盡管餐廚垃圾的組成成分、性質(zhì)和生產(chǎn)量受地區(qū)環(huán)境差異、居民生活水平、飲食結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化等多種因素的影響,但具備如下總體特征:
a) 高含水率(70%~95%);
b) 有機(jī)物含量高;
c)油類(lèi)(1%~3%)和鹽類(lèi)物質(zhì)含量高(0.8%~1.5%);
d)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富,含氮、磷、鉀等各種微量元素;
e)容易發(fā)酵易腐并產(chǎn)生惡臭。
餐廚垃圾的這些特征使其具有較高的利用價(jià)值,同時(shí)也必須對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)處理,才能得到社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。對(duì)于餐廚垃圾的處理方法有:焚燒處理、好養(yǎng)堆肥、飼料化處理、熱解氣化、厭氧發(fā)酵制甲烷、生物制柴油。關(guān)于焚燒法因?yàn)楹枯^高和燃燒值低的特點(diǎn),所以不適合餐廚垃圾的處理。下面重點(diǎn)介紹物理法處理、好養(yǎng)堆肥、厭氧發(fā)酵和飼料化處理技術(shù)。
1 物理法處理
物理法處理餐廚垃圾主要包括物理研磨粉碎法和物理分選法。通常情況下兩種方法綜合應(yīng)用。就是在研磨粉碎的同時(shí),將油脂等可回收利用的有機(jī)產(chǎn)物進(jìn)行分離,如油脂可以送往制皂廠(chǎng)制成肥皂。其原理較為簡(jiǎn)單,該技術(shù)主要處理機(jī)械設(shè)備為機(jī)械研磨粉碎機(jī)和物理分選垃圾處理機(jī)。其中物理分選處理可以將可回收利用的餐廚垃圾成分進(jìn)行回收利用。物理法處理工藝主要利用于家庭小型餐廚垃圾處理機(jī)。但這種方法容易產(chǎn)生滲濾液和惡臭的氣體,并對(duì)城市的排水系統(tǒng)的會(huì)造成很大的壓力,餐廚垃圾的高油脂的特點(diǎn),也會(huì)對(duì)城市污水處理系統(tǒng)造成巨大的壓力。同時(shí),沒(méi)有對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行能源的回收利用,也不符合中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的需要。
2 好氧堆肥
好氧堆肥工藝是在通氧氣的條件下,利用好氧微生物的新陳代謝活動(dòng)對(duì)餐廚垃圾中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為肥料的過(guò)程。好氧堆肥的溫度一般較高,一般在50 ℃~60 ℃左右。好氧堆肥過(guò)程一般可分為兩個(gè)重要階段。第一階段是高速堆肥階段,第二階段是熟化階段,通常在堆肥過(guò)程中需投加添加劑,以提高堆肥有機(jī)物降解性和增加堆體通風(fēng)性能。好氧堆肥技術(shù)降解有機(jī)質(zhì)速度快、堆料分解徹底,同時(shí)能有效殺滅病原微生物,是處理高有機(jī)質(zhì)固體廢物的一種有效手段。研究表明好氧堆肥的影響條件是環(huán)境溫度最為顯著大于含水率的影響,其次是固態(tài)顆粒的大小,最后是氧氣通風(fēng)量,得出好氧堆肥的最佳的工藝條件是環(huán)境溫度大約為40 ℃,通風(fēng)量為66.6 mL/s。好氧堆肥化技術(shù)的控制條件主要是原料的選擇和參數(shù)的控制,餐廚垃圾原料C/N處于特定區(qū)間,才能發(fā)揮最好的堆肥效果。堆肥溫度是對(duì)好氧堆肥影響最為重要。研究表明,堆肥溫度應(yīng)控制在45 ℃~65 ℃。溫度超過(guò)65 ℃就會(huì)對(duì)微生物新陳代謝活動(dòng)起到抑制作用。
3 厭氧發(fā)酵
從能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略來(lái)看,對(duì)餐廚垃圾的資源化處理和能源利用,國(guó)內(nèi)外采取的主流工藝就是厭氧發(fā)酵制取甲烷的主體工藝。厭氧發(fā)酵主要分為兩個(gè)過(guò)程:厭氧分解過(guò)程和生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。厭氧微生物降解分為四個(gè)階段,即水解、酸化、乙酸化和甲烷化。在厭氧發(fā)酵過(guò)程中,餐廚垃圾中的大分子量物質(zhì)首先被微生物分解為分子量較小的物質(zhì),如糖、多肽和長(zhǎng)鏈脂肪酸等物質(zhì)。水解階段水解酶或輔水解酶首先要吸附在有機(jī)大分子顆粒表面,將長(zhǎng)鏈大分子有機(jī)質(zhì)分解成短鏈聚合物。而第二階段,生成的短鏈有機(jī)物進(jìn)一步被產(chǎn)酸菌酸化,生成如葡萄糖、氨基酸和其它短鏈的有機(jī)酸,同時(shí)產(chǎn)生少量的NH3和H2S。第三階段為產(chǎn)乙酸階段,葡萄糖和氨基酸等物質(zhì)在乙酸菌的作用下,生成揮發(fā)性的脂肪酸(如乙酸和丁酸),同時(shí)也會(huì)生成少量的H2和CO2。第四階段為甲烷化階段,將脂肪酸類(lèi)、H2和CO2轉(zhuǎn)化成甲烷,在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中,大部分能量將儲(chǔ)存在甲烷中,少部分被微生物利用。研究表明,物料濃度為15 GVS/L、接種30%v/v污泥、55 ℃高溫等條件下,餐廚垃圾的產(chǎn)氣率最高。最新一種發(fā)明專(zhuān)利,其條件物料濃度為15 GVS/L~25 GVS/L;第二相厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的溫度控制在35 ℃~37 ℃, pH值則控制在6.5~7.5;在第二相連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中,餐廚垃圾的甲烷產(chǎn)率最大可達(dá)450 ml/GVS,產(chǎn)生氣體中甲烷濃度達(dá)60 %~70 %。代表企業(yè)甘肅馳奈生物能源系統(tǒng)有限公司。許多學(xué)者就餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處置進(jìn)行了大量的工藝技術(shù)研究,但總體處理技術(shù)還不完善,對(duì)厭氧發(fā)酵還有許多技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)行進(jìn)一步的系統(tǒng)研究。
4 飼料化
從餐廚的成分分析,其中含有大量的有機(jī)物質(zhì),將其飼料化是具有一定的優(yōu)勢(shì)。餐廚垃圾作為原料,價(jià)格低廉,供應(yīng)量巨大,產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)豐富。飼料化有兩種方式:a) 生物處理制飼料。原理是將培養(yǎng)出的菌種加入餐廚垃圾中密封貯藏,菌種進(jìn)行繁殖并殺除病原菌制成飼料;b) 高溫消毒制飼料。原理是采用高溫消毒原理,殺除病毒、經(jīng)粉碎后加工成飼料,可供禽畜食用。青海潔神公司通過(guò)引進(jìn)韓國(guó)的處理技術(shù),提出了餐廚垃圾飼料化的方式。寧波開(kāi)誠(chéng)投資控股公司的主要工藝是“預(yù)處理+做飼料+水厭氧”,在做餐廚垃圾飼料化方面比較成功。餐廚垃圾生產(chǎn)高鈣多維酵母蛋白飼料的方法,將經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)粉碎、脫水、加氮中和、滅菌后的餐廚廢棄物及泔水物料與通過(guò)流量控制器混合控制的酵母和微生物生物菌種進(jìn)行混合接種后經(jīng)計(jì)算機(jī)控制分批進(jìn)行固體發(fā)酵再經(jīng)干燥、磨粉、化驗(yàn)及包裝制成高鈣多維酵母蛋白飼料。關(guān)于做飼料,首先要考慮的是國(guó)家的政策,做飼料的臭氣難控制,餐廚垃圾處理設(shè)備磨損快。餐廚垃圾作飼料所面臨的主要問(wèn)題是飼料安全,因此在該技術(shù)從食品安全上考慮,此法選擇方面要十分謹(jǐn)慎。
5 結(jié)語(yǔ)
物理法、好養(yǎng)堆肥、厭氧發(fā)酵、飼料化等方法都存在各自的優(yōu)勢(shì)與不足的地方,應(yīng)該采取綜合的處理方式,單獨(dú)的方法是不能滿(mǎn)足減量化、能源化、無(wú)害化的目的。根據(jù)餐廚垃圾的成分和性質(zhì)目前餐廚垃圾處理的技術(shù)應(yīng)該以厭氧發(fā)酵制取甲烷為主要的工藝。厭氧發(fā)酵控制條件成為研究重點(diǎn),但目前還存在以下問(wèn)題有待解決:a) 厭氧發(fā)酵速度比較慢,周期較長(zhǎng); b)餐廚垃圾中的高含鹽量,對(duì)甲烷菌有抑制作用;c)甲烷產(chǎn)氣量比較少,不能形成大規(guī)模的能源利用?傮w來(lái)看,中國(guó)餐廚垃圾處理形成了以厭氧消化為主的趨勢(shì),整個(gè)處理流程大同小異,不同餐廚垃圾處理廠(chǎng)之間只是存在個(gè)別處理環(huán)節(jié)技術(shù)的改進(jìn)。