餐廚垃圾處理技術(shù)介紹及應(yīng)用
餐廚垃圾處理技術(shù)介紹及應(yīng)用
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快以及人口的快速膨脹，餐廚垃圾產(chǎn)生量暴漲，今年僅姑蘇區(qū)7月的餐廚垃圾日均產(chǎn)生量就達(dá)117.51噸，并且仍以每年不低于10%的速度增長，若不擴(kuò)容終端處置設(shè)施處理能力，處理能力可能會(huì)在未來幾年內(nèi)達(dá)到飽和。近年來，政府不斷重視餐廚垃圾處理并加大投入，餐廚垃圾處理技術(shù)和設(shè)備亦呈現(xiàn)多元化趨勢。
一、餐廚垃圾基本特征
餐廚垃圾是指在食品加工、飲食服務(wù)、單位供餐等活動(dòng)中，產(chǎn)生的食物殘?jiān)?、食品加工廢料和廢棄食用油脂等，具有高含水率、高含油率、高鹽度、高有機(jī)物質(zhì)含量、易腐敗等特征，如果不能得到及時(shí)處理，尤其夏季高溫下更容易加速腐敗，不僅喪失了其資源性，更會(huì)滋生病菌、影響市容環(huán)境衛(wèi)生。根據(jù)北控集團(tuán)相關(guān)分析，餐廚垃圾基本物質(zhì)成分如表1所示。其高有機(jī)質(zhì)和含油特性，使得餐廚垃圾可被資源化處理。
二、餐廚垃圾處理技術(shù)
餐廚垃圾處理技術(shù)按處理媒介可分為生物處理和非生物處理兩大類。生物技術(shù)包括高溫好氧堆肥、生化機(jī)處理、厭氧發(fā)酵、黑水虻養(yǎng)殖等，非生物技術(shù)包括焚燒填埋、飼料化、高溫?zé)峤獾?。其中，焚燒填埋和飼料化等傳統(tǒng)處理方式由于二次污染嚴(yán)重和衛(wèi)生健康風(fēng)險(xiǎn)等問題，已被政府限制或禁止。現(xiàn)階段常見的餐廚垃圾處理技術(shù)主要有高溫好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、生化機(jī)處理和高溫?zé)峤狻?
1、高溫好氧堆肥技術(shù)
高溫好氧堆肥是在強(qiáng)制通風(fēng)供氧的條件下，好氧菌對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行吸收、氧化以及降解，通常堆溫較高,約在60~75℃，稱為高溫好氧堆肥，其工藝流程如圖1所示。高溫好氧堆肥的優(yōu)點(diǎn)是可以在不設(shè)置外在條件下最大限度地殺滅病原菌，同時(shí)，對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解程度較高，堆肥產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾的資源化。缺點(diǎn)是生產(chǎn)的肥料含有一定重金屬和無機(jī)鹽，易造成土壤板結(jié)，市場需求量較小，無法達(dá)到減量的目的，同時(shí)堆場占地較大、堆肥過程較長（堆肥時(shí)間通常在15~26天）且存在氨氣、二氧化硫等二次污染氣體。
2、厭氧發(fā)酵技術(shù)
厭氧發(fā)酵是在無氧環(huán)境下，多種專性及兼性厭氧菌降解有機(jī)質(zhì)的過程，最后生成以甲烷為主的混合氣，其工藝流程如圖2所示。根據(jù)物料含固率，可將厭氧發(fā)酵分為濕式厭氧（＜15%）和干式厭氧（≥15%）。干式厭氧相較于濕式厭氧產(chǎn)氣效率高、耐沖擊能力高、沼液產(chǎn)生量少、占地面積小，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于技術(shù)不成熟,干式厭氧過程中的揮發(fā)性脂肪酸積累速度過快，導(dǎo)致發(fā)酵的過程低效甚至失敗，因此目前國內(nèi)商業(yè)化應(yīng)用廣泛的是濕式厭氧。厭氧發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷能力強(qiáng)，能回收生物質(zhì)能，幾乎無二次污染。缺點(diǎn)是沼液、沼渣量大，難處理，沼氣需要進(jìn)一步提純，工程投資大，運(yùn)營成本和技術(shù)要求高。
3、生化機(jī)處理技術(shù)
生化機(jī)處理技術(shù)主要是利用生化機(jī)對(duì)物料進(jìn)行好氧發(fā)酵，但不同于高溫好氧堆肥，生化機(jī)處理通過動(dòng)態(tài)控制溫度、含水率、通風(fēng)量，并采用高效菌種，可大大縮短好氧發(fā)酵的時(shí)間，將原先的肥料堆場濃縮進(jìn)小型反應(yīng)倉中，節(jié)約用地，同時(shí)餐廚垃圾減量率達(dá)90-95%，其工藝流程如圖3所示。生化機(jī)處理的優(yōu)點(diǎn)是處理時(shí)間短、占地小，可就近就地處理餐廚垃圾，通過分布式布點(diǎn)解決區(qū)域餐廚垃圾處理問題。缺點(diǎn)是大量有機(jī)質(zhì)被直接分解，而未進(jìn)行回收利用，造成一定的資源浪費(fèi)，同時(shí)由于機(jī)器尺寸受限，無法大規(guī)模處理餐廚垃圾。
4、高溫?zé)峤饧夹g(shù)
高溫?zé)峤饧夹g(shù)是在無氧或者限氧的條件下，加熱有機(jī)質(zhì)至一定溫度（餐廚垃圾的熱解溫度在600℃以下），通過干餾和熱分解作用將脂類和蛋白質(zhì)等轉(zhuǎn)變成碳?xì)浠衔?，最終產(chǎn)物為熱解油、冷凝水、不凝性氣體和炭等。其工藝流程如圖4所示。高溫?zé)峤饧夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)是固體體積大幅縮小，重金屬不會(huì)被析出，幾乎不會(huì)產(chǎn)生有害氣體或臭氣。其缺點(diǎn)是所需溫度較高，需要外界供熱，設(shè)備復(fù)雜、工藝尚不成熟。
5、其他技術(shù)
在生物處理方面，引入蚯蚓、黑水虻等動(dòng)物，以餐廚垃圾為食，通過自身的消化系統(tǒng)將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為蚯蚓糞、黑水虻糞等有機(jī)肥料，同時(shí)收獲蚯蚓和黑水虻卵提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但此方法受生長和消化速度影響，餐廚垃圾消耗量有限、處理周期較長。在非生物方面，采用水熱反應(yīng)處理餐廚垃圾，將餐廚垃圾置于高溫高壓的條件下，模擬地下成巖機(jī)制，可快速將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖酸等有機(jī)肥（最快僅需2小時(shí)），但此方法對(duì)前端分類要求極高，設(shè)備復(fù)雜、技術(shù)尚不成熟。
三、餐廚垃圾處理技術(shù)應(yīng)用
上文介紹了四種餐廚垃圾處理技術(shù)的工藝和優(yōu)缺點(diǎn)。如表2總結(jié)了四種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的建設(shè)要求、環(huán)境影響和能源消耗等特點(diǎn)，供實(shí)際比選參考。
厭氧發(fā)酵處理量大，資源化、減量化程度高，技術(shù)較為成熟，被廣泛應(yīng)用。蘇州市從2010年開始，陸續(xù)建設(shè)的大型餐廚垃圾處理項(xiàng)目均采用厭氧發(fā)酵技術(shù)，第一個(gè)項(xiàng)目建于2010年，位于吳中區(qū)，采用“濕熱水解+厭氧發(fā)酵”工藝，設(shè)計(jì)處理能力350噸/天，此外300噸/天的工業(yè)園區(qū)項(xiàng)目、200噸/天的高新區(qū)項(xiàng)目、200噸/天的吳江區(qū)項(xiàng)目和200噸/天的相城區(qū)項(xiàng)目在2020年12月全部投入運(yùn)營，屆時(shí)，蘇州市的餐廚垃圾處理能力將達(dá)到1250噸/天。
在垃圾運(yùn)輸較為困難或餐廚垃圾產(chǎn)量太小、收運(yùn)成本過高的地區(qū)，則采用占地小、處理周期短的分布式生化處理機(jī)就地處理較為合適。蘇州市政府配置0.5噸/天的生化處理機(jī)，負(fù)責(zé)處理食堂的餐廚垃圾。蘇州白洋灣有機(jī)垃圾綜合處理項(xiàng)目采用生化機(jī)處理，處理規(guī)模為20噸/天，項(xiàng)目于2020年年底前投入使用，主要負(fù)責(zé)處理農(nóng)貿(mào)市場、果品批發(fā)市場等有機(jī)垃圾。受機(jī)器工程結(jié)構(gòu)的局限性，生化機(jī)的單機(jī)處理能力較低，一般少于10噸/天，大規(guī)模使用需要多臺(tái)機(jī)器同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)生化機(jī)對(duì)進(jìn)料尺寸有一定限制，若有大骨頭、長纖維等混入時(shí)，容易對(duì)機(jī)器造成不良影響，嚴(yán)重的可以使機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在單機(jī)運(yùn)行時(shí)可配置前端的人工分揀，多機(jī)運(yùn)行時(shí)可配置分揀機(jī)和破碎機(jī)提高機(jī)器的運(yùn)行效率。
四、結(jié)語
我國作為餐飲消費(fèi)大國，餐廚垃圾的資源化、無害化處理水平關(guān)乎我國的環(huán)境發(fā)展。在科技不斷更新的時(shí)代背景下，餐廚垃圾除以上提及的處理方法外，還將有新的理論、技術(shù)和設(shè)備。餐廚垃圾處理技術(shù)選擇，還需結(jié)合人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、用地關(guān)系等條件因地制宜開發(fā)出合理的處置方式。餐廚垃圾處理不僅要注重末端處理，還應(yīng)與源頭減量、中游收運(yùn)相輔相成，形成完整的生命鏈接。
一、餐廚垃圾基本特征
餐廚垃圾是指在食品加工、飲食服務(wù)、單位供餐等活動(dòng)中，產(chǎn)生的食物殘?jiān)?、食品加工廢料和廢棄食用油脂等，具有高含水率、高含油率、高鹽度、高有機(jī)物質(zhì)含量、易腐敗等特征，如果不能得到及時(shí)處理，尤其夏季高溫下更容易加速腐敗，不僅喪失了其資源性，更會(huì)滋生病菌、影響市容環(huán)境衛(wèi)生。根據(jù)北控集團(tuán)相關(guān)分析，餐廚垃圾基本物質(zhì)成分如表1所示。其高有機(jī)質(zhì)和含油特性，使得餐廚垃圾可被資源化處理。
二、餐廚垃圾處理技術(shù)
餐廚垃圾處理技術(shù)按處理媒介可分為生物處理和非生物處理兩大類。生物技術(shù)包括高溫好氧堆肥、生化機(jī)處理、厭氧發(fā)酵、黑水虻養(yǎng)殖等，非生物技術(shù)包括焚燒填埋、飼料化、高溫?zé)峤獾?。其中，焚燒填埋和飼料化等傳統(tǒng)處理方式由于二次污染嚴(yán)重和衛(wèi)生健康風(fēng)險(xiǎn)等問題，已被政府限制或禁止。現(xiàn)階段常見的餐廚垃圾處理技術(shù)主要有高溫好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、生化機(jī)處理和高溫?zé)峤狻?
1、高溫好氧堆肥技術(shù)
高溫好氧堆肥是在強(qiáng)制通風(fēng)供氧的條件下，好氧菌對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行吸收、氧化以及降解，通常堆溫較高,約在60~75℃，稱為高溫好氧堆肥，其工藝流程如圖1所示。高溫好氧堆肥的優(yōu)點(diǎn)是可以在不設(shè)置外在條件下最大限度地殺滅病原菌，同時(shí)，對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解程度較高，堆肥產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾的資源化。缺點(diǎn)是生產(chǎn)的肥料含有一定重金屬和無機(jī)鹽，易造成土壤板結(jié)，市場需求量較小，無法達(dá)到減量的目的，同時(shí)堆場占地較大、堆肥過程較長（堆肥時(shí)間通常在15~26天）且存在氨氣、二氧化硫等二次污染氣體。
2、厭氧發(fā)酵技術(shù)
厭氧發(fā)酵是在無氧環(huán)境下，多種專性及兼性厭氧菌降解有機(jī)質(zhì)的過程，最后生成以甲烷為主的混合氣，其工藝流程如圖2所示。根據(jù)物料含固率，可將厭氧發(fā)酵分為濕式厭氧（＜15%）和干式厭氧（≥15%）。干式厭氧相較于濕式厭氧產(chǎn)氣效率高、耐沖擊能力高、沼液產(chǎn)生量少、占地面積小，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于技術(shù)不成熟,干式厭氧過程中的揮發(fā)性脂肪酸積累速度過快，導(dǎo)致發(fā)酵的過程低效甚至失敗，因此目前國內(nèi)商業(yè)化應(yīng)用廣泛的是濕式厭氧。厭氧發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷能力強(qiáng)，能回收生物質(zhì)能，幾乎無二次污染。缺點(diǎn)是沼液、沼渣量大，難處理，沼氣需要進(jìn)一步提純，工程投資大，運(yùn)營成本和技術(shù)要求高。
3、生化機(jī)處理技術(shù)
生化機(jī)處理技術(shù)主要是利用生化機(jī)對(duì)物料進(jìn)行好氧發(fā)酵，但不同于高溫好氧堆肥，生化機(jī)處理通過動(dòng)態(tài)控制溫度、含水率、通風(fēng)量，并采用高效菌種，可大大縮短好氧發(fā)酵的時(shí)間，將原先的肥料堆場濃縮進(jìn)小型反應(yīng)倉中，節(jié)約用地，同時(shí)餐廚垃圾減量率達(dá)90-95%，其工藝流程如圖3所示。生化機(jī)處理的優(yōu)點(diǎn)是處理時(shí)間短、占地小，可就近就地處理餐廚垃圾，通過分布式布點(diǎn)解決區(qū)域餐廚垃圾處理問題。缺點(diǎn)是大量有機(jī)質(zhì)被直接分解，而未進(jìn)行回收利用，造成一定的資源浪費(fèi)，同時(shí)由于機(jī)器尺寸受限，無法大規(guī)模處理餐廚垃圾。
4、高溫?zé)峤饧夹g(shù)
高溫?zé)峤饧夹g(shù)是在無氧或者限氧的條件下，加熱有機(jī)質(zhì)至一定溫度（餐廚垃圾的熱解溫度在600℃以下），通過干餾和熱分解作用將脂類和蛋白質(zhì)等轉(zhuǎn)變成碳?xì)浠衔?，最終產(chǎn)物為熱解油、冷凝水、不凝性氣體和炭等。其工藝流程如圖4所示。高溫?zé)峤饧夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)是固體體積大幅縮小，重金屬不會(huì)被析出，幾乎不會(huì)產(chǎn)生有害氣體或臭氣。其缺點(diǎn)是所需溫度較高，需要外界供熱，設(shè)備復(fù)雜、工藝尚不成熟。
5、其他技術(shù)
在生物處理方面，引入蚯蚓、黑水虻等動(dòng)物，以餐廚垃圾為食，通過自身的消化系統(tǒng)將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為蚯蚓糞、黑水虻糞等有機(jī)肥料，同時(shí)收獲蚯蚓和黑水虻卵提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但此方法受生長和消化速度影響，餐廚垃圾消耗量有限、處理周期較長。在非生物方面，采用水熱反應(yīng)處理餐廚垃圾，將餐廚垃圾置于高溫高壓的條件下，模擬地下成巖機(jī)制，可快速將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖酸等有機(jī)肥（最快僅需2小時(shí)），但此方法對(duì)前端分類要求極高，設(shè)備復(fù)雜、技術(shù)尚不成熟。
三、餐廚垃圾處理技術(shù)應(yīng)用
上文介紹了四種餐廚垃圾處理技術(shù)的工藝和優(yōu)缺點(diǎn)。如表2總結(jié)了四種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的建設(shè)要求、環(huán)境影響和能源消耗等特點(diǎn)，供實(shí)際比選參考。
厭氧發(fā)酵處理量大，資源化、減量化程度高，技術(shù)較為成熟，被廣泛應(yīng)用。蘇州市從2010年開始，陸續(xù)建設(shè)的大型餐廚垃圾處理項(xiàng)目均采用厭氧發(fā)酵技術(shù)，第一個(gè)項(xiàng)目建于2010年，位于吳中區(qū)，采用“濕熱水解+厭氧發(fā)酵”工藝，設(shè)計(jì)處理能力350噸/天，此外300噸/天的工業(yè)園區(qū)項(xiàng)目、200噸/天的高新區(qū)項(xiàng)目、200噸/天的吳江區(qū)項(xiàng)目和200噸/天的相城區(qū)項(xiàng)目在2020年12月全部投入運(yùn)營，屆時(shí)，蘇州市的餐廚垃圾處理能力將達(dá)到1250噸/天。
在垃圾運(yùn)輸較為困難或餐廚垃圾產(chǎn)量太小、收運(yùn)成本過高的地區(qū)，則采用占地小、處理周期短的分布式生化處理機(jī)就地處理較為合適。蘇州市政府配置0.5噸/天的生化處理機(jī)，負(fù)責(zé)處理食堂的餐廚垃圾。蘇州白洋灣有機(jī)垃圾綜合處理項(xiàng)目采用生化機(jī)處理，處理規(guī)模為20噸/天，項(xiàng)目于2020年年底前投入使用，主要負(fù)責(zé)處理農(nóng)貿(mào)市場、果品批發(fā)市場等有機(jī)垃圾。受機(jī)器工程結(jié)構(gòu)的局限性，生化機(jī)的單機(jī)處理能力較低，一般少于10噸/天，大規(guī)模使用需要多臺(tái)機(jī)器同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)生化機(jī)對(duì)進(jìn)料尺寸有一定限制，若有大骨頭、長纖維等混入時(shí)，容易對(duì)機(jī)器造成不良影響，嚴(yán)重的可以使機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在單機(jī)運(yùn)行時(shí)可配置前端的人工分揀，多機(jī)運(yùn)行時(shí)可配置分揀機(jī)和破碎機(jī)提高機(jī)器的運(yùn)行效率。
四、結(jié)語
我國作為餐飲消費(fèi)大國，餐廚垃圾的資源化、無害化處理水平關(guān)乎我國的環(huán)境發(fā)展。在科技不斷更新的時(shí)代背景下，餐廚垃圾除以上提及的處理方法外，還將有新的理論、技術(shù)和設(shè)備。餐廚垃圾處理技術(shù)選擇，還需結(jié)合人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、用地關(guān)系等條件因地制宜開發(fā)出合理的處置方式。餐廚垃圾處理不僅要注重末端處理，還應(yīng)與源頭減量、中游收運(yùn)相輔相成，形成完整的生命鏈接。