關(guān)于餐廚垃圾處理技術(shù)的研究

石田秀

（桂林市環(huán)境衛(wèi)生管理處，廣西 桂林 541001）

0 引言

廚房垃圾占日常生活垃圾的大部分，且水分含量較高，其獨(dú)特的化學(xué)物理特性使其很難處置。怎樣高效運(yùn)用各類新的處置技術(shù)應(yīng)用和工藝方法，增強(qiáng)對(duì)餐廚垃圾的能源化處置，在確保處置成效的時(shí)候輸出更高效的能量，是非常值得眾多科技人員深入研究的科研課題。

1 餐廚垃圾的產(chǎn)量和主要成分

1.1 其他國家和我國的餐廚垃圾產(chǎn)量

西方發(fā)達(dá)國家的餐廚垃圾占日常生活垃圾的比例比發(fā)展國家要低?？墒?，餐廚垃圾歸屬于所有國家日常生活垃圾中的重要一環(huán)，有效解決和處理餐廚垃圾，對(duì)提升居住環(huán)境，具備至關(guān)重要的社會(huì)價(jià)值。

1.2 餐廚垃圾的特性

1.2.1 基本理化特性

餐廚垃圾是城市固體垃圾中有機(jī)垃圾的重要組成部分。從其成分上看，餐廚垃圾主要由蛋白質(zhì)、脂類、淀粉、纖維素和無機(jī)鹽等組成，其理化特點(diǎn)可用“四高”來描述，即油脂含量高、有機(jī)質(zhì)含量高：含固為15%～20%，易腐垃圾為60%～80%；鹽分含量高、含水率高：廚余垃圾含水率在75%～85%，餐飲含水率可達(dá)93%以上。

1.2.2 危害性

由于餐廚垃圾營養(yǎng)豐富，含水量高，容易腐敗、酸臭，容易滋生有害生物。如果不及時(shí)或處理不當(dāng)，不僅會(huì)造成空氣污染和水污染源，還會(huì)嚴(yán)重干擾人們的正常生活。其危害主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①對(duì)生活環(huán)境的影響：食品垃圾影響人們的嗅覺和視覺舒適感，影響生活衛(wèi)生，甚至滋生細(xì)菌，引起疾病傳播；食品垃圾會(huì)加劇填埋場的氣體和滲濾液的產(chǎn)生，而垃圾滲濾液則通過地表徑流和滲漏造成地表水和地下水污染；②對(duì)人們身心健康的影響：在我國大部分地區(qū)，人們習(xí)慣將餐廚垃圾直接喂給畜禽，但餐廚垃圾中含有大量的致病微生物、寄生蟲及其卵，飼養(yǎng)畜禽后容易引起人畜疾病。

1.2.3 餐廚垃圾的資源性

餐廚垃圾除含有大量的有機(jī)物外，還有豐富的氮、磷、鉀、鈣等大、中量營養(yǎng)元素和各種微量營養(yǎng)元素。經(jīng)過合理處理后的餐廚垃圾是制備動(dòng)物飼料、有機(jī)肥料和生物能源的重要資源，是一種高價(jià)值的生物資源和能源。

2 餐廚垃圾的能源化處理技術(shù)及其適應(yīng)性

2.1 燒毀的方法

選用焚燒法處置餐廚垃圾具備很高的處置效果，并能形成約5%的易于處置的殘余物。焚化全過程必須在專用型垃圾焚燒爐中做好，它的熱效率比較高，形成的熱能能夠轉(zhuǎn)化成電能或水蒸汽?？墒?，餐廚垃圾的含水量較高，燃燒值較低，所以在焚燒處理環(huán)節(jié)中必須添加許多輔助助燃劑。廚房垃圾的脫水處置消耗了大批量的能源，而焚燒處理形成的尾氣要做好相對(duì)應(yīng)的技術(shù)性處置才可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，選用焚燒處理處置餐廚垃圾，存在著大量的費(fèi)用投資和排放限制等問題，促使其無法規(guī)模性應(yīng)用推廣。

2.2 熱解環(huán)節(jié)

遇熱分解是將廢棄物在高溫高壓情況下進(jìn)行分解，將廢棄物中含的能量轉(zhuǎn)化為油、炭、氣等方式，再做好開發(fā)利用。餐廚垃圾中含的氨、氦、硫等在熱解環(huán)節(jié)中持續(xù)保持還原模式，所以對(duì)處置設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕性較小。因此遇熱分解法具備非常廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景，但其相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用都還沒進(jìn)到具體推廣環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段的運(yùn)用案例還并不多。

2.3 生物發(fā)酵制氫

氫氣用作一類高品質(zhì)、高潔凈度的優(yōu)質(zhì)能源，已廣泛運(yùn)用于代替煤炭、原油等傳統(tǒng)式能源。并且生物發(fā)酵制氫方法有著化學(xué)反應(yīng)條件平穩(wěn)、耗能低等特性，所以備受人們的普遍性重視。

生物學(xué)進(jìn)行發(fā)酵關(guān)鍵有細(xì)菌和光合作用形成氫氣和進(jìn)行發(fā)酵形成氫氣兩大類方式，涉及光合菌和發(fā)酵細(xì)菌這兩大類微生物菌種菌群。在活性污泥法中獲取微生物菌種，并對(duì)不一樣成分的生活垃圾各自開展發(fā)酵制氫試驗(yàn)，國內(nèi)國外諸多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了理論研究和實(shí)踐性探究，得出結(jié)果：糖類廢物的具體產(chǎn)氫量是蛋白類和酯類廢物的20倍上下。本文利用對(duì)產(chǎn)氫全過程中乳酸菌的抑菌作用開展探究，得出結(jié)果：對(duì)底物開展預(yù)熱處置，能夠優(yōu)質(zhì)地降低這類作用在進(jìn)行發(fā)酵前的影響。

選用微生物菌種發(fā)酵法制造氫氣，常用的原材料主要是生活廢棄物、城區(qū)廢水和排泄物等相應(yīng)有機(jī)廢料，不僅能夠制造出氫氣供人運(yùn)用，而且可以凈化水環(huán)境，有著較好的生態(tài)環(huán)保效果。所以，不論是從生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，或是從能源開發(fā)方面，生物制氫都有著很好的行業(yè)前景。

2.4 生物柴油的生產(chǎn)

根據(jù)有關(guān)研究統(tǒng)計(jì)分析得知，每噸的餐廚垃圾通過煉制能夠產(chǎn)生20～80kg的廢油脂，通過集中化生產(chǎn)加工和清理，能夠做成低碳酯類化學(xué)物質(zhì)（如脂肪酸甲酯等），即生物柴油。最常見的生物柴油制取辦法有超臨界甲醇法和生物酶法，前面一種具體采用甲醇在超臨界狀態(tài)下的化學(xué)物理特性，跟廢油脂產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生生物柴油。這類生活垃圾處理制作工藝不用加入催化劑，也不會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品，所以不用對(duì)其生成物開展分離加工處理，化學(xué)反應(yīng)全過程中也不易產(chǎn)生大批量廢液。此外，該制作工藝的化學(xué)反應(yīng)速率很高，只需2～4min，就可實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定，對(duì)物料純凈度的要求也較低，另外水和脂肪酸對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的影響不大。生物酶法是一類將能再生油脂物料轉(zhuǎn)換為生物柴油的新技術(shù)新工藝。本工藝具有很強(qiáng)的環(huán)保性，通過相關(guān)試驗(yàn)研究，產(chǎn)品的有關(guān)核心技術(shù)要求達(dá)到德國、英國等西方發(fā)達(dá)國家的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并做到了國內(nèi)0號(hào)柴油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

在制取生物柴油時(shí)，因?yàn)椴蛷N垃圾中帶有很多雜物，必須選用適合的預(yù)處理舉措和工藝處理，進(jìn)而保障其轉(zhuǎn)換率滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，另外確保產(chǎn)品含量不受影響。要嚴(yán)苛維持酯交換反應(yīng)的完全性，完全去除甘油等副產(chǎn)品，避免產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不佳等情況。另外，雖然生物柴油有著不錯(cuò)的環(huán)境效應(yīng)，但其所需的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用較高，國外具體選用降稅或免稅的形式，使其成本費(fèi)用靠近一般柴油。

3 工藝的適應(yīng)性

在20世紀(jì)20年代末，MBT技術(shù)應(yīng)用被認(rèn)為是垃圾處理領(lǐng)域中具體的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)步，隨著厭氧消化技術(shù)應(yīng)用的快速發(fā)展和人們對(duì)環(huán)保新能源的要求，它也從處理簡單、分類、清潔的有機(jī)垃圾發(fā)展到了處理不同程度的混合生活垃圾。同好氧法相比，厭氧法屬于產(chǎn)能法，在生產(chǎn)過程中容易實(shí)現(xiàn)密封，臭氣易于控制，厭氧法在生產(chǎn)中的應(yīng)用也日益廣泛。

廚房垃圾分類發(fā)展比較快的區(qū)域，干濕分類已基本上建立共識(shí)。所以，餐廚垃圾的處置應(yīng)越來越多地考量其構(gòu)成的多元性和技術(shù)應(yīng)用的適用性。隨著垃圾分類處理作業(yè)的推動(dòng)，尤其是近些年環(huán)保督查的推動(dòng)，餐廚垃圾分類處置的技術(shù)應(yīng)用需要日趨緊迫。此外，基本上全部世界區(qū)域內(nèi)的首要有機(jī)生活垃圾處理技術(shù)應(yīng)用以各種合作模式進(jìn)到我國。比如，Kompogas、Eismann、OWS等干消解技術(shù)應(yīng)用，德國Wehrle環(huán)境下的淋濾水解技術(shù)應(yīng)用，歐洲地區(qū)高壓擠壓分離技術(shù)應(yīng)用等。對(duì)不一樣的業(yè)主而言，在技術(shù)應(yīng)用和加工工藝線路的選用上面對(duì)著很大的考驗(yàn)和困擾。

應(yīng)最先認(rèn)識(shí)各類制作工藝的特征以及對(duì)原料的適用性。干厭氧消化技術(shù)應(yīng)用的特征是，當(dāng)原料的固態(tài)成分超過25%時(shí)，原料中的重質(zhì)和質(zhì)輕成分被有機(jī)質(zhì)包圍，不容易出現(xiàn)沉積和飄浮。所以，干式消化技術(shù)應(yīng)用對(duì)垃圾分類處理采集和預(yù)分選的作用標(biāo)準(zhǔn)并不高；而當(dāng)固態(tài)成分少于20%時(shí)，發(fā)生重物沉降，輕物漂浮，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定性，無法正常運(yùn)行。按照國內(nèi)居民生活方式的特性，假如餐廚垃圾歸類實(shí)際效果不錯(cuò)，廚余中的水分將超過80%，乃至85%之上，則表明干法消化過程的穩(wěn)定性能存在不足。通常情況下，濕式消化需要固體成分小于12%，并需要最大限度地去除惰性成分，預(yù)防反應(yīng)罐中沉積和懸浮物的累積。因此，濕式消化對(duì)垃圾預(yù)處理提出了更高的要求。另外，因?yàn)楸仨毤尤牍に囁鬯幚淼娜蝿?wù)量也非常大，必須事前充分考慮。所以，垃圾分類的優(yōu)劣會(huì)直接影響技術(shù)的適應(yīng)能力，另外，無論是干式或濕式消化，都需要從整體工作流程的視角考慮沼渣脫干及其后續(xù)沼渣、沼液的處置與出路難題。

在整個(gè)過程中，餐廚垃圾的處置與使用，及其環(huán)境影響與成本費(fèi)用層面，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①技術(shù)應(yīng)用成熟完善，具備充分長的平穩(wěn)運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)；②全過程簡易，過程越長，有可能產(chǎn)生的問題越多，成本費(fèi)用越高；③對(duì)于不一樣類別效果的生活垃圾，對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)；④產(chǎn)品出口清晰，并不會(huì)形成更錯(cuò)綜復(fù)雜的情況；⑤資源化再生、減量化、無害化處理作用優(yōu)良；⑥二次環(huán)境污染調(diào)控，特別是臭氣的控制效果較好；⑦全過程成本較低。

4 結(jié)語

從能源資源化的方面來處置餐廚垃圾，對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)作用和意義。對(duì)于環(huán)境保護(hù)研究者而言，在日常事務(wù)中應(yīng)積極推進(jìn)，參考外國優(yōu)秀的餐廚垃圾處置技術(shù)應(yīng)用和工作經(jīng)驗(yàn)，從而與國內(nèi)的餐廚垃圾產(chǎn)生量做好高效結(jié)合，創(chuàng)建一整套更滿足中國國情的餐廚垃圾能源化處置管理體系，為國家生態(tài)環(huán)保和新能源技術(shù)快速發(fā)展加入源源不絕的生命力。