餐廚垃圾的處理方法綜述

朱 蕓，王丹陽，弓愛君，周陸軍，張振星，劉茜宇

（北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，北京 100083）

餐廚垃圾的處理方法綜述

朱 蕓，王丹陽，弓愛君，周陸軍，張振星，劉茜宇

（北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，北京 100083）

綜合目前國內(nèi)外餐廚垃圾處理的研究方法及應(yīng)用實(shí)踐，介紹了焚燒法、堆肥法、濕熱處理法、生產(chǎn)生物柴油、發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫和高溫炭化等方法，比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從而倡導(dǎo)使用對(duì)環(huán)境影響較小，且可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾處理的無害化、減量化、資源化的生物處理法。

餐廚垃圾；資源化；無害化；處理方法

餐廚垃圾因其有機(jī)物含量豐富，所以含有大量沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、肝炎病毒等致病微生物［1］，傳播疾病，危害人類健康。它極易變質(zhì)腐敗，孳生蒼蠅、蚊子、蟑螂等害蟲，若不及時(shí)正確處理，還可能產(chǎn)生二惡英等致癌物質(zhì)，污染環(huán)境［2］，對(duì)人們的生活帶來很大危害。從化學(xué)成分上分析，餐廚垃圾含有大量的淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和無機(jī)鹽等，營養(yǎng)豐富，這就使得餐廚垃圾同時(shí)具有廢物與資源的雙重特性。清華大學(xué)固體廢物污染控制及資源化研究所的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國城市每年產(chǎn)生餐廚垃圾6 000萬t以上［3］。隨著人民生活水平的提高，餐廚垃圾的產(chǎn)生量逐年遞增［4］。目前我國存在著像人們熟知的“地溝油”和“垃圾豬”問題，都是餐廚垃圾非正規(guī)處置的產(chǎn)物。如何利用處理好餐廚垃圾成為當(dāng)代科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

1 處理方法

對(duì)于家庭產(chǎn)生的較少量的餐廚垃圾，可以使用生化處理型餐廚垃圾處理機(jī)［5］。這種小型處理機(jī)是近年來國外興起的可用來處理少量餐廚垃圾的機(jī)器。將催化劑加入餐廚垃圾中，通過攪拌使分解垃圾的細(xì)菌活化，數(shù)小時(shí)后將餐廚垃圾分解為水和CO2，達(dá)到餐廚垃圾無害化處理的目的。此外，還可將餐廚垃圾粉碎后與水混合排放到污水處理系統(tǒng)進(jìn)行無害化處理［1］，或者統(tǒng)一分類回收處理。

而對(duì)于每天都會(huì)產(chǎn)生大量餐廚垃圾的餐飲單位、食堂等處，需要大規(guī)模集中處理。目前國內(nèi)外主要采用的處理方法有焚燒、堆肥、濕熱處理、生產(chǎn)生物柴油、蛋白飼料、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫、高溫炭化處理等。

1.1 焚燒處理

目前，對(duì)于多數(shù)垃圾處理技術(shù)較落后或垃圾分類不嚴(yán)格的地方，通常餐廚垃圾會(huì)與生活垃圾一起焚燒處理。焚燒處理法對(duì)于垃圾減量化很有效，能夠達(dá)到減量90%或更高［6］。對(duì)于一些技術(shù)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，垃圾焚燒廠會(huì)利用垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量發(fā)電，以獲得經(jīng)濟(jì)效益。但由于餐廚垃圾的特殊性質(zhì)，垃圾焚燒處理會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，不能滿足無害化的要求。對(duì)于霉變、嚴(yán)重變質(zhì)和已被化學(xué)污染的餐廚垃圾則應(yīng)采用焚燒法進(jìn)行處理［1］。

1.2 堆肥

1.2.1 蚯蚓堆肥

蚯蚓本身是一種雜食性腐生生物，在其新陳代謝過程中會(huì)吞食大量有機(jī)物，并將其與土壤混合，通過砂囊的機(jī)械研磨作用和腸道中生化作用促進(jìn)有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化［7］。蚯蚓消化道可分泌蛋白酶、脂肪分解酶、纖維分解酶、甲殼酶、淀粉酶等［8］，能有效分解餐廚垃圾，同時(shí)還能抑制堆肥過程中產(chǎn)生的臭味［9］。

1.2.2 密封式容器堆肥

美國的餐廚垃圾堆肥處理以密封式容器堆肥為主［10］。由于餐廚垃圾含有大量病菌，因此密封式堆肥多采用好氧的方式，以利用堆體產(chǎn)生的高溫來殺滅病菌［7］。密封式容器堆肥能有效減少因堆肥散發(fā)的酸臭味和由此孳生的害蟲，是一種對(duì)周邊環(huán)境影響較小的堆肥方式。它常常連接一個(gè)可以除去在堆肥初期產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的生物過濾裝置，以進(jìn)一步降低對(duì)環(huán)境的影響。

1.2.3 厭氧堆肥

餐廚垃圾經(jīng)過分揀、粉碎等預(yù)處理之后，可用于厭氧發(fā)酵。在厭氧發(fā)酵過程中，首先利用厭氧菌將多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等有機(jī)物水解，再由產(chǎn)醋酸細(xì)菌，如膠醋酸菌和某些梭狀芽孢桿菌將高級(jí)脂肪酸分解為醋酸和氫，最后由甲烷菌將醋酸分解，生成CH4和CO2［11］。發(fā)酵后的固體物質(zhì)中含有氮、磷、鉀等適于農(nóng)作物生長的元素，可加工后作為肥料，而以甲烷為主的發(fā)酵氣體通過凈化裝置除雜質(zhì)，所得的甲烷可送到發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電［12］。餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵可以實(shí)現(xiàn)充分的資源化。

1.3 濕熱處理

濕熱處理是在含水環(huán)境中通過熱水解反應(yīng)處理餐廚垃圾，使其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生物理化學(xué)變化，促進(jìn)固體脂肪溶出的方法［13］。反應(yīng)完成后，上層為油相，下層為固相。固相可通過過濾后處理，最終可制成飼料或肥料，而上層油脂也可進(jìn)一步回收利用。與其他方法相比，它不僅實(shí)現(xiàn)了資源化，而且更容易實(shí)現(xiàn)消毒滅菌［14］。

1.4 生產(chǎn)生物柴油

生物柴油是指動(dòng)植物油脂通過酯交換反應(yīng)生成的脂肪酸甲酯等低碳酯類物質(zhì)。生物柴油是一種優(yōu)質(zhì)的可再生替代能源，與石化柴油相比，它可以使SO2等硫化物的排放量減少約30%，使CO2等溫室氣體的排放量減少60%［15］。餐廚垃圾粗加工提煉垃圾油后，加入甲醇和催化劑濃H2SO4發(fā)生酯交換反應(yīng)，經(jīng)過靜置沉淀分層并清洗，除甲醇后干燥除水，即得生物柴油成品。

目前，國際上利用餐廚垃圾生產(chǎn)生物柴油的方法還有超臨界甲醇法［16］和生物酶法［17］。超臨界甲醇法無需催化劑，無副產(chǎn)物產(chǎn)生，利用甲醇在超臨界狀態(tài)下的特殊性質(zhì)，可使酯交換反應(yīng)在幾分鐘內(nèi)完成。生物酶法則是加入高活性的生物酶作為催化劑催化反應(yīng)發(fā)生，該方法對(duì)環(huán)境友好，且產(chǎn)物符合要求。

1.5 發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料

該技術(shù)利用微生物發(fā)酵餐廚垃圾中的有機(jī)物，使其轉(zhuǎn)化為高蛋白含量的產(chǎn)物以制成蛋白飼料。此方法處理餐廚垃圾的周期較短，產(chǎn)率高且耗能低，是一種比較理想的餐廚垃圾處理方法。可采用以2∶2∶l的黑曲霉、熱帶假絲酵母、枯草芽孢桿菌為混合菌劑，接種量1%，添加1．5%尿素，30℃發(fā)酵48 h后晾曬、烘干生產(chǎn)蛋白飼料［18］；也可以用餐廚垃圾乳酸發(fā)酵殘?jiān)砑?.5%的尿素，30℃發(fā)酵3 h后晾曬、烘干制成蛋白飼料［19］。目前，已有利用此項(xiàng)技術(shù)處理餐廚垃圾的工廠建成使用［20］。

1.6 厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫

傳統(tǒng)的化學(xué)法產(chǎn)氫能耗大且成本高，而利用餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫成本低廉，還可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾處理的無害化、減量化、資源化，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的處理技術(shù)之一。厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫通過發(fā)酵產(chǎn)氫微生物的生理代謝進(jìn)行，發(fā)酵產(chǎn)氫的微生物主要有腸桿菌屬（Enterobacter）、梭菌屬（Clostridium）、埃希氏腸桿菌屬 （Escherichia） 和桿菌屬（Bacillus） 4大類［21］，在發(fā)酵過程中通過對(duì)有機(jī)物的脫氫作用，平衡氧化還原過程中的剩余電子，以保證代謝過程的順利進(jìn)行。其產(chǎn)氫途徑主要分為3種：丙酮酸脫羧作用產(chǎn)氫（在丙酮酸脫氫酶和氫化酶的作用下重組）；甲酸裂解產(chǎn)氫；通過輔酶I（NADH或NAD+）的氧化還原平衡調(diào)節(jié)作用產(chǎn)氫［22］。

1.7 高溫炭化處理

該技術(shù)是在400～500℃的高溫和幾乎無氧的條件下燒蒸餐廚垃圾廢渣，再將產(chǎn)生的氣體在800℃的高溫下（二惡英在此溫度下分解） 進(jìn)行二次加溫20 h，使餐廚垃圾變?yōu)樘炕?。炭化物可被用作地板除濕劑、土壤改良劑、白蟻?qū)除劑和建材石板等，以實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾處理的資源化［23］。

1.8 其他方法

1.8.1 固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)生物農(nóng)藥

餐廚垃圾的成分適于微生物的發(fā)酵，采用微生物發(fā)酵生產(chǎn)生物農(nóng)藥也成為當(dāng)前的研究方向之一。目前最常用的菌種為蘇云金芽孢桿菌（Bt），其有效成分為伴孢晶體或殺蟲蛋白，伴孢晶體在昆蟲的堿性腸道中能被活化形成δ－內(nèi)毒素，破壞腸壁的上皮細(xì)胞，引起致死的敗血病，從而造成昆蟲全身麻痹致死。生物農(nóng)藥對(duì)人畜無害，對(duì)環(huán)境影響很小，是新型的綠色農(nóng)藥。用Bt固態(tài)發(fā)酵處理餐廚垃圾，設(shè)備要求較低，工藝簡單，產(chǎn)品具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景，且可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的無害化、資源化處置。

1.8.2 發(fā)酵產(chǎn)燃料酒精

該方法利用運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌（Zymomonas mobilis 10225） 對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行發(fā)酵，以生產(chǎn)酒精［24］。

2 結(jié)論

由于餐廚垃圾易被微生物降解，目前主要集中在利用微生物發(fā)酵處理餐廚垃圾中各種可以利用的資源。生物處理法處理餐廚垃圾對(duì)環(huán)境的影響較小，且成本相對(duì)較低，可回收能源并產(chǎn)生對(duì)人類有益的二次產(chǎn)物，成為處理餐廚垃圾的主流方法。

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Overview of Food Residue Treatment Methods

Zhu Yun,Wang Danyang,Gong Aijun,Zhou Lujun,Zhang Zhenxing,Liu Xiyu
（School of Chemical and Biological Engineering,University of Science&Technology Beijing,Beijing 100083）

According to researches and practices of food residue treatment at home and abroad,some main treatment methods were introduced,including waste incineration,waste composting,hydrothermal process,producing bio-diesel,producing protein feed by fermentation,anaerobic fermentative hydrogen production,high-temperature carbonization,and so on.Compared with advantages and disadvantages of those methods,biological treatment was recommended,because the treatment has less environmental impact,and it can realize hazard-free,reduction and reclamation of food residue treatment.

food residue；reclamation；hazard-free treatment；treatment method

X705；X799.3

B

1005－8206（2011） 03－0050－03

2011-03-30

朱蕓（1989—），研究方向?yàn)椴蛷N垃圾資源化處理。

E-mail：zhuyuncloud1989@126.com。

（責(zé)任編輯：劉冬梅）