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餐廚垃圾處理的有關工程技術探討

環衛在線新聞組 瀏覽
[摘要]  餐廚垃圾作為生活垃圾的一部分,具有數量巨大、分布廣泛、種類繁多、組分復雜等特點,由于缺乏垃圾源頭總量控制和分類儲存、收集和適宜的加工處置辦法,它將引起環境的惡化和對人類健康的威脅。在國家頒發的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》(2004年12月29日修訂通過,自2005年4月1日起施行)中雖然沒有對餐廚垃圾處理提出明確要求,但隨著時代進步和社會發展需要,國家發改委等四部委于2010年5月頒布了《關于組織開展城市餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點工作的通知》(發改辦環資[2010]1020號),在此文頒發之前后期間,國內部分大中城市也相應對餐廚垃圾的處理采取地方立法并建立工業化示范項目,2010年7月由國務院辦公廳頒布了《關于加強地溝油整治和餐廚廢棄物管理的意見》(國辦發〔2010〕36號),此《意見》中明確提出要組織開展城市餐廚垃圾資源化利用和無害化處理試點工作,到2015年年底前,36個大城市(省會城市和計劃單列市)實現餐飲行業餐廚垃圾集中收集和處理。  隨著一系列政策的出

  餐廚垃圾作為生活垃圾的一部分,具有數量巨大、分布廣泛、種類繁多、組分復雜等特點,由于缺乏垃圾源頭總量控制和分類儲存、收集和適宜的加工處置辦法,它將引起環境的惡化和對人類健康的威脅。在國家頒發的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》(2004年12月29日修訂通過,自2005年4月1日起施行)中雖然沒有對餐廚垃圾處理提出明確要求,但隨著時代進步和社會發展需要,國家發改委等四部委于2010年5月頒布了《關于組織開展城市餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點工作的通知》(發改辦環資[2010]1020號),在此文頒發之前后期間,國內部分大中城市也相應對餐廚垃圾的處理采取地方立法并建立工業化示范項目,2010年7月由國務院辦公廳頒布了《關于加強地溝油整治和餐廚廢棄物管理的意見》(國辦發〔2010〕36號),此《意見》中明確提出要組織開展城市餐廚垃圾資源化利用和無害化處理試點工作,到2015年年底前,36個大城市(省會城市和計劃單列市)實現餐飲行業餐廚垃圾集中收集和處理。

  隨著一系列政策的出臺,標志著餐廚垃圾的處理已經引起人們高度重視,本文就餐廚垃圾的收集、儲運、加工和項目運行,從廢棄污染物防治的減量化、資源化、無害化和穩定化方面進行分析,對于有關的工程技術問題予以探討。

一、餐廚垃圾的分類及危害

  餐廚垃圾多數以半固態存在,按照其來源分為食品加工業固體廢物和部分生活垃圾等。食品加工業固體廢物主要由動植物為原料加工食物過程中產生的下腳料、廢料、過期食品等廢棄物;生活垃圾是指與人們吃穿住行等日常相關活動中產生的廢棄物,餐廚垃圾中涉及的部分生活垃圾主要指以人們飲食業為范疇而產生的不再食用的飯菜或泔水。

  由于食物多以糧食及瓜果蔬菜(以碳水化合物形式組成的有機物)、動物肉類(蛋白質)、動植物油脂、食品添加劑、可食用的其他類生物或微生物及其衍生產品(如淀粉借助菌種發酵產生的酒精等)、水等成分構成,食物廢棄物形成的餐廚垃圾含有極高的水分與糖分、鹽類、蛋白質、脂肪等,此類垃圾很容易腐敗變質導致環境惡臭及蚊蠅孳生,在水體中可能造成嚴重污染和病菌產生,同時此部分垃圾一旦被人們誤用或濫用,如未經合格的工藝處理直接用于家禽飼料或提取食用油脂,造成垃圾豬及地溝油的持續危害問題是在所難免的。

二、餐廚垃圾的組分及特點

  由于人們的飲食習慣不同,餐廚垃圾的組分有較大的異同,從食物的構成來分析,餐廚垃圾中含水量通常超過70%以上,其干物質中含有蔬菜、谷物、動物和水產品的蛋白類肉質、動物與植物油脂以及食品添加劑,每100kg餐廚垃圾中(半固態)通常含有約8~14kg的蛋白質、4~8kg的脂肪、2~4kg糖分以及0.8~1.2kg鹽分,多以可降解的碳水化合物形式存在,干基熱值一般在2000~3000kcal/kg。

  由于餐廚垃圾具有極易腐敗變質的特點,在高于20℃的氣候環境下,其放置時間一般不宜超過24小時,否則工業化加工及形成預期產品將成為難題,及時收集和加工此類垃圾是特別重要的控制環節。

  根據餐廚垃圾的資源特性,可以從餐廚垃圾中提取油脂和蛋白類物質,經過固液過濾處理后,廢液中因含有無機鹽和可溶性的有機物質,有機成分一般占75%以上,此類廢液中含有C、N、P和部分金屬離子,可以利用廢水處理技術處理固體污染物、需氧污染物、營養性污染物、油類污染物、生物污染物等污染物種,如采用生物厭氧處理技術制取沼氣,經過處理的廢水指標做到達標排放或零排放,在不增加過度的能源消耗的前提下,實現資源化利用。

三、餐廚垃圾的工業化處理

  1.工業化處理原則

  從工藝技術角度分析,使餐廚垃圾變廢為寶將牽涉到固體、液體和氣體廢物的綜合處理技術,在國家頒布的環境保護政策框架下,實現餐廚垃圾處理的資源化、經濟性(取決于工藝技術的先進性)、安全可靠性(減少或不引起次生污染)是工業化處理的原則。

  2.餐廚垃圾工程設計要素

  根據餐廚垃圾中的組分和區域中形成的可用加工總量,設計適宜的工藝路線和處理裝置,通常考慮以下若干要素:

  (1)餐廚垃圾的來源和日處理量。

  餐廚垃圾來自于家庭廚房、組織機構內部設立的食堂、賓館酒店和餐飲服務業及食品加工業等渠道,鑒于垃圾源較分散和垃圾的組分變化較大,以及可用餐廚垃圾處理的時效性,應充分評估區域內可以收集的垃圾總量,然后對指定的垃圾源的樣本進行單獨及混批分析,確定垃圾的有效組分,將垃圾中的物理成分和化學成分分別測定對應的指標,對固體物質過濾后測定廢液中的有機質含量。

  (2)餐廚垃圾處理的工藝技術類型。

  對于餐廚垃圾的固液分離處理是必須考慮的步驟,為保證有機質被充分利用,應首先對不可降解物質進行分選去除,然后采取有機固體物質和廢液分離。

  所謂有機固體物質,通常由動物骨骼、水產品的骨翅、肉皮或筋、植物的殘渣或葉等,此類固廢處理可以采取兩條工藝路線:其一,這些物質可以在油脂含量得到適當控制后,采取干燥、破碎等工序制成蛋白飼料粉,干燥的目的使病原菌得到殺滅,其殺滅率一般控制在大于99.99%的水平,破碎成規定的飼料規格后進行檢驗,必要時采取添加其他物料,使蛋白質含量在20%以上,符合《飼料衛生標準》(GB13078);其二,也可以采取好氧堆肥工藝,對此類固體物質進行脫水、脫油、脫鹽及控制C/N比(通常為20∶1~30∶1)后制取顆粒廢料,其肥料質量指標應符合《城市生活垃圾好氧靜態堆肥處理技術規程》(CJJ/T52)。在有機固體物質與廢液的分離過程中,考慮有大量油脂存在,一是對廢液中的油脂進行脫脂處理,二是對含有較高油脂的固體物質表面進行脫脂處理,經過脫脂后的廢液,可以采取兩種工藝路線:其一是將脫脂后的混合液添加一定量的甘薯渣、果渣、酒糟、油菜渣等飼料產物進行發酵,制取發酵蛋白飼料,具體可以參閱文獻[1]中闡述的工藝與設備要求;其二是對混合廢液進行厭氧消化處理,可以按照廢液中的有機質組成,采取不同的厭氧消化制取沼氣工藝,其工藝流程可以參照文獻[2]中的論述,對于沼氣制取過程中的參數控制可以借鑒文獻[3]所述,諸如適當添加部分生物質,使發酵原料的有機質中C∶N∶P∶S的比例范圍最好控制在500-1000∶15-20∶5∶3或COD∶N∶P∶S的比例為800∶5∶1∶0.5,沼渣及沼液的處理也可遵循該資料介紹的工藝路線,環境許可時可以添加人禽糞便等生物質,使區域內的各類垃圾配比使用,實現資源綜合利用。

  關于廢液厭氧發酵制取沼氣的裝置,是使用上流式厭氧生物反應器(UASB工藝)還是采用多級內循環厭氧生物反應器(IC工藝),應綜合考慮廢液中CODCr和BOD5兩個水質污染指標,根據測試和工程驗算,此類廢水的BOD5/CODCr大于0.3,如果混合廢液中CODCr大于10000mg/l,建議采取IC裝置可以節省建造與運行成本。

  (3)處理效果和經濟性。

  無論采取何種組合工藝,首先應該從物質的投入與產出關系考慮最終的固體、氣體、液體等物質符合對環境的影響要求和使用要求,再充分考慮設計系統的制造成本和經濟運行性。

  如果采取從餐廚垃圾中提取油脂和飼料工藝技術與裝備,通常可以生產6%的一次性飼料蛋白粉、10%~12%的發酵飼料和3%~6%的油脂,這意味著1000kg餐廚垃圾可以產生約300~400元的價值,考慮規模、運行成本及折舊等因素,噸餐廚垃圾固定資產投資以20萬元為保本線。如果利用廢液生產沼氣或進一步延伸發電項目,同樣可以推算出運行的經濟性。根據調研和數據推算,目前國內已有的試點裝置,其先期投入的成本偏高,很多環節有待于進一步探索和優化,多少存在入不敷出的障礙,同時可能存在餐廚垃圾資源整合問題,餐廚垃圾通過其他渠道流失,實際運行滿足不了整體裝置的設計能力。

  3.因地制宜

  由于餐廚垃圾組分、來源及形成過程不同,有一定的區域性特點,工藝路線的優化選擇和裝置的設計,應根據垃圾自身資源的具體情形開展設計工作,同時應特別關注區域性法規和政策的執行力度以及未來的政策趨勢,照搬某套工藝技術或裝備,往往可能引發諸多問題。

四、討論與建議

  餐廚垃圾是城市生活垃圾的重要組成部分,就我國環境公報近年來顯示的數據來看,餐廚垃圾已經超過40%的比例并呈上升趨勢,其目前的年清收運輸量已經接近6000噸,有資料提出城市居民人日均產餐廚垃圾量0.1kg/(天?人),根據抽樣調查發現,其實際數據遠高于上述值。

  餐廚垃圾最不宜采取填埋技術,也不適用于作為燃料直接發電,更不可以隨意丟棄于環境中,否則對水體的污染、土壤的破壞和飲食的毒害,畢竟會造成不可估量的損失。

  筆者建議各級政府在加快立法進程中,應注重公共環境的配套政策和財政投入,減少餐廚垃圾總量是資源化利用的最佳方式,長期開展對人們的素質教育顯得尤為重要;在財政投入方面,注重增加垃圾分類存放、收集、運輸的補貼費用和科研項目的試驗費用,加大源頭整治和投入,減少已經運行的項目過于依賴財政補貼,否則不利于節能降耗和技術革新;應鼓勵新建項目采取BOT運行方式[4],即鼓勵項目承包商直接負責餐廚垃圾處理項目的融資、設計、建造和運行,政府對于此類工程性管理公司表現突出的,可以加大獎勵力度并能有效推進該產業的快速成長。

參考文獻
[1]郭維烈,郭慶華.新型發酵蛋白飼料〔M〕.第3版.北京:科學技術文獻出版社,2005.135~165.
[2]楊岳平,徐新華,劉傳富.廢水處理工程及實例分析〔M〕.北京:化學工業出版社,2003.104~115.
[3]馬德金,孔憲迪,唐根生.生物質制沼氣的相關技術參數分析[J].科技傳播,2010,8(24)∶135~136.
[4]馬德金.中小型工程公司的國際化成長模式[J].工程建設與設計,2010,(12)∶100~103.



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