印度城市厨余垃圾厌氧消化处理系统的技术-经济-环境综合评估：基于蛋白质添加剂稳定化的现场沼气厂研究

《Process Safety and Environmental Protection》：Techno-economics, energy and environmental (T-3E) assessment of an onsite biogas plant treating kitchen wastes stabilized using protein-rich additives in an Indian urban scenario

　　本研究通过技术-经济-环境（T-3E）框架评估了印度校园厨余垃圾（KW）厌氧消化（AD）系统的综合效益。采用水黄皮脱油饼作为天然稳定剂，在200 m3/d规模的中试中实现91–98%的能量回收。三种沼气利用场景（烹饪/发电/车用）的经济分析显示，场景I投资回报率最高（ROI=50.37%），碳减排潜力达39%。研究为印度城市有机废物资源化提供了技术可行、经济可持续的解决方案。

　　

亮点

中试规模沼气厂在印度理工学院德里分校

印度理工学院德里分校（IIT Delhi）建立并运行了一个处理能力为25立方米/天的中试规模沼气厂，用于处理校园内每天产生的250公斤厨余垃圾（KW）（Isha等人，2020a）。为确保微生物稳定性和最佳的产甲烷活性，系统采用了水黄皮（Pongamia）脱油饼作为添加剂，成功将消化池的pH值稳定在6.9–7.15的范围内，持续运行了12个月。该系统实现了年总沼气产量7471立方米，甲烷浓度介于54.8%至62.8%之间，这与之前关于厨余垃圾厌氧消化（AD）的研究结果一致。

预测回归模型

基于回归分析的结果，建立了一个简单的线性回归模型。一个25立方米的厨余垃圾沼气厂的预测甲烷产量可以使用公式9计算。

预测甲烷产量 = 0.71 × 进料率（总固体含量TS, %）+ 1.832 × pH值 - 8.247

从图2可以观察到，该模型对数据的拟合效果并不十分理想，因为确定系数（R2）仅为0.45。然而，除了少数情况外，预测值与实验值非常吻合。

实际意义与未来建议

所提出的系统证明了利用厌氧消化（AD），并以富含蛋白质的水黄皮脱油饼作为天然稳定添加剂，将厨余垃圾处理与可再生能源生产相结合的可行性。由于水黄皮脱油饼直接从商业市场采购，本研究系统边界未包含上游过程，如水黄皮的种植或生物柴油的生产。未来可以对集成的生物柴油-沼气系统进行更全面的评估，以制定生物精炼策略。

结论

本研究对使用水黄皮脱油饼稳定的厨余垃圾（KW）进行厌氧消化（AD）进行了全面的技术-能源-经济-环境（T-3E）评估，为印度城市背景下分散式废物转化能源系统的可行性提供了宝贵的见解。在印度理工学院德里分校进行的中试规模运行，放大模拟了一个200立方米/天的厌氧消化（AD）工厂，结果表明集成天然富含蛋白质的添加剂可增强工艺稳定性，维持中性pH值，并支持持续的甲烷生产。