典型餐廚垃圾預(yù)處理效果比較

雷永康，熊春江，姜蘇峻，林蔣海，劉澤寰

（廣東啟智生物科技有限公司，廣東廣州510530）

典型餐廚垃圾預(yù)處理效果比較

雷永康，熊春江，姜蘇峻，林蔣海，劉澤寰

（廣東啟智生物科技有限公司，廣東廣州510530）

以粵菜系和川湘菜系餐廚垃圾為研究對象，采用新型破碎壓榨技術(shù)對這2種典型餐廚垃圾進(jìn)行預(yù)處理以比較其有效成分的分離效果，結(jié)果表明：新型破碎壓榨預(yù)處理之后，川湘菜和粵菜系餐廚垃圾的平均減量率分別為82.65%、91.27%，粵菜系餐廚垃圾減量率略高于川湘菜系餐廚垃圾；川湘菜系餐廚垃圾壓榨液中含水率、pH分別低于粵菜系餐廚壓榨液的4.99%、14.75%，而壓榨液中鹽分含量高于粵菜系餐廚壓榨液的25.85%，且具有顯著性差異（P＜0.05），說明川湘菜系餐廚垃圾壓榨液干物質(zhì)率高，但處于偏酸性和鹽含量較高的環(huán)境；川湘菜系餐廚垃圾壓榨液中油脂含量高于粵菜系餐廚的76.75%，而總糖含量低于粵菜系餐廚的56.18%，且都具有極顯著性差異（P＜0.01）。因此，經(jīng)過新型破碎壓榨預(yù)處理后，川湘菜系餐廚垃圾壓榨液應(yīng)優(yōu)先回收油脂，避免對后續(xù)發(fā)酵、產(chǎn)蛋白飼料等資源化處理工藝產(chǎn)生負(fù)面影響；而粵菜系餐廚垃圾宜采用耐酸耐鹽性的菌種發(fā)酵產(chǎn)乙醇、厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣等核心處理工藝。

典型餐廚垃圾；預(yù)處理；有效成分；比較

餐廚垃圾是餐飲垃圾和廚余垃圾的總稱，包括餐館、飯店等的飲食剩余物，也包括家庭日常生活中丟棄的果蔬及食物下腳料、剩菜剩飯等易腐有機(jī)垃圾，具有有機(jī)物含量豐富、水分含量高、易腐爛等特點(diǎn)［1］。據(jù)清華大學(xué)固體廢物污染控制及資源化研究所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國城市每年產(chǎn)生不低于6.0×107t的餐廚垃圾，所含的蛋白質(zhì)相當(dāng)于每年1.6×106hm2大豆的蛋白質(zhì)產(chǎn)量（按干物質(zhì)含量計(jì)算）［2］。因此，餐廚垃圾具有廢物與資源的雙重特性，尋求資源化處理工藝是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的基本保障和戰(zhàn)略思路。然而，為了滿足后續(xù)資源化處理工藝的生產(chǎn)要求，對餐廚垃圾進(jìn)行預(yù)處理是一個(gè)很重要的工藝步驟，直接影響到后續(xù)資源化利用的效果。

預(yù)處理作用主要是將后續(xù)核心處理所需要的有效成分分離出來。目前餐廚垃圾的預(yù)處理技術(shù)主要有滾筒篩分、人工與非人工分選、破碎等［3］。作為餐廚垃圾資源化的前端預(yù)處理，破碎壓榨是一種常用的餐廚垃圾前處理技術(shù)之一。已有研究表明，擠壓預(yù)處理能有效分離瓷片、玻璃和塑料袋等不可生化成分，也能有效擠壓出餐廚垃圾的油脂和水分［4］；采用擠壓預(yù)處理后擠出漿液的質(zhì)量約為擠壓前原生餐廚垃圾質(zhì)量的75%［5］；根據(jù)資源化處理工藝需要，破碎至較小顆粒，有利于物料在濕法厭氧消化處理中的流動(dòng)性，而破碎至較大顆粒，有利于節(jié)省成本［3］，這些研究都為餐廚垃圾的破碎壓榨預(yù)處理技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。然而，對粵菜系和川湘菜系餐廚垃圾采用破碎壓榨預(yù)處理之后，餐廚垃圾基本理化性質(zhì)指標(biāo)、主要營養(yǎng)指標(biāo)等有效成分的分離效果并不清楚。因此，本研究采用破碎壓榨預(yù)處理技術(shù)，對這2種典型餐廚垃圾中有效成分的分離效果進(jìn)行比較，以便于判斷和分析后續(xù)采取不同的核心資源化處理技術(shù)，從而有效提高不同類型餐廚垃圾的資源利用率、更大程度上實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的減量化、資源化和無害化。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料來自廣州地區(qū)，粵菜系餐廚垃圾主要收集于廣州越秀區(qū)以粵菜系為主的飯店餐館，川湘菜系餐廚垃圾主要收集于廣州蘿崗區(qū)以川湘菜系為主的飯店餐館。新型破碎壓榨設(shè)備由廣東啟智生物科技有限公司自主研發(fā)提供。

1.2 樣品采集與處理

粵菜系和川湘菜系餐廚垃圾分別收集4批用于實(shí)驗(yàn)。餐廚垃圾收集、運(yùn)抵實(shí)驗(yàn)基地后，用標(biāo)準(zhǔn)磅秤稱量后記錄總質(zhì)量。經(jīng)過破碎壓榨預(yù)處理后，稱量壓榨渣總質(zhì)量，壓榨液進(jìn)入收集罐，然后分別采集壓榨渣和壓榨液用于測定含水率、鹽分和酸解總糖。同時(shí)再采集部分壓榨渣和壓榨液樣品于105℃烘箱中殺青30 min后，保持85℃恒溫烘至恒重，用于測定總蛋白和油脂。所有指標(biāo)參數(shù)測定均設(shè)置3個(gè)平行。

1.3 測定方法與數(shù)據(jù)處理

含水率采用烘干-稱重法測定；pH采用pHS-3C型pH計(jì)測定（上海雷磁儀器廠）；鹽分采用硝酸銀滴定法測定；總糖采用酸解-高效液相法測定；總蛋白采用凱氏定氮法測定（GB/T 6432—1994）；油脂采用索氏脂肪提取儀提取法測定（GB/T6433—2006）。

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和整理，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。pH、總糖、鹽分、含水率采用鮮樣測定（以濕基含量計(jì)），總蛋白、油脂采用烘干樣測定（以干物質(zhì)含量計(jì)），數(shù)據(jù)為平均值±SD。

2 結(jié)果與討論

2.1 餐廚垃圾減量率比較

由表1可知，經(jīng)過破碎壓榨預(yù)處理之后，粵菜系和川湘菜系餐廚垃圾的減量率分別為91.27%、82.65%，說明粵菜系餐廚減量率略高于川湘菜系餐廚，可能是因餐飲習(xí)慣不同，川湘菜系餐廚垃圾中難于破碎的辣椒皮、辣椒籽等雜質(zhì)較多，這與前人的研究結(jié)果相符［6］。

表1 減量率比較

有研究表明，采用專用擠壓機(jī)預(yù)處理后餐廚垃圾擠出液占原生垃圾總質(zhì)量的75%［5］，當(dāng)擠壓力達(dá)到50 MPa時(shí)，餐廚垃圾脫水率超過80%［4］。而經(jīng)自主研發(fā)的破碎壓榨設(shè)備預(yù)處理之后，2種典型餐廚垃圾的減量率均達(dá)到80%以上，尤其粵菜系餐廚垃圾減量率達(dá)到90%以上，最終減少了餐廚垃圾的處置量。

2.2 餐廚垃圾基本理化指標(biāo)比較

從表2可以看出，川湘菜系餐廚壓榨渣含水率顯著高于粵菜系餐廚垃圾（P＜0.05），可能是因?yàn)榇ㄏ娌瞬蛷N垃圾壓榨渣難于破碎的雜質(zhì)中攜帶了較多的水分；川湘菜系餐廚壓榨液含水率、pH低于粵菜系餐廚的4.99%、14.75%，而鹽分含量高于粵菜系餐廚的25.85%，且2種餐廚垃圾壓榨液各理化性質(zhì)指標(biāo)含量都具有顯著性差異，說明在同一條件下經(jīng)過破碎壓榨設(shè)備預(yù)處理后，川湘菜系餐廚垃圾的干物質(zhì)率更高，但處于偏酸性和鹽含量較高的環(huán)境。

表2 基本理化指標(biāo)比較

pH、鹽分條件等是探索餐廚垃圾核心處理工藝的重要因素。有研究表明，在pH=7的條件下，微生物的合成代謝能力旺盛，厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣率最大，當(dāng)pH低于6或者高于8時(shí)，產(chǎn)沼氣率急劇下降，是因?yàn)楫a(chǎn)甲烷菌的活性受到抑制［7］。餐廚垃圾中添加10 g/L鹽分時(shí)，厭氧發(fā)酵脫氫酶活性受到輕度抑制，沼氣量減少17%［8］；當(dāng)餐廚垃圾發(fā)酵液Na+濃度為5g/L時(shí)，累積沼氣產(chǎn)率為對照組的51%，而當(dāng)Na+含量為10 g/L時(shí)，累積沼氣產(chǎn)率僅為對照組的1%［9］。因此，隨著鹽分含量的增加，生物發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)的微生物受抑制程度增加，如果采用生物發(fā)酵工藝處理川湘菜系餐廚垃圾應(yīng)選擇耐鹽性較好、適應(yīng)酸性條件的創(chuàng)新微生物菌種，從而提高發(fā)酵液的發(fā)酵性能。

2.3 餐廚垃圾主要營養(yǎng)成分比較

從表3可看出，粵菜、川湘菜系餐廚壓榨渣總糖含量分別為4.71%、2.37%，粵菜系餐廚壓榨渣的總糖含量明顯高于川湘菜系，且具有顯著性差異（P＜0.05），這可能與以粵菜系為主的居民食用較多甜食習(xí)慣有關(guān)。

表3 主要營養(yǎng)成分比較

經(jīng)過破碎壓榨預(yù)處理之后，粵菜系餐廚垃圾壓榨液中總糖和油脂的含量分別為4.45%、29.07%，川湘菜系壓榨液中總糖和油脂的含量分別為1.95%、51.38%，粵菜系餐廚壓榨液中總糖含量高于川湘菜餐廚垃圾壓榨液的56.18%，而油脂含量低于川湘菜系餐廚的76.75%，且都具有極顯著差異（P＜0.01）。另外，經(jīng)過破碎壓榨預(yù)處理后粵菜系餐廚垃圾壓榨液中總糖和油脂含量占其總質(zhì)量的比例均達(dá)到90%以上，而川湘菜系餐廚垃圾壓榨液中總糖和油脂含量占其總質(zhì)量的比例分別達(dá)到了80%、94%以上。這表明破碎壓榨過程中較大纖維、面食類較柔軟成分被破壞，絕大部分糖類和油脂物質(zhì)隨水分流出，而小部分難破碎物質(zhì)因不具有流動(dòng)性而殘留在壓榨渣中?；洸讼岛痛ㄏ娌讼挡蛷N壓榨液中總蛋白含量也分別達(dá)到了70%、60%以上。因此，在2種典型餐廚垃圾壓榨渣和壓榨液具有高蛋白含量的前提，對壓榨渣采用分選［10］、生物淋濾［11］等措施回收蛋白用作動(dòng)物飼料，而對于壓榨液也可采用微生物發(fā)酵產(chǎn)蛋白飼料的工藝。

川湘菜系餐廚壓榨液中油脂含量高于粵菜系餐廚的76.75%，而總糖含量低于粵菜系的56.18%，這也與所在地區(qū)餐飲習(xí)慣有很大關(guān)聯(lián)。然而，相對其他有機(jī)物而言，油脂屬于難降解有機(jī)物，它會(huì)吸附在微生物表面阻礙傳質(zhì)，可抑制微生物的生長。有研究表明，在常溫條件下較高油脂對餐廚垃圾濾液厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣前期有一定的抑制作用，但整體抑制不明顯［12］；另外，油脂對餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸也有明顯的抑制作用，表現(xiàn)為降低產(chǎn)酸量并使產(chǎn)酸過程滯后，并且油脂還會(huì)促使厭氧發(fā)酵類型向丙酸型轉(zhuǎn)變［13］。因此，川湘菜系餐廚垃圾應(yīng)優(yōu)先回收油脂，避免對后續(xù)生物處理工藝產(chǎn)生負(fù)面影響；而對于粵菜系餐廚垃圾較高的糖類物質(zhì)，可采用發(fā)酵產(chǎn)乙醇或厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣等處理工藝。

3 結(jié)論

1）采用破碎壓榨預(yù)處理后，川湘菜系餐廚垃圾減量率略低于粵菜系餐廚，而川湘菜系餐廚的壓榨液處于偏酸性和鹽含量較高的環(huán)境，宜采用耐酸和耐鹽性的生物處理工藝。

2）經(jīng)過破碎壓榨預(yù)處理之后，2種典型餐廚垃圾壓榨渣具有高蛋白含量，宜采用分選、生物淋濾等措施進(jìn)一步回收蛋白；對于粵菜系餐廚垃圾壓榨液中高糖含量，宜優(yōu)先采用生物發(fā)酵產(chǎn)乙醇或者厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣等工藝；而對于川湘菜系餐廚垃圾中高油脂含量，宜優(yōu)先采用油水分離后再考慮資源化處理工藝。

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Comparison of Pretreatment Effect on Typical Food Waste

Lei Yongkang，Xiong Chunjiang，Jiang Sujun，Lin Jianghai，Liu Zehuan
（Guangdong Qizhi Biotechology Co.Ltd.，GuangzhouGuangdong510530）

Used Cantonese cuisine and Sichuan-Hunan cuisine food waste asthe research object，we adopted new-type squeezing and breaking technology for pretreatment of 2 typical food waste to compare the separation effect of main ingredients. The results showed that the average decrement rate of Sichuan-Hunan cuisine and Cantonese cuisine food waste after the pretreatment was 82.65%，91.27%respectively.The reduction rate of Cantonese cuisine was slightly higher than that of Sichuan-Hunan cuisine.Comparing with Cantonese cuisine，the moisture content and pH in squeezed slurry of Sichuan-Hunan cuisine food waste decreased by 4.99%，14.75%respectively，the salt content increased by 25.85%，and they displayed significant difference（P＜0.05）.Which showed that the dry matter rate is higher in the squeezed slurry of Sichuan-Hunan cuisine food waste，and it wasin a certain acidity and high salinity conditions.The content of oil in squeezed slurry of Sichuan-Hunan cuisine increased by 76.75%comparing with Cantonese cuisine，but the content of total sugar decreased by 56.18%，and they presented extremely significant difference（P＜0.01）.Therefore，after the new-type breaking and squeezing pretreatment，Sichuan-Hunan cuisine food waste shall prior recycle oil in order to avoid negative impact on the subsequent process.Cantonese cuisine food waste could use acid-resistance and salt-tolerant bacterial speciesto produce ethanol or biogasvia fermentation.

typical food waste；pretreatment；main ingredients；comparison

X705

B

1005-8206（2017）04-0054-04

雷永康（1989—），工程師，主要從事餐廚垃圾資源化處理。

E-mail：330515180@qq.com。

2016-12-21