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餐厨垃圾处理厂家微米生物:餐厨垃圾,该拿它怎么办

2020-10-21 11:42:11    责任编辑: 微米生物     0

      对于绝大多数家庭来说,居家过日子,每天难免会产生一些生活垃圾,这其中,剩菜、剩饭以及食物下脚料、瓜果皮核恐怕要占相当大的比重;我们日常去就餐的餐馆、饭店以及单位食堂,每天也会有大量的饮食剩余物以及后厨的果蔬、肉食、油脂、面点等在加工过程中产生的废弃物。 在学术研究范畴,前者被称为厨余垃圾,后者则被叫作餐饮垃圾,二者合称餐厨垃圾。

  不断膨胀的渣山

  我们每年产生的餐厨垃圾究竟有多少呢?资料显示,全世界餐厨垃圾约占市政固体垃圾总量的30%~50%。在我国,虽然近年来,相关管理职能部门会定期公布生活垃圾年度排放量和无害化处理量等统计数据,但尚未对餐厨垃圾的产生/排放量等进行统计公布。但有一点可以肯定,我国餐厨垃圾的来源极其广泛,产生量巨大。《2017—2022年中国餐厨垃圾处理行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》显示,2014年,全国餐厨垃圾产生量有8000多万吨,日均产生量为23万吨,其中,主要城市餐厨垃圾的产生量为6000多万吨。2015年,全国餐厨垃圾产生量约为9110万吨,日均餐厨垃圾产生量为25万吨,人均日产量为0.18千克。以上这些数字已经与欧美发达国家的食品废物产生量相近。另有保守估计认为,我国城市每年产生的餐厨垃圾总和不低于9000万吨。与此同时,全国各地餐厨垃圾的产生量和人均日产生量存在着明显的地区差异,调查分析显示,浙江、福建、北京、江苏、上海等经济社会发达地区的餐厨垃圾人均日产生量明显高于其他地区,其中,北京、上海、广州、重庆等餐饮业发达的城市,每天的餐厨垃圾产生量在2000吨以上。 我国是饮食文化最丰富、最深厚的国家。近几十年来,随着生活设施和居住条件的改善、人们消费水平的日益提升,一方面,餐饮业迅猛发展;另一方面,以往城市垃圾以炉灰、煤渣等为主的情况发生了彻底改变,餐厨垃圾所占比重迅速提高。在大多数地区,餐厨垃圾可占到整个生活垃圾总量的60%~70%,并且还在以每年10%以上的速度不断增长。与之形成巨大反差的是,真正能够得到有效处理的餐厨垃圾比例不超过10%。餐厨垃圾的有效处理成为困扰人们的一大难题。

  

  毒源,还是资源

  尽管因地域和饮食习惯等差异,我国不同地区餐厨垃圾的种类差别很大,但其化学成分相近,主要为蛋白质、脂类、淀粉、纤维素和无机盐等,并呈现“四高”的特点:一是高水分。通常情况下,餐厨垃圾的含水率高达70%~90%。生物质废弃物具有较高的含水率意味着其热值低,收集、运输和处理的难度较大。换句话说,不但处理负荷大、能源消耗高,而且给后续的进一步资源化利用增加了难度;同时,较高的含水率也极易导致餐厨垃圾迅速腐烂变质,带来新的环境问题。 二是高盐分。餐厨垃圾中含有大量的无机盐,尤其是氯化钠。以我国为代表的亚洲国家习惯使用食盐来提高食物风味,但高盐会给后续的餐厨垃圾处理带来不利影响。有研究表明,高盐可能是将处理过的餐厨垃圾直接作为畜禽饲料的主要潜在风险因素。另外,盐和金属离子(如Fe3+和Al3+)可增加培养液的渗透压,抑制酵母菌的生长,导致乙醇生物发酵效率降低。研究显示,在餐厨垃圾的厌氧消化过程中,盐和钠离子对甲烷的产生具有抑制作用。 三是高有机质含量。餐厨垃圾大多数为有机和可生物降解成分,约占干物质质量的95%以上,其中,碳水化合物(淀粉、纤维素、半纤维素)的含量约为60%,蛋白质含量约占20%,脂肪含量约占10%。有机物含量高,容易导致餐厨垃圾腐败发臭、滋生有害生物。 四是高油脂含量。餐厨垃圾中的油脂是经煎、炒、炸以及洗涤锅盘餐具等过程而产生的,其成分复杂,形态多样。这些油脂如不经处置而直接排入市政管网,可能会黏附于器壁上进而造成管路堵塞。另外,油脂含量过高,会使餐厨垃圾的厌氧消化系统不稳定,影响有机物的沼气转化率。 因此,如果餐厨垃圾在收集和转运过程中发生泄漏,会污染空气、土壤及水源,严重干扰人们的正常生活,具有危害性的一面。

  

  我国大部分地区习惯上将餐厨垃圾作为廉价饲料直接饲喂畜禽;但是,未经分类的城市餐厨垃圾除了含有金属物、牙签及塑料等尖硬物体会伤及畜禽消化道外,还含有大量病原微生物、寄生虫及其虫卵,饲喂畜禽后易引起人畜共患疾病。

  此外,如果使用未经妥善处理过的餐厨垃圾直接饲喂畜禽,可能存在食物链危险:一是病原微生物所产生的生物毒素在畜禽体内富集,进而通过食物链转移至人体;二是餐厨垃圾含有大量所饲喂畜禽的同源性蛋白,存在重大安全隐患,如目前普遍认为疯牛病(牛海绵状脑病)的大规模暴发源于牛食用了患有羊瘙痒症的羊肉骨粉,因此,加拿大、美国、日本、韩国及欧盟等国家和地区已经立法,严禁使用反刍动物蛋白提炼动物饲料或者使用动物源性蛋白饲料喂养同种动物。我国亦出台了《动物源性饲料产品安全卫生管理办法》,明文禁止使用动物源性饲料饲喂反刍动物。

  不过,餐厨垃圾并非一无是处,在它肮脏恶臭的外表下,是“营养丰富”的内涵。研究表明,除了有机物含量高以外,餐厨垃圾还富含氮、磷、钾、钙以及各种微量元素,具有营养元素齐全、再利用价值高等特点;经过合理处置后,是制作动物饲料、有机肥料和生物能源的重要来源,具有较高的生物质资源价值。目前,国内外对餐厨垃圾资源化处理技术的研究方兴未艾。有数据表明,我国每年产生的餐厨垃圾干物质含量相当于500万吨优质饲料,约等于1000万亩耕地的能量产出。 既然餐厨垃圾兼具资源与污染的双重属性,那么,选择合理开发餐厨垃圾的处理技术,对餐厨垃圾进行资源化处理,无疑具有重要意义。

  传统处理不靠谱

  如何处理生活垃圾,历来是一个世界性难题。餐厨垃圾的处理自然也不例外。目前,大多数国家所采用的办法无非机械粉碎直排、垃圾场填埋和焚烧等几种。总体而言,这些传统处理手段的效果不尽如人意,甚至存在安全隐患,远远不能适应时代发展的需要。 粉碎直排 我国一些城市实行垃圾分类、定时定点投放制度后,一些居民为了避免倒垃圾之苦,便想出了安装厨余垃圾处理设备处理厨余垃圾的主意,用机器将剩菜剩饭、瓜果皮等粉碎后,直接排入下水道。对于餐厨垃圾的处理而言,这种粉碎直排的办法算不得什么新鲜事。 由于厨房空间有限,因此,就地处理是餐厨垃圾处理的基本立足点。在一些发达国家,如日本,很多年以前,大部分居民家中的厨房都安装了厨余垃圾处理装置,将厨余垃圾处理成粉末状后,直接排入市政下水管网。这种机械研磨装置通过高速运转的刀片将装在内胆的各种食物垃圾切碎搅拌后冲入下水道。

  餐厨垃圾粉碎直排法的实质是利用污水处理系统来降解有机质,所以对城市污水处理系统的要求较高。采用这种处理方法,容易产生污水和臭气,滋生病菌、蚊蝇,甚至引发疾病的传播;油污的凝结成块也会造成排水管堵塞,降低城市下水道的排水能力。另外,餐厨垃圾脂类含量特别高的特性更是增加了城市污水处理系统的负荷,并且大大增加了城市污水处理厂出水不达标的风险;同时,还会不可避免地产生一定的二次污染。 事实上,为了保护污水处理系统,日本多地的地方政府已禁止使用垃圾粉碎机。填埋谈到如何处理餐厨垃圾,估计很多人脑海里都会条件反射般地闪过一个词——“一埋了之”。过去,国内大部分地方的餐厨废弃物的确是与其他废弃物一起运到垃圾填埋场进行掩埋。填埋也是世界上大多数国家生活垃圾无害化处理的一种主要方式。 卫生填埋是将垃圾埋入地下,利用各类微生物将生物大分子充分降解为小分子的生化过程。为了防止填埋过程产生的渗滤液污染土壤和地下水,垃圾填埋场需要建设相应的收集和处理系统。由于餐厨垃圾中含有大量可降解组分,稳定时间短,有利于垃圾填埋场地的恢复使用,且处理成本低,技术简单,适合各种垃圾,所以不少发展中国家采用这种处理方法。

  不过,采用填埋法处理餐厨垃圾存在重大的安全隐患。混合的垃圾在降解过程中产生的气体会污染大气甚至引起垃圾坍塌等危险。另有部分餐厨垃圾中含有少量的铅、汞等有害物质,如在运输或填埋过程中泄漏到地下水及其周边水源里,会引起水体及土壤污染。与此同时,由于餐厨垃圾的含水率过高,势必导致渗滤液大量排出,增加处理难度。另外,我国符合填埋条件的土地锐减,也会导致处理成本的增加。 此外,采用这种处理方式,将损失餐厨垃圾中几乎所有的营养价值,餐厨垃圾中的绝大部分碳最终都将转化为沼气。有实验表明,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,剩余的34%的沼气将进入大气层,但沼气对全球变暖具有巨大影响,它所引起的温室效应的能力约为二氧化碳的23倍。 因此,随着对餐厨垃圾可利用性认识的逐步提高,无论在欧美、日本还是我国,该类垃圾的填埋率均呈下降趋势,一些国家甚至已禁止未经处理的餐厨垃圾进入填埋场,如韩国于2005年起所有填埋场都不再接收餐厨垃圾。  焚烧 有人或许会说,既然前面几种办法都不好,那干脆放一把火把餐厨垃圾烧掉好了。事实上,焚烧的确是处理餐厨垃圾的一种办法。 所谓焚烧法,是将垃圾放在特制的焚烧炉中用1000℃以上高温将垃圾的有机成分彻底氧化分解。经过焚烧,垃圾固体可减量50%~80%,焚烧所产生的热能可转换成蒸汽或电能,从而实现能源的回收与利用。

  不过,理想很丰满,现实很骨感。由于餐厨垃圾含水量太高,且脱水困难,加之其热值较低,需要消耗大量的能量进行脱水处理和添加其他辅助燃料,由此造成了焚烧处理成本的增加。此外,在焚烧过程中产生的二氧化硫、氮氧化物、呋喃、二英等有害气体,也会造成二次污染。 从某种程度上说,前面提到的几种传统处理手段,其出发点无一例外地是将餐厨垃圾视为一无是处的污染源;如果我们能改变思路,深入挖掘餐厨垃圾的资源性,或许能够走出一条新路:不仅大大减轻城市生活垃圾处理设备的压力,而且让餐厨垃圾变废为宝。

  餐厨垃圾的三条出路

  目前,资源化利用技术主要包括肥料化、饲料化、油脂回收利用等,它们各有利弊。 肥料化 餐厨垃圾中的有机质含量高达60%以上,是一种优质的堆肥原料。在人工控制的条件下,利用微生物,可以将餐厨垃圾中的有机物降解为稳定的腐殖质。 这种处理方法工艺简单,产品中能保留较多的氮,可以作为改良土壤的肥料。而且由于餐厨垃圾中的有机物含量高,营养元素全面,碳氧比较低,比传统堆肥物料更具备能源优势。堆肥工艺主要有好氧堆肥和蚯蚓堆肥。 好氧堆肥的技术非常成熟,未来将朝着机械化、自动化的方向发展;但是,这种方法的周期比较长,如果餐厨垃圾处理不完全或生产过程未封闭,容易造成二次污染。

  蚯蚓堆肥是指利用蚯蚓自身丰富的酶系统,将餐厨垃圾中的有机质转化为自身或其他生物可以利用的营养物质。 相比传统的好氧堆肥,蚯蚓堆肥可以降低重金属含量和碳氮比,蚯蚓体可提取蚯蚓激酶和蛋白饲料添加剂,蚯蚓粪可作有机肥。不过,蚯蚓堆肥法也有缺点,蚯蚓对生长环境的要求较高,需要合适的温度、pH值、湿度及通风条件等。 总体而言,餐厨垃圾肥料化处理虽然优点多多,但也存在一些缺点:由于我国固体垃圾的分类管理不完善,餐厨垃圾中含有大量微生物无法处理的无机废物且含水率高,影响了堆肥效果;杀菌无害化不彻底;有机肥料质量受餐厨垃圾主要成分之一的盐分的制约很大,较高的盐分和油脂含量会抑制植物的生长,长期使用容易导致土壤盐碱化,影响堆肥效果;堆肥处理周期较长,占地面积大,卫生条件相对较差等。而且,目前还缺少餐厨垃圾制备有机肥料的国家标准。  饲料化餐厨垃圾中含有丰富的蛋白质物料,经过微生物发酵后,可被加工成含有高活性蛋白的优质生物饲料,替代玉米、鱼粉、豆粕等。该项技术不仅能够提高餐厨垃圾的资源利用效率,而且对改善生态环境具有重要意义。 目前,国内生产餐厨再生饲料的工艺主要是生物法和物理法。生物法使用微生物菌体将餐厨垃圾发酵,利用微生物的生长繁殖和新陈代谢,积累有用的菌体、酶和中间体,经过烘干制成蛋白饲料。物理法则是直接将餐厨垃圾脱水后进行干燥消毒,粉碎后制成饲料。 将餐厨垃圾制备成饲料,优点是成本低、机械化程度高及资源化程度高;缺点是难于从根本上避免蛋白同源性污染问题,具有潜在、不确定性的传播疾病的风险,如引发疯牛病、羊瘙痒症等疾病。 从目前情况来看,现有的研究多为实验室规模,工厂化规模的研究相对较少。同时,餐厨垃圾源生物饲料的安全性始终具有潜在风险,可能含有口蹄疫病菌、猪瘟病菌等病原微生物,而且产品的盐分含量也较高,并可能存在将其中的细菌通过食物链传染给食用者的风险。作为预防措施,欧盟已全面禁止了餐厨垃圾的饲料化产品重新进入人类食物链的可能。

      油脂回收利用 据统计,我国每吨餐厨垃圾可以提炼出20~80千克废油脂。在巨大商业利益的驱使下,不法商人通过加热、过滤、蒸馏等一系列手段提取废油脂(俗称“地沟油”),卖给一些小的食品经营点、餐馆等来牟取暴利。 地沟油中含有黄曲霉素、苯等有毒物质,若长期食用,会造成肿瘤等慢性疾病的发生,具有严重的环境风险和健康隐患。为此,我国出台了相关办法,严格规范餐厨垃圾的处理。 目前,餐厨垃圾油脂回收利用技术主要包括生产生物柴油和制备化工产品(洗涤剂、表面润滑剂、选矿药剂、硬脂酸、油酸等)。 相关研究统计发现,在经过集中化加工与处理之后,餐厨垃圾可制作成低碳酯类物质(比如脂肪酸甲酯等),即生物柴油。 餐厨废油的主要成分是甘油三酯和自由脂肪酸,其中的脂肪酸链以天然的碳氢化合物形式存在,通过较为简单的化学处理就可制备出各类化学品,其产品质量与由石化原料制出的产品品质相同甚至更好。 餐厨废油通过皂化、盐析、水洗、干燥定型等工序处理后,与其他原料(如柑橘皮)作用,可以制成肥皂。 餐厨废油经过一系列处理后还可以得到混合脂肪酸,然后用赤磷作催化剂,可以制得一种α衍生脂肪酸矿用浮选药剂。此外,餐厨废油可以用来制备表面活性剂(如脂肪酸二乙醇胺、鼠李糖脂等),还可以高温催化制备合成气体、润滑油、混凝土脱模剂的乳化油以及生产硬脂酸盐和油酸等。 目前,餐厨废油已经进行规模化工业应用的技术仅有酸碱催化法制备生物柴油和生产洗涤剂,其他技术仍处在应用研究阶段。

  厌氧发酵将垃圾变为沼气

  餐厨垃圾厌氧消化是指在缺氧条件下,通过厌氧微生物的代谢活动把复杂的有机物迅速降解为沼气的方法。厌氧消化制备生物甲烷技术是目前国内外垃圾资源化利用的主要方向之一。 这种方法是在一定的厌氧情况下,利用细菌或真菌把其中的特定有机物反应掉,样品里的各种元素合成二氧化碳和甲烷,而氮、磷、钾等元素得到保留,进而变成可以被各种生物直接利用的物质。使用这种技术处理餐厨垃圾等废弃物有各种好处,比如与细菌和真菌起作用的有机物的含固率可以达到10%~25%,而一般废弃物的此项指标通常为15%~20%,所以发酵前不仅不用加水,也不用脱水,前期处理较为容易,同时节省了耗能;而且这种方法具有有机负荷大、占地面积小、周期较短、对自然环境造成的压力小等优点。 但是,餐厨垃圾的厌氧处理目前还存在一系列的问题:餐厨垃圾中含有较多的盐分,会导致微生物体内水分渗出,以致活性降低甚至死亡,从而影响生物降解速度和降解程度;因目前国内厌氧消化技术尚处于起步阶段,并无成熟的专有技术和设备,与国外相比还存在一定的差距。一些新工艺、新技术仍处在小试、中试阶段,有待于工程实际运转的验证。  我国餐厨垃圾因分类不彻底,成分复杂,甚至有的含塑料袋、饭盒、筷子、金属等杂物;因此,在对餐厨垃圾“减量化、无害化、资源化”综合处理前,必须进行垃圾预分选处理——筛选出餐厨垃圾中的各类污染物,并分别加以分类分级处置,以提高餐厨垃圾的再利用率。所以,归根结底,垃圾利用需从分类开始。


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