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餐廚垃圾資源化技術分析

更新時間:2019-06-28 10:39 來源:志特環境工程 作者: 閱讀:935 網友評論0

餐廚垃圾主要來源于餐飲服務業、家庭和企事業單位食堂等產生的食物加工下腳料(廚余)和食用殘余(泔腳)。主要成分包括淀粉類食物、植物纖維、動物蛋白和脂肪類等有機物,具有含水率高,油脂、鹽份含量高,易腐爛發臭。隨著我們國家經濟的飛速發展,城市化進程的逐漸加快,餐廚垃圾的產量呈現出逐年上升的趨勢。在國內的大型,特大型城市中如北京,上海,深圳等,餐廚垃圾的日產量已達數千噸,全國餐廚垃圾的年產量達到千萬噸,單純填埋的話,占用大量土地,產生的垃圾滲濾液和填埋氣體也需要后期處理,耗費大量人力,物力。

本文就將對幾種主流的餐廚垃圾技術進行對比。現有餐廚垃圾資源化處理主要有滅菌制飼料,高溫熱解技術,好氧堆肥技術,厭氧發酵技術,厭氧發酵又分干式和濕式。在選擇時要考慮很多要素,比如投資、技術成熟度,運行管理的技術和成本,地域,政策,處理規模,資源化產品的銷路,和經濟效益等。

餐廚垃圾飼料化

餐廚垃圾中的營養成分易被動物消化利用,是良好的飼料原料。目前餐廚飼料化的主要技術有生物法和物理法。生物法采取微生物發酵技術制成發酵飼料,但存在著處理周期長、菌種的選擇管理、工藝復雜等缺點,難以大規模推廣。物理法是將廚余脫水后進行干燥消毒,粉碎后制成飼料,但這種處理方式存在著很多不足。由于脫水后的廚余垃圾導熱性能較差,傳熱速度慢,直接干燥容易造成受熱不均,加劇碳水化合物焦糖化和美拉德反應(Maillard reaction) 等非酶型褐變反應,而且物料與氧氣直接接觸,加快了油脂氧化酸敗的速度。此外,由于微生物的抗熱性隨水分的減少而增強,因此干熱消毒所需的溫度和時間偏高,對營養物質,特別對維生素等熱敏性物質破壞顯著。干熱處理不能從根本上改善物料的脫油性能,需要單獨配備脫脂設備去除油脂,提高了生產成本,而且也無法解決廚余垃圾含鹽量過高的問題。因此急需研究開發適于處理我國廚余垃圾,并能同時實現資源化和無害化的新的廚余垃圾飼料化處理技術。

好氧堆肥

好氧堆肥過程是在有氧條件下,利用好氧微生物分泌的胞外酶將有機物固體分解為可溶性有機物質,再滲入到細胞中,通過微生物的新陳代謝,實現整個堆肥過程。

廚余垃圾堆肥的優點是處理方法簡單、堆肥產品中能保留較多的氮,可用于農業或制作動物飼料。缺點是占地大、周期長,堆肥過程中產生的污水和臭氣會對周邊環境造成二次污染,同時廚余垃圾的高油脂和高鹽份不利于微生物的生長,另外,廚余垃圾的高含水率與C/N比低又需要大量的高C/N調理劑(秸稈、木屑、稻殼等)進行物料調配,但這些調理劑需要較長的時間才能被分解而使堆肥周期延長,另外有些調理劑還需要事先進行粉碎而消耗一定的能源,因此近年來,大型反應器、強制通風靜態垛和條垛堆肥等都受到極大限制,堆肥設備正向小型化、移動化和專用化趨勢發展。

厭氧發酵

廚余垃圾的厭氧發酵處理是指在特定的厭氧條件下,微生物將有機垃圾進行分解,其中的碳、氫、氧轉化為甲烷和二氧化碳,而氮、磷、鉀等元素則存留于殘留物中,并轉化為易被動植物吸收利用的形式。

采用厭氧發酵工藝處理廚余垃圾具有許多獨特的優點:(1)厭氧系統可以處理含固率為10%~25%的有機廢棄物,廚余垃圾的含固率一般在15%~20%左右,因此發酵前既不需加水也不需要脫水,簡化了前處理,也節約了能耗;(2)通常,有機物碳氮比在20~30間最適合厭氧發酵,而廚余垃圾的碳氮比在10~25之間,非常適合厭氧發酵,如果碳氮比過低還可以添加豬糞和污泥等碳氮比較高的有機廢棄物進行調節;(3)在厭氧發酵過程中會有大量沼氣產生,除供發酵廠本身使用外,多余能源還可外供,而采用好氧發酵需要大量的額外能耗;(4)厭氧發酵具有有機負荷高、占地少、周期短、對環境造成的負面作用小,特別適合環境要求高的城市;(5)厭氧發酵可以在處理廚余垃圾時,同時處理其它可腐有機物,如糞便、污泥等,并根據各種需求添加相應的添加料,制造特種肥料,提高產品的附加值。

但是,廚余垃圾的厭氧處理目前還存在一系列的問題:(1)由于廚余垃圾中含有較多的不易降解雜質,例如塑料袋、餐具、毛巾和瓶蓋等。這些雜質的存在不僅影響發酵,而且影響發酵后肥料的形狀和產后的銷售。發酵前必須設置預處理系統,將雜質分離;(2)廚余垃圾含有較多的鹽分,會導致微生物體內水分滲出,以至活性降低甚至死亡,從而影響生物降解速度和降解程度;(3)在廚余垃圾處理工藝中,前處理和除臭也非常重要;除臭系統應具有除臭,抗生、防污和防塵等功能。

厭氧發酵按固含率分濕式、干式工藝。一般來說,含固率在10%之內的多稱為濕發酵,含固率在20%-30%之間的為干發酵。厭氧濕發酵具有啟動快,建造管理技術比較成熟,進出了方便等優點,是當年處理有機廢物的主流技術,但是也有比較明顯的缺點我,如處理單位質量的有機物所悟的反應器容積打,沼液和沼渣分離困難,近年來國內外開發了多種厭氧濕發酵新工藝,開發出了如以芬蘭的EcoTec公司為代表的濕式連續單級厭氧消化工藝、以德國的TEB公司為代表的濕式連續多級厭氧消化工藝、以比利時的OWS2Dranco公司為代表的干式連續單級厭氧消化工藝。國內如上海寶山建設的有機垃圾處理廠就采用了濕式動態厭氧發酵工藝。

有機廢棄物干式厭氧發酵技術具有節約用水,處理成本低,產氣率比較高等特點,目前比較成熟的工藝有比利時的Dranco,法國的Valorga,瑞士的Kompogas和德國的LARAN,而國內關于干式厭氧發酵的研究起步較晚,目前絕大部分工藝還處在實驗研究階段。

熱分解法

熱分解法是將垃圾在高溫下進行熱解,使垃圾中所含的能量轉換成燃氣、油和炭的形式,然后再進行利用。同時垃圾中所含氦、硫、氨等在熱解過程中保持還原狀態,因而對裝置的腐蝕較小。熱分解法具有廣闊的應用前景,但技術尚未達到實用階段,目前應用較少。

美國阿貢國家實驗室的三位科學家近日發表研究論文,稱開發出一種將餐廚垃圾轉化為能源的技術。這種技術的基本原理是通過厭氧菌化解、發酵等生物化學,以及水熱液化、熱解和氣化等熱化學方法,將餐廚垃圾轉化為能源,包括可再生天然氣、生物炭、生物油、汽油、柴油和航空燃料。此研究項目由美國能源部能源效率和可再生能源辦公室提供資金支持。

運用這種技術既減少了垃圾填埋場占地面積,避免填埋場甲烷等溫室氣體排放,又能轉化為新的能源,將產生很好的經濟效應和環保效應。據美國環保署統計,2015年全美垃圾填埋場排放了約1.16億噸二氧化碳,相當于2900萬輛油耗為10公里每升的汽車每年行駛2萬公里所排放的二氧化碳總量。

傳統的無害化處理技術,僅僅是將其作為廢物進行處理,而沒有充分利用其潛在的資源價值和回收利用價值,因此,廚余垃圾的資源化處理技術應是未來發展的方向。在選擇時要考慮很多要素,比如投資、技術成熟度,運行管理的技術和成本,地域,政策,處理規模,資源化產品的銷路,和經濟效益等。

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