餐廚垃圾處理工藝及資源化技術(shù)進(jìn)展

譚燕宏

（營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營 口115000）

1 引言

餐廚垃圾是來自家庭、餐飲單位剩余食物的通稱，是城市生活垃圾的重要組成部分。隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程的逐漸加快，餐廚垃圾的產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。在國內(nèi)的大型城市中如北京、上海、深圳等，餐廚垃圾的日產(chǎn)量已達(dá)數(shù)千噸，全國餐廚垃圾的年產(chǎn)量達(dá)到千萬噸，單純填埋的話，將會(huì)占用大量土地，產(chǎn)生的垃圾滲濾液和填埋氣體也需要后期處理，耗費(fèi)大量人力，物力。餐廚垃圾目前在很多城市尚未進(jìn)行規(guī)范化管理，最主要的危害是城市餐飲企業(yè)的垃圾多被養(yǎng)殖戶收集，作為養(yǎng)殖飼料直接使用，未經(jīng)任何處理進(jìn)入人類食物鏈；同時(shí)地溝油被收集起來重新煉制成為廉價(jià)食用油，在市場(chǎng)上再次流通，危害人民群眾的身體健康。因此，餐廚垃圾處理向無害化、減量化、資源化發(fā)展迫在眉睫。

2 餐廚垃圾概況

2．1 餐廚垃圾性質(zhì)

餐廚垃圾主要包括米和面粉類食物殘余、蔬菜、油脂、骨頭等（表1），化學(xué)組成以淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂類和無機(jī)鹽等為主（表2）。其特點(diǎn)是粗蛋白和粗纖維等有機(jī)物含量較高，BOD值高，易腐敗、發(fā)酵并產(chǎn)生惡臭；含水率高達(dá)80%～90%，不便收集運(yùn)輸，處理不當(dāng)容易產(chǎn)生滲瀝液等二次污染物；油類和鈉鹽含量較其他生活垃圾高，對(duì)資源化產(chǎn)品品質(zhì)影響較大。

表1 餐廚垃圾組分 %

表2 餐廚垃圾成分

2．2 餐廚垃圾無害化處理的必要性

餐廚垃圾在存放、收集、轉(zhuǎn)運(yùn)及垃圾填埋過程中，由于其含水率和有機(jī)物含量較高，極易在較短時(shí)間內(nèi)腐爛發(fā)臭和滋生蚊蠅等，極大的污染了周圍環(huán)境。另外，城市垃圾的處置方法通常有焚燒和填埋，如果將城市生活垃圾進(jìn)行焚燒，由于餐廚垃圾的水分含量常常高達(dá)90%左右，發(fā)熱量為2 100～3 100 H／kg，和其它垃圾一起進(jìn)行焚燒，不但不能滿足垃圾焚燒發(fā)電的發(fā)熱量要求（即5 000kJ／kg以上），反而會(huì)致使焚燒爐燃燒不充分而產(chǎn)生二惡英；如果對(duì)垃圾進(jìn)行填埋，同樣會(huì)因?yàn)榛烊氲牟蛷N垃圾水分含量高而不宜處理。而且焚燒、填埋都會(huì)導(dǎo)致大量有機(jī)物的浪費(fèi)，因此餐廚垃圾有必要進(jìn)行單獨(dú)處理。

3 餐廚垃圾資源化處理工藝

餐廚垃圾由于其自身的特點(diǎn)，不適合傳統(tǒng)的垃圾處理方法，目前餐廚垃圾處理方式主要以資源化為導(dǎo)向。

3．1 加工飼料

餐廚垃圾中含有大量的有機(jī)營養(yǎng)成分，其飼料化具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。但由于餐廚垃圾中各類動(dòng)物的肉、骨、內(nèi)臟混合在一起無法準(zhǔn)確分選開，存在食物鏈污染風(fēng)險(xiǎn)及“生物倫理”和“變異”問題。出于安全衛(wèi)生考慮禁止將餐廚垃圾直接作為動(dòng)物飼料，必須經(jīng)過處理，消除病毒污染后制成飼料進(jìn)行利用。飼料化可分為生物法和物理法。生物法是利用微生物菌體處理餐廚垃圾，利用微生物的生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝，積累有用的菌體、酶和中間體，經(jīng)烘干后制成蛋白飼料。通過對(duì)有機(jī)生活垃圾發(fā)酵底物提取蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，可得到淡黃色氨基酸晶體，提取率達(dá)80%以上，產(chǎn)品可作為飼料添加劑使用。物理法是直接將餐廚垃圾脫水后進(jìn)行干燥消毒，粉碎后制成飼料。脫水方法分為常規(guī)高溫脫水、發(fā)酵脫水、油炸脫水。物理法相對(duì)生物法工藝簡(jiǎn)單，成本低，但存在較大的食物安全隱患。

3．2 好氧堆肥

好氧堆肥技術(shù)是指有機(jī)物在有氧條件下，在好氧微生物（主要是菌類）的作用下，將高分子有機(jī)物降解成為無機(jī)物的過程。好氧堆肥的技術(shù)比較成熟，在國外的應(yīng)用比較廣泛。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)比較簡(jiǎn)單，好氧處理后的產(chǎn)物可作為農(nóng)產(chǎn)品使用，實(shí)現(xiàn)了垃圾的再利用。但是好氧堆肥技術(shù)主要應(yīng)用于綠色植物垃圾及秸稈等富含組織結(jié)構(gòu)的垃圾處理，對(duì)于餐廚垃圾這樣不含有組織結(jié)構(gòu)的垃圾處理沒有技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。此外，好氧堆肥對(duì)進(jìn)料純度要求高，占地面積大；高溫好氧堆肥需要大量熱能，運(yùn)行成本高。用餐廚垃圾堆肥，由于肥料的使用期帶有季節(jié)性，容易因供需失衡造成積壓，而且多數(shù)好氧堆肥工藝中以堆肥微生物的生命活動(dòng)釋放的能量自行調(diào)節(jié)堆料溫度，一般堆制周期較長(zhǎng)，堆肥效果不理想。

3．3 厭氧消化

厭氧工藝是指利用垃圾生產(chǎn)沼氣并將其轉(zhuǎn)化為電能與燃?xì)?，?duì)厭氧消化罐中產(chǎn)出的殘?jiān)M(jìn)行二次發(fā)酵堆肥處理。相對(duì)于直接好氧堆肥來說，可減小占地面積，且肥料的數(shù)量少，產(chǎn)品多元化。餐廚垃圾經(jīng)厭氧發(fā)酵降解后產(chǎn)生的沼氣可通過熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組中轉(zhuǎn)化為電能和熱能，電能可接入電網(wǎng)供生產(chǎn)生活實(shí)用，熱能在供應(yīng)垃圾處理設(shè)備自身使用后可補(bǔ)充市政供熱設(shè)施部份熱能需求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益與社會(huì)效益共贏的局面。發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液經(jīng)過脫氮，脫鹽，脫硫處理后可作為液態(tài)有機(jī)肥料在農(nóng)業(yè)灌溉園林種植等領(lǐng)域廣泛使用。沼渣經(jīng)過好氧堆肥后也可作為肥料使用，從而實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化，資源化處理。

厭氧發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是垃圾的減量化，資源化處理效果好，產(chǎn)生的沼氣發(fā)電可作為新能源補(bǔ)充現(xiàn)有常規(guī)能源。厭氧發(fā)酵過程中無臭氣逸出，發(fā)酵后不會(huì)產(chǎn)生二次污染，社會(huì)大眾的接受程度較高。

由于餐廚垃圾的厭氧降解過程主要是在密閉的反應(yīng)器（發(fā)酵罐）中進(jìn)行的，因此反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)會(huì)直接影響到厭氧發(fā)酵的過程。按照反應(yīng)器運(yùn)行的技術(shù)參數(shù)，厭氧工藝可分為：中溫工藝與高溫工藝（按照反應(yīng)器內(nèi)溫度劃分）；濕法工藝與干法工藝（按照垃圾中干物質(zhì)含量劃分）；單相工藝與兩相工藝（按照厭氧降解階段劃分）；序批次工藝與連續(xù)式工藝（按照進(jìn)料方式劃分）。

3．3．1 中溫工藝與高溫工藝

參與厭氧降解過程的菌類對(duì)溫度的適應(yīng)范圍不同，不同的厭氧菌在不同的溫度范圍內(nèi)放可達(dá)到最佳活性。為使得厭氧菌能夠達(dá)到最佳活性，反應(yīng)器內(nèi)的溫度被控制在一定的范圍內(nèi)。表3內(nèi)列出了中溫工藝與高溫工藝的相互比較。

3．3．2 濕法工藝與干法工藝

根據(jù)進(jìn)入反應(yīng)器中的垃圾中干物質(zhì)含量的高低，可將厭氧工藝劃分為濕法工藝與干法工藝。由于進(jìn)料垃圾中的干物質(zhì)含量高于40%時(shí)，厭氧降解會(huì)因?yàn)楹蔬^低而受到抑制，因此在工程上進(jìn)料垃圾的干物質(zhì)含量不超過40%。表4給出了這兩種工藝的對(duì)比。

表3 中溫與高溫工藝比較

表4 濕法與干法工藝比較

3．3．3 單相工藝與兩相工藝

有機(jī)物厭氧降解的詳細(xì)過程至今仍未被科學(xué)家們所破解，但是大體上厭氧降解的過程可劃分為四個(gè)階段，即水解階段，酸化階段，乙酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。從參與各階段的厭氧菌的最適宜環(huán)境條件看，這四個(gè)階段又可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為水解酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。

傳統(tǒng)的單相工藝中，水解酸化階段和產(chǎn)甲烷階段在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，不同的厭氧菌無法達(dá)到發(fā)揮各自最佳活性的最適宜環(huán)境條件，整個(gè)降解過程的時(shí)間較長(zhǎng)，產(chǎn)氣率較低。此外由于水解酸化菌的種類較多，生長(zhǎng)速率較高，反應(yīng)器內(nèi)容易出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，導(dǎo)致后續(xù)的產(chǎn)氣階段受到抑制。使用兩相工藝時(shí)，水解酸化階段與產(chǎn)甲烷階段在獨(dú)立的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，獨(dú)立的反應(yīng)器可以同時(shí)滿足不同菌類的最適宜生長(zhǎng)環(huán)境條件，增強(qiáng)了厭氧降解過程的穩(wěn)定性，同時(shí)提高了沼氣的產(chǎn)氣量。表5列舉了單相工藝和兩相工藝的特點(diǎn)。

表5 單相和兩相工藝比較

3．3．4 序批次工藝與連續(xù)式工藝

序批次工藝是指垃圾周期性進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，并在反應(yīng)器內(nèi)停留至降解完全，之后將反應(yīng)器內(nèi)厭氧降解后產(chǎn)物清出的整個(gè)過程。該工藝中還包括了反應(yīng)器的清潔與消毒。連續(xù)式工藝是指垃圾連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行厭氧降解的過程，厭氧降解后產(chǎn)物連續(xù)的排出反應(yīng)器，不需要對(duì)反應(yīng)器清潔消毒。表6中可見此兩種工藝的相互比較。

表6 序批次工藝和連續(xù)式工藝比較

3．4 生物柴油

生物柴油是指以動(dòng)植物油脂為原料，通過酯交換生產(chǎn)的柴油，也稱之為再生燃油。而地溝油可通過酸－堿兩步法、分離反應(yīng)法、完全催化法等工藝制得生物油。生物柴油具有良好的環(huán)保性，使用生物柴油可使硫化物的排放量減少30%，溫室氣體減少60%。我國目前生物柴油生產(chǎn)專利達(dá)30多種。生物柴油可作為石化柴油的替代燃料，是一種優(yōu)質(zhì)的可再生替代能源。既實(shí)現(xiàn)了廢棄資源的重新利用，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，又能夠從源頭上消除地溝油的生產(chǎn)，使得地溝油不再回到人們的餐桌上，保證食品安全，避免人們的身體健康受到危害。

4 餐廚垃圾資源化處理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

4．1 環(huán)境效益

餐廚垃圾資源化集中處理后，可防止這部分垃圾對(duì)環(huán)境造成的二次污染．餐廚垃圾的統(tǒng)一收運(yùn)與集中處理處置，可以降低餐廚垃圾對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響，從而帶來環(huán)境效益

4．2 經(jīng)濟(jì)效益

餐廚垃圾集中處理的直接收益為沼氣發(fā)電和銷售粗肥，因此并無顯著的直接經(jīng)濟(jì)效益。間接經(jīng)濟(jì)效益主要是通過減少餐廚垃圾污染對(duì)社會(huì)造成的經(jīng)濟(jì)損失而表現(xiàn)出來。可充分利用餐廚垃圾中的資源，按某市年產(chǎn)餐廚垃圾7．5萬t計(jì)，全部資源化利用，按每噸可產(chǎn)生97．8m3沼氣計(jì)算，則可產(chǎn)生沼氣733．5萬m3，其中甲烷含量可達(dá)65%，年產(chǎn)甲烷476．8萬t，每立方米甲烷可發(fā)電3．2kW·h，年可發(fā)電量達(dá)1 533萬kW·h，發(fā)電效益375．6萬元；年生產(chǎn)有機(jī)肥0．42萬t，可產(chǎn)生堆肥效益252萬元。隨著法律法規(guī)的健全與完善，餐廚垃圾不允許填埋和直接飼養(yǎng)動(dòng)物，因此各餐廳、賓館等將不得不自行處理。餐廚垃圾資源化利用，可減少各餐廳等分散處理餐廚垃圾所增加的投資和運(yùn)行管理費(fèi)用，減輕其負(fù)擔(dān)。

4．3 社會(huì)效益

餐廚垃圾資源化集中處理，減少餐廚垃圾收運(yùn)和填埋過程中的二次污染，有效保護(hù)環(huán)境；減少和防止餐廚垃圾被用來飼養(yǎng)“垃圾豬”和提煉“地溝油”而危害人們的身體健康；減少由于餐廚垃圾不合理處置而可能引起的環(huán)境污染及疫情傳播，改善了群眾的生活環(huán)境質(zhì)量和城市市容；促使城市環(huán)境衛(wèi)生和投資環(huán)境的改善，樹立良好的政府形象；促進(jìn)城市循環(huán)經(jīng)濟(jì)水平的提高，建成節(jié)約型城市。

5 結(jié)語

餐廚垃圾處理作為一個(gè)新生事物在中國還并不成熟，雖然厭氧發(fā)酵技術(shù)在國內(nèi)科研較多，但針對(duì)餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵處理在實(shí)際的工程應(yīng)用上幾乎是一片空白，只有通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)工藝并加以消化吸收改造，才能夠在較短的時(shí)間內(nèi)趕上國際領(lǐng)先水平并伺機(jī)超越。引進(jìn)先進(jìn)成熟經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，與中國實(shí)際情況相結(jié)合，進(jìn)一步消化吸收改進(jìn)，走符合中國國情的餐廚垃圾厭氧處理道路，真正實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾無害化，資源化，減量化處理，改善人民生活環(huán)境，保證人民身體健康，共同創(chuàng)建清潔、美好、幸福的和諧社會(huì)。

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