盡管餐廚垃圾的組成成分、性質(zhì)和生產(chǎn)量受地區(qū)環(huán)境差異、居民生活水平、飲食結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化等多種因素的影響,但具備如下總體特征:
a) 高含水率(70%~95%);
b) 有機物含量高;
c)油類(1%~3%)和鹽類物質(zhì)含量高(0.8%~1.5%);
d)營養(yǎng)價值豐富,含氮、磷、鉀等各種微量元素;
e)容易發(fā)酵易腐并產(chǎn)生惡臭。
餐廚垃圾的這些特征使其具有較高的利用價值,同時也必須對其進行適當(dāng)處理,才能得到社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。對于餐廚垃圾的處理方法有:焚燒處理、好養(yǎng)堆肥、飼料化處理、熱解氣化、厭氧發(fā)酵制甲烷、生物制柴油。關(guān)于焚燒法因為含水量較高和燃燒值低的特點,所以不適合餐廚垃圾的處理。下面重點介紹物理法處理、好養(yǎng)堆肥、厭氧發(fā)酵和飼料化處理技術(shù)。
1 物理法處理
物理法處理餐廚垃圾主要包括物理研磨粉碎法和物理分選法。通常情況下兩種方法綜合應(yīng)用。就是在研磨粉碎的同時,將油脂等可回收利用的有機產(chǎn)物進行分離,如油脂可以送往制皂廠制成肥皂。其原理較為簡單,該技術(shù)主要處理機械設(shè)備為機械研磨粉碎機和物理分選垃圾處理機。其中物理分選處理可以將可回收利用的餐廚垃圾成分進行回收利用。物理法處理工藝主要利用于家庭小型餐廚垃圾處理機。但這種方法容易產(chǎn)生滲濾液和惡臭的氣體,并對城市的排水系統(tǒng)的會造成很大的壓力,餐廚垃圾的高油脂的特點,也會對城市污水處理系統(tǒng)造成巨大的壓力。同時,沒有對餐廚垃圾進行能源的回收利用,也不符合中國可持續(xù)發(fā)展的需要。
2 好氧堆肥
好氧堆肥工藝是在通氧氣的條件下,利用好氧微生物的新陳代謝活動對餐廚垃圾中的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為肥料的過程。好氧堆肥的溫度一般較高,一般在50 ℃~60 ℃左右。好氧堆肥過程一般可分為兩個重要階段。第一階段是高速堆肥階段,第二階段是熟化階段,通常在堆肥過程中需投加添加劑,以提高堆肥有機物降解性和增加堆體通風(fēng)性能。好氧堆肥技術(shù)降解有機質(zhì)速度快、堆料分解徹底,同時能有效殺滅病原微生物,是處理高有機質(zhì)固體廢物的一種有效手段。研究表明好氧堆肥的影響條件是環(huán)境溫度最為顯著大于含水率的影響,其次是固態(tài)顆粒的大小,最后是氧氣通風(fēng)量,得出好氧堆肥的最佳的工藝條件是環(huán)境溫度大約為40 ℃,通風(fēng)量為66.6 mL/s。好氧堆肥化技術(shù)的控制條件主要是原料的選擇和參數(shù)的控制,餐廚垃圾原料C/N處于特定區(qū)間,才能發(fā)揮最好的堆肥效果。堆肥溫度是對好氧堆肥影響最為重要。研究表明,堆肥溫度應(yīng)控制在45 ℃~65 ℃。溫度超過65 ℃就會對微生物新陳代謝活動起到抑制作用。
3 厭氧發(fā)酵
從能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略來看,對餐廚垃圾的資源化處理和能源利用,國內(nèi)外采取的主流工藝就是厭氧發(fā)酵制取甲烷的主體工藝。厭氧發(fā)酵主要分為兩個過程:厭氧分解過程和生物化學(xué)反應(yīng)過程。厭氧微生物降解分為四個階段,即水解、酸化、乙酸化和甲烷化。在厭氧發(fā)酵過程中,餐廚垃圾中的大分子量物質(zhì)首先被微生物分解為分子量較小的物質(zhì),如糖、多肽和長鏈脂肪酸等物質(zhì)。水解階段水解酶或輔水解酶首先要吸附在有機大分子顆粒表面,將長鏈大分子有機質(zhì)分解成短鏈聚合物。而第二階段,生成的短鏈有機物進一步被產(chǎn)酸菌酸化,生成如葡萄糖、氨基酸和其它短鏈的有機酸,同時產(chǎn)生少量的NH3和H2S。第三階段為產(chǎn)乙酸階段,葡萄糖和氨基酸等物質(zhì)在乙酸菌的作用下,生成揮發(fā)性的脂肪酸(如乙酸和丁酸),同時也會生成少量的H2和CO2。第四階段為甲烷化階段,將脂肪酸類、H2和CO2轉(zhuǎn)化成甲烷,在整個發(fā)酵過程中,大部分能量將儲存在甲烷中,少部分被微生物利用。研究表明,物料濃度為15 GVS/L、接種30%v/v污泥、55 ℃高溫等條件下,餐廚垃圾的產(chǎn)氣率最高。最新一種發(fā)明專利,其條件物料濃度為15 GVS/L~25 GVS/L;第二相厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的溫度控制在35 ℃~37 ℃, pH值則控制在6.5~7.5;在第二相連續(xù)發(fā)酵過程中,餐廚垃圾的甲烷產(chǎn)率最大可達450 ml/GVS,產(chǎn)生氣體中甲烷濃度達60 %~70 %。代表企業(yè)甘肅馳奈生物能源系統(tǒng)有限公司。許多學(xué)者就餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處置進行了大量的工藝技術(shù)研究,但總體處理技術(shù)還不完善,對厭氧發(fā)酵還有許多技術(shù)問題需要進行進一步的系統(tǒng)研究。
4 飼料化
從餐廚的成分分析,其中含有大量的有機物質(zhì),將其飼料化是具有一定的優(yōu)勢。餐廚垃圾作為原料,價格低廉,供應(yīng)量巨大,產(chǎn)品營養(yǎng)豐富。飼料化有兩種方式:a) 生物處理制飼料。原理是將培養(yǎng)出的菌種加入餐廚垃圾中密封貯藏,菌種進行繁殖并殺除病原菌制成飼料;b) 高溫消毒制飼料。原理是采用高溫消毒原理,殺除病毒、經(jīng)粉碎后加工成飼料,可供禽畜食用。青海潔神公司通過引進韓國的處理技術(shù),提出了餐廚垃圾飼料化的方式。寧波開誠投資控股公司的主要工藝是“預(yù)處理+做飼料+水厭氧”,在做餐廚垃圾飼料化方面比較成功。餐廚垃圾生產(chǎn)高鈣多維酵母蛋白飼料的方法,將經(jīng)過粉碎機粉碎、脫水、加氮中和、滅菌后的餐廚廢棄物及泔水物料與通過流量控制器混合控制的酵母和微生物生物菌種進行混合接種后經(jīng)計算機控制分批進行固體發(fā)酵再經(jīng)干燥、磨粉、化驗及包裝制成高鈣多維酵母蛋白飼料。關(guān)于做飼料,首先要考慮的是國家的政策,做飼料的臭氣難控制,餐廚垃圾處理設(shè)備磨損快。餐廚垃圾作飼料所面臨的主要問題是飼料安全,因此在該技術(shù)從食品安全上考慮,此法選擇方面要十分謹(jǐn)慎。
5 結(jié)語
物理法、好養(yǎng)堆肥、厭氧發(fā)酵、飼料化等方法都存在各自的優(yōu)勢與不足的地方,應(yīng)該采取綜合的處理方式,單獨的方法是不能滿足減量化、能源化、無害化的目的。根據(jù)餐廚垃圾的成分和性質(zhì)目前餐廚垃圾處理的技術(shù)應(yīng)該以厭氧發(fā)酵制取甲烷為主要的工藝。厭氧發(fā)酵控制條件成為研究重點,但目前還存在以下問題有待解決:a) 厭氧發(fā)酵速度比較慢,周期較長; b)餐廚垃圾中的高含鹽量,對甲烷菌有抑制作用;c)甲烷產(chǎn)氣量比較少,不能形成大規(guī)模的能源利用?傮w來看,中國餐廚垃圾處理形成了以厭氧消化為主的趨勢,整個處理流程大同小異,不同餐廚垃圾處理廠之間只是存在個別處理環(huán)節(jié)技術(shù)的改進。