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中图分类号: X799.3 文献标识码: A DOI编号: 10.14025/ki.jlny.2015.22.100
随着经济社会不断进步,经济全球化不断深入发展,人们的饮食文化日益多样化,食品卫生与安全成为备受关注的热门话题。“苏丹红事件”、“三鹿奶粉事件”以及“上海福喜事件”无一不牵动着广大民众的心。食品安全已成为全民关注的重大问题,涉及到每个人的身体健康和生命安全,食品安全问题已经上升到国家公共安全的高度,要得以解决必须加大对食品安全的监管力度、健全和完善食品安全监管体系。维护流通领域食品安全,是全社会的共同责任,政府及行政执法部门负有监管责任,广大消费者负有社会监督责任。
由“地沟油”、“泔水猪”等餐厨垃圾引发的各类食品安全问题越来越受到人们的关注,成为亟待解决的一大难题。“地沟油”一般都是来源于酒店餐馆的排污管道、餐厨垃圾以及病死畜禽,制作过程注定了它的不卫生,含有的洗涤剂等化学物质和腐败油脂对人身体有一定伤害。用泔水喂猪是过去我国农村比较普遍采用的一种喂养方式,泔水中由于含有大量的蛋白和油脂,喂养出的猪膘肥体壮,但同时,由于泔水的不卫生,有的甚至腐败变质,致使其中含有大量的致病菌,用这种方法喂养的猪发病率明显增加,各种病原体在猪的体内繁殖,还可造成多种人畜共患病的发生,对人体健康构成威胁。“地沟油”和“泔水猪”问题的发生,归根结底是由于餐厨垃圾的无序管理造成的。
2010年7月,国务院办公厅下发了《关于加强地沟油整治和餐厨废弃物管理的意见》(〔2010〕36号)。并于同年启动了餐厨废弃物资源化利用和无害化处理城市试点工作,至2014年我国餐厨垃圾试点城市数目已达83个。国家发改委陆续于2011年、2012年、2013年、2014年分别确定了四批餐厨垃圾资源化利用和无害化处理试点城市,其中首批试点城市33个,第二批16个,第三批17个,第四批17个。餐厨垃圾资源化、无害化处理试点城市审批工作进展迅速,范围逐渐向全国蔓延,从《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》中不难看出,至2015年,我国将有50%的设区城市初步实现对餐厨垃圾分类收运处理,国家对于餐厨垃圾专项工程的投资也将达到109亿元。但是,就目前我国试点城市的项目进程而言,效果并不尽如人意,进展比较缓慢。造成这种局面的原因也是多方面的。
从政策层面看:随着我国餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点城市逐渐增多,各地纷纷出台了餐厨垃圾管理办法。目前已经批复的多个试点城市中,很多城市出台的管理办法可操作性不强,如有新闻报道“四川江油市一餐厨垃圾处理企业投资几千万建成的餐厨垃圾处理系统仅运行了12天就被迫停产”的尴尬事件发生,原因是没能很好地捋顺收集、运输、管理、资金等方方面面的各职能部门的关系。但是也不乏出台了较好的餐厨垃圾管理办法的城市,如上海市政府颁布的《上海市餐厨垃圾处理管理办法》具有较好的可操作性,其中上海就制定了严格的规定,餐饮行业剩余的餐厨垃圾必须交由指定的单位集中处理,同时还要缴纳一定的餐厨垃圾处理费,任何单位和个人如违反规定,私自处理或贩卖给不法商贩作为他用都将被处以3000元至3万元不等的高额罚款。正是有严格的管理办法做支撑,上海作为全国较早进行餐厨垃圾处理的城市起到了很好的示范作用,为其作为全国先行试点餐厨垃圾处理的示范城市发挥了重要作用。
从技术层面看:国外的餐厨垃圾处理思路偏向于减量化、无害化,我国餐厨垃圾蛋白含量、油脂含量非常高,在处理思路上还应寻求资源化循环利用。餐厨垃圾处理方法有很多种,各城市应根据自身实际情况,选择适合的餐厨垃圾处理工艺,不可盲目照搬照抄。
目前国内的餐厨垃圾处理方法主要有以下几种:
一是粉碎直排法:这是一种清洁、方便的厨房食物垃圾处理方法,安装于家庭厨房洗菜盆的排水口处,垃圾处理机上的粉碎部件,通过锤、切、撕、磨等动作粉碎垃圾,将菜头菜尾、剩菜剩饭等食物性餐厨垃圾粉碎后排入下水道,这种方法适用于少量的家庭餐厨垃圾处理,具有一定的局限性。由于直排,势必造成资源上的浪费,同时也容易造成城市下水堵塞和增加城市污水处理系统的负荷。
二是填埋法:填埋法处理餐厨垃圾,是利用厌氧消化处理,将餐厨垃圾中的有机物分解,最终达到将垃圾完全处理、无残留的目的。这种技术简便,是我国大部分地区过去普遍采用的一种处理方式,将餐厨垃圾与普通垃圾一起进行填埋处理,这种方法虽然能够达到餐厨垃圾的无害处理,但却是以消除垃圾为目的,并不能实现餐厨垃圾的回收再利用,也造成资源上的浪费。随着对环境保护认识的加强,我国及欧美等发达国家,对于餐厨垃圾的填埋处理率正在呈逐年下降的趋势,我国的一些发达城市已明令禁止对餐厨垃圾进行填埋处理。
三是利用餐厨垃圾生产肥料的处理方法:餐厨垃圾的肥料化处理方法主要是利用微生物处理技术,将餐厨垃圾中的有机物进行分解,包括好氧堆肥和厌氧消化两种处理方式,达到消灭病原菌,提高肥效的目的,产品可用于生产有机复合肥料。
四是利用餐厨垃圾生产饲料的处理方法:餐厨垃圾的饲料化处理方法主要是使餐厨垃圾经过高温、灭菌、粉碎、干燥、油脂分离提纯等工艺过程,转变成可利用的动物蛋白饲料和油脂产品,达到资源的循环利用。目前我国餐厨垃圾生产饲料设备很多,处理技术也比较成熟。
五是焚烧法:这种处理方法是将餐厨垃圾进行焚烧,以达到减量的目的,焚烧过程中产生的热量可用于发电,达到资源的利用。焚烧法处理餐厨垃圾效率较高,能够达到减量90%的处理效果,但焚烧过程中也产生大量的有害气体,不能达到无害化处理。同时,由于处理规模不够,发电量有限,使得发电后并入国家电网具有一定的难度,这也是这种处理方法的局限性。
六是利用化学方法处理餐厨垃圾生产,如生物柴油,发酵法处理餐厨垃圾生产,如生物农药、燃料酒精等正成为新的餐厨垃圾处理的研究方向。
总之,餐厨垃圾的处理工艺正随着国家对于餐厨垃圾处理问题的重视,经过不断研究和探索日益成熟。
解决餐厨垃圾带来的食品安全问题,技术层面只是其中的一方面,严格规范的餐厨垃圾管理政策是另一个必不可少的方面,两者相辅相成。现就全国而言,餐厨垃圾的处理率还很低,要实现全国大中城市餐厨垃圾的无害化处理还需要一个相当长的过程,在这方面仍需要各级政府做大量的引导和规范管理工作。随着餐厨垃圾处理技术工艺的逐步成熟、各级地方政府规范的管理措施的出台以及人们认识的逐步提高,餐厨垃圾造成的公害必将会得到解决。
参考文献
[1]汪群慧,等.餐余垃圾的资源化技术[J].现代化工,2004,24(07).
P键词:餐厨垃圾;处理工艺;好氧堆肥
中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2017)09-0095-03
1 餐厨垃圾概述
作为城市有机生活垃圾的主要组成部分,餐厨垃圾是指居民家庭、餐饮行业以及企事业单位食堂在食品加工和用餐过程中产生的废料和残余,具有含水率高(高达60%~80%)、有机质占比高(占到干重的95%~98%)、含盐量高、有害物质成分较少等特点[1]。近年来,餐厨垃圾排放量逐年升高,由其引发的污染在城市环境污染问题中日趋显著,对城市卫生环境及居民的日常生活产生了一定的影响,如何合理安全地处置餐厨垃圾,已成为整个社会所关心的问题。
餐厨垃圾在处理上一般遵循无害化、减量化及资源化三大原则,目前在处理技术上,国内外主要采用焚烧法、卫生填埋法以及生物处理方法来对餐厨垃圾进行处理。焚烧法、卫生填埋法等传统餐厨垃圾处理方法通常处理不够彻底,容易引起二次污染,进一步增加环境负担。相比于其他垃圾,餐厨垃圾含有大量的淀粉、蛋白质等有机物,营养物质较为丰富,有害物质含量少,其中有机组分的生物降解率可高达80%,具有很大的回收利用价值。利用生物处理方法来对餐厨垃圾进行降解,不仅处理较为彻底,不会引发二次污染问题,而且在一定程度上对资源实现了回收利用,被公认为是目前比较具有发展前景的处理方法之一。
2 餐厨垃圾处理工艺与方法
2.1 焚烧法 焚烧法是将餐厨垃圾放在特殊设计的焚烧炉中,在1000℃以上高温条件下将垃圾有机成分彻底氧化分解,从而达到减量化目的的方法。焚烧法处理能力强,垃圾减量化程度可达50%~80%,焚烧产生的能量可以用于发电、供暖等,焚烧余下的残渣在高温下加入SiO2等辅料可用于生产水泥、瓷砖等建筑材料。我国通常将餐厨垃圾混入生活垃圾一同进行焚烧处理,资源化利用程度不高,餐厨垃圾含水率高达60%~80%,高含水量导致热值非常低,而焚烧发电对餐厨垃圾的热值具有较高要求,使用焚烧技术处理将大大增加餐厨垃圾的前处理成本。同时,不完全燃烧会产生二f英、氮氧化物、二氧化硫等有害气体及粉尘,破坏生态环境,危害人类健康。此外,焚烧场建设投资额较大,资金占用周期长,管理要求较高。垃圾焚烧技术简便快捷实现了无害化、减量化、资源化的要求,在很多发达国家被广泛采用已有百余年历史,是目前发达国家进行垃圾处理的主要手段。近年来,我国焚烧技术的可接受度并不是很高,废弃物焚烧项目争议引起民众的信任缺失,无论是从技术还是社会影响角度,焚烧技术用于餐厨垃圾处理项目的可行性很低。
2.2 卫生填埋法 卫生填埋法是目前发展中国家普遍采用的处理餐厨垃圾的主要方法之一,是指将垃圾埋入地下,通过各类微生物自身代谢将生物大分子充分降解为小分子的生化过程。卫生填埋技术简单,运行成本低,适合各种垃圾,国内大多数地区将餐厨垃圾直接倒入垃圾填埋场与其他家庭垃圾进行混合填埋。但垃圾填埋场会产生大量的渗滤液、有害气体,容易污染地下水,形成二次污染,危害人体健康,为了防止填埋过程中产生的渗滤液污染土壤和地下水,填埋场需要建设相应的收集和处理系统。此外,填埋场占用了大量土地资源,使用寿命有限,且资源回收利用率基本为零,大量可利用资源被浪费。
2.3 生物方法处理餐厨垃圾
2.3.1 好氧堆肥 好氧堆肥是在好氧情况下,利用自然界中广泛分布微生物的作用使餐厨垃圾中可生物降解有机质转化为有利于土壤性状改良并对作物生长有益且容易吸收利用的高肥力腐殖质的微生物学过程。餐厨废弃物有机质占比高,C/N比较低,N、P、K等元素含量较高,营养成分丰富,适合作为堆肥原料进行处理[2]。好氧堆肥过程大致可分为升温、高温及降温腐熟三大过程,堆肥初期淀粉、糖类等易分解有机物被利用,微生物大量生长繁殖,释放大量热量导致短期内堆体温度快速上升至55℃以上,进入高温阶段;随后易降解物质逐渐减少,加之氧化过程消耗了大量氧气,造成局部厌氧环境,复杂的有机物如纤维素等开始被降解,同时虫卵及病原菌在高温环境下失活,堆体开始逐渐形成腐殖质;持续一段时间后,较易分解的有机物大部分被分解,微生物活动逐渐减弱,温度也随之降低,腐殖质不断积累,堆肥进入腐熟阶段。好氧堆肥法主要工艺流程如图1所示。好氧堆肥工艺技术的优点是简单成熟,运行成本低,便于推广[3],资源利用程度高,堆肥产物可作为有机肥料用于家庭蔬果及花卉种植。缺点是堆肥过程中持续的高温阶段虽然可以杀死病原菌和虫卵,但整个堆肥过程无害化不够彻底,不能很好地解决有害物质及重金属的污染问题,堆肥过程周期较长且占地面积较大;此外,堆肥处理过程无封闭设置,卫生条件相对较差,容易产生恶臭从而引发二次污染。
2.3.2 厌氧消化 厌氧消化是指无氧或缺氧条件下,利用兼性微生物或厌氧微生物的自身代谢将餐厨垃圾中的复杂有机物降解为小分子无机物,以实现餐厨废弃物减量化及无害化的过程。厌氧消化通常不设通风系统,通过接种下水管道污泥、牲畜粪便或者利用餐厨垃圾自身孳生的微生物进行发酵过程,发酵过程一般分为水解发酵、产酸脱氢和产甲烷三大步骤[4],主要工艺流程如图2所示。通过控制消化条件及程度可衍生出各种产物,目前研究方向多集中于沼气、氢气等新型能源物质的生产。厌氧消化自动化程度较高,密封条件易于控制恶臭气体的散发,此外,处理产物能回收得到大量甲烷气体,固体成分经厌氧消化可得到土壤有机肥或肥力改良剂,产品多样化且经济价值较高;但厌氧消化工艺技术相对较为复杂,消化过程反应器内生物量启动时间较长,且微生物对环境较为敏感,餐厨垃圾的高油脂高盐分这一特点使得该工艺无法持续稳定地降解餐厨垃圾。
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较强的复合微生物菌种或微生物制剂对餐厨垃圾进行分解,其原理与好氧堆肥基本相似,主要借助生化处理设备对餐厨废弃物中的有机物进行降解,其中90%以上的有机质转化为水蒸气及无害气体如CO2等,从而达到源头减量目的,主要工艺流程如图3所示。好氧条件下,餐厨废弃物中的可溶性有机小分子物质通过微生物的细胞壁和细胞膜被吸收利用,不溶性的大分子有机物则先附着在微生物体外,首先被微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质,再渗入细胞被利用。微生物通过氧化、还原和生物合成等一系列自身生命活动,一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物质,并释放出大量能量用于自身生长繁殖,另一部分有机物转化为生物体所必须的营养成分,合成新的细胞物质,微生物不断生长繁殖,产生更多的生物体,继续进行一系列的生化作用。相比其他处理方法,使用生化理设备降解餐厨垃圾的优点是时间短,自动化程度更高,同时餐厨垃圾及时得到处置,在源头上得到了有效的控制,避免了餐厨垃圾清运时可能产生的二次污染问题,节约了大量的运输费用[5]。缺点是机器投入资金较大,且单台设备处理量十分有限。
2.3.4 固态发酵制备蛋白饲料 固态发酵制备蛋白饲料是指通过物理方法将餐厨废弃物破碎、筛分、脱水、烘干后,在一定条件下,利用微生物代谢活动对餐厨废弃物进行固态发酵,将大分子有机物转化为易吸收的小分子物质,与此同时,单细胞高蛋白微生物得以繁殖,提高成品饲料中氨基酸及蛋白质含量的过程,主要工艺流程如图4所示。该工艺简单,机械化程度高,生产出的成品蛋白饲料可替代传统的大豆、鱼粉等蛋白饲料,产品附加值高,对餐厨垃圾资源化利用高;但从食品安全性角度来讲,餐厨废弃物制备蛋白饲料技术上存在蛋白同源性问题,可能会引发安全隐患[6],对动物及人类的生命安全造成威胁。
2 结语
近年来,餐厨垃圾的有效处置问题得到了社会及民众的广泛关注,我国多数城市深刻认识到餐厨垃圾对城市环境和居民日常生活带来的危害,开始逐步探寻对餐厨垃圾进行资源化利用的方法。北京、上海、杭州等城市设置餐厨垃圾分类收集点,并出台《餐厨垃圾管理办法》等相关政策法规[7],但大多数城市监管方法仍未制定,有关餐厨垃圾资源回收处置的技术也缺少相应标准。
餐厨垃圾的处理可以简单概括为源头减量、分类收集、资源化利用三步走,政府为餐厨垃圾的处理提供政策保障,完善各项法律法规,积极推动餐厨垃圾的循环再利用,同时不断开发餐厨废弃物新处理工艺,因地制宜寻找适合自己的处理模式和方法。目前我国餐厨垃圾处置仍处于初始阶段,政府应在出台相应政策规范的同时积极扶持餐厨垃圾处理产业,还要加强后续监管,构建健全的餐厨垃圾处理模式,同时综合已有技术逐步尝试新的模式方法,开发新技术,最终达到餐厨垃圾减量化、资源化和无害化的目的。
参考文献
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[3]王磊,胡超,石宪奎,等.中国餐厨垃圾处理技术现状与展望[J].广东化工,2013,40(16):76-77.
[4]Lee DY,Ebie Y,Xu KQ,et al. Continous H2 and CH4 production from high-solid food waste in the two-stage thermophilic fermentation process with the recirculation of digester sludge[J].Bioresource Technol,2010,101:42-47.
[5]路葵.城市生活垃圾的生物处理技术[J].上海化工,2000,19:4-8.
《经济》:目前东城区对于生活垃圾分类采取了哪些具体的措施?
谢申:根据《北京市推进生活垃圾处理工作折子工程》,我区已完成45个居住小区的生活垃圾分类达标工作,逐步实现了垃圾分类流程的精细化管理,在二次分拣、分类投放、分类收集的基础上,因地制宜地制定了三类垃圾三条处理路线分类处理的方式。一是“厨余垃圾”就近消纳、资源再生。全区有10个小区安装并运行了厨余垃圾就地处理机,厨余垃圾可当日进行就地消纳处理,合计每日能消纳1吨左右的厨余垃圾;另外,有40个小区的厨余垃圾由政府专业收运队伍在固定的时间到各小区进行上门收运服务,并分别运送至区餐厨垃圾处理中心和顺义新日月环保公司进行资源化处理,合计每日消纳8吨左右的厨余垃圾。二是“其他垃圾”密闭运输、有序转运。各小区的“其他垃圾”由物业公司或街道环卫所运至小区附近指定的密闭式清洁站,再由区环卫服务中心对接市环卫集团统一转运。为此,我们为小区垃圾清运单位配备了“桶换桶式电动三轮车”等运输工具,要求收运时直接用空桶换满桶,避免垃圾散装造成的二次污染、垃圾遗洒、散发异味等问题,保证运输过程的密闭清洁。三是“可回收物”就近直运、便民回收。各小区保证与一个以上的具有资质的再生资源回收公司建立良好的合作关系,可享受上门回收或送就近回收点两种再生资源回收服务;部分可回收物由区环卫服务中心与各街道办事处在指定地点、指定时间对接,走“桶车对接”直运方式,进行区县统一集中处理,进一步保证了回收效果,较好地促进了垃圾减量。
《经济》:在解决垃圾问题上,城管委有没有进行技术上的创新,在基础设施方面有没有进一步的完善?
谢申:为优先推进生活垃圾源头减量,我区以建设生态、循环、可持续的垃圾处理系统为宗旨,着力构建结构合理、技术先进的生活垃圾处理体系,在大力开展垃圾分类的同时积极投入垃圾处理设施的技术研发与项目建设,不断探索科学技术与管理机制的双项创新。
2010年初,我区城市运行管理服务中心(区餐厨垃圾处理中心)建设完工并开始试运行,日处理能力30吨。通过餐厨垃圾高温好氧发酵技术,不仅能够将餐厨垃圾中的固体物质制造成有机肥料或饲料添加剂,餐厨废油还可以交予炼油厂进行提炼,生成生物柴油,实现了“物尽其用”的资源化处理效果。
同时为解决我区北片餐饮单位相对密集、餐厨垃圾处理难,计划在北二环建设一座厨余垃圾处理站,设备处理能力为每天30吨,可满足安定门街道、北新桥街道等街道居住小区的厨余垃圾处理与消纳。
我们“牵手”河北省大厂县,筹建了餐厨垃圾处理及再生资源利用基地,引进先进的餐厨垃圾处理设备。届时,我区产生的餐厨垃圾经过区餐厨垃圾处理中心的初步加工后,将被运至该基地,进行进一步精细化处理,预计日均可处理餐厨垃圾超50吨。同时,为解决冬季落叶及绿化日常养护产生的枝叶、草末等自然垃圾的外运处理问题,我区因地制宜在北京游乐园南门和地坛公园南门设立了两处落叶打包点,通过机械挤压的方式,将区内冬季落叶等绿植垃圾压缩成35千克左右的方块,统一打包运送至基地内,沤成农家肥并制造沼气,供基地及周边居民使用,还可以用来烘干餐厨垃圾等,在内部形成生活垃圾的循环再生利用体系,达到垃圾源头减量的目标。
《经济》:生活垃圾分类已经提了很多年,但是大多数居民并没有真正做到在家里就把垃圾分好类,请问东城区是如何解决这一问题的?
谢申:小区居民卫生保洁费用由小区物业收取,本着谁收费谁处理的原则,居民小区生活垃圾分类管理要列为小区物业管理的重要工作,由小区物业管理单位负责。小区物业要承担起居民垃圾分类的监督、组织和实施责任。区、街道和社区必须把垃圾分类工作纳入小区物业管理单位的具体工作内容,制定明确的目标任务和考核标准,进行经常性的检查、指导和考评。小区垃圾处理自成体系,进入区垃圾处理循环体系的生活垃圾必须是分类垃圾。物业管理单位必须建立小区生活垃圾管理服务站,集保洁、分类指导和收集运输于一体,推动小区分类工作落实。
另外,我们还将逐步建立起生活垃圾产生量以小区、街道为基础计量单位的管理模式。由小区物业、街道环卫所和区环卫中心三方,根据产生量进行总量结算。区和街道以每年居民产生量的平均数为基数,超量加价收费,减量少收费,分类达标免收费并奖励,通过奖励和加收费用,促进物业管理单位责任落实。
《经济》:东城区自实行新的垃圾分类措施以来,取得了哪些显著的成绩?下一步的工作重点是什么?
一、城市餐厨垃圾处理模式的分析
城市餐厨垃圾适合集中处理还是分散处理,目前仍然存在争议。“十一五”时期,北京市提出了“集中处理为主,相对集中处理为辅”的餐厨垃圾处理指导思想,但是随着餐厨垃圾收运和处理能力矛盾的日益突出,集中处理的弊端逐渐显现,主要因为餐厨垃圾产生源的分散导致收运成本增加,加上餐厨垃圾非正规收集和使用渠道并未禁止,降低了收运效率,餐厨垃圾集中处理设施发挥不出预计的功能。因此有人建议“分散处理为主,相对集中处理为辅”。但是,分散处理又存在效率低、处理不彻底、单位投资和运行费用高、管理不便等问题,尤其限制了占地面积大的堆肥技术和有安全距离要求的厌氧消化技术的应用,仅适合小处理规模的餐厨垃圾生化处理机。
因此,选择集中处理还是分散处理需要综合考虑城市的规模、运输条件以及场地情况,同时对于一些大中型城市可以考虑两种模式相结合的方式。
二、城市餐厨垃圾资源化处理技术现状
目前,城市餐厨垃圾处理技术主要以资源化为导向,具有代表性的是好氧发酵制有机肥技术、厌氧消化产沼气技术、高温发酵制蛋白饲料技术等。基本工艺大致为餐厨垃圾中的废油经过分离收集然后作为制取生物柴油的原料;垃圾中的废水经过污水处理回用或达标排放;经过分选后的固体残渣通过调质,可以选择厌氧消化处理回收沼气,也可以通过微生物高温发酵制成蛋白饲料或有机肥。利用废油制取生物柴油关键在于原料废油的预处理,生物柴油的生产技术已较成熟,而且高浓度废水的处理也已有成熟的技术。因此,餐厨垃圾资源化处理的关键还是固体残渣的处理利用。
1.预处理技术
预处理技术是餐厨垃圾后续资源化利用的前提和关键。随着餐厨垃圾管理的规范和收集运输的专业化,餐厨垃圾综合处理的原料来源将逐渐稳定。收运回来的桶装餐厨垃圾除了含有米饭、面粉、蔬菜和肉类外,还有塑料袋、一次性筷子、玻璃瓶等,因此需要进行预处理,包括脱水、分选、粉碎等。
桶装餐厨垃圾经过除杂、脱水、分选,然后粉碎制成成分单一、便于运输的厨泥,同时回收废油。预处理设施作为餐厨垃圾集中处理设施的预处理单元,优势在于分散建设,一个集中处理厂配置多个预处理设施,从而运送至处理厂的废油和厨泥,可以直接作为原料进行资源化利用。如果作为单独运营的餐厨垃圾处理设施,优势在于减量化明显,回收的废油和厨泥作为一种原料商品提供给生物柴油厂、堆肥厂、蛋白饲料厂或者以回收沼气为目的的沼气工程设施。
2.资源化处理技术
(1) 好氧发酵制有机肥技术
该技术是在餐厨垃圾或厨泥中加入一定比例的调理剂,从而调整物料的含水率、碳氮比以及孔隙状态,通过好氧微生物群落有氧环境下对物料中的多种有机物吸收、氧化、分解,转化为腐殖质,同时放出热量,使堆肥物料自然产生高温(55~70℃),致使病原菌和寄生虫卵死亡,实现餐厨垃圾的无害化。大量的热量将堆体中的水分蒸发,达到减量化的目的。经过处理后的餐厨垃圾可以作为营养土或有机质,经过进一步检测和加工制成合格的有机肥料。该技术具有温度高、基质分解比较彻底、堆制周期短、异味小、可以大规模采用机械处理等优点。
在北京,好氧发酵制有机肥技术的代表是南宫餐厨垃圾处理场,采用封闭式发酵仓。但是单一餐厨垃圾堆肥存在较大的技术难点,含水率高、有机质含量高,导致堆肥升温慢、容积效率较低,而且易腐、颗粒机械稳定性差的特性,需要特殊的填充物提高空隙率、大量的填充剂调理含水率,臭气控制问题以及产品的品质和市场需求也限制了该技术的发展,后续处置难以跟上。
针对以上不足,利用城市园林垃圾和餐厨垃圾联合堆肥成为一种新的方向。研究表明,以干草落叶混合物及餐厨垃圾为原料,在自然通风条件下,通过为期10d的联合高温好氧初级发酵,能够有效地对园林垃圾进行资源化和无害化的处理,添加餐厨垃圾能有效地促进园林垃圾的降解,并且其初级发酵物经检测满足国家无害化相关标准[3]。
(2) 厌氧消化产沼气技术
厌氧消化技术又称为沼气发酵。发展至今已有100多年的历史,在废水、污泥的处理方面得到了广泛运用,目前正普遍应用于城市生活垃圾和餐厨垃圾的处理。餐厨垃圾在厌氧条件下,经过微生物分解转化为二氧化碳和甲烷。它与传统的卫生填埋相比,将厌氧消化的过程由几年缩短到30d以内,与好氧堆肥相比,改变了占地大和管理复杂的问题[4]。该技术的优势是反应不受供氧限制,机械能损失少;可以产生具有利用价值的沼气能源,反应在密闭容器中进行,不会产生臭气等污染物,对环境影响较小。但是厌氧工程一次性投资较大,操作技术要求高,沼气的综合利用以及发电上网等限制条件多,沼渣沼液需要进一步处理才能达标排放。此外,考虑到沼气工程的安全性,场地要求严格。此外,由于我国城市餐厨垃圾高盐分、高油脂含量的特点,在引进国外技术同时需要积极探索适合我国餐厨垃圾特性的厌氧消化技术条件。
目前,该技术的运用以北京董村餐厨垃圾处理厂为代表,此外,重庆环卫集团于2009年开始建设的餐厨垃圾厌氧发酵热电联产项目也采用了厌氧消化产沼气技术。该项目投产后,预计年产生沼气1400万m3,发电3300万kWh,生产有机肥料1.2万t,减排二氧化碳11万t[5]。
(3) 高温发酵制蛋白饲料技术
与堆肥和厌氧消化技术相比,餐厨垃圾高温发酵制蛋白饲料技术具有一定的优势。一方面餐厨垃圾本身含有大量的有机营养成分,经过消毒处理和微生物发酵,制成符合饲料卫生标准的蛋白饲料,能够最大限度地保留其营养成分,改善其饲用价值;另一方面利用餐厨垃圾制蛋白的饲料有较高的经济效益,产品附加值远远高于有机肥和沼气。
围绕该技术,近年来针对灭菌除害、营养转化、节能增效、安全环保等方面进行了大量研究,取得了突破性进展。该技术主要分为物理法和生物法。其中物理法是直接将脱水后的餐厨垃圾进行高温干燥消毒,粉碎后制成饲料。生物法则是采用高效微生物菌体处理餐厨垃圾,利用微生物的生长繁殖和新陈代谢,积累有用的菌体、酶和中间体,经烘干后制成蛋白饲料,有效抑制霉变,并提高产品的适口性。
目前在餐厨垃圾处理模式方面,国内各个城市也逐渐形成各自的特色,形成了宁波模式、上海模式、西宁模式等一系列餐厨垃圾的资源化利用模式,而不局限于集中处理和分散处理的争论。选择合适的餐厨垃圾处理模式,关键在于因地制宜,充分考虑当地的政策环境、城市交通状况、经济以及场地情况等。
在处理技术方面,近几年国内好氧发酵制有机肥技术、厌氧消化产沼气技术和高温发酵制蛋白饲料技术都已完成工程化应用,技术工艺基本成熟。针对运行中出现的问题也正进行研发和实践两方面的探索。随着城市餐厨垃圾管理的完善以及政策和法规的健全,餐厨垃圾将逐渐展现其作为资源的价值。
参考文献:
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[2]戚建强,孙,李红.餐厨垃圾处理技术进展探讨[M].绿色科技,2012,(1):127-129.
【关键词】餐厨垃圾;厌氧消化;处理;挥发性脂肪酸
随着我国社会、经济的发展,人民生活水平不断提高,城市生活垃圾也在急剧增加。据统计调查,餐厨垃圾占城市生活垃圾总量的30%~40%。餐厨垃圾包括家庭产生的易腐性厨余垃圾和饭店、单位食堂等产生的易腐性餐饮垃圾。餐厨垃圾的成分十分复杂,易腐烂变质,其在运输与处理的过程中不仅滋生蚊虫,而且污染水体和大气。厌氧消化工艺是目前餐厨垃圾处理中常用的一种工艺,但在处理过程中仍存在很多问题,如餐厨垃圾单独消化处理时极易出现酸化现象,处理效率低(负荷低)等,为此,必须对厌氧消化工艺进行改进。
1.材料与方法
1.1 材料
餐厨垃圾来自垃圾填埋场,其各项理化指标如表1所示;。其中污染物指标均满足GB4284—84《农用污泥中污染物控制标准》要求。
1.2 试验方法
将厌氧消化处理进料基质的含水量均调整为(10±2)%。厌氧消化反应器容积50L,搅拌强度、温度(35℃)、pH由智能控制系统控制,试验过程中的各指标分析均由我单位承担。试验中,厌氧系统经驯化培养运行6个月后,采取分阶段逐步提高餐厨垃圾有机负荷和提高市政污泥比例的方法,进行餐厨垃圾联合市政污泥厌氧消化试验。试验分4个阶段(表2)。
第1阶段为单一消化餐厨垃圾,有机负荷为2.34g/(L·d)条件下稳定运行约30d后提高有机负荷至3.50g/(L·d)运行约10d,因有机负荷提高后系统不能正常运行而中止第1阶段试验。为解决该问题采取了添加市政污泥的方案,在系统恢复正常后进行了餐厨垃圾与市政污泥的配比试验。将餐厨垃圾与市政污泥按质量比为2:1混合后进行第2阶段试验,此时有机负荷为3.79g/(L·d),HRT为25d;运行后期由于氨氮浓度过高重新进行了配比调整,将餐厨垃圾与市政污泥质量比调整为1:1进行第3阶段试验,有机负荷为3.77g/(L·d),HRT为25d;第4阶段餐厨垃圾与市政污泥配比不变(1:1),提高有机负荷至5.29g/(L·d),HRT为20d。
2.结果与分析
2.1 pH与挥发性脂肪酸(VFA)浓度变化
试验过程中每天监测pH,每3~4d监测一次VFA浓度,第1阶段在低有机负荷〔2.34g/(L·d)〕时,餐厨垃圾单独厌氧消化的pH和VFA浓度均较稳定;当提高餐厨垃圾有机负荷〔3.50g/(L·d)〕时,pH低于系统正常控制范围出现酸化,VFA浓度也急剧升高到近5000mg/L,说明当有机负荷提高时,酸化现象影响发酵系统不能正常运行。而在添加市政污泥后的第2、第3和第4阶段(40d以后)试验中,pH(6.80~7.60)与VFA浓度(2000~3000mg/L)基本保持在系统正常运行的范围。
为了保证反应器内有足够浓度的厌氧菌,pH通常应维持在7.0~7.5,以满足厌氧菌的最佳生长代谢环境,通常稳定的厌氧反应体系中pH可通过厌氧反应中的产酸反应和产甲烷反应平衡。但当产酸反应速率大于产甲烷化速率,则出现有机酸的积累,pH降低,而低pH抑制了甲烷化反应,加剧了有机酸的积累,形成有机酸浓度增加的恶性循环。
为维持系统稳定的pH,在应急情况下可采用加碱中和等手段。
2.2 氨氮浓度及碱度变化
餐厨垃圾市政污泥联合消化系统每3~4d监测一次氨氮浓度及碱度,其变化如图1所示。
由图1可知,随着厌氧消化系统有机质停留时间的缩短(有机负荷提高),在第2阶段(40~60d)明显检测到氨氮浓度有积累升高的趋势,从约1500mg/L升高到约2500mg/L,最终导致系统运行不正常。分析认为是由于氨氮浓度过高对厌氧菌的生物活性有抑制的作用,但抑制浓度的阈值和抑制的程度均没有一定的标准,通常认为氨氮浓度在2000mg/L时就会产生明显的抑制效果。第3和第4阶段(65~110d)在同样的有机负荷条件下,通过增加市政污泥的添加比例,氨氮浓度能有效地降低至正常的范围。
图1 氨氮浓度和碱度变化
根据研究可知,正常运行的厌氧反应器碱度为小于5000mg/L,而在该试验中,厌氧消化系统的碱度从开始的7729mg/L降到最后的6758mg/L,比正常碱度值要高出30%左右。随着有机负荷的提高,整个过程的碱度略有降低,但均比较稳定。
2.3 厌氧消化沼气变化
餐厨垃圾和市政污泥通过厌氧消化反应,其中的大部分有机碳在微生物的作用下转化成沼气(主要含二氧化碳和甲烷,占99%),沼气中常含有少量硫化氢,是由厌氧消化蛋白质产生的,沼气的产率以及沼气中甲烷浓度直接反应厌氧消化体系进程。沼气产率通过湿式流量计检测,沼气中的甲烷用碱吸收法测定,试验结果如图2所示。由图2可知,餐厨垃圾与市政污泥联合消化沼气产气量随有机负荷的增加而增加,而沼气中的甲烷浓度有所降低。
图2 厌氧系统沼气产率变化
2.4 TS浓度变化
厌氧消化基质进料和出料的固体浓度不但是厌氧反应的重要控制因素,其变化值也是厌氧消化效率高低的重要衡量指标,该试验4个阶段平均TS浓度变化如表3所示。
由表3可知,餐厨垃圾和市政污泥中的有机质浓度较高〔VS(挥发性固体)/TS达到80%以上〕,单独消化处理餐厨垃圾TS去除率可达71.70%,与市政污泥联合消化去除率约60%。通过联合消化技术,可使有机负荷从单独消化的2.34g/(L·d)提高到5.29g/(L·d);沼气产率也可从0.78L/g提高到1.03L/g,提高了32.05%。
3.结束语
总之,采用改进后的厌氧消化工艺来处理餐厨垃圾,不仅解决了餐厨垃圾单独消化出现的酸化现象,同时有效地提高了厌氧消化系统的有机负荷率,缩短了反应停留时间,极大地提高了设备设施的利用效率,为产业化生产处理提供参考。
参考文献: