餐廚垃圾處理研究現(xiàn)狀

時(shí)朝輝+張明

摘 要：該文介紹了餐廚垃圾的主要處理技術(shù)，闡述了各項(xiàng)技術(shù)在餐廚垃圾處理過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)，并著重對(duì)好氧堆肥、好氧消化及厭氧消化等微生物技術(shù)處理餐廚垃圾的工藝流程及處理原理進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了餐廚垃圾處理過(guò)程中存在的問(wèn)題和今后的研究發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾；處理工藝；好氧堆肥

中圖分類號(hào) X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）09-0095-03

1 餐廚垃圾概述

作為城市有機(jī)生活垃圾的主要組成部分，餐廚垃圾是指居民家庭、餐飲行業(yè)以及企事業(yè)單位食堂在食品加工和用餐過(guò)程中產(chǎn)生的廢料和殘余，具有含水率高（高達(dá)60%～80%）、有機(jī)質(zhì)占比高（占到干重的95%～98%）、含鹽量高、有害物質(zhì)成分較少等特點(diǎn)[1]。近年來(lái)，餐廚垃圾排放量逐年升高，由其引發(fā)的污染在城市環(huán)境污染問(wèn)題中日趨顯著，對(duì)城市衛(wèi)生環(huán)境及居民的日常生活產(chǎn)生了一定的影響，如何合理安全地處置餐廚垃圾，已成為整個(gè)社會(huì)所關(guān)心的問(wèn)題。

餐廚垃圾在處理上一般遵循無(wú)害化、減量化及資源化三大原則，目前在處理技術(shù)上，國(guó)內(nèi)外主要采用焚燒法、衛(wèi)生填埋法以及生物處理方法來(lái)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行處理。焚燒法、衛(wèi)生填埋法等傳統(tǒng)餐廚垃圾處理方法通常處理不夠徹底，容易引起二次污染，進(jìn)一步增加環(huán)境負(fù)擔(dān)。相比于其他垃圾，餐廚垃圾含有大量的淀粉、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較為豐富，有害物質(zhì)含量少，其中有機(jī)組分的生物降解率可高達(dá)80%，具有很大的回收利用價(jià)值。利用生物處理方法來(lái)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行降解，不僅處理較為徹底，不會(huì)引發(fā)二次污染問(wèn)題，而且在一定程度上對(duì)資源實(shí)現(xiàn)了回收利用，被公認(rèn)為是目前比較具有發(fā)展前景的處理方法之一。

2 餐廚垃圾處理工藝與方法

2.1 焚燒法 焚燒法是將餐廚垃圾放在特殊設(shè)計(jì)的焚燒爐中，在1000℃以上高溫條件下將垃圾有機(jī)成分徹底氧化分解，從而達(dá)到減量化目的的方法。焚燒法處理能力強(qiáng)，垃圾減量化程度可達(dá)50%～80%，焚燒產(chǎn)生的能量可以用于發(fā)電、供暖等，焚燒余下的殘?jiān)诟邷叵录尤隨iO2等輔料可用于生產(chǎn)水泥、瓷磚等建筑材料。我國(guó)通常將餐廚垃圾混入生活垃圾一同進(jìn)行焚燒處理，資源化利用程度不高，餐廚垃圾含水率高達(dá)60%～80%，高含水量導(dǎo)致熱值非常低，而焚燒發(fā)電對(duì)餐廚垃圾的熱值具有較高要求，使用焚燒技術(shù)處理將大大增加餐廚垃圾的前處理成本。同時(shí)，不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生二噁英、氮氧化物、二氧化硫等有害氣體及粉塵，破壞生態(tài)環(huán)境，危害人類健康。此外，焚燒場(chǎng)建設(shè)投資額較大，資金占用周期長(zhǎng)，管理要求較高。垃圾焚燒技術(shù)簡(jiǎn)便快捷實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化、減量化、資源化的要求，在很多發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛采用已有百余年歷史，是目前發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行垃圾處理的主要手段。近年來(lái)，我國(guó)焚燒技術(shù)的可接受度并不是很高，廢棄物焚燒項(xiàng)目爭(zhēng)議引起民眾的信任缺失，無(wú)論是從技術(shù)還是社會(huì)影響角度，焚燒技術(shù)用于餐廚垃圾處理項(xiàng)目的可行性很低。

2.2 衛(wèi)生填埋法 衛(wèi)生填埋法是目前發(fā)展中國(guó)家普遍采用的處理餐廚垃圾的主要方法之一，是指將垃圾埋入地下，通過(guò)各類微生物自身代謝將生物大分子充分降解為小分子的生化過(guò)程。衛(wèi)生填埋技術(shù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，適合各種垃圾，國(guó)內(nèi)大多數(shù)地區(qū)將餐廚垃圾直接倒入垃圾填埋場(chǎng)與其他家庭垃圾進(jìn)行混合填埋。但垃圾填埋場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生大量的滲濾液、有害氣體，容易污染地下水，形成二次污染，危害人體健康，為了防止填埋過(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液污染土壤和地下水，填埋場(chǎng)需要建設(shè)相應(yīng)的收集和處理系統(tǒng)。此外，填埋場(chǎng)占用了大量土地資源，使用壽命有限，且資源回收利用率基本為零，大量可利用資源被浪費(fèi)。

2.3 生物方法處理餐廚垃圾

2.3.1 好氧堆肥 好氧堆肥是在好氧情況下，利用自然界中廣泛分布微生物的作用使餐廚垃圾中可生物降解有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為有利于土壤性狀改良并對(duì)作物生長(zhǎng)有益且容易吸收利用的高肥力腐殖質(zhì)的微生物學(xué)過(guò)程。餐廚廢棄物有機(jī)質(zhì)占比高，C/N比較低，N、P、K等元素含量較高，營(yíng)養(yǎng)成分豐富，適合作為堆肥原料進(jìn)行處理[2]。好氧堆肥過(guò)程大致可分為升溫、高溫及降溫腐熟三大過(guò)程，堆肥初期淀粉、糖類等易分解有機(jī)物被利用，微生物大量生長(zhǎng)繁殖，釋放大量熱量導(dǎo)致短期內(nèi)堆體溫度快速上升至55℃以上，進(jìn)入高溫階段；隨后易降解物質(zhì)逐漸減少，加之氧化過(guò)程消耗了大量氧氣，造成局部厭氧環(huán)境，復(fù)雜的有機(jī)物如纖維素等開始被降解，同時(shí)蟲卵及病原菌在高溫環(huán)境下失活，堆體開始逐漸形成腐殖質(zhì)；持續(xù)一段時(shí)間后，較易分解的有機(jī)物大部分被分解，微生物活動(dòng)逐漸減弱，溫度也隨之降低，腐殖質(zhì)不斷積累，堆肥進(jìn)入腐熟階段。好氧堆肥法主要工藝流程如圖1所示。好氧堆肥工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單成熟，運(yùn)行成本低，便于推廣[3]，資源利用程度高，堆肥產(chǎn)物可作為有機(jī)肥料用于家庭蔬果及花卉種植。缺點(diǎn)是堆肥過(guò)程中持續(xù)的高溫階段雖然可以殺死病原菌和蟲卵，但整個(gè)堆肥過(guò)程無(wú)害化不夠徹底，不能很好地解決有害物質(zhì)及重金屬的污染問(wèn)題，堆肥過(guò)程周期較長(zhǎng)且占地面積較大；此外，堆肥處理過(guò)程無(wú)封閉設(shè)置，衛(wèi)生條件相對(duì)較差，容易產(chǎn)生惡臭從而引發(fā)二次污染。

2.3.2 厭氧消化 厭氧消化是指無(wú)氧或缺氧條件下，利用兼性微生物或厭氧微生物的自身代謝將餐廚垃圾中的復(fù)雜有機(jī)物降解為小分子無(wú)機(jī)物，以實(shí)現(xiàn)餐廚廢棄物減量化及無(wú)害化的過(guò)程。厭氧消化通常不設(shè)通風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)接種下水管道污泥、牲畜糞便或者利用餐廚垃圾自身孳生的微生物進(jìn)行發(fā)酵過(guò)程，發(fā)酵過(guò)程一般分為水解發(fā)酵、產(chǎn)酸脫氫和產(chǎn)甲烷三大步驟[4]，主要工藝流程如圖2所示。通過(guò)控制消化條件及程度可衍生出各種產(chǎn)物，目前研究方向多集中于沼氣、氫氣等新型能源物質(zhì)的生產(chǎn)。厭氧消化自動(dòng)化程度較高，密封條件易于控制惡臭氣體的散發(fā)，此外，處理產(chǎn)物能回收得到大量甲烷氣體，固體成分經(jīng)厭氧消化可得到土壤有機(jī)肥或肥力改良劑，產(chǎn)品多樣化且經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高；但厭氧消化工藝技術(shù)相對(duì)較為復(fù)雜，消化過(guò)程反應(yīng)器內(nèi)生物量啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，且微生物對(duì)環(huán)境較為敏感，餐廚垃圾的高油脂高鹽分這一特點(diǎn)使得該工藝無(wú)法持續(xù)穩(wěn)定地降解餐廚垃圾。

2.3.3 好氧消化 好氧消化法主要是利用自然界中降解能力較強(qiáng)的復(fù)合微生物菌種或微生物制劑對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行分解，其原理與好氧堆肥基本相似，主要借助生化處理設(shè)備對(duì)餐廚廢棄物中的有機(jī)物進(jìn)行降解，其中90%以上的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為水蒸氣及無(wú)害氣體如CO2等，從而達(dá)到源頭減量目的，主要工藝流程如圖3所示。好氧條件下，餐廚廢棄物中的可溶性有機(jī)小分子物質(zhì)通過(guò)微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被吸收利用，不溶性的大分子有機(jī)物則先附著在微生物體外，首先被微生物所分泌的胞外酶分解為可溶性小分子物質(zhì)，再滲入細(xì)胞被利用。微生物通過(guò)氧化、還原和生物合成等一系列自身生命活動(dòng)，一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物質(zhì)，并釋放出大量能量用于自身生長(zhǎng)繁殖，另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物體所必須的營(yíng)養(yǎng)成分，合成新的細(xì)胞物質(zhì)，微生物不斷生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生更多的生物體，繼續(xù)進(jìn)行一系列的生化作用。相比其他處理方法，使用生化處理設(shè)備降解餐廚垃圾的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間短，自動(dòng)化程度更高，同時(shí)餐廚垃圾及時(shí)得到處置，在源頭上得到了有效的控制，避免了餐廚垃圾清運(yùn)時(shí)可能產(chǎn)生的二次污染問(wèn)題，節(jié)約了大量的運(yùn)輸費(fèi)用[5]。缺點(diǎn)是機(jī)器投入資金較大，且單臺(tái)設(shè)備處理量十分有限。

2.3.4 固態(tài)發(fā)酵制備蛋白飼料 固態(tài)發(fā)酵制備蛋白飼料是指通過(guò)物理方法將餐廚廢棄物破碎、篩分、脫水、烘干后，在一定條件下，利用微生物代謝活動(dòng)對(duì)餐廚廢棄物進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易吸收的小分子物質(zhì)，與此同時(shí)，單細(xì)胞高蛋白微生物得以繁殖，提高成品飼料中氨基酸及蛋白質(zhì)含量的過(guò)程，主要工藝流程如圖4所示。該工藝簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度高，生產(chǎn)出的成品蛋白飼料可替代傳統(tǒng)的大豆、魚粉等蛋白飼料，產(chǎn)品附加值高，對(duì)餐廚垃圾資源化利用高；但從食品安全性角度來(lái)講，餐廚廢棄物制備蛋白飼料技術(shù)上存在蛋白同源性問(wèn)題，可能會(huì)引發(fā)安全隱患[6]，對(duì)動(dòng)物及人類的生命安全造成威脅。

2 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，餐廚垃圾的有效處置問(wèn)題得到了社會(huì)及民眾的廣泛關(guān)注，我國(guó)多數(shù)城市深刻認(rèn)識(shí)到餐廚垃圾對(duì)城市環(huán)境和居民日常生活帶來(lái)的危害，開始逐步探尋對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行資源化利用的方法。北京、上海、杭州等城市設(shè)置餐廚垃圾分類收集點(diǎn)，并出臺(tái)《餐廚垃圾管理辦法》等相關(guān)政策法規(guī)[7]，但大多數(shù)城市監(jiān)管方法仍未制定，有關(guān)餐廚垃圾資源回收處置的技術(shù)也缺少相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

餐廚垃圾的處理可以簡(jiǎn)單概括為源頭減量、分類收集、資源化利用三步走，政府為餐廚垃圾的處理提供政策保障，完善各項(xiàng)法律法規(guī)，積極推動(dòng)餐廚垃圾的循環(huán)再利用，同時(shí)不斷開發(fā)餐廚廢棄物新處理工藝，因地制宜尋找適合自己的處理模式和方法。目前我國(guó)餐廚垃圾處置仍處于初始階段，政府應(yīng)在出臺(tái)相應(yīng)政策規(guī)范的同時(shí)積極扶持餐廚垃圾處理產(chǎn)業(yè)，還要加強(qiáng)后續(xù)監(jiān)管，構(gòu)建健全的餐廚垃圾處理模式，同時(shí)綜合已有技術(shù)逐步嘗試新的模式方法，開發(fā)新技術(shù)，最終達(dá)到餐廚垃圾減量化、資源化和無(wú)害化的目的。

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