第三节厨余垃圾传统处理技术概述(1)

第三节厨余垃圾传统处理技术概述一、破碎处理与饲料化处置（一）破碎处理技术破碎直排处理是欧美国家处理少量分散厨余垃圾废物的主要方法，如家庭产生的少量餐厨厨余垃圾废物，在厨房安装一台破碎机，将饮食垃圾切碎，用水冲到市政下水管网中，与城市污水合并进入城市污水处理厂进行集中处理。破碎法对于少量分散产生的厨余垃圾废物，如家庭厨余垃圾处理，具有价格便宜，技术简单的优势，能降低城市垃圾的含水率，减少收集量，利于提高城市垃圾的热值品位。但其不足的方面有：(1)需要采用较多的水进行冲洗，增大城市污水的产生量和处理量；(2)在污水管网中，易沉积、发臭，增加病菌、蚊蝇的滋生和疾病的传播；(3)废物中有机组分不能得到资源利用，同时增加了城市污水处理厂的处理负荷；(4)不利于大规模的厨余垃圾废物的处理处置。由于我国的城市污水收集和集中处理还处于发展阶段，我国目前的城市污水收集、处理率水平较低，厨余垃圾废物的破碎处理在我国的推行应用具有现实的难度。（二）饲料化处置技术厨余垃圾废物是食品废物的一种，营养成分丰富，厨余垃圾废物的饲料化处置，能充分利用厨余垃圾中有机营养成分，厨余垃圾的饲料化处置主要有以下三种形式。第一种方式，厨余垃圾废物直接作为动物饲料，由于其不能达到环境安全的要求，国外多数国家均严格禁止厨余垃圾的这种处置利用方式。第二种方式，厨余垃圾废物饲料化必须经过适当的预处理，消除病毒污染，然后才能制成动物饲料，进行资源化利用。其预处理手段主要针对厨余垃圾废物中的细菌、病毒等污染物的控制，常用的预处理手段有：高温干化灭菌、高温压榨等。日本对厨余垃圾废物采用明火加热煮沸的方式，进行厨余垃圾消毒；M.N.Nijmeh等采用太阳能干化器处理食品废物制造饲料；国内郝东青等亦采用分选、蒸煮、压榨、脱油工序进行了厨余垃圾处理生产蛋白饲料的技术研究工作。高温、压榨等处理手段对减少厨余垃圾废物的细菌、病毒污染具有明显的效果，但仍然存在一定的安全隐患。TimothyR.Kelley等进行厨余垃圾压榨处理后的病原性试验结果表明，该法能显著减少食品废物中的大肠菌群等致病菌数量，但不能完全消除废物中的病原菌以及其他残存的微生物。另有从厨余垃圾废物中检出易引发疯牛病的毒枝霉素的研究报道，而毒枝霉素很难通过高温等常规消毒手段消除；此外，大量报道表明，厨余垃圾废物中存在许多微量的有毒有害物质，如作物的农药残留、食品添加剂等，其中许多物质具有很强的环境稳定性和生物累积效应，因此，利用厨余垃圾废物直接作为动物饲料，并以很短的周期和途径再次进入食物链的循环，对动物和人类的健康安全均带来不利影响，存在不可确定的安全隐患。第三种方式，是采用厨余垃圾饲养特定非食物性生物，然后进行转化物质的提取应用。耿土锁等20世纪80年代即进行了厨余垃圾等食品垃圾饲养蚯蚓提取动物蛋白的生产性试验。该方法通过厨余垃圾得到动物蛋白，应该说，相比厨余垃圾直接应用为动物饲料，进入食品循环，具有较高的环境安全性，但在蚯蚓饲养过程中存在环境影响的控制，蚯蚓蛋白的进一步利用途径及安全性等，尚需进一步的研究确认。二、好氧生物处理美国、爱尔兰等将包括厨余垃圾废物在内的有机废物统一收集，在有机废物处置厂进行分类堆肥或其他的资泺利用。韩国通常采用堆肥以及饲料化的处置方式，由于饲料化存在潜在的有害影响，堆肥日益成为处置厨余垃圾废物的主要途径，Jae-JungLee等以化学肥料为参照，研究了厨余垃圾废物堆肥对土壤微生物、土壤活性以及莴苣生长的影响，在4到6周的试验中，施用厨余垃圾堆肥的新鲜莴苣收获重量达到控制样的3～4倍，土壤微生物数量以及活性明显提高，并有利于植物氮素的吸收利用。但在技术上，单一厨余垃圾堆肥存在着较大的技术难点，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，此外厨余垃圾中含有的大量油脂和盐分会进一步影响微生物对有机物的分解速率。Sung-HwanKwon等研究指出，由于受厨余垃圾物料特性的影响，厨余垃圾堆肥的有机物转化率低于城市生活垃圾(MSW)的转化率。Yao-WuHe等研究了厨余垃圾等食品废物好氧堆肥过程中CH4以及N2O等温室气体的排放，结果表明，初期产生N2O的排放高峰，两天后逐步回复到大气环境的本底值，而在牛粪调理的情况下，在堆肥的全过程均产生N2O的排放，并形成两次排放高峰，同时，排放尾气申检出CH4，这说明，即使在强制通风的情况下，厨余垃圾颗粒内部存在缺氧和厌氧环境，厌氧菌的加入，使得甲烷气的产生。由于厨余垃圾废物堆肥处理的技术复杂性，有研究者尝试进行了厨余垃圾废物强制导热通风的高温氧化处理研究。吕凡、何品晶等进行了餐厨垃圾高温好氧生物消化工艺研究．实验结果表明，控制反应在高温条件下(55～65℃)可以达到最大减量率，减容率达到40%以上。高温好氧工艺处理厨余垃圾，有机物转化率高，反应残余可作为有机肥料。但反应过程要保持较高的温度，消耗大量的能量，同时由于物料中有机物含量极高，需氧量大，充足、高效的供氧设备及其充氧效率是反应成功的关键，大量的排放尾气中含有较多的挥发性有机物。总体上，高温好氧工艺运行成本较高，对环境产生较大的影响，不利于大规模的厨余垃圾废物的处理。三、厌氧发酵处理由于厨余垃圾饲料化、好氧处理的技术缺陷，很多学者将厨余垃圾处理的方向转向厌氧生物技术。厌氧微生物能强化厨余垃圾中油类的分解，耐盐毒性较强；此外，不需供氧，节省能耗，因此，从技术分析上，厨余垃圾废物的厌氧发酵处理具有节能、高效、资源回收的优势，但亦存在发酵周期长、初期投资大的不足。目前，有机废物的厌氧发酵处埋技术，可分为两大类：其一，是进行低固体的浆料或液态发酵，技术相对成熟；其二，进行厨余垃圾废物原生态或适当调理的高固体或半固体厌氧发酵技术。高固体技术在系统投资、设备效率、发酵物料的综合利用等方面具有明显的优势，在发酵理论上亦较成熟，但随着固体浓度的提高，物料中毒性物质以及流态、传质等因素的影响加强，在具体技术应用上尚存在较多的不确定性和难度；发酵工艺以及参数的确定、反应器的构建以及过程的控制等方面是其研究的重点。厨余垃圾废物含水率在80%左右，物料组成复杂，酸化速率极快，高有机物含量以及盐分影响，易对厌氧微生物，尤其是甲烷相微生物的活性产生抑制，因而，采用大量加水稀释的方式进行，可以减少物料对微生物的抑制影响，提高反应进程，能实现厌氧物料的流态化；在工艺的组合（温度、负荷等）、生物相的分离（单相、两相）、高效反应器（如UASB、ASBR等）的构建应用等方面具有明显的优势。但大量稀释水的增加，造成反应器体积庞大，投资和运行费用大幅提高，同时，大量发酵后的液体含有较高的COD等环境污染物，需进一步处理才能达标排放。保持厨余垃圾原有基质状态或适当调理，进行厌氧发酵处置，相比以上方法，具有阴显的优势，符合厨余垃圾处理产业化的要求，但目前国内进行厨余垃圾废物高固体或较高固体发酵处理的试验研究很少，国外的少量研究成果可以用以借鉴。JaeKyoung等进行了厨余垃圾废物的甲烷化潜力(BMP)研究，结果表明，厨余垃圾废物具有较大的厌氧甲烷化潜力，肉食、纤维素、米饭、卷心菜和混合废物的甲烷化潜力分别为(每克VS)482mL/g、356mL/g、294mL/g、277mL/g、472mL/g，厌氧可生物降解性分别为0.82、0.92、0.72、0.73、0.86，但长期稳定试验效果不佳，产气率远达不到BMP研究结果；M.Mure、WangYusheng等进行了厨余垃圾废物与市政污泥等的联合发酵试验表明，在一定的比例下，厨余垃圾发酵可以顺利进行。在厨余垃圾高固体发酵过程中，物料的酸化过程是影响发酵启动和稳定性的主要原因。Kang等研究得出结论，厨余垃圾废物在发酵的初期迅速产生大量的挥发酸(VFAs)．引起系统pH值的急剧下降，抑制甲烷化的进行，进一步的研究表明，即使保持系统pH值在中心范围，在接种率30%的条件下，厨余垃圾厌氧发酵亦未能达到甲烷化过程；对应的厨余垃圾酸化液厌氧毒性试验(ATA)表明，厨余垃圾酸化液是抑制厨余垃圾废物甲烷化进程的主要原因，当对系统的发酵液进行稀释时，在很短的时间内（1天）微弱恢复产气，继而系统彻底崩溃。而不同的研究结论亦存在,Ghanem等通过研究认为，挥发酸的累积会导致系统产气的停滞，但当减少挥发酸的浓度时，系统产气能力能得到恢复，甲烷化可以继续进行。此外，Q.wang等研究表明，餐厨废物中存在的乳酸发酵能抑制其他细菌生长，进而影响到废物发酵的启动与进程，发酵菌种的驯化、系统快速启动是厨余垃圾废物发酵的技术难点。总的说来，厨余垃圾废物高固体或半固体厌氧发酵处理，有利于厨余垃圾废物的全面资源化，但在工艺技术上相对还不完全成熟，有待于进一步的系统研究。四、填埋填埋由于操作简便，是目前应用比较普遍的处理方法。厨余垃圾很适合于填埋场气体利用技术，因为厨余垃圾的产气速度很快，稳定时间比较短，有利于垃圾填埋场的恢复使用；厨余的有机物中可生物降解组分比例较高，单位质量的干垃圾的理论产气量也高于纸张。但由于厨余垃圾过高的含水率导致渗滤液的增多，符合填埋条件的土地面积的减少，造成处理成本升高。而且厌氧分解的厨余垃圾是填埋场中沼气和渗滤液的主要来源，会造成二次污染。这种处理方式将损失厨余垃圾中几乎所有的营养价值，最终厨余垃圾中的绝大部分碳将转化为沼气。在一个精心设计的填埋场里，约有66%的沼气可以作为燃料重新利用，但剩余的34%将进人大气层。而沼气对全球变暖的影响约为二氧化碳的25倍。五、厨余垃圾处理机厨余垃圾处理机主要分三种类型：第一种就是将厨余垃圾破碎后，直接排A下水道，并没有深层次的处理；第二种以减量化为主，也称消化型，采用加热器使水分蒸发，减小垃圾体积；第三种以资源化为主，也可称作生化式，是先利用细菌将有机物分解之后，再将剩下的残渣作为肥料使用。厨余垃圾处理机的优势在于没有二次污染，占地小，运行成本低，操作方便，既可用于居民厨房，也可用于厨余垃圾产生量比较大的单位部门。日本在厨余垃圾处理机的生产、销售和推广方面已经形成了比较完善的市场体系。政府出台了一些优惠政策并运用财政帮助其在居民或厨余垃圾产生单位的推广。第四节厨余垃圾的堆肥化处理一、堆肥化定义依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微生物过程叫做堆肥化。堆肥化的产物称作堆肥。二、堆肥作用和用途堆肥还田，能够增加土壤中稳定的腐殖质，形成土壤的团粒结构，改善土壤物理的、化学的、生物的性质，使土壤环境保持适于农作物生长的良好状态。腐殖质又有增进化肥肥效的作用。总之，使用堆肥主要具有以下两种作用。(1)堆肥的改土作用。堆肥对土壤的作月不同于化肥，它是优良的土壤改良剂。堆肥施入土壤可以明显地降低土壤容重，增加土壤的空隙率，使固相下降，液相和气相增加；提高了土壤的保水能力、通气性和渗水性。腐殖质的增加提高了土壤的阳离子交换能力，有利于保持肥效；腐殖化的有机物具有调节植物生长的作用，也有助于根系发育和伸长，即有助于植物扩大根部范围；最后，堆肥使用增加了土壤中的微生物数量。微生物分泌的各种有效成分直接或间接地被植物根吸收而起到有益作用，故堆肥是昼夜有效的肥料。(2)堆肥的增产作用。国内外的许多试验表明，堆肥具有明显的增产作用。有试验表明，连续使用堆肥2～3年后土壤空隙度增加2.l%—4%，田间持水量增加1.4%～3.5%，有机质增加0.05%～0.17%，增产幅度最高达15%。但一个应该予以重视的问题是，不同的堆肥原料、堆肥品质对农作物的影响是不一样的，堆肥使用于不同的场地，其使用方法和使用量都有区别。三、堆肥的原料要求堆肥原料特性（CJ/T3059-1996）：(1)密度。适用于堆肥的垃圾密度一般为350～650kg/m3；(2)组成中（湿重）有机物含量不少于20%；(3)含水率。适合堆肥的垃圾含水率为4006—60%；(4)碳氮比(C/N)。适合堆肥的垃圾碳氮比为(20：1)～(30：1)。四、堆肥的产品质量和卫生要