隨著我國現代化(huà)水平的不斷提高,城(chéng)市生活垃圾產量也在與日俱增(zēng)。據統計,我國城(chéng)市生活垃圾正以年平均10%的速度遞增,而流動人口增長較快的上海、北(běi)京、武漢等城市,生活垃圾的年(nián)增長(zhǎng)率甚至高達(dá)15%~20%。許多城市已出現(xiàn)了(le)垃(lā)圾圍城的嚴重局麵。因此進行垃圾無害(hài)化、資源化、減量化處理已成為現代化城鎮(zhèn)建設的一項重(chóng)要(yào)內容。餐廚垃圾占城市生活垃圾的37%~62%,是生活垃圾的(de)重要組成部分。以有機(jī)物為主的餐(cān)廚垃圾是城市生活垃圾腐敗、二次汙染的根源,它不僅包括(kuò)餐飲行業和(hé)居民生活的廚房餘物、食用殘留,還包括食品加工行業尾(wěi)料、市(shì)場超市過期變質果蔬(shū)食品。因此適(shì)宜的餐廚垃圾資源化(huà)處理對城市(shì)生活垃圾處理具有重要意義。
1我國餐廚垃圾的特點
1.1可利用價值高
雖然餐廚垃圾是由米、麵、果蔬、動植物油、肉、骨及廢餐具、紙巾、塑料等組成的(de)混(hún)合物,但其主(zhǔ)要成分為澱粉、蛋白質、脂類(lèi)、纖維素和無機鹽。相關資料(liào)顯示(shì),餐廚垃圾幹物質(zhì)中(zhōng)有機質含量達95%以上,其中粗脂肪(fáng)21%~33%,粗蛋白11%~28%,粗纖維2%~4%,除此之外,餐廚垃圾中還富含氮、磷、鉀、鈣、鈉、鎂、鐵等微量(liàng)元素。因此經適宜的處(chù)理,餐廚垃圾將有很高的再利用價值。
1.2水分含量高且存在(zài)形式多樣
水是餐(cān)廚垃圾的基本成分,占餐廚垃圾的70%~90%,是餐(cān)廚垃圾腐(fǔ)敗變質(zhì)的基礎,因此脫水處理(lǐ)成了餐廚垃圾處理的(de)必(bì)要環節。因餐廚垃圾有(yǒu)機物含量高,且顆粒細小,這使得餐廚垃(lā)圾中(zhōng)水的存在形式呈現出多(duō)樣(yàng)性:自由水、間隙水(shuǐ)、結合水。自由水是餐廚(chú)垃圾中含量較多,較容易去除的水分,這部(bù)分水分與垃圾中固體顆粒沒有相互作用關係,通過重力、離心力等機械方式或者簡(jiǎn)單加熱就能去除(chú);間隙水是夾(jiá)在膠體顆粒細小間(jiān)隙和毛細管中的水分,受到(dào)液(yè)體凝聚力和液固表麵附著力的(de)雙(shuāng)重作用,要分離這部分水,需要較高的(de)機械作用力和(hé)能量;結合水是由(yóu)澱(diàn)粉(fěn)、蛋白質等膠體顆粒表麵張力作用而吸附的水分,這部分水(shuǐ)分(fèn)很少,也較難去除,因此在餐(cān)廚垃(lā)圾脫水處理(lǐ)中以去除自由水和間隙水為主。
1.3危害性
高水分、高有機質(zhì)含量使餐廚垃圾極易腐(fǔ)敗變質(zhì),給暫存、收集、運(yùn)輸及處理造成極大的困難(nán)。同時腐敗的餐廚垃圾會產生(shēng)大量黴菌毒(dú)素等有害物質,如不經處理直接飼喂牲畜,會使這些有(yǒu)害物質在牲畜體內寄(jì)生、蓄積、轉化,從而誘發各(gè)種(zhǒng)疾病,最終通過食物鏈傳染(rǎn)給(gěi)人類。腐(fǔ)敗的餐廚(chú)垃圾還將產生大量滲濾液(yè),並散發惡臭氣體,汙染水源和大氣,對環境極不(bú)友好。
1.4餐廚垃圾處(chù)理形式多樣,各地發展(zhǎn)不平衡
受傳統泔腳養豬觀(guān)念的影響,餐廚垃圾通過簡單加熱直接飼喂畜禽的現象普遍存在。盡管現階段(duàn)部分城市和地區已經意識到“垃圾豬”、“地(dì)溝油”的危(wēi)害(hài),並頒布(bù)了相關法規,加強餐廚垃圾(jī)的收集、處理;但因各地發展不(bú)平衡,加之缺乏切實可行的處理方式及處理(lǐ)設備,形成了大城市多以(yǐ)填(tián)埋方式處理,中小城市以周(zhōu)邊養殖(zhí)戶收集飼喂畜禽和部分通過(guò)下(xià)水道進入汙水處(chù)理廠統一處理生活垃(lā)圾的格局。
2餐廚(chú)垃圾的處理(lǐ)技術(shù)
2.1與生活垃圾(jī)一起填埋
填埋是我國城市生活垃圾最主要的處理方式(shì),生活垃圾處置(zhì)量的70%以上,尤其是對(duì)不可回收垃圾,填埋是理想的,也是最終的處理方式。填埋是基於微生物厭氧發酵的原理,將垃圾慢慢轉(zhuǎn)化而達到無害化目的。填埋分2類:①簡易填埋,又稱傳(chuán)統填埋;②衛生填埋。
簡易填埋是利用坑、塘、窪地(dì)等非耕地,將垃圾自然集中堆放在一起,不加任何掩蓋,未做滅菌、除臭(chòu)、防汙(wū)染等處理的填埋方式。
衛生填埋是(shì)在簡(jiǎn)易(yì)填埋基礎上發展起來的(de)一種更為有效的填埋方式。首先要科學選址(zhǐ),然後采用(yòng)一定的工程技術措施,做好填埋場的底部防滲、沼氣收集、滲濾(lǜ)液處理等(děng)工作後再進行填埋,且在填埋過程中要不斷進行壓(yā)實,最後當垃圾填埋達到一定(dìng)高度後,進行頂部覆蓋處理,以防止雨(yǔ)水侵入。衛生填埋能最大程度減緩和消除垃圾對環境的(de)二次(cì)汙染。
因(yīn)我國尚不具備垃圾分類處理的技術(shù)裝備,因(yīn)此城市餐廚(chú)垃圾大多采取與生活垃圾一起填埋的處理方式。盡管填埋處理垃圾具有處理量大,操作管理簡單,投資運行費用較低,適應性強等優點,但因填埋場在選址、設計、管理等方麵的欠缺,使垃圾填埋普遍存(cún)在二次汙染問題。
(1)大量填埋造成城市周邊土地資源的嚴重浪費。資料顯示,填埋1t垃圾需要占地3m2,我國現有垃圾填埋場用地已超過5×108m2。
2)填埋場產生大量有害氣體。CH4是填埋場所產氣體的主要成分,占(zhàn)總量的40%~60%。在我國的垃圾填埋場中,沼氣無收集或處理,直(zhí)接外排的量高達(dá)80.5%,因此(cǐ)垃圾填埋場成了我國CH4最大的活動釋放源。
(3)填埋場滲濾液汙染嚴重。我國填埋場(chǎng)中,滲(shèn)濾液未經處理直接(jiē)外排的約占65.4%,少部分經過處理的滲濾液也普遍超標,因此滲濾液成了(le)填埋(mái)場周邊地表水係的主要汙染源。
(4)未經滅蟲覆蓋的填埋場(chǎng),還易引發(fā)白色汙染和滋生蠅蚊等問題。
2.2堆肥處理
堆肥是一種較常見的有機垃圾資源化處理方式。其原理是(shì)在(zài)可(kě)控條件下,利用微(wēi)生物的降解作用,實現對有(yǒu)機垃圾的分解(jiě)、轉化,生成水(shuǐ)、土壤腐殖質,以及CO2等氣(qì)體。堆肥處(chù)理(lǐ)可以使廢棄物減量40%以上,同(tóng)時可為土壤提供大量生物有機質及氮、磷(lín)、鉀等微量元素,部分實現了資源循環利用。堆肥分好氧堆肥和(hé)厭氧(yǎng)堆肥2種基本形式,通常(cháng)采用好氧和微好氧堆肥方式,這是因(yīn)為好氧和(hé)微好氧(yǎng)環境能(néng)顯著縮短堆肥周期。堆肥處理需要對(duì)物料性狀進行控製,就好氧堆肥而言,控製參數(shù)如下(xià)[10~13]:有機物含量20%~80%,C與N的質量比為(25~30)∶1,粒度較小且有一(yī)定的孔隙,供氧充(chōng)分,含水率50%~60%,pH值為6.0~7.5,溫度(dù)45~65℃。借鑒國外經驗,結合餐廚垃圾自身的特點(diǎn),2007年北京建成了首座(zuò)餐廚垃圾堆肥處理廠(南宮餐廚垃圾處(chù)理廠),其處理方法(fǎ)是:用固液分離機將收集(jí)來的餐廚垃圾擠壓(yā)脫水,將大體積物料提出,再進行堆肥處理。
餐廚垃圾堆肥處理(lǐ)具有處理方法簡單、實用性強,利於補充土壤中有機質和微量元(yuán)素,實現資源重複利用等優點(diǎn);缺點是占(zhàn)地麵積大、處理周期長,堆肥過程(chéng)中產生(shēng)的汙水和臭氣會對周邊環境造成二次汙染,同時較(jiào)高的鹽分、油脂含量降低(dī)了堆(duī)肥的品質,尤其是高鹽(yán)分抑製了(le)植物(wù)的(de)生長,長期使用還將導致土壤的鹽堿化。
2.3飼料化處(chù)理
出於安全(quán)性考慮,許多國家禁止直接將泔腳作為動物飼料,於是人們開始研究餐廚垃圾的(de)飼料化處(chù)理(lǐ)方式。盡管飼料化處理的方(fāng)式有所不同,但基本可分(fèn)為生物(wù)發酵和物理(lǐ)發酵兩大類。鑒(jiàn)於餐廚垃圾中存在的大量黴菌、病毒等有害(hài)微生物是(shì)造成安全問題的最(zuì)終根源,因(yīn)此不論是生(shēng)物處理還是物理處理,其根本目的是(shì)消毒滅菌。
2.3.1物理發酵處理
物理處理主(zhǔ)要是通過脫水、壓榨、滅(miè)菌(jun1)等工序進行幹化(huà)消毒,其基本工藝流程(chéng)為。
飼料化(huà)物(wù)理處理的典型過程[5]是:預處理、脫水脫脂、幹燥滅菌、粉碎、稱質量、包裝。
(1)通(tōng)過(guò)分揀,將(jiāng)餐廚垃圾中的(de)塑料袋、包裝盒、飲料瓶、破(pò)碎餐(cān)具、紙巾等雜(zá)質去(qù)除。
(2)用(yòng)單螺旋或雙螺旋脫水壓榨機對物料進行壓榨(zhà),脫水、脫脂。
(3)對脫出的半幹物料進(jìn)行高溫幹燥、滅菌,清除物料中多餘的水分及各種病源微生(shēng)物。
(4)將幹燥物(wù)料粉碎、稱質(zhì)量,摻入其他成分,混合包裝。除高溫幹燥滅菌(jun1)外,也有采用高溫蒸煮、低溫油炸(約110℃)等工(gōng)藝進行飼料脫(tuō)水滅菌處理的。
此方式處理餐廚垃圾具有操作安全、成本(běn)低、占地麵積小、飼料生產周期短等優點;缺點(diǎn)是須將垃圾及時收(shōu)運到指定地點,設備複(fù)雜,一次投(tóu)入巨大,垃圾存放時間要短,以避免(miǎn)其腐爛變質(zhì)。
2.3.2生物(wù)發酵處理(lǐ)
生物發酵處理是通過微生物(wù)的代謝活動對餐廚垃圾進(jìn)行分解和(hé)轉化,生產微生物蛋白飼料(liào)。利用酵母菌和黴菌混合固態發酵處理餐廚(chú)垃圾,結果顯示,將發酵培養基高溫滅菌20min,加入1%的(NH4)2SO4,4%的KH2PO4,3%的NaCl,設定初始pH值為5.5,含水率約60%,種(zhǒng)子液15%,接種比例1∶1,發酵(jiào)5d,最終產物粗(cū)蛋白含量為33.87%,比原料的粗蛋白含量增加(jiā)6.85%。
陳金鍾等人在150℃下,多菌種混合發酵處理泔腳(jiǎo)和秸稈混合物(wù)(泔腳與秸稈以質量比3∶1混合)結果表明(míng),產物中粗蛋白含量(liàng)大於25%,粗纖維含量小於18%。施呈等人在對(duì)餐(cān)廚垃圾破碎脫水的發酵(jiào)與未發酵對(duì)比試驗中得出,發酵(jiào)產物粗蛋白含量為13.54%,比未發酵產物的粗蛋白含量11.18%多2.36%。由此看出,發酵有利於提高餐廚(chú)垃圾處理產物中的粗蛋白含量。
生物發酵處理的優點是設(shè)備投資較少,占(zhàn)地麵積小,能耗(hào)低;缺點是菌種生長代謝需一定時間,生(shēng)產(chǎn)周期較(jiào)長,部分菌種(zhǒng)需要培養馴化,處理須及時。
2.4粉碎排汙
廚房垃圾(粉碎)處理機是一種家用(yòng)型餐廚垃圾粉碎處理設備(bèi),安(ān)裝(zhuāng)於廚房水槽下,並與排水管相連。其工作原理(lǐ):通過小型電機驅動刀盤,利用(yòng)刀頭(tóu)與垃圾之間的撞擊、擠壓、鋸切等作用將垃圾粉碎(suì),然後與(yǔ)水一並衝入下水道。為防止粉碎(suì)不徹底(dǐ),粉碎腔內裝有直徑小於4mm的濾(lǜ)網(wǎng),將較(jiào)大的垃圾顆粒截留在網內,避免(miǎn)其直接衝下而堵塞排水管和下水道。
這種設備(bèi)在歐美等發達國家使用較普遍(biàn),並於20世紀80年代被引(yǐn)入我國。但由於我國人民的生活習慣、經濟(jì)水平、住房條件等原因局(jú)限,一直沒(méi)有得到大規模發展。廚房垃圾處(chù)理機對廚房餘物進行了及時處理(lǐ),可清(qīng)潔廚房環境,杜絕蠅蟲滋生,消除廚房異味。但粉碎後直接排放,增加了城市汙水(shuǐ)處理量;結塊的油汙會造成排水管堵塞,降低下水道(dào)的排汙能力;有機(jī)質在(zài)管道內蓄積、發酵(jiào),會(huì)產生大量毒(dú)素及易燃易爆氣體,容(róng)易誘(yòu)發事故;大量有機質和(hé)油脂的流入,也增加了(le)城市汙水處理廠的負荷。
2.5其他處理方式
焚燒處理大多是將餐廚(chú)垃圾與其他生活垃圾一起在高溫及供氧充足的(de)特定焚燒爐中焚燒氧化,生成惰性氣體及少量穩定固態殘渣(約5%)的過(guò)程。燃燒過程所產生(shēng)的熱能可(kě)轉換成蒸氣或電能,被重複利用。但餐廚垃圾含水(shuǐ)率高、熱值低,燃燒時需要添加輔助燃料;同時燃燒易產生二英等有害氣體(tǐ),達標排(pái)放較難控製。
蚯蚓堆(duī)肥是一種特殊(shū)的堆肥處理技術。其機理是利(lì)用蚯蚓在自(zì)我繁殖過程中吞食大量有機(jī)質,並將其與土壤混合,通過體內的砂囊機械研磨及腸道內生物化學等作用,將其轉化為自身或其他生(shēng)物(wù)可利用的營養物質。據報道稱,1hm2土地每年(nián)可處理1500t有(yǒu)機垃圾,生產30~60t蚯蚓(yǐn)和555t高級蚯蚓糞。
厭氧發酵產甲烷(wán)處理,是指餐廚垃圾在厭氧條件下通過(guò)微生物的代謝活動產生CH4和CO2混合氣體(沼氣)及少量穩(wěn)定代謝物的過程。
餐廚垃圾厭氧發酵產沼氣,具有明顯的優勢,但工藝(yì)的可行性尚不成熟。進行的餐廚垃圾厭氧發酵研究表(biǎo)明,餐廚垃圾厭氧發酵產氣較穩定,產氣率達到650mL/g,但存在啟動條件嚴格、發酵周期長、有機物轉(zhuǎn)化率較低的問題。
3餐廚(chú)垃圾的就地脫水處理
盡管針對餐廚垃圾資源(yuán)化利(lì)用(yòng)的研究比較多,但目前國內還沒有較(jiào)為成熟的處理工藝及(jí)設備。其(qí)原因主要在於(yú):①餐廚垃圾較高(gāo)的含水(shuǐ)率使其極易腐敗變質,給收集、運輸(shū)及後處理帶來(lái)極大(dà)困難(nán)。資料顯示,餐廚垃圾在自然狀態下放置24h,其細菌總數即達到108/g樣品,而後至72h間的細菌總數(shù)卻無明顯增加;②各地經濟發展不(bú)平衡,部分地區對餐廚垃圾的危害性認識不夠,缺(quē)少收(shōu)集、運輸、處理等管理上的法律法規;。
3.1就地脫水並後處理工藝
結合我國城(chéng)市生活垃圾處理的具體情況(kuàng)及(jí)餐廚垃圾的特性,中(zhōng)天(tiān)星火環保機械(xiè)研究課題組提出以下餐廚垃圾處理方案,並開發出相關設備。
餐廚垃(lā)圾的就地脫水處理,從源頭上(shàng)減(jiǎn)少了城市生活垃圾量。按餐廚垃圾占生活垃圾(jī)的(de)40%計(jì)算,就地脫水處理至少可(kě)減少生活濕垃圾50%以上,大幅度降低了(le)城市生活垃圾(jī)處理負荷;同時餐廚垃圾的就地脫水(shuǐ)處理(lǐ)有效降低了生活垃圾的含水率,提高其有機質含量,有利於生活垃圾後續的堆肥、焚燒處理。較低含水率的生活垃圾方便暫存、收集和運輸,可避免二次(cì)汙染,美化城市(shì)環境。脫水處理產物在室溫下短期保存(cún),經統一收集後,可另行堆肥、脫油、發酵產沼氣、滅菌生產飼(sì)料等資源化再處理。
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