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餐廚廢棄物資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀

2019-12-19 19:34羅雨
大眾投資指南 2019年15期
關(guān)鍵詞:厭氧發(fā)酵餐廚沼氣

羅雨

(內(nèi)蒙古赤峰市紅山區(qū)城市管理綜合執(zhí)法局,內(nèi)蒙古 赤峰 024099)

引言

餐廚廢棄物產(chǎn)生于日常生活,是集資源性和危害性于一體的固體廢物。隨著人們生活水平的提高以及消費能力的轉(zhuǎn)變,餐廚廢棄物的產(chǎn)生量在不斷加大。在可持續(xù)發(fā)展與綠色經(jīng)濟的背景下,采用環(huán)保高效的處理技術(shù)對餐廚廢棄物進行資源化回收,能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益的統(tǒng)一。

一、餐廚廢棄物的產(chǎn)生與處理現(xiàn)狀

餐廚廢棄物(Food Waste),又稱餐廚垃圾,主要是指學(xué)校、機關(guān)、企業(yè)等公共食堂以及家庭和餐飲行業(yè)在餐飲加工過程中產(chǎn)生的飲食剩余物(泔腳)、食物加工下腳料(廚余),主要包括米面、蔬菜、肉食、果皮以及不可再食用的動植物油脂和各類油水混合物[1]。

(一)餐廚廢棄物的特性

資源性。餐廚廢棄物的主要組分是生物有機質(zhì),富含油脂、淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等大分子有機物,以及N、P、K、Ca等各種微量元素[2]。若能采用合適的資源化技術(shù)對其進行處理,可以用作生物有機肥、動物飼料,制取生物質(zhì)能(例如生物質(zhì)柴油、沼氣)等,是一種放錯位置的“二次資源”,具有較高的資源利用特質(zhì)。

危害性。餐廚廢棄物成分復(fù)雜,具有產(chǎn)生量大、含水率高等特點,導(dǎo)致其中的有機質(zhì)易腐爛、變質(zhì)、發(fā)臭。餐廚廢棄物還帶有寄生蟲、病原微生物等。若不進行妥善處理,不僅會占用大量土地,污染附近水體以及地下水,還會產(chǎn)生惡臭、滋生蚊蟲,傳播疾病,污染大氣,影響周圍居民的正常生活,對人體和環(huán)境造成極大危害。

差異性。餐廚廢棄物的差異性主要體現(xiàn)在時空分布存在差異,餐廚廢棄物的組成成分及性質(zhì)與區(qū)域居民的飲食習(xí)慣和飲食結(jié)構(gòu)具有直接聯(lián)系[3]。不同地點、不同季節(jié),所產(chǎn)生的餐廚廢棄物主要組分和含量不同。例如北方餐廚廢棄物的含油率較南方而言會更高一些;陜西、山西等區(qū)域的餐廚廢棄物淀粉含量會較高;而在沿海地區(qū),餐廚廢棄物中貝殼類固體廢物較多,含油率就會相應(yīng)下降。早餐的含油率、含固率以及可揮發(fā)性組分相對于午餐、晚餐而言較低,而Ca2+、Na+和Cl-的含量又較高。

(二)餐廚廢棄物的處理現(xiàn)狀

在我國,餐廚廢棄物處理行業(yè)起步較晚,但通過幾年的探索與發(fā)展,取得了較好成績。為規(guī)范餐廚廢棄物的管理與處置,我國頒布了《餐廚垃圾管理條例》《國家餐廚垃圾管理條例》等條例法規(guī)和《餐廚垃圾資源利用技術(shù)要求》《餐廚廢油資源回收和深加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》兩項國家標(biāo)準(zhǔn)。山東省、河南省、江蘇省等省份均出臺了省級管理辦法,餐廚廢棄物的規(guī)范處置與資源化利用得到較大突破與進展。但是處理過程中還存在一定的問題,實際情況不容樂觀。居民家庭產(chǎn)生的餐廚廢棄物沒有得到集中回收,往往摻雜其他生活垃圾被輸送至垃圾填埋場或者焚燒發(fā)電廠,不僅浪費了這種“二次資源”的再利用特性,也會對填埋場造成負荷沖擊。

在國外,很多國家的餐廚廢棄物處理技術(shù)以及管理方式都比較成熟。在日本,餐廚廢棄物處理達到35%以上。松下電子公司早在1993年便研制出餐廚垃圾處理機,日本精工公司于2000年5月成功開發(fā)出使用磁控管的餐廚廢棄物處理裝置[1,4]。在美國,超過九成的家庭在使用家庭式餐廚垃圾處理機,集中式的餐廚廢棄物則進行資源化處理:采用堆肥工藝制成肥料或加工成飼料。英國在2011年建設(shè)了全球首個全封閉式的餐廚廢棄物發(fā)電廠,在業(yè)界引起劇烈反響。韓國實行的政策是從源頭控制,做到“減量化”。2013年,首爾在全市25個區(qū)對住宅實施餐廚廢棄物“從量制”收費。

二、餐廚廢棄物資源化處理技術(shù)

我國能源需求量大、環(huán)境污染狀況不容樂觀,傳統(tǒng)的填埋和焚燒等處理方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前減量化和資源化的需求。餐廚廢棄物集資源性與危害性于一體,采用合適的處理技術(shù)才能實現(xiàn)餐廚廢棄物的安全處置和資源化利用。目前,餐廚廢棄物實現(xiàn)資源化處理的幾種技術(shù)主要包括飼料化工藝、堆肥化技術(shù)、厭氧發(fā)酵技術(shù)等。

(一)飼料化

飼料化處理技術(shù)是將餐廚廢棄物中的淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等有機物質(zhì),經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化、烘干、滅菌、除鹽等一系列過程,最終轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫母叩鞍罪暳稀⒌鞍追刍蝻暳咸砑游颷5]。飼料化處理技術(shù)運行成本低廉,處理過程機械化程度高,工藝簡單易操作,從餐廚廢棄物到飼料整個路線中能源和物料損失是最少的,可以實現(xiàn)資源化循環(huán)利用。但是餐廚廢棄物中攜帶的病原微生物或其他殘存微生物無法被完全去除,有毒有害物質(zhì)也無法被降解,用作飼料隨生物鏈傳遞,增加傳播疾病的概率,對大量生物以及人體健康產(chǎn)生危害。因此餐廚廢棄物飼料化產(chǎn)物利用存在一定的現(xiàn)實風(fēng)險。

(二)堆肥化

好氧堆肥法:好氧堆肥的技術(shù)原理是利用自然界廣泛存在的好氧微生物,在有氧的人工條件下,控制微生物將有機物進行降解,分解成簡單無機物,并可以為自身提供生命活動所需的能量,最終將餐廚廢棄物轉(zhuǎn)化為高肥力的腐殖質(zhì)[3,6]。餐廚廢棄物中的病原性微生物在堆肥過程中已經(jīng)被高溫條件殺死,好氧堆肥產(chǎn)生的腐殖質(zhì)在增加土壤肥力的同時也不會傳播疾病。

蚯蚓堆肥:蚯蚓堆肥是在好氧堆肥的基礎(chǔ)上,利用蚯蚓消化道的酶系統(tǒng)作用,快速分解餐廚廢棄物,將餐廚廢棄物轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì),加快堆肥化的穩(wěn)定過程。蚯蚓堆肥化產(chǎn)生的有機肥含大量活性物質(zhì),能夠保持土壤肥力,促進農(nóng)作物以及園林植物的生長。

堆肥化工藝簡單、運行成本也較低,但是堆肥化處理也存在一定的缺點,例如:在堆肥過程中常伴隨臭氣的產(chǎn)生,影響周邊環(huán)境與人體健康;輔料添加需求大;堆肥化處置場地需要大面積建設(shè)投資,加工處理周期長,能耗和設(shè)備投資等經(jīng)營成本高。

(三)厭氧發(fā)酵技術(shù)

厭氧發(fā)酵技術(shù)是指利用多微生物(厭氧菌)的代謝作用對有機固體廢物進行封閉厭氧處理的過程,發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣作為生物質(zhì)能源,分離出的沼渣、沼液可作生物有機肥,厭氧發(fā)酵處理技術(shù)具有非常廣闊的工程應(yīng)用前景。

目前國內(nèi)外常用的厭氧發(fā)酵工藝主要為CSTR、UASB、USR及干發(fā)酵。幾種工藝各有所長,其中,應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強、效益高的厭氧工藝是CSTR工藝,也是目前餐廚廢棄物產(chǎn)沼氣工程最常用的技術(shù),適應(yīng)于所有畜禽原料、有機廢棄物,整體發(fā)酵時間一般少于30天。厭氧發(fā)酵技術(shù)一般包括水解、酸化、乙酸化和甲烷化四個基本階段,目前,CSTR已經(jīng)形成一套完整的餐廚廢棄物預(yù)處理、水解、厭氧發(fā)酵、沼氣凈化與暫存的技術(shù)工藝,設(shè)備及工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟。CSTR厭氧罐罐體采用防腐鋼板拼接而成,外部做保溫設(shè)施;罐內(nèi)物料攪拌配備沼氣工程專用攪拌機,自身帶有螺旋破殼功能,隨時對液面造成擾動,避免結(jié)殼并有效破除結(jié)殼;厭氧罐體底部均設(shè)有排砂管,可以有效解決長期運行的排砂問題;并對罐內(nèi)物料的氨氮累積量、pH值及VFA進行實時監(jiān)測。產(chǎn)生的粗油脂可以售賣,沼氣可以自用(鍋爐產(chǎn)熱或發(fā)電),凈化后(脫硫脫碳)做車用燃氣,或發(fā)電并入電網(wǎng)等,能夠?qū)崿F(xiàn)非??捎^的經(jīng)濟效益。

厭氧發(fā)酵技術(shù)能夠?qū)Σ蛷N廢棄物進行無害化處理,產(chǎn)生的生物質(zhì)能源可以緩解我國能源緊張的問題,生產(chǎn)工藝也相當(dāng)成熟,但是也存在一定的缺陷。首先是物料來源問題,投資建設(shè)餐廚廢棄物沼氣工程,要保證每天的原料總量足夠維持運行;其次是原料質(zhì)量問題,餐廚廢棄物成分不一,含油率以及其他有害成分會對發(fā)酵菌種以及整個產(chǎn)氣過程產(chǎn)生影響;最后,厭氧發(fā)酵技術(shù)中厭氧罐體以及大中型設(shè)備投資較多,大型沼氣工程一般在6-10年內(nèi)回收成本。

三、結(jié)論與建議

綜上所述,對餐廚廢棄物進行資源化回收處理具有重要的環(huán)境、社會和經(jīng)濟意義以及廣闊的發(fā)展前景。飼料化和堆肥化均存在一定的風(fēng)險和污染性。厭氧發(fā)酵技術(shù)先進可靠,符合我國的發(fā)展方向和產(chǎn)業(yè)政策,二次污染小,技術(shù)成熟,易于控制,能夠?qū)崿F(xiàn)良好的經(jīng)濟效益,是餐廚廢棄物資源化處理的首選工藝。

為了更好地推行餐廚廢棄物無害化和資源化處理,在廢棄物產(chǎn)生的源頭就要進行控制,即在收集時就要對餐廚廢棄物進行組分分離,這不僅有利于餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵的整體處理效果,對整個餐廚廢棄物資源化利用行業(yè)都是具有重要意義的?;谖覈緡椋瑢崿F(xiàn)良好的踐行效果,還需出臺相關(guān)法律法規(guī)進行約束,要擬定完善的“餐廚廢棄物處理與再利用管理辦法”“餐廚廢棄物資源化再利用標(biāo)準(zhǔn)”等法規(guī)和規(guī)范,從餐廚廢棄物的產(chǎn)生、分類、收運、再利用等整個流程進行標(biāo)準(zhǔn)化管理??傊蛷N廢棄物的無害化和資源化處理需要依托于成熟完善的工藝技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī),構(gòu)建系統(tǒng)的餐廚廢棄物回收利用體系,從根本上解決餐廚廢棄物對環(huán)境的污染和對人體健康的威脅與危害。

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