餐厨垃圾特性和厌氧消化处理技术

餐厨垃圾特性和厌氧消化处理技术 廖燕 （广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004） 摘要：本文概述了餐厨垃圾的饲料化，能源化，堆肥化的资源特性以及对环境

造成的危害性。介绍了餐厨垃圾厌氧消化处理原理，厌氧消化工艺的特点和分类以及联合消化的可行性和现阶段国内外发展现状。

关键词：餐厨垃圾；厌氧消化；混合发酵；环境保护

The characteristic of food waste and anaerobic digestion techniques LiaoYan (light industry and food engineering college of Guangxi university, nanning, 530004 )

Abstracts: This paper summarizes the resources characteristics of food residue treatment

for feed, energy-oriented, composting, and the harmfulness of impact on the environment.

Introduced the food residue anaerobic digestion processing’s principle, characteristics and sorting.aslo as the feasibility of mixed fermentation and the current situation and

development at home and abroad.

Key words: food waste; anaerobic digestion; mixed fermentation; environmental

protection 引言 我国餐饮行业日益发展，餐饮企业不断增加，每天产生巨量的餐厨垃圾。据北京市发展改革委统计：北京市每天产生1200吨餐厨垃圾。清华大学环境系固体废物污染控制及资源化研究所的统计数据显示：我国城市每年产生餐厨垃圾不低于6000万吨。餐厨垃圾营养丰富，是宝贵的可再生资源,具有很大的回收利用价值[1]。但由于尚未引起重视，处置方法不当，它已成为影响食品安全和生态安全的潜在危险源。处置不当会产生严重的环境隐患，餐厨垃圾具有废物与资源的双重特性，可以说是典型的“放错了地方的资源”。 对餐厨垃圾进行合理利用可以实现废物资源化，在一定程度上是解决我国物资、能源紧缺问题的有效途径。

1.餐厨垃圾的特性 餐厨垃圾，俗称泔脚，是居民在生活消费过程中形成的生活废物，极易腐烂，变质，散发恶臭，传播细菌和病毒。餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐[2][3]。并且营养元素丰富, C/N较低,含有大量的微生物菌种等,具有很高的产甲烷能力[4] 。餐厨垃圾的固体含量通常为20%左右，含水率高（65%-95%）[5]，脱水性能差，热值为2100-3100kj/kg[6]，和生活垃圾一起焚烧，达不到垃圾焚烧发电的发热要求的热值5000kj/kg[2]。 1.1餐厨垃圾的资源性 1.1.1饲料化 餐厨垃圾内含大量的营养物质，主要成分是油脂和蛋白质,可替代玉米、鱼粉、豆粕等通过对其粉碎、脱水、发酵、分离后加工成高能蛋白优质饲料。按干物质含量计算，5000万吨餐厨垃圾相当于500万吨的优质饲料，内含的能量相当于每年1000万亩耕地的能量产出量，内含的蛋白质相当于每年2000万亩大豆的蛋白质产出量。也就是说，如果我国一年产出的餐厨垃圾全部得以利用，相当于节约了1000万亩耕地。面对中国耕地紧张、粮食短缺，每年需要大量进口粮食饲料的国情，合理利用餐厨垃圾是增加资源利用率，有效解决我国粮食问题方法。目前，我国饲料化处理餐厨垃圾的技术已趋成熟。该方向上许多研究都得到显著的成果。龚仁等[7]对热带假丝酵母、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、解脂假丝酵母在经处理后的餐厨垃圾上混合发酵,将餐厨垃圾转化为生物活性蛋白饲料的工艺条件进行了试验研究。得到其试验最佳工艺条件为:以2:2:1的黑曲霉、热带假丝酵母、枯草芽孢杆菌为混合菌剂,接种量1%,添加1.5%尿素,30℃发酵48h后晾晒烘干,所得生物蛋白饲料粗蛋白、粗脂肪、灰分、粗纤维、水分含量分别为28.57%、2.16%、1.27%、2.09%、15.73%,且有酒香味,适口性好。 1.1.2能源化 餐厨垃圾的能源化处理主要包括焚烧制蒸汽和发电，热分解，生物发酵制氢，生物柴油制备，发酵制燃料等。美国研究人员实验证明，餐厨垃圾采用厌氧菌处理技术，可使每吨（干燥）餐厨垃圾转化为730-1 300kW·h能源。美国约有2.5%的餐厨垃圾实现了能源化处理［8］。2009年1月，重庆餐厨垃圾处置工程开工建设，建成后每年可处理餐厨垃圾18万t，年产生沼气1400万m3，发电3300万kW·h，提炼生物柴油1万余t，生产有机肥料12000t，减排二氧化碳11万t[9]。 焚烧法处理餐厨垃圾是在特制的焚烧炉中进行，产生的热量转化为蒸汽或者电能，实现能源回收利用。此方法效率高，最终产生约5%残余物。缺点是因餐厨垃圾含水率高，热值低，燃烧时需要添加辅助燃料，投资大，产生的尾气二噁英污染大气。 热分解法是将餐厨垃圾在高温下进行热解，将餐厨垃圾中含的能量转化成燃气，生物柴油的形式加以利用。热解法，由于技术上没有达到实用阶段，应用较少[10]。 生物发酵制氢现阶段国内外的研究很多。焦刚珍等[11]研究了在相同接种配比条件下,研究了4种不同来源污泥(压滤污泥、厌氧污泥、曝气污泥和河底淤泥)添加或不添加缓冲剂时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果的影响。结果发现,在不添加缓冲剂时,4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵的平均产氢量依次为厌氧污泥>河底淤泥>压滤污泥>曝气污泥,而添加缓冲剂时,4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>曝气污泥>压滤污泥>河底淤泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量也最高,为33.72mL。张振宏等[12]等研究了微生物来源对餐厨垃圾厌氧消化产氢的影响。结果表明单独一种接种物条件下，剩余活性污泥的产氢效果最好。曹先艳等[13]通过批式试验探讨了温度对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响。结果表明:接种厌氧污泥在未经高温驯化(50℃)时直接进行高温厌氧发酵产氢效果不佳。中温(35℃)驯化1 d后进行产氢实验,与在室温(25℃)条件下所获氢气产率无明显差别。因此，餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程应控制在中温(35℃)下进行比较合理。 马鸿志等[14]针对餐厨垃圾中营养元素含量丰富的特点,利用运动发酵单胞菌对餐厨垃圾发酵生产燃料酒精,采用Plackett-Burman实验设计分析多种酶制剂和营养物质对发酵过程的影响.结果表明,糖化酶和蛋白酶对于酒精发酵影响显著,其他酶和营养物的添加对发酵均无显著影响,说明餐厨垃圾自身所含的丰富营养即可以满足细菌生长的需要。进一步的单因素试验分析表明糖化酶的最佳添加量为100 U/g.当同时添加100 U/g蛋白酶和100 U/g糖化酶时,酒精产量达到最大值53 g/L,比单纯添加糖化酶时产量高10%,其酒精转化率为44%.经酒精发酵后,餐厨垃圾粗蛋白增加了1.5倍且纤维素含量较低,可作为饲料使用.利用餐厨垃圾产酒精不仅处理了污染严重的废物,同时也为酒精生产提供了廉价的原料,具有较高的环境效益和经济效益。 据统计，每吨餐厨垃圾可以提炼出20-80kg废油脂，经过集中加工处理，可以制成脂肪酸甲酯类物质，即生物柴油[15]。生物制柴油是将餐厨垃圾粗加工提炼出垃圾油，其成分和植物油非常接近，可作为生物柴油的半成品原料直接用于生产。国内实验表明，用垃圾油为原料与甲醇进行酯交换反应，用浓硫酸作催化剂，可以制备生物柴油，基本符合美国的生物柴油质量标准［16］。 1.1.3肥料化 餐厨垃圾的有机物含量高，营养素全面，C/N较低，是微生物生产的良好物质，非常适合堆肥原料。并且餐厨垃圾中含有大量的微生物菌种，适合堆肥过程的进行。其中含有的惰性废物如塑料较少，利于堆肥产品的农业利用。针对餐厨垃圾含水率高，脱水难，含盐份高，PH值低的特点，堆肥过程应做相应的调整，从而保证堆肥过程的快速，稳定进行[2]。近年来，堆肥原理和工艺有了很大的发展。任连海等[17]，分别选用3组卧式反应器进行了4因素3水平完全试验和正交试验,对堆料温度、水溶性COD和pH值等餐厨垃圾好氧堆肥过程参数在不同条件下的变化规律进行了研究，以此来考察环境温度、初始含水率、通风量和填料量等因素对餐厨垃圾堆肥进程的影响。结果表明:环境温度、通风量、初始含水率和填料量等不同影响因素对餐厨垃圾好氧堆肥过程均具有显著影响.环境温度、通风量、含水率和填料量等4因素对堆肥减量化率的影响显著性顺序为含水率>环境温度>填料量>通风量。 1.2餐厨垃圾的危害性 目前，全球每年产生的城市生活垃圾约为500亿吨，餐厨垃圾占其中的10-20%[18]。餐厨垃圾对人体健康和环境的影响主要有如下四个方面[19]。 （1）污染大气。由于餐厨垃圾有机物含量高，在短时间内就极易腐化产生恶臭，释放温室气体和人难以接受的恶臭气体。 （2）危害人体健康。我国各大城市的餐厨垃圾很大部分用于了农场畜禽养殖，而这些畜禽特别是猪被人食用存在很大的安全隐患。餐厨垃圾中含有大量致病微生物如猪瘟病菌，肝炎病菌，弯曲杆菌，金黄色葡萄球菌，沙门氏菌等，这些病菌微生物能够通过禽畜引起交叉感染，引发人类多种疾病的传播。如用泔水喂的猪，容易引起人畜共患的疾病口蹄疫，人类食用了很容易感染。另外，现在我国各大城市出现的“地沟油”问题非常严重。“地沟油”中含有黄曲霉素、苯等有毒物质，经过不法途径回到人们的餐桌，供人食用会造成慢性疾病的发生甚至致癌，对人们的身体健康造成极大的危害。 （3）影响环境卫生。餐厨垃圾存放极短的时间就会腐烂变质，颜色异常，气味难闻，产生不良的感官性质，并且会滋生大量的蚊虫，严重影响市容市貌。另外，餐厨垃圾不经过处理直接排入城市下水道，其中的高油脂在下水道中日积月累，容易造成下水道管道中油脂凝结，影响城市排水系统，甚至会堵塞下水道，在大雨洪涝天造成污水上溢。影响城市卫生。 （4）污染水体。餐厨垃圾在运输过程，储存，加工过程中，产生的渗透液如不加处理直接排放在周围的环境中，会通过地表渗透作用随地表径流，流入地表水和地下水中，污染水体环境。据报道[2]，餐厨垃圾的渗透液的COD的浓度高于100000mg/L，2000年太湖的蓝藻事件，很大污染源是餐厨垃圾的渗透液。