餐厨垃圾处理的发展现状与进展

餐厨垃圾处理的发展现状与进展摘要:本文介绍了餐厨垃圾的处理工艺的现状，包括物理分选处理、粉碎直排法、填埋法、厌氧处理、微生物处理和堆肥法，分析了其优缺性，重点介绍了餐厨垃圾厌氧发酵处理的相关影响因素，最后对餐厨垃圾厌氧处理工艺的发展前景进行了展望。关键词：餐厨垃圾；厌氧发酵；速率ThepresentsituationandprogressofeathutchwastedisposalAbstract:thispaperintroducesthestatusquoofeathutchwastetreatmenttechnology,includingphysicalseparationprocessing,grindingmethod,landfillmethod,anaerobictreatment,microbialtreatmentandcompostingmethod,analyzesitsadvantagesandsex,mainlyintroducestheeathutchwasteanaerobicfermentationprocessingrelatedinfluencingfactors,finally,thedevelopmentprospectofeathutchgarbageanaerobictreatmentprocessisdiscussed.Keywords:eathutchgarbage;Anaerobicfermentation.rate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。泔脚含水量高，油脂多，盐分含量高，而且极易易腐因发酵而发臭。所产生的气体非常的复杂，大多是含硫或含氮的的气体，例如硫化氢(H2S，臭鸡蛋气味）、硫醇（极难闻的恶臭）和氨气（人类臭屁的威力，想必不用多言）。这些气体对人类鼻腔的刺激远远大于泔脚中“底料”对鼻腔的刺激。我们闻上去却总是同一种气味就是又酸又臭的那种。表1我国部分城市生活垃圾中餐厨垃圾的比例（%)城市北京上海广州深圳香港南京沈阳济南比例3759575734456241表2世界部分国家城市生活垃圾中餐厨垃圾的比例（%）国家美国英国法国德国荷兰瑞士日本韩国新加坡比例122722152120232330餐厨垃圾是食物垃圾中最主要的一种,包括家庭、学校、食堂及餐饮行业等产生的食物加工下脚料(厨余)和食用残余(泔脚)。其成分复杂，主要是油、水、果皮、蔬菜、米面、鱼、肉、骨头以及废餐具、塑料、纸巾等多种物质的混合物。我国餐厨垃圾数量十分巨大，并呈快速上升趋势。餐厨垃圾是城市生活垃圾的主要组成部分。在不同的城市或国家，餐厨垃圾在城市生活垃圾中所占的比例差异很大（见表1和表2），我国城市生活垃圾中餐厨垃圾的比例较高，大多在37%~62%。营养丰富的餐厨垃圾是宝贵的可再生资源。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。虽然处置不当会产生严重的后果，但餐厨垃圾也并非一无是处。本文介绍了国内外对餐厨垃圾处理工艺的现状及不同工艺的优缺点。同时，针对目前采用的厌氧发酵工艺的相关因素的影响进行一个探究，探讨了pH、温度、含水率/固含量、停留时间、酶，以及预处理的相关影响因素对餐厨垃圾厌氧发酵的影响。1餐厨垃圾处理技术餐厨垃圾有机质含量高，具有较高的利用价值，另一方面易腐烂发臭，极易产生各种环境问题，因此必须对其进行适当处理，才能实现社会、经济和环境效益的统一。餐厨垃圾现在统一按固体废物处理方法处理。处理方法主要有物理法、化学法、生物法等；具体的处理技术有填埋、焚烧、堆肥、发酵等方式，总之其资源化再利用呈现多样化的趋势。现针对各异的应用范围和实际情况，主要介绍以下几个方法。1.1物理分选处理主要是采用一系列方式，实现垃圾中的各成分的分离，之后统一回收。这种方法一方面最大限度地做到了物尽其用，另一方面和把垃圾所可能造成的污染降到了最低限度。但是，由于其所需成本较高，除了少数发达国家使用外，大多数国家多不用此法。1.2粉碎直排法美国早在上世纪40年代已经成功地研制出个人家庭食物垃圾处理机，具体其原理为：利用高速运转的刀片将装在内胆中的食物垃圾打碎后，将搅拌物冲至下水道，从而解决居民丢弃和存放餐厨垃圾的烦恼。同时日本也很早研究出了餐厨垃圾处理机，甚至有的还配置有臭氧除臭器，以用来除去餐厨垃圾垃圾所产生的多种气味。1.3填埋法餐厨垃圾的填埋法处理，是一种厌氧消化处理方法，可将其中的有机物分解生成CH4，且可以将垃圾完全的处理掉。这种技术方便，不会留下残余物的处理问题，但这种方法虽可以较好的处理餐厨垃圾，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。1.4厌氧处理是目前来说最环保、又能创造效益的方法。投资较大，极少数通过厌氧发酵制沼气。由于餐厨垃圾中含有各种动物肉类，如去做饲料，同类相食极易引发口蹄疫和各种疾病，从而传播给人类而造成危害；去填埋由于其含水量高容易产生大量的渗滤液而污染地下水；做肥料，生产过程中臭味四溢，影响周围环境；而厌氧处理可产生大量沼气，沼气是一种清洁的可再生能源，可用于发电和做燃料，且由于系统全封闭而无异味，因此，餐厨垃圾厌氧处理是未来的发展方向。1.5微生物处理即通过微生物的代谢生长活动对餐厨垃圾中的有机物进行分解和利用的过程。发酵方式主要包括固态发酵和液态发酵。由于固态发酵具有能耗低、周期短、产率高等特点，现在多采用固态发酵。固态发酵分为单一菌种固态发酵和混合菌种固体发酵，现在多采用混合菌种固态发酵技术：即利用两种及以上的细菌发酵餐厨垃圾，利用多菌种间的协同作用，在产生大量的纤维素酶类降解纤维的同时，充分利用碳源氮源等营养物质合成单细胞菌体蛋白，提高蛋白饲料的营养价值。固态发酵具有适口性好，蛋白消化吸收率高等优点，也避免了传统工艺餐厨垃圾营养物质利用不彻底等问题，是再利用餐厨垃圾生存生物蛋白质饲料资源的一种重要方法。1.6堆肥法餐厨垃圾中的有机质较多、营养元素含量较高，碳氮比比较合理，适合微生物的生长代谢，是一种较好的生产原料。餐厨垃圾堆肥的基本技术可分为厌氧发酵堆肥和好氧发酵消化两类。其中高温好氧堆肥是目前一种较普遍的方法，这种方法可以在较短的周期内完成物料堆肥的熟化过程。而在堆肥过程中产生的高温，能明显的抑制有害菌。当然，餐厨垃圾也可以采用厌氧发酵处理。厌氧发酵处理可以有效的减少有机物的浓度，并产生甲烷以供利用。但厌氧发酵的处理周期要比好氧堆肥处理久，一般要2～3周以上，反应才进行的比较彻底。另外，在餐厨垃圾堆肥过程中，需定时将垃圾堆翻堆以增加菌种与餐厨垃圾的接触，使得菌种处于一个较好的生存环境，从而提高发酵速度。另外由于餐厨垃圾的含水率较高、有机物多，须对一些因素加以控制。含水率过高，会降低反应器的容积负荷。另外在堆肥过程中产生的有机酸，会抑制甲烷的产生，而过高的碱度也会抑制甲烷菌的产生，因此必须合理的调节pH。餐厨垃圾经过堆肥后，其最终产物具有肥效快、肥效稳定、体积少和病原菌少等优点。2影响厌氧发酵的因素餐厨垃圾含有较丰富的营养物质，可提供微生物生长需要的淀粉、纤维素、糖类等物质，用微生物对其进行发酵，一方面可以通过接种前的高温灭菌杀灭那些有害病原菌，另一方面通过接种有益的微生物改善去组成成分，另外产生大量的单细胞菌体蛋白得到积累，另外也避免了餐厨垃圾对环境和人体所可能造成的威胁，从而实现餐厨废物的无害化、资源化利用。在本文中探讨了，pH、温度、固含量/含水率、有机负荷，停留时间和酶对餐厨垃圾厌氧发酵的影响。2.1pH对餐厨垃圾厌氧发酵的影响pH值对厌氧消化过程有很大影响。一般应维持在产甲烷菌的最适范围内（即6.5~7.5），最佳应控制在6.8~7.2.过高（＞8.0）或过低（＜6.0），产甲烷菌的生长代谢和繁殖就会受到抑制（如影响正常产气），导致反应器内有机酸的积累、酸碱平衡失调，最终导致反应器的运行失败。另外，根据相关文献，pH还影响有机垃圾厌氧消化的水解速率。2.2温度的影响对餐厨垃圾厌氧发酵的影响有机垃圾厌氧生物降解过程受到温度和温度波动的影响。对任何一种微生物，在其温度适宜的范围内，从最低生长温度开始，随着温度的上升，其生长速率逐渐上升，并在最适宜温度区达到最大值，随后生长速率随温度的上升迅速下降。从反应动力学的角度来看，温度主要会影响其中的两个参数，即最大比基质去除速率和半饱和常数。理论上而言，饱和常数Ks是使酶反应速率达到最高值的底物浓度，低于这一。浓度，酶活性表达不足；超过这一浓度，酶反应速率不会继续提高。2.3固含量/含水率的影响对餐厨垃圾厌氧发酵的影响水对于厌氧消化是至关重要的，因为微生物需要从周围环境中不断吸收水分以维持其生长代谢活动，水是进行生化反应的介质，微生物的营养物质在同化之前必须溶解在水中。水的存在不仅有助于细菌运动，而且水的多少还影响着物质在固体表面的运输以及产酸与产甲烷之间的平衡。水分是否适量直接影响着厌氧消化的速度和厌氧消化的效果。含水率高，固体含量少，界面传质阻力小，反应物和反应产物的扩散速度快，厌氧消化速度快，反应器容易实现完全混合，物料均匀，抗冲击负荷，反应器运行稳定。2.4有机负荷对餐厨垃圾厌氧发酵的影响有机负荷是指消化反应器单位容积单位时间内所承受的挥发性有机物量，它是消化反应器设计和运行的重要参数。有机负荷的高低与处理物料的性质、消化温度、所采用的工艺等有关。2.5停留时间对餐厨垃圾厌氧发酵的影响有机垃圾厌氧消化反应需要一定的时间。停留时间越长，有机物消化越完全。然而反应速率随着停留时间的增加逐渐降低，因此存在一个最佳的停留时间，最少的成本将获得最好的消化效果。这个最佳的停留时间与垃圾的性质、物料的粒径、消化温度、有机负荷、含固量以及消化工艺等有关。中温消化的停留时间为10～40d，高温消化的停留时间比中温短，一般为10～20d。减小停留时间的方法有混合搅拌和降低含固量。2.6酶对餐厨垃圾厌氧发酵的影响在进行餐厨垃圾降解转化成糖的试验中，除了添加糖化酶和纤维素酶以外，还可以考虑添加果胶酶、木聚糖酶等。此外，试验前应对餐厨垃圾进行纤维素破晶预处理，以强化纤维素酶的作用，提高餐厨垃圾的糖化效率。3总结餐厨垃圾是一种宝贵的可再生资源，具有巨大的发展潜力。但是同时，餐厨垃圾的两面性（可利用和危害性），许多城市尚未对其作出足够的重视，这也造成了其成为影响居民食品安全的潜在危险源。厌氧发酵处理不仅仅减少餐厨垃圾滋生各类病原微生物、霉菌毒素等有害物质，更同时充分利用了餐厨垃圾潜藏的巨大资源。据有关介绍，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。从国内餐厨垃圾处理现状以及需求可知，餐厨垃圾的厌氧发酵处理有着巨大前景，并且随着研究的不断深入，餐厨垃圾厌氧处理工艺技术将不断地完善。参考文献：1．何晟.浅析餐厨垃圾利用处置不当产生的危害[J].环境卫生工程，2010，18（4）2．王向会.国内外餐厨垃圾处理状况概述.[J].环境卫生工程，2005,13(2)3．李小卉.餐厨垃圾的危害及综合治理对策[J].研究与探讨，2006，11（11）.4．王巧玲.餐厨垃圾厌氧发酵过程的影响因素研究[D],2012.5．吕凡，何品晶，邵立明等.餐厨垃圾高温好氧生物消化工艺控制条件优化[J].同济大学学报，2003，(32)6.吴云.餐厨垃圾厌氧消化影响因素及动力学研究[D].重庆，2009.7.袁玉玉.餐厨垃圾特性及处理技术[J].环境卫生工程，14（6）8.靳秋颖，王伯铎.餐厨垃圾资源化技术进展及发展方向研究,环境工程，2012，,309.张存胜，厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气的研究[D],2013