餐廚垃圾處理工藝及裝置發(fā)展現狀與展望 附餐廚垃圾處理技術的現狀及發(fā)展趨勢

餐廚垃圾處理工藝及裝置發(fā)展現狀與展望隨著國民經濟收入大幅增長，餐飲食品行業(yè)迎來爆發(fā)式增長，人們在日常飲食、食品生產加工等過程中產生的殘羹剩炙及過程廢棄物數量直線上升。據前瞻產業(yè)研究院數據顯示，2011?2015年間，我國平均每年產生的餐廚垃圾約為8684萬噸，而到了2019年，我國產生的餐廚垃圾量達到了1.2億噸，而且未來幾年還會繼續(xù)攀升。在可持續(xù)發(fā)展、資源最大化利用的理念支持下，餐廚垃圾處理工藝飛速發(fā)展，本文介紹了多種常規(guī)及新型餐廚垃圾處理工藝，并簡述了餐廚垃圾處理設備的發(fā)展現狀。一、常規(guī)餐廚垃圾處理工藝餐廚垃圾的組分對后續(xù)垃圾處理工藝有較大影響，我國居民飲食偏向于高油高鹽食物，餐廚垃圾中油脂、鹽分、有機物等含量較高，導致餐廚垃圾在短時間內易腐壞，滋生細菌、病蟲害，因此餐廚垃圾在運輸及處理上需保證時效性及安全性。我國餐廚垃圾處理應走無害化、資源化路線，將油脂、有機物等循環(huán)利用，下面介紹我國常用的幾種餐廚垃圾處理工藝。.填埋、焚燒與破碎。在我國大部分地區(qū)，垃圾分類工作還不夠完善，往往是所有垃圾混合運輸。填埋，即將餐廚垃圾與其他生活垃圾混合壓縮后填埋至地下，填埋地點通常選在城市郊區(qū)，以防止垃圾填埋后產生的易燃、有害氣體及滲液對居民造成傷害。此方法簡單、成本低且處理量較大，但對環(huán)境造成的污染久難恢復。焚燒，即將餐廚垃圾粗篩之后，添加助燃料投入焚燒爐燃燒處理，但餐廚垃圾水分含量較高，需要足夠的助燃料才能充分燃燒，無形中增加了經濟成本，同時會產生二嗯英等有毒氣體，會污染環(huán)境，且混合焚燒發(fā)電的回收利用率僅為9%o破碎，即將餐廚垃圾直接倒入機器中粉碎后排入下水道，這種方法簡單好操作，但處理規(guī)模較小，通常餐廚垃圾粉碎后多為粘稠流體，流動性弱，容易在管道堆積堵塞，還易產生各種微生物引起腐爛異味，同時對污水處理工藝要求較高,廢油脂等無法二次回收利用，不符合垃圾處理資源化理念。.厭氧消化。厭氧消化，即將餐廚垃圾置于適宜溫濕度、酸堿度的無氧或低氧環(huán)境中，利用厭氧微生物（水解發(fā)酵菌、產甲烷菌等）將餐廚垃圾中的有機物降解為甲烷、二氧化碳、氫氣等可二次利用的物質資源，基本^現無害化、資源化處理餐廚垃圾。厭氧消化前需對餐廚垃圾進行打碎、分離預處理，打碎粒度應小于10mm,且環(huán)境條件變化對反應過程影響較大，現在大多將水解發(fā)酵和甲烷菌反應過程分別置于兩個串聯裝置中，以保證穩(wěn)定的處理效果。目前厭氧消化工藝研究相對成熟，己逐步應用于部分城市餐廚垃圾處理。.好氧生物處理（好氧堆肥）。好氧生物處理，即將餐廚垃圾預處理后，在有氧環(huán)境中利用好氧微生物將餐廚垃圾中有機物降解為生化腐殖酸，腐殖酸經轉化后可作為肥料用于農業(yè)生產，必要時可加入桔稈、糞便等有機廢棄物或微生物菌劑促進反應，從而提高堆肥效率。好氧堆肥工藝流程簡單、對環(huán)境條件要求不高、運行費用低，但所需時間周期長、占地面積大，餐廚垃圾組分情況對堆肥效果影響較大。.飼料化。飼料化，即將餐廚垃圾進行加工處理后生成禽畜飼料，加工處理方式一般分為篩雜、脫水、脫油、高溫干燥、研磨制粒幾步，餐廚垃圾中的塑料、金屬、玻璃等不可食用物質若沒有清除干凈，或高溫加熱不徹底，沒有完全消滅餐廚垃圾中的病原菌，人類食用飼料飼養(yǎng)的禽畜肉后易攝入有害物質，影響健康,所以飼料化處理餐廚垃圾時需按國家標準要求保證成品飼料質量。飼料化處理餐廚垃圾的資源回收利用效率可達到80%,在目前常用的幾種處理方式中效率最高二、新型高回報化餐廚垃圾處理工藝首先，我國常規(guī)餐廚垃圾處理時分離出的大量廢油脂可作為制備生物柴油的原料，生物柴油是一種可代替化石燃料的綠色清潔能源。目前大規(guī)模工業(yè)化制備生物柴油技術以酯交換法為主，根據廢油脂成分的不同，選擇相應的酸或堿性催化劑來完成酯交換過程。在我國生物柴油市場化程度不高的當下，還需政府出臺相關激勵政策，為生物柴油的生產、銷售各環(huán)節(jié)布好局、鋪好路。其次，廢油脂還可通過微生物合成一種熱塑性較好且可降解的高分子聚酯，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料，減少塑料對環(huán)境的污染，目前此技術還在研究階段，未大規(guī)模投產。而廢油脂的利用，也從根本上杜絕了“地溝油''等非法利用問題。再次，餐廚垃圾還可制備乙醇及氫燃料，通過酶水解糖化和發(fā)酵反應將餐廚垃圾中的淀粉、糖類、脂肪等各種有機物轉化為乙醇燃料，厭氧發(fā)酵法獲得甲烷的同時也會產生部分氫氣，對這部分氫氣進行收集，可實現甲烷-氫氣聯合生產,過程中還可控制反應工藝參數實現氫高回收率。乙醇及氫燃料作為綠色清潔能源在化石能源逐漸枯竭的時代將大有可為，但這方面技術還有待推廣應用。最后，由于餐廚垃圾中蛋白質、糖分含量較高，可作為昆蟲養(yǎng)殖飼料，研究發(fā)現黑水虻這種喜食腐生性物質且耐高油高鹽的昆蟲可大量消耗餐廚垃圾，黑水虻成長周期較短、自身營養(yǎng)豐富，成蟲可作為其他禽畜、水產動物飼料使用，簡單、輕松實現了餐廚垃圾的循環(huán)化利用，但弊端在于昆蟲培育安全性欠佳，耗費人力，目前還無法大批量自動化養(yǎng)殖。餐廚垃圾利用固態(tài)發(fā)酵的方法還可得到蛋白飼料，可代替大豆粉、魚粉，但此蛋白飼料中可能含有餐廚垃圾中同源性污染源，例如致病菌等，有一定食品安全風險，因此這一技術目前也未大規(guī)模工程化應用。三、餐廚垃圾處理裝置簡述餐廚垃圾處理設備可分為小型家用裝置和大型工程用裝置，小型家用裝置常見有廚下垃圾處理器，其體積小巧、處理速度較快，可直接安裝在廚房洗菜池下水管口，將廚余垃圾打碎研磨后排入污水管。不過，這種垃圾處理器對污水管的維護管理及終端污水的處理技術要求較高，目前在我國的普及度比較低。國外還有一種小型家用餐廚垃圾處理機，利用高溫烘干或加入微生物菌使餐廚垃圾降解為肥料，可用于園藝花草施肥，但該機器的處理量偏小，所需處理時間較長。大型工程用餐廚垃圾處理裝置通常采用預處理與厭氧消化、好氧堆肥或飼料化結合的工藝，收運來的餐廚垃圾通過自動送料設備送至粗分選、精分選設備、三相分離設備先進行預處理，篩分出塑料、陶瓷、玻璃等無法參與后續(xù)流程的固體廢渣和廢油脂。分選設備可將破碎機、螺旋輸料機、液壓泵、變頻電機、三相分離器及離心泵等組合使用;篩分后的餐廚垃圾送入發(fā)酵容器，根據地域特點和餐廚垃圾組分選擇不同的處理方式，調整適宜的工藝參數，如溫濕度、酸堿度等,最終收集甲烷氣體、肥料或飼料，并將過程中產生的廢氣、廢水按國家標準要求處理后排放。大型餐廚垃圾處理設備往往占地面積、建設規(guī)模較大，目前在部分大中城市有試點項目，最大處理量約為400t/d。大型餐廚垃圾處理裝置生產流程如圖1所示。四、結論與展望雖然近年來我國開發(fā)出了多種新型餐廚垃圾回收處理工藝，豐富了終端產物品種，但很多工藝技術還無法實現工業(yè)化量產，存在一定局限性，有待進一步研究。目前餐廚垃圾處理設備裝置還未在全國范圍內普及，垃圾資源化處理速度仍落后于產生速度，未來可在餐廚垃圾處理設備高效化、人工智能化方面進行研究,以降低成本、提高質量，實現綠色可持續(xù)發(fā)展。同時，應加大垃圾分類宣教，形成全民共識，并制定相關法律管理條例，推出相應政策及措施，大力推動城市垃圾分類及餐廚垃圾處理設施試點項目。餐廚垃圾處理技術的現狀及發(fā)展趨勢摘要：本文介紹了餐廚垃圾的成分和特性，綜述了餐廚垃圾處理技術的研究進展，分析了各種技術存在的優(yōu)缺點，并針對技術存在的問題，提出了餐廚垃圾處理方向的發(fā)展趨勢，為餐廚垃圾的處理和管理提供了借鑒。關鍵詞：餐廚垃圾；處理技術；資源化；發(fā)展趨勢1餐廚垃圾特點餐廚垃圾即餐飲垃圾和廚余垃圾的總稱，其中餐飲垃圾為飯店、餐廳以及單位食堂等產生的飲食剩余物和后廚加工廢棄物，如肉食、果蔬、面點、油脂等，且以油脂和固液混合物為主。廚余垃圾則是日常生活中產生的食材下腳料、果蔬以及剩余飯菜等有機垃圾，具有易腐特點，且多為固體廢棄物。總結餐廚垃圾特點主要包括以下幾個方面［1］：(1)含水率高。一般可以達到80%~95%；(2)有機物含量高。例如纖維素、蛋白質、脂肪、淀粉等；(3)鹽分含量高。剩余飯菜內含有較高的鹽分，并且還含有部分的辣椒和醋酸；(4)微量元素多。如氮、磷、鉀、鈣等；(5)病原性強。含有較多的病原菌、病原微生物；(6)腐蝕性強。各種種類的垃圾均具有較高的腐蝕性，容易變質發(fā)臭。2餐廚垃圾處理技術分析粉碎直排應用粉碎直排方法處理餐廚垃圾，即在垃圾產生位置來進行破碎、粉粹加工，最后利用水流將其全部沖刷到市政下水管網內，與城市污水集合后送入污水處理廠處理。該方法具有價格便宜、使用方便的特點，是歐美國家處理少量、分散餐廚垃圾的主要方法⑵。然而，粉碎直排法會增加城市供水的負擔并浪費水資源;粉碎后的餐廚垃圾殘留在污水管道中易腐敗，增加蚊蠅鼠蟲的滋生并傳播疾?。辉龃蟪鞘形鬯漠a生量與處理量。填埋處理填埋也是餐廚垃圾比較常見的一種處理方法，對產生后且為進行單獨收運處理的垃圾進行混合收運，然后統(tǒng)一運輸到指定位置進行填埋。對于餐廚垃圾來講其具有非常高的有機物含量，且含水量大，直接封其進行填埋會在后期受到微生物分解發(fā)酵，形成大量高濃度有機廢水，同時伴隨惡臭，如果不采取任何措施處理，垃圾滲濾液便會對周邊區(qū)域的地下、土壤以及大氣環(huán)境等水造成污染。好氧堆肥還可以選擇對其進行好氧堆肥的方式處理餐廚垃圾，即將垃圾放置在有氧條件下，通過微生物分解，將有機物降解成無機物。此項技術應相對成熟，并且工藝簡單容易控制，降解處理后得到的產物還可以用于農作物生產，在解決垃圾問題的同時，達到垃圾再利用的目的，實際應用優(yōu)勢更大。但是從技術角度來講，好氧降解方法現在多用于綠色植物垃圾以及秸稈等富含組織結構的垃圾處理，在餐廚垃圾處理中應用還存在一定不確定性。尤其是好氧堆肥對進料純度有著施恩嚴格的要求，旦需要較大的場地作為支持，并為整個處理過程提供足夠的熱能，前期成本較高。另外，降解處理后得到的肥料，可以使用的時間受季節(jié)限制較大,但是餐廚垃圾沒有此限制，這樣就很容易因為供需失衡產生問題。再加上好氧堆肥處理所需時間比較長，一個周期需要大量的成本作為支持，真正落實對各項條件的需求較大，難以得到大面積的推廣［3］。厭氧消化利用厭氧消化的方式來處理餐廚垃圾，主要就是促使垃圾發(fā)酵產生沼氣，然后將其轉換成電能與燃氣，同時還可以對厭氧消化罐中產出的殘渣進行二次發(fā)酵堆肥處理。此種方法處理過程中所產生的沼氣能夠利用熱電聯產發(fā)電機組將其轉換成電能和熱能，并與電網可靠連接，為日常生活提供電能和熱能［4］。另外，垃圾經過發(fā)酵后產生的沼液，經過脫鹽、脫氮處理后可直接作為液態(tài)有機肥用于農業(yè)以及園林種植。同時反應后產生沼渣，還可以進行堆肥得到肥料，用于農業(yè)種植，有效減少餐廚垃圾總量，提高廢物利用效率。飼料化餐廚垃圾是食物廢物的一種，營養(yǎng)成分豐富，飼料化處置能充分利用其中的有機營養(yǎng)成分。主要有以下三種形式［5］：(1)直接作為飼料，由于同源性問題安全達不到要求，國內外多數國家均嚴格禁止這種處理方式。(2)采用高溫殺菌的方式消除病毒污染，然后再干化制飼料。這種方式對減少餐廚垃圾的細菌、病毒污染具有明顯的效果，但仍然存在一定的安全隱患。(3)利用餐廚垃圾飼養(yǎng)特定非食物性生物，然后進行轉化物質的提升應用。如飼養(yǎng)蚯蚓、黑水虻，再提取動物蛋白制飼料，這樣同源性問題基本解決。制生物柴油目前，國內對餐飲廢油的處置方式大致分為兩種［6］：(1)通過預處理制取毛油，最終交付下游有資質的企業(yè)進一步處置，其優(yōu)勢在于處理工藝簡單，初期投資低，多用于中小城市小規(guī)模廢棄油脂的處理，其缺點在于毛油仍存在流向餐桌的社會風險。(2)餐飲廢油通過預處理和各類化學處理制取生物柴油或其中間產品。由于餐飲廢油經甲酯化反應后，無法再制取食用油，因此可有效的杜絕餐飲廢油回流餐桌，但其缺點是毛油提煉裝置需進行防爆管理，系統(tǒng)復雜。熱解餐廚垃圾中以有機物為主，這樣就可以通過其熱不穩(wěn)定性特點，將垃圾置于缺氧或無氧條件下進行加熱蒸僧處理。其中因為垃圾熱值比較低，熱解處理時需要吸收大量的熱量，必須要增加補充燃料，而造成成本提高。并且，餐廚垃圾內種類較多，無法準確控制熱解工藝參數，使得整個處理過程處于一個非常復雜的狀態(tài)，難以達到預期的效果。3餐廚垃圾處理技術發(fā)展方向及建議餐廚垃圾處理發(fā)展方向餐廚垃圾處理業(yè)務領域近來成為固廢行業(yè)熱點，國內外對餐廚垃圾處理技術展開了廣泛研究，但目前最大的問題是餐廚垃圾處理后形成的產品的品質和去路問題沒能有效解決。主流的厭氧發(fā)酵工藝也存在沼氣提純難、二次污染嚴重等問題。因此餐廚垃圾處理急需在技術上革新［7］。首先是傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化組合與改進，餐廚垃圾處理較合理的組合工藝為“預處理—三相分離—主工藝”，預處理要進一步優(yōu)化提高雜物去除率，三項分離要實現油、水和固態(tài)物質的有效分離，主工藝厭氧發(fā)酵要進一步優(yōu)化提高沼氣產率、沼渣和沼液均需要找到經濟可行的處理辦法和出路。主工藝好氧發(fā)酵要從技術上提升產品品質，并解決肥料產品的銷路問題。其次是新技術新工藝的開發(fā)與實踐。如黑水虻處理餐廚垃圾制生物蛋白技術，該技術已成為行業(yè)內研究熱點，該技術生態(tài)環(huán)保，成本低，目前初步得到應用，有較大的發(fā)展?jié)摿?。餐廚垃圾處理技術工藝流程建議可以選擇的餐廚垃圾處理方法較多，不同方法技術之間差異較大，且均具有各自的優(yōu)缺點，在實際處理中為達到最高處理效果，則可以將多種方法綜合在一起，消除單個工藝無法減量化、能源化、無害化的缺陷［8］。圖1所示為餐廚垃圾處理工藝模式圖，可以對各種處理技術進行優(yōu)勢整合，形成一個綜合性的處理工藝，為餐廚垃圾出來提供技術支持。餐8f垃圾通過收集轉運進入處理廠，采用專用設備進行分選、破碎等流程，將餐廚垃圾中的廢油、廢水和殘余物分離開，廢油脂通過提煉加工制成生物柴油；廢水通過厭氧發(fā)酵處理，產生的沼氣提純?yōu)閴嚎s天然氣(CNG)；固性殘余物通過黑水虻養(yǎng)殖制成高蛋白飼料原料。這樣的工藝流程的主要指導思想是資源再生、梯級利用，油脂制成生物柴油、高濃度廢水中的有機物轉化成沼氣、沼液沼渣制備成為有機肥，較為難以處理的固體殘渣也可以通過黑水虻進行轉化。4結語隨著人們環(huán)境保護意識的提高和政府對垃圾處理的管理力度的加強，餐廚垃圾的分類收集和處理已經初具規(guī)模隨著人們生活水平的不斷提高，餐廚垃圾產生