餐飲廢渣資源化開發(fā)與利用

餐飲廢渣是指剩菜、剩飯以及菜葉、果皮等容易被微生物分解的有機(jī)物，主要以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等物質(zhì)為主，產(chǎn)生的渠道主要為食品加工、處理、運(yùn)輸?shù)冗^程，來源主要集中在酒店、食品廠、學(xué)校、政府、科研行政機(jī)構(gòu)等，是城市生活垃圾中有機(jī)相的主要成分，具有含水率高，油脂、鹽分含量高，易腐爛、發(fā)酵、發(fā)臭等特點(diǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的增長，餐飲業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，年新增餐飲廢渣等食品垃圾產(chǎn)生量達(dá)500萬t，加之國內(nèi)大部分城市餐飲廢渣的管理無序、任意處置等，餐飲廢渣已成為垃圾收集、運(yùn)輸、填埋的主要污染源，而以資源化為導(dǎo)向的餐飲廢渣處置及處理問題也越來越引起人們的關(guān)注。 
1餐飲廢渣資源化利用的立法 
餐飲廢渣作為飼養(yǎng)禽畜是過去一種很普及的現(xiàn)象，但是餐飲廢渣往往含有大量致病菌，不少國家對餐飲廢渣飼料做了嚴(yán)格的規(guī)定。如英國早在1973年就頒布法令，明令禁止在未經(jīng)許可的情況下使用未經(jīng)處理的餐飲廢渣及任何與餐飲廢渣接觸過的飼料喂養(yǎng)禽畜；餐飲廢渣使用者須向政府申請，經(jīng)審核后簽發(fā)執(zhí)照，方具備餐飲廢渣處理資格。日本自2002年頒布食品回收處理法令后，其食品廢棄物處理發(fā)展非常迅速；并實(shí)施了食品再生廢物利用法，規(guī)定從事食品產(chǎn)業(yè)的各企業(yè)必須在2007年將食物殘留物消減。美國的佐治亞州(Georgia)早在1971年就禁止用餐飲廢棄物喂養(yǎng)牲畜；加拿大從2002年1月l日起，禁止用餐飲廢棄物喂養(yǎng)各類牲畜。此外，盧森堡、葡萄牙、澳大利亞等國均頒布禁止用餐飲廢棄物喂養(yǎng)牲畜的法令。 
在國內(nèi)，已有部分城市實(shí)行專項立法，并根據(jù)自身的具體情況制定了食品垃圾管理的地方性法規(guī)政策，對于餐飲廢渣的管理處置也加強(qiáng)了力度。如北京2004年出臺的《北京市動物防疫條例(草案)》規(guī)定，嚴(yán)禁動物養(yǎng)殖場使用飯店、賓館、餐廳、食堂產(chǎn)生的未經(jīng)無害化處理的餐飲廢渣飼喂動物。2005年上海正式實(shí)行的《上海市餐廚垃圾處理管理辦法》，明確規(guī)定餐廚垃圾處理管理由市、區(qū)兩級市容環(huán)衛(wèi)管理部門負(fù)責(zé)。2003年杭州市人民政府辦公廳出臺的《關(guān)于印發(fā)杭州市餐廚垃圾處置管理暫行辦法的通知》，為杭州市餐廚垃圾的規(guī)范化管理奠定了基礎(chǔ)。此外，沈陽啟用的餐飲廢物處置系統(tǒng)[1]，明確規(guī)定所有賓館、飯店、酒店以及機(jī)關(guān)單位的食堂必須定期向所在地區(qū)的環(huán)境保護(hù)管理部門申報登記餐飲廢物的產(chǎn)生量，并將餐飲廢物交給指定單位進(jìn)行無害化處置。而重慶市于2002年2月1日重慶市環(huán)境保護(hù)局、重慶市市政管理委員會、重慶市衛(wèi)生局、重慶市愛國衛(wèi)生運(yùn)動委員會辦公室聯(lián)合發(fā)布了“關(guān)于加強(qiáng)餐飲行業(yè)含油廢水廢渣管理的通告”，決定對餐飲行業(yè)含動植物油的廢水、廢渣及廢動植物油的收集、加工利用進(jìn)行整治。 
2國內(nèi)外餐飲廢渣處置方法概述 
美國中西部地區(qū)多以堆肥方式處理家庭產(chǎn)生的垃圾，其處理收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)以家庭垃圾的產(chǎn)生量為基準(zhǔn)，而應(yīng)用方向較多采用蚯蚓堆肥、密封式容器堆肥方式。而日本的餐飲廢渣52%來自于家庭，故多采用堆肥處理技術(shù)，將食品廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)肥料、土壤改良劑。如日本精工公司2000年5月研發(fā)的使用磁控管的食物垃圾處理裝置，采用高溫消毒方式將餐飲廢渣制成肥料。近年來也有利用食品廢棄物生產(chǎn)動物飼料和利用食品廢棄物生產(chǎn)生物氣發(fā)電供熱的報道。韓國餐飲廢渣因含水率、鹽分高，故并不盛行堆肥處理方式，餐飲廢渣處理研究方向主要為厭氧消化-生物氣回收等。我國每日有近4000t的有機(jī)易腐物送入垃圾場填埋，除將其與普通垃圾直接混合填埋或者直接運(yùn)到農(nóng)場喂豬等最普遍方式的處理方式外，也有采用生物處理技術(shù)將餐飲廢渣制成有機(jī)肥的研究[2]。但填埋方式處理城市生活垃圾，占用土地量大、污染環(huán)境，還局限垃圾資源的綜合回收利用，因此，我國的餐飲廢渣一直未得到有效的資源化利用[3]。 
3餐飲廢渣處理技術(shù)與資源化利用 
3.1化學(xué)分解回收生物氣 
該方法利用化學(xué)反應(yīng)，通過添加化學(xué)物質(zhì)使飲廢渣中的有機(jī)物質(zhì)的化合鍵斷裂，分解掉餐飲廢渣中的有機(jī)物質(zhì)，由大分子量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子量的可燃?xì)怏w、液體燃料及焦炭等。 
3.1.1厭氧消化-物氣回收 
目前，厭氧消化-生物氣回收法比較先進(jìn)的方法是兩段法生產(chǎn)氫氣、甲烷。兩段法綜合了相分離、反應(yīng)器及批序式模式[4]。處理流程由兩部分組成：流化床反應(yīng)器產(chǎn)氫氣，UASB反應(yīng)器產(chǎn)甲烷。化學(xué)分解方法簡單、高效、易行。但餐飲廢渣中大量有用物質(zhì)被浪費(fèi)掉，還會導(dǎo)致滲濾液和沼氣的產(chǎn)量升高，容易造成二次污染。 
3.1.2化學(xué)熱解回收可燃?xì)?nbsp;
熱解法將有機(jī)化合物在缺氧的條件下利用熱能使飲廢渣中的有機(jī)物質(zhì)由大分子量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子量的可燃?xì)怏w、液體燃料及焦炭等。常用的熱解爐主要是熔融氣化爐。城市生活垃圾用熱解法處理難度很大。因?yàn)槌鞘猩罾且环N極為復(fù)雜，水分、組分極不穩(wěn)定的混合廢物，穩(wěn)定熱解很不容易，其投資費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)費(fèi)均很高。因此，只有在不考慮其經(jīng)濟(jì)效益的前提下，垃圾分解技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化。

3.2好氧生物處理制肥料 
堆肥是依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，在人工控制的條件下，將食物垃圾的水分蒸發(fā)掉，經(jīng)干燥后磨碎，把餐飲廢渣通過一系列處理工序轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┺r(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的有機(jī)復(fù)合肥，以防止產(chǎn)生有害氣體。堆肥工藝分為好氧堆肥和厭氧堆肥，又可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種操作方式[5，6]。好氧法處理餐飲廢渣與厭氧法相比其操作過程簡單、運(yùn)行成本低、物料停留時間短[7]。目前，加工制肥料主要采用微波處理、蚯蚓堆肥、密封式容器堆肥等方式。蚯蚓堆肥是近年來根據(jù)蚯蚓在自然生態(tài)系統(tǒng)中具有促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的功能的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項生物處理技術(shù)。蚯蚓在其新陳代謝過程中吞食大量有機(jī)物質(zhì)，并將其與土壤混合，通過砂囊的機(jī)械研磨作用和腸道內(nèi)的生物化學(xué)作用促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化[8]，但必須分離出無機(jī)物及其他不能被蛆叫消化的垃圾。由于我國垃圾成分較為復(fù)雜，因此國內(nèi)尚很少采用蛆好床法。而密封式容器堆肥是一種環(huán)境可控的堆肥方式，其最大特點(diǎn)在于對周邊環(huán)境的影響小，可避免餐飲廢渣在收集后的幾個小時內(nèi)發(fā)酸、發(fā)臭，減小對環(huán)境的影響。密封式堆肥多采用好氧的方式，以利用堆體產(chǎn)生的高溫來殺滅病菌。 
目前，關(guān)于好氧生物處理制肥料的設(shè)備國內(nèi)外研究較多的是小型生化處理機(jī)[9，10]。生化處理機(jī)一般是利用微生物菌群對有機(jī)物分解，再進(jìn)行高速發(fā)酵、干燥、脫水、脫臭處理，使之90%以上成為水蒸氣和無害氣體，少量的殘渣成為有機(jī)肥料。日本現(xiàn)有有機(jī)垃圾處理機(jī)的制造企業(yè)超過200余家，國內(nèi)也在自行研制開發(fā)樣機(jī)，并在一定范圍內(nèi)得到應(yīng)用和實(shí)施。 
3.3加工制取蛋白飼料 
微生物發(fā)酵制取蛋白飼料，即通過微生物的代謝活動對原料中的有機(jī)物進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化的過程。采用的發(fā)酵方式主要有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩種工藝體系。固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過程，是指在沒有或幾乎沒有自由水存在的條件下，在有一定濕度的水不溶性固體基質(zhì)中，用一種或幾種微生物進(jìn)行發(fā)酵的一個生物反應(yīng)過程；液態(tài)發(fā)酵是以液相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過程。由于固態(tài)發(fā)酵具有產(chǎn)率高、周期短、能耗低等特點(diǎn)，因而日益受到重視。具有蛋白消化吸收率高，適口性好等優(yōu)點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)工藝缺乏的對廢渣中的有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)更深入的研究和利用等問題，是開辟蛋白質(zhì)飼料資源的一條重要途徑。 
3.4餐飲廢渣發(fā)電供熱 
將餐飲廢渣收集后，從中提取高純度的氫用于燃料電池進(jìn)行發(fā)電，或?qū)⒗簯B(tài)化使之產(chǎn)生甲烷應(yīng)用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的處理裝置[11]，發(fā)電供熱。這也是眾多研究餐飲廢渣的學(xué)者關(guān)注的技術(shù)。此外，還有采取焚燒方式處理餐飲廢渣的發(fā)電的。焚燒廢渣不僅可以發(fā)電，還可有效殺滅垃圾中的致病菌和病毒，無害化程度高；減少垃圾體積，節(jié)約大量土地資源，且焚燒所放出的CO2比堆肥發(fā)酵要少得多[12]，防污染較徹底且有一定的經(jīng)濟(jì)回報，是最有效、最環(huán)保的方法之一。但因廢渣含水率較高(一般在70%～90%)，會大大降低焚燒的熱能利用[13]，焚燒時因鹽份較重，促進(jìn)二口惡英的生成，提高飛灰中重金屬的浸出率，從而產(chǎn)生二次污染，增加處理成本，同時因其投資大，占用資金周期長，運(yùn)行費(fèi)用高，操作管理要求高，餐廚垃圾焚燒的方法在我國現(xiàn)階段實(shí)際運(yùn)用的環(huán)境還不成熟。 
3.5餐飲廢渣高溫炭化處理 
主要是將餐飲廢渣放在400～500℃的高溫且?guī)缀鯚o氧的狀態(tài)下進(jìn)行燒蒸，再把釋放出來的氣體在800℃的高溫條件下(足以使二惡英分解)進(jìn)行二次加溫20h后，促使餐飲廢渣變成炭化物。所生產(chǎn)的炭化物除由住宅建筑商定購用于制作地板除濕劑外，還被用于土壤改良劑、白蟻驅(qū)除劑以及建材石板等。日本東京一中學(xué)從2001年6月開始，使用民間企業(yè)開發(fā)的70mm炭化處理機(jī)，對學(xué)校的殘羹剩飯進(jìn)行炭化實(shí)驗(yàn)，炭化處理器每次電耗500日元，可把約50kg的食品垃圾轉(zhuǎn)變成1.5～2kg的炭。處理技術(shù)無臭易于保管，也不需要對餐飲廢渣徹底分解。 
3.6餐飲廢渣生產(chǎn)可降解塑料 
目前普遍使用的以聚乙烯、聚丙烯等聚合物為主要成分的塑料制品極難降解，即便是埋在地下一二百年也不會腐爛變質(zhì)。有研究表明，采用PHAs制作的香波瓶，在自然環(huán)境下，9個月后基本上被完全降解。PHAs(poly hydroxyl alkanoates)聚-3-VT基烷酸，是一種可生物降解的塑料。1926年，法國的Lem-oigne首次從巨大芽袍桿菌(Bacillus megatherium)細(xì)胞中提取得到聚-1-T=基丁酸(PHB)。此后，在上百種細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)PHAs，其中包括革蘭氏陽性菌和陰性菌。夏威夷大學(xué)的Tian Yu等[14]發(fā)現(xiàn)，可以采用有機(jī)廢水和食物廢物發(fā)酵生產(chǎn)PHAs，香港的P.H.F.Yu等研究了用大豆和小麥廢棄物作為生產(chǎn)PHAs碳源的可行性[15]。有研究表明，用其制作的香波瓶，在自然環(huán)境下，9個月后基本上被完全降解，優(yōu)于合成塑料制作的物品(完全降解時間約需100a[16])。影響PHAs生產(chǎn)成本的主要因素有菌種、原料、操作方式以及提取方法等，現(xiàn)在的研究成果集中在富含淀粉類的食物廢物的利用上，對于脂肪、蛋白質(zhì)類食品廢物的利用很少涉及。但由于生產(chǎn)成本較昂貴，所以實(shí)現(xiàn)PHAs大規(guī)模工業(yè)化目前尚有困難。 
4結(jié)語 
解決餐飲廢渣的資源化，首先應(yīng)努力進(jìn)行廢渣處置的多元技術(shù)的研發(fā)，及其相應(yīng)處理設(shè)備的設(shè)計，并通過統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局處理設(shè)施，通過加強(qiáng)法規(guī)建設(shè)，促進(jìn)市場管理機(jī)制，將餐飲廢渣進(jìn)行科學(xué)處置。在這過程中倡導(dǎo)文明餐飲，促進(jìn)源頭減量，在減少餐飲廢渣對環(huán)境影響的同時，防止回收處理造成的二次污染，真正實(shí)現(xiàn)廢渣的“變廢為寶”，達(dá)到資源化、無害化、增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。參考文獻(xiàn)： 
[1]王力. 沈陽啟用餐飲廢物處置系統(tǒng). 環(huán)境衛(wèi)生工程[J], 2004, 12 (2) : 106 
[2]王星,王德漢,張玉帥,等. 國內(nèi)外餐廚垃圾的生物處理及資源化技術(shù)進(jìn)展[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程, 2005, 13 (2) : 25 - 30 
[3]谷慶寶,鄭丙輝,李發(fā)生,等. 國內(nèi)外餐飲垃圾的管理[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2004, 5 (6) : 17 - 20 
[4]劉會友,王俊輝,趙定國. 厭氧消化處理餐廚垃圾的工藝研究[J]. 能源技術(shù), 2005, 26 (4) : 150 - 154 
[5]席北斗. 生活垃圾堆肥接種技術(shù)[J]. 環(huán)境科學(xué), 2003, 24 (1) : 156 - 160 
[6]陳潔,丁景艷. 城市生活垃圾減量化對策探討[J]. 天津建設(shè)科技, 2002 (4) : 41 - 43 
[7]呂凡,何品晶,邵立明,等. 餐廚垃圾高溫好氧生物消化工藝控制條件優(yōu)化[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報, 2003, 32: 233 - 238 
[8]SUN K, H S. Biohydrogen production by anaerobic fermentation of food waste [J]. International Jouenal of Hydrogen Ebergy,2004, 29: 569 - 577 
[9]BACKOFEN A. , JESSEN R. R. , H INTZE B. , et al. Method and apparatus for onsite anaerobic treatment of food wastes. Ger[P]. DE 4 446 661 , 1996 
[10]J IN I S. Method and apparatus for biological treatment of food waste: at low and normal temperatures. Ger. Offen [P]. DE 19 
916 857, 2000 
[11]郭志紅. 食物垃圾的利用[J]. 資源與環(huán)境, 2001, 379 (2) : 31 
[12]李建雷. 我國飼料蛋白原料供應(yīng)概況及發(fā)展趨勢[J]. 中國畜牧雜志, 2006, 42 (4) : 32 - 36 
[13]SUN K, H, H S. Biohydrogen production by anaerobic fermentation of foodwaste[J]. International Jouenal of Hydrogen Ebergy,2004, 29: 569 - 577 
[14]RACHEL P. Microbesmanufacture plastic from food waste [J]. Environmental Science&Technology, 2003 (5) : 175 - 17 
[15]陳堅,任洪強(qiáng),堵國成,等. 環(huán)境生物技術(shù)[J]. 生物工程進(jìn)展, 2001, 21 (5) : 18 - 22. 
[16]YU P H F, CHUA H, HUANG A L. Transformation of industrial food wastes intcpolyhydroxyalkanoates[J]. Water Science Technology, 1999, 40: 365 - 370