餐廚垃圾主要來源于餐飲服務(wù)業(yè)、家庭和企事業(yè)單位食堂等產(chǎn)生的食物加工下腳料(廚余)和食用殘余(泔腳)。主要成分包括淀粉類食物、植物纖維、動(dòng)物蛋白和脂肪類等有機(jī)物,具有含水率高,油脂、鹽份含量高,易腐爛發(fā)臭。隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,城市化進(jìn)程的逐漸加快,餐廚垃圾的產(chǎn)量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢。在國內(nèi)的大型,特大型城市中如北京,上海,深圳等,餐廚垃圾的日產(chǎn)量已達(dá)數(shù)千噸,全國餐廚垃圾的年產(chǎn)量達(dá)到千萬噸,單純填埋的話,占用大量土地,產(chǎn)生的垃圾滲濾液和填埋氣體也需要后期處理,耗費(fèi)大量人力,物力。
本文就將對幾種主流的餐廚垃圾技術(shù)進(jìn)行對比?,F(xiàn)有餐廚垃圾資源化處理主要有滅菌制飼料,高溫?zé)峤饧夹g(shù),好氧堆肥技術(shù),厭氧發(fā)酵技術(shù),厭氧發(fā)酵又分干式和濕式。在選擇時(shí)要考慮很多要素,比如投資、技術(shù)成熟度,運(yùn)行管理的技術(shù)和成本,地域,政策,處理規(guī)模,資源化產(chǎn)品的銷路,和經(jīng)濟(jì)效益等。
餐廚垃圾飼料化
餐廚垃圾中的營養(yǎng)成分易被動(dòng)物消化利用,是良好的飼料原料。目前餐廚飼料化的主要技術(shù)有生物法和物理法。生物法采取微生物發(fā)酵技術(shù)制成發(fā)酵飼料,但存在著處理周期長、菌種的選擇管理、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn),難以大規(guī)模推廣。物理法是將廚余脫水后進(jìn)行干燥消毒,粉碎后制成飼料,但這種處理方式存在著很多不足。由于脫水后的廚余垃圾導(dǎo)熱性能較差,傳熱速度慢,直接干燥容易造成受熱不均,加劇碳水化合物焦糖化和美拉德反應(yīng)(Maillard reaction) 等非酶型褐變反應(yīng),而且物料與氧氣直接接觸,加快了油脂氧化酸敗的速度。此外,由于微生物的抗熱性隨水分的減少而增強(qiáng),因此干熱消毒所需的溫度和時(shí)間偏高,對營養(yǎng)物質(zhì),特別對維生素等熱敏性物質(zhì)破壞顯著。干熱處理不能從根本上改善物料的脫油性能,需要單獨(dú)配備脫脂設(shè)備去除油脂,提高了生產(chǎn)成本,而且也無法解決廚余垃圾含鹽量過高的問題。因此急需研究開發(fā)適于處理我國廚余垃圾,并能同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源化和無害化的新的廚余垃圾飼料化處理技術(shù)。
好氧堆肥
好氧堆肥過程是在有氧條件下,利用好氧微生物分泌的胞外酶將有機(jī)物固體分解為可溶性有機(jī)物質(zhì),再滲入到細(xì)胞中,通過微生物的新陳代謝,實(shí)現(xiàn)整個(gè)堆肥過程。
廚余垃圾堆肥的優(yōu)點(diǎn)是處理方法簡單、堆肥產(chǎn)品中能保留較多的氮,可用于農(nóng)業(yè)或制作動(dòng)物飼料。缺點(diǎn)是占地大、周期長,堆肥過程中產(chǎn)生的污水和臭氣會(huì)對周邊環(huán)境造成二次污染,同時(shí)廚余垃圾的高油脂和高鹽份不利于微生物的生長,另外,廚余垃圾的高含水率與C/N比低又需要大量的高C/N調(diào)理劑(秸稈、木屑、稻殼等)進(jìn)行物料調(diào)配,但這些調(diào)理劑需要較長的時(shí)間才能被分解而使堆肥周期延長,另外有些調(diào)理劑還需要事先進(jìn)行粉碎而消耗一定的能源,因此近年來,大型反應(yīng)器、強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛和條垛堆肥等都受到極大限制,堆肥設(shè)備正向小型化、移動(dòng)化和專用化趨勢發(fā)展。
厭氧發(fā)酵
廚余垃圾的厭氧發(fā)酵處理是指在特定的厭氧條件下,微生物將有機(jī)垃圾進(jìn)行分解,其中的碳、氫、氧轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳,而氮、磷、鉀等元素則存留于殘留物中,并轉(zhuǎn)化為易被動(dòng)植物吸收利用的形式。
采用厭氧發(fā)酵工藝處理廚余垃圾具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(1)厭氧系統(tǒng)可以處理含固率為10%~25%的有機(jī)廢棄物,廚余垃圾的含固率一般在15%~20%左右,因此發(fā)酵前既不需加水也不需要脫水,簡化了前處理,也節(jié)約了能耗;(2)通常,有機(jī)物碳氮比在20~30間最適合厭氧發(fā)酵,而廚余垃圾的碳氮比在10~25之間,非常適合厭氧發(fā)酵,如果碳氮比過低還可以添加豬糞和污泥等碳氮比較高的有機(jī)廢棄物進(jìn)行調(diào)節(jié);(3)在厭氧發(fā)酵過程中會(huì)有大量沼氣產(chǎn)生,除供發(fā)酵廠本身使用外,多余能源還可外供,而采用好氧發(fā)酵需要大量的額外能耗;(4)厭氧發(fā)酵具有有機(jī)負(fù)荷高、占地少、周期短、對環(huán)境造成的負(fù)面作用小,特別適合環(huán)境要求高的城市;(5)厭氧發(fā)酵可以在處理廚余垃圾時(shí),同時(shí)處理其它可腐有機(jī)物,如糞便、污泥等,并根據(jù)各種需求添加相應(yīng)的添加料,制造特種肥料,提高產(chǎn)品的附加值。
但是,廚余垃圾的厭氧處理目前還存在一系列的問題:(1)由于廚余垃圾中含有較多的不易降解雜質(zhì),例如塑料袋、餐具、毛巾和瓶蓋等。這些雜質(zhì)的存在不僅影響發(fā)酵,而且影響發(fā)酵后肥料的形狀和產(chǎn)后的銷售。發(fā)酵前必須設(shè)置預(yù)處理系統(tǒng),將雜質(zhì)分離;(2)廚余垃圾含有較多的鹽分,會(huì)導(dǎo)致微生物體內(nèi)水分滲出,以至活性降低甚至死亡,從而影響生物降解速度和降解程度;(3)在廚余垃圾處理工藝中,前處理和除臭也非常重要;除臭系統(tǒng)應(yīng)具有除臭,抗生、防污和防塵等功能。
厭氧發(fā)酵按固含率分濕式、干式工藝。一般來說,含固率在10%之內(nèi)的多稱為濕發(fā)酵,含固率在20%-30%之間的為干發(fā)酵。厭氧濕發(fā)酵具有啟動(dòng)快,建造管理技術(shù)比較成熟,進(jìn)出了方便等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)年處理有機(jī)廢物的主流技術(shù),但是也有比較明顯的缺點(diǎn)我,如處理單位質(zhì)量的有機(jī)物所悟的反應(yīng)器容積打,沼液和沼渣分離困難,近年來國內(nèi)外開發(fā)了多種厭氧濕發(fā)酵新工藝,開發(fā)出了如以芬蘭的EcoTec公司為代表的濕式連續(xù)單級(jí)厭氧消化工藝、以德國的TEB公司為代表的濕式連續(xù)多級(jí)厭氧消化工藝、以比利時(shí)的OWS2Dranco公司為代表的干式連續(xù)單級(jí)厭氧消化工藝。國內(nèi)如上海寶山建設(shè)的有機(jī)垃圾處理廠就采用了濕式動(dòng)態(tài)厭氧發(fā)酵工藝。
有機(jī)廢棄物干式厭氧發(fā)酵技術(shù)具有節(jié)約用水,處理成本低,產(chǎn)氣率比較高等特點(diǎn),目前比較成熟的工藝有比利時(shí)的Dranco,法國的Valorga,瑞士的Kompogas和德國的LARAN,而國內(nèi)關(guān)于干式厭氧發(fā)酵的研究起步較晚,目前絕大部分工藝還處在實(shí)驗(yàn)研究階段。
熱分解法
熱分解法是將垃圾在高溫下進(jìn)行熱解,使垃圾中所含的能量轉(zhuǎn)換成燃?xì)?、油和炭的形式,然后再進(jìn)行利用。同時(shí)垃圾中所含氦、硫、氨等在熱解過程中保持還原狀態(tài),因而對裝置的腐蝕較小。熱分解法具有廣闊的應(yīng)用前景,但技術(shù)尚未達(dá)到實(shí)用階段,目前應(yīng)用較少。
美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的三位科學(xué)家近日發(fā)表研究論文,稱開發(fā)出一種將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化為能源的技術(shù)。這種技術(shù)的基本原理是通過厭氧菌化解、發(fā)酵等生物化學(xué),以及水熱液化、熱解和氣化等熱化學(xué)方法,將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化為能源,包括可再生天然氣、生物炭、生物油、汽油、柴油和航空燃料。此研究項(xiàng)目由美國能源部能源效率和可再生能源辦公室提供資金支持。
運(yùn)用這種技術(shù)既減少了垃圾填埋場占地面積,避免填埋場甲烷等溫室氣體排放,又能轉(zhuǎn)化為新的能源,將產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)保效應(yīng)。據(jù)美國環(huán)保署統(tǒng)計(jì),2015年全美垃圾填埋場排放了約1.16億噸二氧化碳,相當(dāng)于2900萬輛油耗為10公里每升的汽車每年行駛2萬公里所排放的二氧化碳總量。
傳統(tǒng)的無害化處理技術(shù),僅僅是將其作為廢物進(jìn)行處理,而沒有充分利用其潛在的資源價(jià)值和回收利用價(jià)值,因此,廚余垃圾的資源化處理技術(shù)應(yīng)是未來發(fā)展的方向。在選擇時(shí)要考慮很多要素,比如投資、技術(shù)成熟度,運(yùn)行管理的技術(shù)和成本,地域,政策,處理規(guī)模,資源化產(chǎn)品的銷路,和經(jīng)濟(jì)效益等。