“城市生物质垃圾厌氧消化关键技术研究”重点项目申请指南

“十一五”863计划资源环境技术领域

“城市生物质垃圾厌氧消化关键技术研究”重点项目申请指南



一、指南说明

随着社会经济的发展和城市化进程的加快，我国城市固体废物的产生量迅速增加，尤其是城市固体废物中大量存在的生物质垃圾，具有产生量大、易生物降解和高含水的特点，成为固体废物污染环境的主要污染源。与此同时，城市生物质垃圾中蕴含着大量生物质能，其高含水特性又为这类垃圾的生物能量转化提供了有利条件，针对生物质垃圾的“高固体厌氧消化（High  Solid  Anaerobic  Digestion）技术”成为世界环保科技的研究热点。目前我国用于处理生活垃圾的厌氧消化技术研究基础薄弱，为数不多的厌氧消化处理设施主要采用进口技术和设备，自主研发能力亟待提高。开发适合我国城市生物质垃圾特性的厌氧消化关键技术和设备，已成为我国城市固体废物处理领域的迫切要求。

此次发布的是本领域“城市生物质垃圾厌氧消化关键技术研究”重点项目申请指南。考虑到项目的整体性和系统性，任务落实只针对项目整体进行，课题设置原则上不超过2个，项目申请要求产学研联合，鼓励企业牵头申报。

二、指南内容

1．项目名称

城市生物质垃圾厌氧消化关键技术研究

2．项目总体目标

针对我国城市对生活垃圾减量化、资源化技术的重大需求，以城市集中源产生的餐厨和果蔬生物质垃圾为对象，研究开发适合我国城市生物质垃圾特性的厌氧消化技术路线，开发具有自主知识产权的城市生物质垃圾预处理、高固体厌氧消化以及消化产物高值利用关键技术、装备与产品，并通过技术集成和工程示范，形成城市生物质垃圾厌氧消化处理成套技术与装备，形成与填埋、焚烧、堆肥等传统垃圾处理模式互补的技术格局，为提高我国城市生活垃圾处理处置技术水平，建立完善的城市固体废物管理体系提供技术支撑。

3．项目主要研究内容

一、高固体厌氧消化关键工艺与装备研发及工程示范

研究目标

以城市集中源产生的餐厨和果蔬类生物质垃圾为主要对象，开发出2种以上适合我国生物质垃圾特性的高固体厌氧消化技术路线，在物料预处理、高效厌氧反应器等方面形成设备核心制造技术，并在行业骨干企业中形成规模化、系列化设备生产能力，同时针对开发的2种技术路线，建设2个处理能力50～100t/d的示范工程，并提出相应的技术标准、关键设备制造设计规范及系统安全运行操作规程，为城市生物质垃圾高固体厌氧消化技术体系的形成提供技术支持。

研究内容

(1) 生物质垃圾的均质预处理技术与设备

针对餐厨和果蔬类生物质垃圾非均质、半流态等特点，自主研发集除杂、破碎、均质、浆化于一体的预处理技术及专用设备，改善物料的输送及混合特性，保障处理系统的连续稳定运行。

(2) 强化水解改性高效厌氧消化工艺与设备

针对生物质垃圾固体有机物含量高、消化过程中水解限速的瓶颈问题，开发以物理、化学手段为主的强化水解改性技术，促进有机物从固相向液相转移，改善物料的生物降解和固液分离特性，在此基础上，基于细胞固定化技术，研制适合高负荷条件的高效厌氧反应器，强化系统抗冲击负荷和耐毒性抑制的能力，形成容积负荷大、水力停留时间短、有机物转化效率高的强化水解与单相消化组合的技术路线和配套设备。

(3) 高效两相厌氧消化工艺与设备

针对高负荷条件下生物质垃圾消化过程易酸化的特点，结合厌氧微生物的生物学特征，开发基于动力学控制的高效两相厌氧消化技术，通过选育优势厌氧微生物菌群和研制适合高固体物料的高效厌氧消化反应器，形成以现代生物技术为主要手段的两相厌氧消化工艺技术路线及配套设备。

(4) 厌氧消化系统抑制因素控制技术

系统酸化和氨积累是高固体厌氧消化系统中需要解决的2个关键抑制因素。酸化及氨积累现象影响因素较多，通过研究各级反应器的pH值、温度、碱度、进料方式、消化液回流比等因素对有机酸浓度、氨氮浓度的影响，建立系统运行参数与控制指标之间的响应关系，开发专用的PLC控制系统及软件，实现厌氧消化系统的自动控制。

(5) 生物质垃圾厌氧消化技术集成与工程示范

针对以上两种不同的厌氧消化技术路线和优化的预处理技术与设备，结合课题二研发的生物质垃圾消化产物高值利用技术成果，分别建立具有一定规模、系统完整的示范工程，并实现连续稳定运行，提出生物质垃圾厌氧消化技术标准及关键设备设计规范，形成成套化技术和设备。

二、生物质垃圾厌氧消化产物高值利用技术与装备研发及工程示范

研究目标

以餐厨和果蔬类生物质垃圾的厌氧消化产物—沼气、沼液、沼渣为对象，以消化产物的高值利用为目标，开发可以实现CH4和CO2高纯度、同步回收的沼气分离提纯设备及其配套的高效分离介质，并获得相应的高值产品；研究利用沼液浓缩制取有机液肥技术，研制适合高盐溶液的过滤分离介质及集成化浓缩分离设备；研究消化液的固磷固氮、除盐和重金属钝化技术，通过堆肥获得富含营养元素的有机固体肥；配合课题一建设的两个厌氧消化示范系统，分别进行相应规模的消化产物高值利用工程示范。通过课题研究，培育高水平专业化的行业骨干企业，建立具有国际先进水平和引领作用的技术研发平台，形成关键设备的规模化、系列化制造标准，为生物质垃圾的资源综合利用提供技术支撑。

研究内容

(1) 沼气高效分离提纯工艺与设备

以实现CH4和CO2同步回收为目标，研究包括高效脱硫、脱碳、脱水及脱除其他有害杂质在内的沼气净化工艺，开发基于吸附分离技术和化学吸收分离技术的2条沼气提纯技术路线及相应的成套化设备，研究分离介质的中毒机理及解毒、再生工艺，研制具有复合功能的高效吸附/吸收分离介质，形成沼气提纯关键设备的规模化系列化制造标准、设计规范及系统安全运行规程。

(2) 消化残余物生产高效、无污染有机肥技术与设备

针对厌氧消化过程产生的消化液，研制适合高盐溶液的过滤分离介质，开发可以实现组合过滤和高负荷无堵塞运行的有机液肥生产工艺与设备，同步实现沼液中营养成分的浓缩与无机盐的脱除，通过复配腐殖酸等营养元素的，获得肥效优于国内同类产品的高浓度、多养分、无污染复合有机液肥；研究消化液的固磷固氮、除盐和重金属钝化技术，提高沼渣中营养成分的含量，通过堆肥工艺获得高效、无污染复合有机固体肥。

(3) 消化产物高值利用技术集成与工程示范

结合课题一建设的两个生物质垃圾厌氧消化示范系统，分别配套开展消化产物高值利用工程示范研究。消化产物高值利用的设备处理能力需满足厌氧消化示范工程的要求，并提出高值利用产品的质量和环境安全技术标准，生产出质量合格的产品。建设沼液、沼渣肥料产品应用的农业示范园，开展有机肥产品的安全性利用评价研究，建立有机肥产品的质量及环境安全评价技术指标体系，实现消化残余物的安全、高值利用。

4．项目主要考核指标

① 研制适用于多种物料特性，集除杂、破碎、浆化于一体的生物质垃圾均质预处理技术与专用设备，满足后续处理系统对物料输送与混合的要求，处理每吨物料的比能耗小于15  kWh/t-垃圾；

② 研制具有自主知识产权、适用于多种物料特性的强化水解改性技术与专用设备，固体有机物的水解率>60%，处理能力大于2.0  t-垃圾/h，设备可以实现连续自动运行；

③ 研制基于细胞固定化技术、适合高负荷条件的机电一体化厌氧消化反应器，要求具有抗冲击负荷、耐酸化和耐毒性抑制能力，经与强化水解改性组合，反应器容积负荷率≥10kg-VS/m3•d，有机物分解率≥  90%，容积产气率≥  4.0  m3/  m3•d，单体反应器容积≥500  m3，完全搅拌时间≤1.0  hr，容积动力比能耗≤10  W/  m3，并形成系列化产品标准；

④ 研发基于动力学控制的高固体物料两相厌氧消化技术及成套化设备，产酸相反应器容积负荷率≥10.0kg-VS/m3•d，产甲烷相反应器容积负荷率≥5.0kg-VS/m3•d，有机物厌氧分解率≥70%，两相厌氧消化反应器要求设备集成，单体反应器容积≥500  m3，完全搅拌时间≤1.0  hr，容积动力比能耗≤10  W/  m3，并形成系列化产品标准；分别获得2～3株产酸菌和产甲烷菌的优势菌种，开发出具有实时在线控制功能的系统软件1套；

⑤ 基于强化水解改性厌氧消化和两相厌氧消化两条技术路线，分别建立两个具有完整系统、处理能力50～100t/d的生物质垃圾厌氧消化示范工程，并实现连续稳定运行，投入系统的单位干有机物料产气率≥400m3/t、生物质资源综合利用率>80%，系统运行过程中的各项环境指标符合国家相关标准；

⑥ 研制基于吸附分离原理和化学吸收分离原理的沼气高效提纯工艺与设备，实现CH4和CO2的同步分离回收。示范工程的设备处理能力需满足课题一建设的厌氧消化示范工程的要求，并为其进行配套。沼气提纯指标：甲烷纯度≥95%，二氧化碳纯度≥95%，甲烷回收率≥90%；

⑦ 研发可以同步实现营养成分浓缩与无机盐脱除的沼液浓缩制有机液肥技术与设备，液肥分离因子≥10，设备处理能力需满足课题一建设的厌氧消化示范工程的要求，通过营养元素复配，生产出肥效优于国内同类产品的复合有机液肥。建设沼液肥料产品应用的农业示范园，建立其产品应用的环境安全评价技术指标体系；

⑧ 研发消化液高效固磷固氮技术，消化液中氨氮和磷的固定率需≥80%，建设利用固磷固氮沼渣的肥料产品应用农业示范园，建立其产品应用的环境安全评价技术指标体系；

⑨ 提出生物质垃圾厌氧消化技术以及消化产物高值利用技术与产品的质量标准、关键设备制造设计规范及系统安全操作规程；

⑩ 申请发明专利15～20项；发表学术论文40～50篇，培养硕士研究生20～30名，博士研究生10～15名。

5．项目执行年限

2008年5月至2011年12月

6．项目经费来源及构成

本课题国拨专项经费控制额2500万元，要求承担单位匹配研究经费不少于2500万元，并自行配套解决相应的示范工程费用。

三、注意事项

1．考虑到项目的整体性和系统性，任务落实只针对项目整体进行，下设课题不超过2个。项目申请要求产学研联合，鼓励企业牵头申报，由研究单位自行组合形成项目申请团队（同一个课题组只能参加一个申请团队），并提出项目牵头单位和项目召集人，由项目牵头单位具体负责项目申请。本项目采取择优委托的方式确定项目承担单位，不针对项目的具体课题进行评审和立项。

2.  凡在中华人民共和国境内注册一年以上，具有独立法人资格的企业（不包括外国独资企业和外资控股企业）、事业单位均可承担本项目课题。

3．重点项目课题责任人必须是法人，法人是当然的课题依托单位，且须指定一名自然人担任课题组长。课题组长应具有中华人民共和国国籍，年龄在55周岁以下（截止指南发布之日），具有高级职称或博士学位，每年（含跨年度连续）离职或出国的时间不超过半年，过去三年内没有863计划信用管理不良记录。

4．对于港澳台优秀科技人员、海外优秀华人学者（包括取得外国国籍和永久居留权的），在满足年龄、职称（学位）等基本条件时，只要正式受聘于课题依托单位，且协议期或聘任期覆盖课题执行期，每年在课题依托单位工作时间不少于6个月，也可作为课题组长。在课题申请时，由课题依托单位出具相关证明材料。

5．课题组长申请及负责的科技部三大计划（863计划、科技支撑计划和973计划）在研课题累计不得超过一项，同时可参加一项（申请或在研）；每个参加课题的技术人员最多只能参与三大计划中两项课题的工作。科技部及所属事业单位借调的与863计划相关的人员不能申请或参加申请。

6．申报程序和要求：

本项目通过国家科技计划项目申报中心统一申报。申请指南在科技部及863计划网站上公开发布。