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【摘 要】 随着我国经济的快速增长、城市化进程的加快和人民生活水平的普遍提高,城市生活垃圾的产生量也在快速增加。有许多大城市每天产生生活垃圾量在3000t以上,其中餐厨垃圾约占50%。餐厨垃圾是城市垃圾的主要构成组分,含有大量可生物利用的有机化合物,是厌氧发酵产氢的优质底物。因此,餐厨垃圾的处理方式,越来越引起全社会的关注。
【关键词】 餐厨垃圾;处理;方式
一、前言
餐厨垃圾,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。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。餐厨垃圾处置不当会产生巨大的危害,比如影响城市市容和人居环境,传播疾病等。一些不法商贩甚至利用餐厨垃圾中油脂生产“地沟油”,卖给广大市民,严重危害了人民的健康。
二、餐厨垃圾单独处理的必要性
以前,餐厨垃圾主要作为城市近郊养猪的饲料,由于其来源比较复杂,极有可能引起疾病传播,现已经被政府明令禁止。而在日常生活中,居民通常将餐厨垃圾混入生活垃圾中,通过塑料袋送到垃圾收集点,使城市生活垃圾的成分和特性发生了变化。餐厨垃圾在存放、收集、转运及垃圾填埋过程中,由于其含水率和有机物含量较高,极易在较短时间内腐烂发臭和滋生蚊蝇等,极大地污染了周围环境。
三、国内外餐厨垃圾处理处置技术
目前,国内外餐厨垃圾处理应用比较多的就是填埋处理、饲料法、堆肥处理、粉碎直排、生物发酵制氢技术、厌氧消化等方法。
餐厨垃圾处理是全世界各个国家都普遍关注和亟待解决的问题,不同国家和地区因生活方式和国情不同的特点,对餐厨垃圾的处理一般都具有一定的差异。
例如,在澳大利亚,除非将餐厨垃圾处理至国家要求的标准,或州政府特批,否则不允许用餐厨垃圾喂养牲畜。加拿大则对餐厨垃圾喂养牲畜采用许可证制度。古巴用餐厨垃圾制造生物肥料,然后将生物垃圾烘干、粉碎,制成高效的有机肥料,居民利用这些废料培育树苗,种花养草和种植蔬菜。据联合国粮农组织测算,古巴1989年的泔水垃圾饲料就与143万亩玉米所含的能量或138万亩大豆所含等量的蛋白质相当。
四、餐厨垃圾处理存在问题
从收集角度看,实施餐厨垃圾处理的关键在于垃圾产生的初始就分类放置,这是餐厨垃圾真正得以处理的重要前提。
1、从处置角度说,餐厨垃圾处理机可以随时在厨房内处理,可是垃圾粉碎处理机不能处理厨房日常产生的所有垃圾,如大块的骨头、带泥的菜根、干硬的皮壳、日益增多的各种各样的包装物,如易拉罐、玻璃瓶、软硬塑料包装制品等。另外在将食物垃圾粉碎成极小颗粒后排人下水系统,易加重污水的污染程度,也易引起下水管网的堵塞。采用小型生化处理机处理有机垃圾效率高,但是处理成本太高,同时对于这种含水率、油脂和盐分高的餐厨垃圾,其添加的生物菌种还需根据餐厨垃圾的特性进行进一步的研究。
2、将餐厨垃圾作为肥料回收能源,还存在一些未解决的问题。如肥料的使用期带有季节性问题,易出现供需失衡问题;又如“盐害”问题,食物垃圾中含有很多酱油和盐分,加工浓缩作为肥料大量使用后会引起土质恶化,直接影响农作物的生长,进而会引发沙漠化。
五、餐厨垃圾处理的主要处理方式
1、机械粉碎直排。利用粉碎机将餐厨垃圾粉碎后直接排入下水道。这样可以防止下水道堵塞和在室内发臭等问题。由于餐厨垃圾中的油脂含量高且容易凝结成块,从而造成排水管堵塞和降低城市下水道的排水能力,而且高油脂含量等特性也增加了城市污水处理厂的负荷,同时也不可避免地会产生二次污染。
2、卫生填埋。餐厨垃圾中含有丰富的有机物,适合微生物的生长繁殖,因而生物降解速度快,同时有利于垃圾填埋场地恢复使用,且操作简便,目前填埋法处理应用比较广泛。但填埋期间厌氧消化产生的沼气和渗沥液会造成二次污染,渗沥液会污染地下水,沼气中的甲烷排入大气中会增加温室效应。过多的实行填埋会造成耕地面积的减少,同时也浪费餐厨垃圾中的营养物质,因此一些国家已禁止未经处理的餐厨垃圾进入填埋场,如韩国于2005年起所有填埋场将不再接收餐厨垃圾;德国甚至规划从2020年起要全部取消垃圾填埋。
3、焚烧。餐厨垃圾焚烧是在特制的焚烧炉中进行的,产生的热能可转换成蒸汽或电能,可实现能源的回收利用。由于餐厨垃圾水分含量高,需要消耗大量的能量进行脱水处理和添加其他辅助燃料,且焚烧后排放的尾气中含有二恶英等毒害物质,对环境污染十分严重。总体讲,焚烧法投资太高,因而影响其广泛使用。
4、饲料化处理。目前的饲料市场潜力巨大。由于餐厨垃圾作为原料,价格低廉,供应量巨大,产品营养丰富、利润区间幅度较大,具有较强的市场竞争力。饲料化有两种方式:(1)生物处理制飼料。原理是将培养出的菌种加入餐厨垃圾密封贮藏,菌种进行繁殖并杀除病原菌制成饲料。(2)高温消毒制饲料。原理是采用高温消毒原理,杀除病毒、经粉碎后加工成饲料,可供禽畜食用。比较成熟的餐厨垃圾加工饲料方法是将制粒技术、挤压膨化和干燥技术等手段综合利用。挤压后饲料中的细菌浓度要远远低于其他样品中的细菌浓度。由于挤压时不断升高的温度,一个单螺杆干燥挤压工艺可以大大减少潜在的病原菌浓度。目前已经有些厂家研制了配套技术设备并投入运行使用。用餐厨垃圾作饲料所面临的主要问题是饲料安全,面对消毒要求的提高,必将在设备、技术等方面作相应调整,从而增加了处理成本,因此在该技术的选择方面要十分谨慎。
六、餐厨垃圾厌氧消化技术
厌氧消化工艺分为干法、湿法、单相、两相、连续、间歇、中温和高温厌氧消化工艺。
1、厌氧发酵产生沼气。餐厨垃圾厌氧消化处理过程中产生的沼气是一种宝贵的清洁能源,其热值比城市管道煤气高。
餐厨垃圾的厌氧发酵是指在特定的厌氧条件下,微生物将有机质分解,其中一部分碳素物质转换为甲烷和二氧化碳。厌氧发酵技术不仅具有很高的废物处理效率,发酵残余经处理后可作优质的有机肥或液态肥,而且可产生沼气作为能源利用,在世界能源紧缺的时代,这点尤为重要。餐厨垃圾厌氧消化处理过程中产生的沼气是一种宝贵的清洁能源,其热值比城市管道煤气高。厌氧消化残留物营养丰富,可做肥料、饲料,渗透到农业的各个领域。因此厌氧发酵技术日益成为餐厨垃圾处理处置和研发领域的聚焦点。 2、厌氧发酵产生氢的途径及类型。目前,人们普遍将厌氧消化过程分为四个阶段,水解阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。在这四个阶段中,各类微生物菌群及作用见表(一)。在厌氧消化的过程中,由于四大类菌群的相互协同作用,使得复杂的有机物最终降解为和。产氢最终来源于厌氧消化的第三阶段。根据末端发酵产物的不同,通常把发酵类型分为三类:丁酸型、丙酸型和乙醇型发酵。
(一)厌氧消化过程
(二)厌氧发酵产氢途径
虽然餐厨垃圾厌氧产氢的实验研究阶段已经取得很多的成果,但是还有很多问题尚未解决,仍需要研究完善,主要有以下几个方面:
(1)利用分子生物學的手段,研究产氢过程中优势菌种的类别和代谢途径,对产氢菌种或酶进行改造。现代生物学已经可以操作电子呼吸链,通过基因工程的手段来改变电子呼吸链,可以有效的提高产氢效率。
(2)研究生态因子对餐厨垃圾产氢的影响,对影响产氢的各种生态因子进行系统性研究。
(3)研究餐厨垃圾厌氧产氢的代谢途径,尤其是碳水化合物、蛋白质和脂类共存条件下的代谢产氢机理。目前的研究表明,以碳水化合物作为发酵底物具有理论可行性,对于蛋白质和脂类物质的研究较少:长链脂肪酸的产氢代谢途径一直是个难点,还需要大量的研究工作;厌氧条件下蛋白质发生脱氨作用,大量游离态的氨有很大的毒性,会影响产氢微生物的活性。
七、结束语
餐厨垃圾对城市经济、社会、生态环境及居民的正常生活影响越来越大。传统的通过粉碎直排,焚烧和卫生填埋等处理餐厨垃圾容易产生二次污染,饲料化的主要问题是饲料安全,面对消毒要求的提高,必将在相应设备、技术等方面作相应调整,从而增加了处理成本;而堆肥占地面积大,处理时间长,易产生大量臭气,且盐分比较多,重金属含量高,从而导致肥效偏低。
餐厨垃圾具有明显的资源特性和污染物特性,通过建立完善的回收运输、集中处理等方面的管理制度和激励机制,对其进行资源化利用,生产沼气等。推动餐厨废弃物资源化利用,变废为宝,化害为利,不仅是发展循环经济的重要内容,也是解决餐厨废弃物引发的食品安全问题的根本性措施。
参考文献:
[1]孙向军,冯蒂,吴冰思等.上海市泔脚垃圾的处理及管理[J].环境卫生工程,2002,10(3):130-132
[2]张振华,汪华林等.厨余垃圾的现状及其处理技术综述[J].再生资源研究,2007(5):31-34
[3]刘跃勇,任福民,汝宜红等.北京市生活垃圾成分及理化特性分析[J].北方交通大学学报,2002,26(4):50-52
[4]刘振刚,张付申.高压热水液化厨余垃圾的可行性研究[J].环境工程学报
【关键词】 餐厨垃圾;处理;方式
一、前言
餐厨垃圾,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。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。餐厨垃圾处置不当会产生巨大的危害,比如影响城市市容和人居环境,传播疾病等。一些不法商贩甚至利用餐厨垃圾中油脂生产“地沟油”,卖给广大市民,严重危害了人民的健康。
二、餐厨垃圾单独处理的必要性
以前,餐厨垃圾主要作为城市近郊养猪的饲料,由于其来源比较复杂,极有可能引起疾病传播,现已经被政府明令禁止。而在日常生活中,居民通常将餐厨垃圾混入生活垃圾中,通过塑料袋送到垃圾收集点,使城市生活垃圾的成分和特性发生了变化。餐厨垃圾在存放、收集、转运及垃圾填埋过程中,由于其含水率和有机物含量较高,极易在较短时间内腐烂发臭和滋生蚊蝇等,极大地污染了周围环境。
三、国内外餐厨垃圾处理处置技术
目前,国内外餐厨垃圾处理应用比较多的就是填埋处理、饲料法、堆肥处理、粉碎直排、生物发酵制氢技术、厌氧消化等方法。
餐厨垃圾处理是全世界各个国家都普遍关注和亟待解决的问题,不同国家和地区因生活方式和国情不同的特点,对餐厨垃圾的处理一般都具有一定的差异。
例如,在澳大利亚,除非将餐厨垃圾处理至国家要求的标准,或州政府特批,否则不允许用餐厨垃圾喂养牲畜。加拿大则对餐厨垃圾喂养牲畜采用许可证制度。古巴用餐厨垃圾制造生物肥料,然后将生物垃圾烘干、粉碎,制成高效的有机肥料,居民利用这些废料培育树苗,种花养草和种植蔬菜。据联合国粮农组织测算,古巴1989年的泔水垃圾饲料就与143万亩玉米所含的能量或138万亩大豆所含等量的蛋白质相当。
四、餐厨垃圾处理存在问题
从收集角度看,实施餐厨垃圾处理的关键在于垃圾产生的初始就分类放置,这是餐厨垃圾真正得以处理的重要前提。
1、从处置角度说,餐厨垃圾处理机可以随时在厨房内处理,可是垃圾粉碎处理机不能处理厨房日常产生的所有垃圾,如大块的骨头、带泥的菜根、干硬的皮壳、日益增多的各种各样的包装物,如易拉罐、玻璃瓶、软硬塑料包装制品等。另外在将食物垃圾粉碎成极小颗粒后排人下水系统,易加重污水的污染程度,也易引起下水管网的堵塞。采用小型生化处理机处理有机垃圾效率高,但是处理成本太高,同时对于这种含水率、油脂和盐分高的餐厨垃圾,其添加的生物菌种还需根据餐厨垃圾的特性进行进一步的研究。
2、将餐厨垃圾作为肥料回收能源,还存在一些未解决的问题。如肥料的使用期带有季节性问题,易出现供需失衡问题;又如“盐害”问题,食物垃圾中含有很多酱油和盐分,加工浓缩作为肥料大量使用后会引起土质恶化,直接影响农作物的生长,进而会引发沙漠化。
五、餐厨垃圾处理的主要处理方式
1、机械粉碎直排。利用粉碎机将餐厨垃圾粉碎后直接排入下水道。这样可以防止下水道堵塞和在室内发臭等问题。由于餐厨垃圾中的油脂含量高且容易凝结成块,从而造成排水管堵塞和降低城市下水道的排水能力,而且高油脂含量等特性也增加了城市污水处理厂的负荷,同时也不可避免地会产生二次污染。
2、卫生填埋。餐厨垃圾中含有丰富的有机物,适合微生物的生长繁殖,因而生物降解速度快,同时有利于垃圾填埋场地恢复使用,且操作简便,目前填埋法处理应用比较广泛。但填埋期间厌氧消化产生的沼气和渗沥液会造成二次污染,渗沥液会污染地下水,沼气中的甲烷排入大气中会增加温室效应。过多的实行填埋会造成耕地面积的减少,同时也浪费餐厨垃圾中的营养物质,因此一些国家已禁止未经处理的餐厨垃圾进入填埋场,如韩国于2005年起所有填埋场将不再接收餐厨垃圾;德国甚至规划从2020年起要全部取消垃圾填埋。
3、焚烧。餐厨垃圾焚烧是在特制的焚烧炉中进行的,产生的热能可转换成蒸汽或电能,可实现能源的回收利用。由于餐厨垃圾水分含量高,需要消耗大量的能量进行脱水处理和添加其他辅助燃料,且焚烧后排放的尾气中含有二恶英等毒害物质,对环境污染十分严重。总体讲,焚烧法投资太高,因而影响其广泛使用。
4、饲料化处理。目前的饲料市场潜力巨大。由于餐厨垃圾作为原料,价格低廉,供应量巨大,产品营养丰富、利润区间幅度较大,具有较强的市场竞争力。饲料化有两种方式:(1)生物处理制飼料。原理是将培养出的菌种加入餐厨垃圾密封贮藏,菌种进行繁殖并杀除病原菌制成饲料。(2)高温消毒制饲料。原理是采用高温消毒原理,杀除病毒、经粉碎后加工成饲料,可供禽畜食用。比较成熟的餐厨垃圾加工饲料方法是将制粒技术、挤压膨化和干燥技术等手段综合利用。挤压后饲料中的细菌浓度要远远低于其他样品中的细菌浓度。由于挤压时不断升高的温度,一个单螺杆干燥挤压工艺可以大大减少潜在的病原菌浓度。目前已经有些厂家研制了配套技术设备并投入运行使用。用餐厨垃圾作饲料所面临的主要问题是饲料安全,面对消毒要求的提高,必将在设备、技术等方面作相应调整,从而增加了处理成本,因此在该技术的选择方面要十分谨慎。
六、餐厨垃圾厌氧消化技术
厌氧消化工艺分为干法、湿法、单相、两相、连续、间歇、中温和高温厌氧消化工艺。
1、厌氧发酵产生沼气。餐厨垃圾厌氧消化处理过程中产生的沼气是一种宝贵的清洁能源,其热值比城市管道煤气高。
餐厨垃圾的厌氧发酵是指在特定的厌氧条件下,微生物将有机质分解,其中一部分碳素物质转换为甲烷和二氧化碳。厌氧发酵技术不仅具有很高的废物处理效率,发酵残余经处理后可作优质的有机肥或液态肥,而且可产生沼气作为能源利用,在世界能源紧缺的时代,这点尤为重要。餐厨垃圾厌氧消化处理过程中产生的沼气是一种宝贵的清洁能源,其热值比城市管道煤气高。厌氧消化残留物营养丰富,可做肥料、饲料,渗透到农业的各个领域。因此厌氧发酵技术日益成为餐厨垃圾处理处置和研发领域的聚焦点。 2、厌氧发酵产生氢的途径及类型。目前,人们普遍将厌氧消化过程分为四个阶段,水解阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。在这四个阶段中,各类微生物菌群及作用见表(一)。在厌氧消化的过程中,由于四大类菌群的相互协同作用,使得复杂的有机物最终降解为和。产氢最终来源于厌氧消化的第三阶段。根据末端发酵产物的不同,通常把发酵类型分为三类:丁酸型、丙酸型和乙醇型发酵。
(一)厌氧消化过程
(二)厌氧发酵产氢途径
虽然餐厨垃圾厌氧产氢的实验研究阶段已经取得很多的成果,但是还有很多问题尚未解决,仍需要研究完善,主要有以下几个方面:
(1)利用分子生物學的手段,研究产氢过程中优势菌种的类别和代谢途径,对产氢菌种或酶进行改造。现代生物学已经可以操作电子呼吸链,通过基因工程的手段来改变电子呼吸链,可以有效的提高产氢效率。
(2)研究生态因子对餐厨垃圾产氢的影响,对影响产氢的各种生态因子进行系统性研究。
(3)研究餐厨垃圾厌氧产氢的代谢途径,尤其是碳水化合物、蛋白质和脂类共存条件下的代谢产氢机理。目前的研究表明,以碳水化合物作为发酵底物具有理论可行性,对于蛋白质和脂类物质的研究较少:长链脂肪酸的产氢代谢途径一直是个难点,还需要大量的研究工作;厌氧条件下蛋白质发生脱氨作用,大量游离态的氨有很大的毒性,会影响产氢微生物的活性。
七、结束语
餐厨垃圾对城市经济、社会、生态环境及居民的正常生活影响越来越大。传统的通过粉碎直排,焚烧和卫生填埋等处理餐厨垃圾容易产生二次污染,饲料化的主要问题是饲料安全,面对消毒要求的提高,必将在相应设备、技术等方面作相应调整,从而增加了处理成本;而堆肥占地面积大,处理时间长,易产生大量臭气,且盐分比较多,重金属含量高,从而导致肥效偏低。
餐厨垃圾具有明显的资源特性和污染物特性,通过建立完善的回收运输、集中处理等方面的管理制度和激励机制,对其进行资源化利用,生产沼气等。推动餐厨废弃物资源化利用,变废为宝,化害为利,不仅是发展循环经济的重要内容,也是解决餐厨废弃物引发的食品安全问题的根本性措施。
参考文献:
[1]孙向军,冯蒂,吴冰思等.上海市泔脚垃圾的处理及管理[J].环境卫生工程,2002,10(3):130-132
[2]张振华,汪华林等.厨余垃圾的现状及其处理技术综述[J].再生资源研究,2007(5):31-34
[3]刘跃勇,任福民,汝宜红等.北京市生活垃圾成分及理化特性分析[J].北方交通大学学报,2002,26(4):50-52
[4]刘振刚,张付申.高压热水液化厨余垃圾的可行性研究[J].环境工程学报