我國餐廚垃圾厭氧處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

張曉宏　劉德江　劉盛林

(1.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉　831100；

2.新疆石河子西域牧歌農(nóng)業(yè)科技公司，新疆 石河子　832000)

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我國餐廚垃圾厭氧處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

張曉宏1劉德江1劉盛林2

(1.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉831100；

2.新疆石河子西域牧歌農(nóng)業(yè)科技公司，新疆 石河子832000)

【摘要】本文闡述了餐廚垃圾的成分和特征，針對目前國內(nèi)餐廚垃圾的六種處理方法，對比其優(yōu)缺點(diǎn)，指出厭氧發(fā)酵處理技術(shù)相對較好，它實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾的資源化處理和沼氣化利用。通過分析我國餐廚垃圾厭氧處理的優(yōu)勢和兩個典型案例，指出厭氧發(fā)酵工藝在處理餐廚垃圾方面具有廣闊的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】餐廚垃圾；厭氧發(fā)酵；處理；發(fā)展前景

餐廚垃圾是指人們用餐后所排放的食品類有機(jī)廢棄物，它主要來源于大中型酒店餐飲業(yè)、單位及學(xué)校食堂、小型餐館及夜市、家庭居民等產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物。餐廚垃圾的主要成分為糧食類、肉魚及骨頭類、果蔬類及油類物質(zhì)等，就其化學(xué)組成而言，餐廚垃圾主要有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類、無機(jī)鹽及水分等物質(zhì)組成。

據(jù)統(tǒng)計(jì)：我國每年產(chǎn)生的餐廚垃圾約900萬t以上，其中可降解的有機(jī)物垃圾占到了500萬t。這部分垃圾的可生化性強(qiáng)、易降解，若能被資源化利用，如此龐大數(shù)量的餐廚垃圾將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國餐廚垃圾的主要用于生產(chǎn)飼料，其次是生物柴油或生產(chǎn)地溝油，還有一少部分用來積制堆肥。如何資源化處理、能源化利用餐廚垃圾，實(shí)現(xiàn)高效處理、高值利用，已經(jīng)成為世界各國共同探討的問題。

1餐廚垃圾的特征及處理方法

1.1餐廚垃圾的特征

1.1.1生物質(zhì)含量較高

我國餐廚垃圾的生物質(zhì)含量平均值在16%～22%，據(jù)李榮平等人[1]測定北京某高校食堂的餐廚垃圾的成分，其中碳水化合物含量高達(dá)40%～60%，蛋白質(zhì)含量為15%～17%，脂類含量為6%～24%。因此，餐廚垃圾的可生物、降解能力強(qiáng)，具有很高的開發(fā)利用價(jià)值。

1.1.2含水量及雜質(zhì)成分高

由于餐廚垃圾產(chǎn)生源頭管理不規(guī)范，從而造成含有較多的雜質(zhì)。另外，餐廚垃圾的含水量也很高，一般在75%～93%。因此，它極易酸敗腐爛，產(chǎn)生惡臭性氣味。這不僅造成了收運(yùn)及輸送設(shè)備選取的困難，而且厭氧處理工藝選擇的范圍較小，同時還增加了前處理的難度。

1.1.3脂類及鹽類物質(zhì)含量較高

餐廚垃圾中含有較高的油脂類物質(zhì)，如油酸甘油酯、脂肪酸甘油酯等，還含有較多的氯化鈉及Ca2+等無機(jī)鹽，這對資源化的產(chǎn)品品質(zhì)具有明顯的影響。由于沼氣發(fā)電上網(wǎng)困難，國家對新能源的補(bǔ)貼較少等原因，而回收廢棄油脂制取生物柴油獲利較多，因此更多的業(yè)主選擇將餐廚垃圾進(jìn)行油脂分離后制取生物柴油，很少有人采用餐廚垃圾為原料生產(chǎn)沼氣[2]。

1.2餐廚垃圾處理的方法

目前，我國餐廚垃圾處理的方法主要有六種：

1.2.1物理破碎法

是指在餐廚垃圾產(chǎn)生點(diǎn)直接對其進(jìn)行破碎、粉碎處理，然后采用水力沖刷，將其排入城市市政下水管網(wǎng)，與城市污水合并進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行集中處理。應(yīng)用較多的城市有北京、上海等一線大城市。該法的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，占地面積少，方便操作；其缺點(diǎn)是用水量較大，會產(chǎn)生二次污染，容易堵塞管道，還增加了污水中有機(jī)物的濃度及處理負(fù)荷。

1.2.2焚燒法

是將餐廚垃圾放在特制焚燒爐中，加熱至1000℃以上高溫將其中的有機(jī)成分徹底氧化分解，可將固體減量50%～80%，應(yīng)用較多的城市有東莞、杭州等二線城市。該法的優(yōu)點(diǎn)是減量化、無害化；但缺點(diǎn)上需要加助燃劑，經(jīng)濟(jì)性差，工藝要求嚴(yán)格，還會產(chǎn)生二噁英等有毒氣體，污染環(huán)境。

1.2.3衛(wèi)生填埋法

衛(wèi)生填埋是將垃圾埋入地下，利用各類微生物將生物大分子充分降解為小分子的生化過程。為了防止填埋過程中產(chǎn)生的滲濾液污染土壤和地下水，填埋場需要建設(shè)相應(yīng)的收集和處理系統(tǒng)。該法的優(yōu)點(diǎn)是處理成本低，技術(shù)簡單，適合各種垃圾；缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生滲濾液而污染地下水、占地面積大，資源回收率幾乎為零。

1.2.4好氧堆肥法

采用高溫好氧處理技術(shù)將其生產(chǎn)堆肥，應(yīng)用較多的城市是上海。該法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，運(yùn)行成本低；缺點(diǎn)是需要進(jìn)行有機(jī)質(zhì)預(yù)篩選，需要好氧環(huán)境和去除油脂，同時還會產(chǎn)生惡臭性氣味，經(jīng)濟(jì)效益不高。

1.2.5飼料加工法

采用一定的工藝流程和添加劑，將餐廚垃圾加工成動物飼料，應(yīng)用較多的城市主要是西寧。該法的優(yōu)點(diǎn)工藝簡單，經(jīng)濟(jì)投資少、回收大；缺點(diǎn)是需要進(jìn)行有機(jī)質(zhì)預(yù)篩選，疾病傳染率高，還需要補(bǔ)充添加劑。

1.2.6厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣

以餐廚垃圾為原料，采用厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)生沼氣，應(yīng)用較多的城市為北京。該法的優(yōu)點(diǎn)是清潔高效，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)能源的回收利用，產(chǎn)生的沼氣是清潔能源可作燃料，產(chǎn)生的沼液、沼渣是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥可用于農(nóng)田肥料，且自動化程度高；缺點(diǎn)是沼氣工程投資成本高，操作安全性要求高，還要進(jìn)行原料的分選、油水分離等預(yù)處理。

綜合比較以上六種方法的優(yōu)、缺點(diǎn)，只有厭氧發(fā)酵技術(shù)不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，還能高效地回收利用生物質(zhì)能源，實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾的無害化處理、沼氣化利用。因此，該工藝技術(shù)逐漸成為世界各國餐廚垃圾處理的熱點(diǎn)。

2我國餐廚垃圾厭氧處理的現(xiàn)狀

由于采用的核心處理技術(shù)不同，我國餐廚垃圾處理形成了“四大模式”：“北京模式”多以厭氧消化技術(shù)為中心，“西寧模式”以飼料化技術(shù)為主，“上海模式”則采用動態(tài)好氧消化——此技術(shù)多用于污水處理，而“寧波模式”則生產(chǎn)菌體蛋白、飼料添加劑和工業(yè)油脂。

2.1厭氧消化處理技術(shù)

厭氧消化又叫沼氣發(fā)酵，是指有機(jī)物質(zhì)在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過種類繁多、功能不同的各類微生物的分解代謝，最終產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等混合氣體(沼氣)的復(fù)雜的生物化學(xué)過程。發(fā)酵原料生成沼氣是通過一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程來實(shí)現(xiàn)的。一般認(rèn)為可分為三個階段：

2.2濕法厭氧消化處理技術(shù)

沼氣發(fā)酵按原料中干物質(zhì)含量的高低分為濕式發(fā)酵(TS小于20%)和干式發(fā)酵(TS大于20%)兩種類型，我國多采用前者，而德國等北歐國家多采用后者。

圖1　濕式厭氧消化處理工藝流程圖

由于餐廚垃圾含水量較高，干物質(zhì)尤其是有機(jī)干物質(zhì)含量相對較少，因此，適宜采用濕式發(fā)酵，不建議干式發(fā)酵。以北京董村生活垃圾綜合處理廠項(xiàng)目為例，處理量為每天200t餐廚垃圾。采用Biomax濕式厭氧消化工藝處理餐廚垃圾[4]，其工藝流程詳見圖1所示。此工藝優(yōu)點(diǎn)是具有較高的有機(jī)負(fù)荷承載能力，能回收生物質(zhì)能，較好地實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾處理的“無害化、減量化及資源化”的要求；缺點(diǎn)是工程投資大，工藝較復(fù)雜，產(chǎn)生的沼液、沼渣量較大，運(yùn)營成本高。

2.3智能化厭氧發(fā)酵處理技術(shù)

這是近年來計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在沼氣工程中的應(yīng)用，通過安裝探頭、電腦軟件等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了沼氣發(fā)酵工程的在線監(jiān)測和自動化控制等多種智能。目前我國半數(shù)以上的大中型沼氣工程都采用了智能化控制技術(shù)，運(yùn)行管理效果良好。

以泰安餐廚垃圾資源化利用項(xiàng)目為例，項(xiàng)目點(diǎn)緊鄰泰安市垃圾處理場。采用CSTR厭氧發(fā)酵工藝，日處理餐廚垃圾等廢棄物200t，日產(chǎn)沼氣15000m3。該項(xiàng)目的核心技術(shù)是：原料預(yù)處理+油水分離+CSTR中溫厭氧發(fā)酵工藝。有機(jī)質(zhì)收集率及雜質(zhì)去除率均在95%以上，實(shí)現(xiàn)了自動進(jìn)料、自診斷、自調(diào)整和遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時狀態(tài)查詢等智能化。該項(xiàng)目集成了物聯(lián)網(wǎng)、智能化平臺、預(yù)處理分選等多種技術(shù)，是“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用到餐廚垃圾處理中的成功典型。

我國自2010年以來，啟動了城市餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點(diǎn)工作，截至目前，全國已有83個試點(diǎn)城市，在建和已建成的處理廠90%采用的都是厭氧發(fā)酵技術(shù)，該技術(shù)路線不僅單一，而且投資成本高、運(yùn)行管理要求嚴(yán)格。據(jù)調(diào)查，全國已建成的餐廚垃圾處理廠能正常運(yùn)行的不超過10個。因此，如何提高已建處理廠的運(yùn)行效益是亟待解決的問題。

3我國餐廚垃圾厭氧處理的優(yōu)勢及前景

3.1杜絕地溝油流向餐桌

近年來，地溝油事件頻發(fā)，嚴(yán)重危害了人們的身心健康。而地溝油的源頭主要為餐廚垃圾。如果能有效處理好餐廚垃圾，就從源頭上杜絕了地溝油流向餐桌。在目前幾種餐廚垃圾的處理方法中，唯有厭氧發(fā)酵處理工藝實(shí)現(xiàn)了廢棄物的無害化、資源化處理和能源化利用，還不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

3.2防止產(chǎn)生二次污染

餐廚垃圾含水率及油脂含量高，處理不當(dāng)容易產(chǎn)生滲濾液等二次污染物，污水亂流向馬路，造成道路油滑，嚴(yán)重影響交通。此外，餐廚垃圾在堆放期間會產(chǎn)生惡臭氣體，不僅污染大氣環(huán)境，還影響了居民的身心健康。餐廚垃圾的高油脂、高鹽分、堆置后pH值變低，更容易發(fā)酸敗而污染環(huán)境[5]。

3.3有利于發(fā)展CDM項(xiàng)目

對餐廚垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理的同時產(chǎn)生具有較高能源品位的沼氣，符合國家鼓勵發(fā)展可再生能源的戰(zhàn)略目標(biāo)，此外沼氣利用還是碳減排項(xiàng)目，在以CDM項(xiàng)目為主的國際碳減排活動以及國內(nèi)的溫室氣體減排行動中發(fā)揮了積極作用。因此，應(yīng)大力發(fā)展此項(xiàng)目。

3.4厭氧處理技術(shù)前景廣闊

餐廚垃圾通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣、沼液和沼渣，再以“三沼”的綜合利用為紐帶，促進(jìn)餐廚垃圾在處理過程中的能源化利用，將成為高效處理利用餐廚垃圾的一個重要發(fā)展方向[6]。我國現(xiàn)有665座城市，若每一個城市至少建成一座餐廚垃圾處理場，并且均采用厭氧發(fā)酵處理工藝，將具有廣闊的市場前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]李榮平，等.餐廚垃圾特性及其厭氧消化性能的研究[J].可再生能源，2010，28(1)：76-80.

[2]尤宇嘉，楊軍華.德國厭氧沼氣工程技術(shù)在我國餐廚垃圾處理中的應(yīng)用[J]，環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19(6)：52-54.

[3]張存勝.厭氧發(fā)酵技術(shù)處理餐廚垃圾產(chǎn)沼氣的研究[D].北京化工大學(xué)博士學(xué)位論文，2013，05，30.

[4]王梅.餐廚垃圾的綜合處理工藝及應(yīng)用研究[D].西北大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008：5-13.

[5]王星，王德漢，張玉帥.國內(nèi)外餐廚垃圾的生物處理及資源化技術(shù)進(jìn)展[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2005，2(13)：25-29.

[6]胡新軍，張敏等.中國餐廚垃圾處理的現(xiàn)狀、問題和對策[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，3(13)：21-24.

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》已成為對外宣傳

我國環(huán)境保護(hù)成就和研究成果的重要窗口

根據(jù)知網(wǎng)《2015年發(fā)行與傳播統(tǒng)計(jì)報(bào)告》：我刊機(jī)構(gòu)用戶總計(jì)近5000個，分布于11個國家和地區(qū)，如美國國會圖書館、代頓ITS公司、美國海軍軍事學(xué)院、法國國防部、牛津大學(xué)、韓國最高法院、韓國最高檢察院、日本國會圖書館、新加坡國家圖書館、伊士曼化學(xué)公司、陶氏化學(xué)、NSD生物技術(shù)咨詢、南澳大利亞大學(xué)等國外機(jī)構(gòu)，我刊業(yè)已成為對外宣傳我國環(huán)境保護(hù)成就和研究成果的重要窗口。

The Present Situation and Development Prospect of Food Waste Anaerobic Treatment Technology in China

ZHANG Xiaohong1LIU Dejiang1LIU Shenglin2

(1.Xinjiang Agricultural Vocational and Technical College，Xinjiang Changji 831100；2.Xinjiang Shihezi Xiyu Pastoral Agricultural Company，Xinjiang Shihezi 832000)

Abstract：This paper describes the composition and characteristics of food waste.After comparing advantages and disadvantages，It notes that anaerobic fermentation technology is relatively good in current six domestic food waste treatment method，which implements the food waste and biogas reuse.The status quo and two typical cases of food waste anaerobic treatment analysis，Indicate that anaerobic fermentation process has broad prospects for development in the processing of food waste.

Keywords：Food waste；anaerobic fermentation；dispose；development prospect

中圖分類號：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)02-0105-03

通訊作者：劉德江，教授，碩士，主要從事沼氣技術(shù)領(lǐng)域的研究工作

作者簡介：張曉宏，講師，碩士，主要從事資源環(huán)境方面的教學(xué)與研究工作

項(xiàng)目來源：新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目(XJNZYKJ2016012)

引用文獻(xiàn)格式：張曉宏等.我國餐廚垃圾厭氧處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(2)：105-107.