具 Tool for modeling理化分析理化分析Physical and chemical analysis在特定的假設情況及數據條件在特

25、定的假設情況及數據條件下得到的結果下得到的結果Conduct research under the specific hypothetical situations233.生命周期評價生命周期評價 Life cycle assessment產物分配特征產物分配特征 Material flow analysis總質量總質量Total weight干物質干物質Dry mass碳元素碳元素Carbon content氮元素氮元素Nitrogen content243.生命周期評價生命周期評價 Life cycle assessment溫室效應潛能溫室效應潛能 Global warming poten

26、tial 溫室效應潛能在溫室效應潛能在-169 74 kg CO2-eq/t FW 之間之間 資源產品生產過程的能耗資源產品生產過程的能耗是環境負荷主要貢獻者是環境負荷主要貢獻者 沼氣、生物柴油、生物乙醇等沼氣、生物柴油、生物乙醇等能源產物的利用能源產物的利用可可實現較大的污染減排實現較大的污染減排Energy consumption for energy products is the main contributor The utilization of energy products(biogas,bioethanol and biodiesel)can achieve greater

27、saving on GWPGWP impact at the range of-169 74 kg CO2-eq/t FW 產物利用環節相關產物利用環節相關Parameters related toproducts utilization生產過程效率相關生產過程效率相關Parameters related to products generation生產過程能耗相關生產過程能耗相關Parameters related to energy consumption沼氣發電效率Electricity generated by biogas厭氧消化產甲烷潛力Biomethane potential蟲體

28、干燥過程能源消耗BSF pre-pupae drying乙醇對汽油的替代率Substitution ratio of petrol by bioethanol生物柴油轉化效率Biodiesel production efficiency蟲糞分離過程能源消耗BSF pre-pupae&manure separation生物柴油對柴油的替代率Substitution ratio of diesel by biodiesel昆蟲對飼料的替代率Substitution ratio of chemical feed by BSF肥料對化肥的替代率Substitution ratio of fertili

29、zer by compost253.生命周期評價生命周期評價 Life cycle assessment敏感參數識別敏感參數識別 Sensitivity parameter identification9個敏感參數個敏感參數/40個技術參數個技術參數9 sensitivity parameters/40 technical parameters當參數發生變化時，若結果的波動大于參數的波動，則為敏感參數當參數發生變化時，若結果的波動大于參數的波動，則為敏感參數The fluctuation of result is greater than the parameters,which is a s

30、ensitive parameter產物利用環節產物利用環節相關參數的相關參數的重要性高于生產過程環節重要性高于生產過程環節The importance of the parameters related to products utilization is higher than that of the products generation目標產物應得到妥善的利目標產物應得到妥善的利用，產物能不能被利用，用，產物能不能被利用，或是以哪種形式被利用，或是以哪種形式被利用，都會對整個系統的環境效都會對整個系統的環境效益產生較大影響。益產生較大影響。263.生命周期評價生命周期評價 Life c

31、ycle assessment體系優化體系優化 System optimization黑水虻昆蟲轉化技術總的溫室潛能表現為環境負荷，主要由黑水虻昆蟲轉化技術總的溫室潛能表現為環境負荷，主要由電力（化石能源為主）消耗電力（化石能源為主）消耗造成，幼蟲干造成，幼蟲干燥過程耗電占比最大（燥過程耗電占比最大（35%）The net GWP impact of BSF bioconversion is load,which is mainly caused by energy consumption,the process of BSF pre-pupae drying accounts for the

32、 largest proportion當黑水虻蟲體干燥過程能耗降低至當黑水虻蟲體干燥過程能耗降低至0.17kWh/kg時，時，溫室效應由負荷變為減排，實現體系優化溫室效應由負荷變為減排，實現體系優化When the energy consumption of BSF pre-pupae drying reduced to 0.17kWhh/kg,the GWP of BSF bioconversion changed from load to saving,realizing system optimization0.17黑水虻昆蟲轉化技術黑水虻昆蟲轉化技術Black soldier fly

33、bioconversion蟲體干燥過程能耗蟲體干燥過程能耗 kWh/kgEnergy consumption during BSF pre-pupae drying kWh/kg改進鮮蟲的干燥方式，或儲存條件，避免過改進鮮蟲的干燥方式，或儲存條件，避免過多的能源消耗；在保障產品出路的前提下，多的能源消耗；在保障產品出路的前提下，才能實現應用優勢才能實現應用優勢273.生命周期評價生命周期評價 Life cycle assessment體系優化體系優化 System optimization不應只關注某一環節效率不應只關注某一環節效率的提升，而應以整體的可的提升，而應以整體的可持續性提升為目的持

34、續性提升為目的加重溫室效應負荷加重溫室效應負荷Increased GWP load蟲體干燥常規能耗蟲體干燥常規能耗General energy consumption for BSF pre-pupae drying無蟲體干燥環節無蟲體干燥環節No energy consumption during BSF pre-pupae drying實現溫室效應減排實現溫室效應減排Achieve GWP saving蟲體分離效率蟲體分離效率%Efficiency of BSF pre-pupae and residue separation%284.建議與局限建議與局限 Suggestions&limi

35、tations在進行環境影響評價時，不應只關注某一環節效率的提升，而應以整體在進行環境影響評價時，不應只關注某一環節效率的提升，而應以整體的可持續性提升為目的的可持續性提升為目的僅考慮環境效益而忽略經濟效益，結果具有較大的局限性，因此耦聯環僅考慮環境效益而忽略經濟效益，結果具有較大的局限性，因此耦聯環境、經濟、能源及社會等多方面，開展綜合效益評估境、經濟、能源及社會等多方面，開展綜合效益評估資源化產品需得到妥善的利用，產物被利用情況會對整個系統的環境效資源化產品需得到妥善的利用，產物被利用情況會對整個系統的環境效益產生較大影響益產生較大影響29致謝致謝 AcknowledgementThoma

36、s H.Christensen丹麥科技大學丹麥科技大學Anders Damgaard丹麥科技大學丹麥科技大學趙巖趙巖北京師范大學北京師范大學陸文靜陸文靜清華大學清華大學王洪濤王洪濤清華大學清華大學30傳承與發展傳承與發展 Future work劉建國劉建國清華大學清華大學聶小琴聶小琴中國城市建設研究院中國城市建設研究院有限公司有限公司分類投放分類投放Source-separation分類收集分類收集Collection分類運輸分類運輸Transportation分類處理分類處理Treatment/disposal垃圾分類垃圾分類Waste Segregation精細化管理精細化管理Refine

37、d management全鏈條全鏈條Full-chain生命周期可持續性評估生命周期可持續性評估Life cycle sustainability assessment(LCSA)環境效益環境效益Life cycle assessment(LCA)社會效益社會效益Social life cycle assessment(SLCA)經濟效益經濟效益Life cycle costing(LCC)謝謝參與，歡迎交流！謝謝參與，歡迎交流！Thanks for your listening！IWM NAMA垃圾低碳綜合管理國際研討會Low-carbon Integrated Waste Management Symposium郭含文郭含文 Hanwen G17610139893/010-57365278清華大學清華大學 環境學院環境學院School of environment,Tsinghua University中國城市建設研究院有限公司中國城市建設研究院有限公司China Urban Construction Design&Research Institute Co.Ltd.