澳大利亚挑战只用废弃物供给家庭能源
澳大利亚家庭的日常生活消耗了全国26％的能源，同时产生近30％的固体废弃物。在世界各地和澳大利亚的家庭中使用的能源主要来源于中央热电站产生的电能，其中2/3在传送中丢失。
家庭生活废水，其中很大一部分是由于冲刷人类排泄物而产生的，同时，还要为种植植物购买大量的昂贵的水资源。以同样的方式，固体废物也要收集和长距离运输到大型垃圾工厂或填埋。废物和废水，往往对健康和环境有危害，尤其是在没有基础处理设施的情况下。但是，它们也是一种宝贵的资源，可以通过广泛的新兴市场和完善的技术来获取能源和有价值的产品，如厌氧消化。
由于澳大利亚城市的人口密度低以及一些偏远地区和原住民社区没有连接电网或下水道，所以存在大量的具有替代功能的小规模的分散式系统。
小规模的厌氧消化
（SSAD）是一种很有前途的分散技术，不同原料在缺氧的情况下降解，产生甲烷、二氧化碳（沼气）、残余物和沼渣沼液。
在这些系统中的能量平衡具有积极意义，因为沼气可以用来作为能量的来源，而沼渣沼液可以用来作为一种有价值的肥料。
目前，许多小型沼气池安装在中国的农村地区、印度和其他国家，容积从2m3～20m3。产生的沼气用来点燃炉具做饭，但还有其他更广泛的应用，如沼气的地幔灯、冰箱和发电机，正变得越来越普遍。
另一种用于小规模应用的新兴技术是微型热电联供（MCHP）装置的发动机、涡轮机或燃料电池来产生热和电。虽然已经使用了几十年的大型热电联产系统，MCHP系统相对于它们仍处在婴儿期，但具有广泛的使用潜力。MCHP系统通常产生在5～20kW之间。由于成本原因，它们被更广泛地在发达国家使用，以取代传统的锅炉。
因此，这两种技术的结合，可以使澳大利亚家庭的电能和热能可持续生产。
一个组合系统
在澳大利亚沼气池的大小是根据家庭产生的废物量决定的。沼气池产生的沼气，输送到MCHP装置，而产生的沼渣沼液可以进行后期处理，并作为有机肥料使用，最好用在自家的花园，以消除运输成本。
MCHP的选择要根据产生的沼气量而定。最后，由装置产生的热和电，供给家庭能源。
在澳大利亚试验期间，假设沼气池是一个单级连续搅拌反应釜（CSTR）。它的大小是计算输入流动及水力停留时间（HRT）得出，将其设定在15天以内，因为这被公认为处理污水和厨房垃圾的最佳时期。
在评估沼气池最佳原料组合时，进行了两种方案的审议。在第一种方案中的厨房垃圾和废水共同组成原料。由于水在澳大利亚的某些地区是一种稀缺和宝贵的资源，所以第二个方案是用真空厕所的污水替代废水。真空厕所每次冲水0.7～1L而常规厕所是7～9L。
使用这些废弃物能显著减少水的使用量，每天可节省22.2L。使用真空厕所的污水和其他对环境无害的废水，在工地再用，产生较小的液态沼渣沼液，这样便于处置和更少的甲烷逃逸。此外，一些研究认为潜在的共同处理厨房垃圾的两个成功项目在德国的LübekFlintenbreite和荷兰的斯内克。
生物甲烷的两种使用方案，是用巴斯韦尔的方程计算的，假设1g化学需氧量（COD）产生0.35L的CH4。
在沼气池生产沼气的情况下，MCHP的输出功率直接取决于燃料输入。要获得使装置运行的气体流量，得划分出燃料输入的能量中沼气所含量。
对于一个典型的成分65％CH4，后者占6.25kwh/m3。作为一个例子，最低沼气流量需要运行一个Honda'sEcowill，燃气发动机MCHP装置与输入能量为4.4kW（假设它是适应沼气运行）。最后，收集到的电和热提供澳大利亚家庭每年需求量的5840kWh电和13000kWh热。
试验结果
对于第一种方案，估算为8m3，符合其他研究报告中6m3到10m3的沼气池容量。在第二种方案中，真空厕所的污水代替废水，流量大幅度降低，得到的体积为0.6m3，从而在经济上更便捷。
这两种方案下的气体顶部体积为10％的工作容积。理论上在两种情况下，沼气生产量是相同的，因为它完全取决于生产有机物质的家庭和每天占用的276LCH4。
不过，沼气生产预期要高的第二个方案中，在混合物中有较高的总固体（TS）含量。一些研究指出，浓缩废水比稀释废水有更好的生物性能。
结果表明，这种类型的混合物具有较高的甲烷，以及降解性高达96％的COD。由于这些原因，可以认为第二个方案中，沼气池几乎达到理论生产能力。
根据沼气生产理论，沼气池生产的一次能源总量相当于每年970kWh。假设气体用于运行一个MCHP装置，并具有典型的85％有效率，最后的能源将覆盖澳大利亚家庭每年能源需求的5％左右。这个数字并没有考虑到添加沼气池块（沼气池加热到37℃，泵送和混合），所用的263kWh。每年所需的能量，根据计算使用的数据在Poeschl研究报告中（2010年）。
无商业用途的MCHP装置仍可以生产一定规模的大量沼气（需要每天运行MCHP），而不是适应沼气使用。市场上最小的模型，需要一个最小流量为0.84m3/h0.7kW沼气发电机工作。
配套生产的要求因此，仍然难以满足的家庭对能源的需求，而采用的废物利用技术是目前最先进的两种技术。改变一些问题是，可以扩大能源覆盖范围。
如果将花园废弃物也作为原料，假设每户每周有8kg，主要包括草屑、有生物沼气潜力的废弃物，将产生118L的CH4，第二的方案每天会增加43％。如果消化真空厕所的污水、厨房垃圾和庭院垃圾在厌氧反应器中，沼气生产的最大理论值将上升到每天606L。
此外，澳大利亚的平均电和热的需求也发生着很大变化。例如，根据南澳洲统计，在南澳大利亚家庭中，每年仅使用电力覆盖的所有家庭中，能源需求总量是7600～10100kWh。
此外，用于房屋加热、冷却的能源将大大减少，在新的房屋建成后，更加注重能源效率等级。如果八星被认为是建筑节能，那么在南澳大利亚阿德莱德，单独家庭的热量需求是2494kWh。如果热水也是由可再生能源提供，如太阳能热，家庭的热需求将再次减少。
在澳大利亚各州也有不同的能量消耗比例。在南澳大利亚家庭中，加热和冷却占了38％，热水占25％，16％用于家电，照明占7％，7％用于冷却，4％用于烹饪和3％用于备用电源。理想情况下，应该在这个比例中抑制能量的消耗。
应用一些措施将减少能源消耗，可以达到每年5000kWh。真空厕所的污水、厨房垃圾和庭院垃圾的混合物会产生足够的沼气，约占能源需求的27％。
澳大利亚的现状
较大的澳大利亚家庭平均243m2，要从一个房屋过渡到集中供热方式，未来会增加对能源的需求，这个问题可能阻碍澳大利亚计划建设系统的使用。但是，实施澳大利亚城市规划、丰富的原料来源和最近推出的碳排放税等措施，将迅速提高全民环保意识。
还有其他因素没有一一列出，但该技术本身，即一个MCHP装置不会按照家庭需求的热和电的比例生产，因为装置比电力生产了更多的热量。
这是因为共同实施“热带动”策略，生产的电力通常是注入到电网。然而，这不应该被看作是一个障碍，因为随着技术的发展，更灵活的设备很可能将被发明。
结论
总之，在第一种方案下，废水和厨房垃圾每天产量是450L和1.5kg，则需要一个8m3的沼气池。对于第二种方案，每天用真空厕所的污水替代废水22.2L，一个0.6m3的沼气池是必要的。
在这两种情况下的甲烷CH4的理论产量是每天约276L。
由于节约使用水，具备较小的沼气池和其他环境优势，第二个方案最有趣的是家庭应用。产生的能源可以覆盖约5％的澳大利亚家庭，在这两种技术的目前的状态下，可以作为一个独立的应用体系。然而，改变一些因素，包括更换其它原料或减少家庭的能源需求，就可以有更大的能源覆盖范围。
最终可以在澳大利亚实现覆盖27％的能源需求总量，更多得满足家庭能源需求，减少水的消耗。（摘译自：《WASTEMANAGEMENTWORLD》）
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