食物垃圾處理技術(shù)探析

湯瑛 浙江省嵊州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，浙江 嵊州 312400

食物垃圾處理技術(shù)探析

湯瑛 浙江省嵊州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，浙江 嵊州 312400

目前食物垃圾的處理方法有多種，傳統(tǒng)的處理方法如填埋、焚燒、堆肥等和一些新興的處理方法如小型生化處理機(jī)、食物垃圾粉碎機(jī)等各有弊端。利用微生物固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，使處理后的食物垃圾轉(zhuǎn)化成微生物蛋白飼料，對(duì)食物垃圾環(huán)境污染的綜合治理和資源的可持續(xù)利用具有十分重要的意義。

食物垃圾；固態(tài)發(fā)酵；微生物蛋白飼料

食物垃圾主要是指食品工業(yè)廢棄物、家庭及飲食業(yè)在清洗、烹飪過程中扔掉的食物、吃剩的殘?jiān)２撕鸵虮９懿簧贫冑|(zhì)的食物。食物垃圾的主要特征是BOD值高，如直接排放，對(duì)環(huán)境將造成很大的危害；生物分解速度快、易腐敗，并產(chǎn)生令人厭惡的臭氣。若用食物垃圾直接喂養(yǎng)生豬，可能造成人畜之間疫病的交叉?zhèn)魅尽?/p>

目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)城市存在著對(duì)食物垃圾管理無序、任意處置等問題，食物垃圾已經(jīng)成為垃圾收集、運(yùn)輸和填埋處理的主要污染源。因此，規(guī)范管理、合理處置食物垃圾并使之資源化極為重要，不但可消除垃圾臭味，避免環(huán)境污染，減少垃圾處理成本，還可以減少環(huán)境污染，增加社會(huì)資源，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。1.傳統(tǒng)的食物垃圾處理技術(shù)

1.1 食物垃圾的傳統(tǒng)處理方法

食物垃圾的傳統(tǒng)處理方法有填埋、焚燒和堆肥，這些處理方法存在占地面積大,二次污染嚴(yán)重, 建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用較高等問題，在今后食物垃圾處理中所占比例會(huì)不斷減少。

1.2 直接飼喂牲畜

單位食堂和餐館的食物垃圾被養(yǎng)豬戶拉走直接飼喂牲畜的現(xiàn)象屢見不鮮。若用食物垃圾直接喂養(yǎng)生豬，可能造成人畜之間疫病的交叉?zhèn)魅荆煌瑫r(shí)食物垃圾也是“泔水油”的源頭，危害百姓健康[1]。

2.新興的食物垃圾處理技術(shù)

2.1 小型生化處理機(jī)

國(guó)內(nèi)外目前對(duì)食物垃圾的生物處理和處置，應(yīng)用比較多的是小型生化處理機(jī)，與傳統(tǒng)方法相比，小型生化處理機(jī)減少了對(duì)周圍環(huán)境的污染；50～70℃的發(fā)酵溫度能夠殺滅垃圾中的有害細(xì)菌和寄生蟲；食物垃圾經(jīng)處理后減量達(dá)80%以上。但是，生化處理機(jī)能耗大，垃圾處理后再利用率很低(只有10%～20%)，菌種生態(tài)安全及毒理評(píng)價(jià)尚需一段時(shí)間的檢驗(yàn)，上述因素使得大面積應(yīng)用生化處理機(jī)存在一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 食物垃圾粉碎機(jī)

目前家庭食物垃圾粉碎機(jī)一般安裝在廚房水槽下，將食物垃圾粉碎研磨后，細(xì)小顆粒隨流水一起排入污水系統(tǒng)。由于食物垃圾有機(jī)質(zhì)含量高，當(dāng)粉碎進(jìn)入下水道后，必然增加城市污水處理廠的處理負(fù)荷。若直接排到自然水域中，易導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，使水體中的藻類及浮游生物大量繁殖，造成水體的溶解氧下降，其他水生生物大量死亡，從而使水體生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

2.3 生物發(fā)酵制蛋白飼料技術(shù)

近年來，利用農(nóng)副產(chǎn)品下腳料及食品加工業(yè)的廢渣廢液，通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料，取得了一系列的研究成果。目前對(duì)食物垃圾的發(fā)酵研究多是對(duì)其中的廢液進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵。液態(tài)發(fā)酵原料需經(jīng)過較復(fù)雜的加工，好氧發(fā)酵過程中氧氣的傳遞需消耗較大的能量，而且使用液體培養(yǎng)基和較大的生物反應(yīng)器，因此生產(chǎn)率較低。

3.生態(tài)化的垃圾處理技術(shù)——固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用

固態(tài)發(fā)酵技術(shù)通過微生物的代謝活動(dòng)對(duì)有機(jī)廢棄物和秸稈、蔗渣等粗物質(zhì)進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化，使飼料中不易被牲畜和家禽利用的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為易于消化吸收的小分子物質(zhì)，同時(shí)，微生物自身的菌體蛋白提高了飼料的蛋白質(zhì)含量，這樣就達(dá)到了垃圾處理的減量化、無害化、資源化。

3.1 固體發(fā)酵的特點(diǎn)

固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過程，是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，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)行的一個(gè)生物反應(yīng)過程。

由于固態(tài)發(fā)酵具有節(jié)水、節(jié)能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，屬于清潔生產(chǎn)技術(shù)，與液態(tài)發(fā)酵相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：固態(tài)發(fā)酵的微生物是在接近自然條件的狀況下生長(zhǎng)的，有可能產(chǎn)生一些通常在液體培養(yǎng)中不產(chǎn)生的酶和其他代謝產(chǎn)物；微生物生長(zhǎng)和代謝所需的氧大部分來自于氣相，因此，固態(tài)發(fā)酵的氣體傳遞速率比液態(tài)發(fā)酵高得多；發(fā)酵結(jié)束時(shí)培養(yǎng)基是濕物料狀態(tài)，產(chǎn)物濃度高；使用濃縮的培養(yǎng)基和較小的固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器，因此生產(chǎn)率高，提取工藝簡(jiǎn)單可控，沒有大量有機(jī)廢液產(chǎn)生，能耗小。

3.2 固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物蛋白飼料的菌種

利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)蛋白飼料的關(guān)鍵是篩選和培養(yǎng)具有優(yōu)良特性的菌種。現(xiàn)代微生物發(fā)酵多為純種發(fā)酵，即用純的單一菌種不斷地發(fā)現(xiàn)許多重要生化過程是單株微生物不能完成或只能微弱地進(jìn)行的，必須依靠?jī)煞N或多種微生物共同培養(yǎng)來完成，即混合發(fā)酵。混合的多種菌種，增加了發(fā)酵中許多基因的功能，通過不同代謝能力的組合，完成單個(gè)菌種難以完成的復(fù)雜代謝作用。如真菌和酵母菌的混合培養(yǎng)，真菌可分解纖維素和淀粉，而酵母菌主要利用糖原，菌群的協(xié)同作用提高了對(duì)底物的利用效率及產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量和營(yíng)養(yǎng)功能，達(dá)到了更好的發(fā)酵效果。

3.3 固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物蛋白飼料的工藝

利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)微生物蛋白飼料的一般工藝流程如圖1所示[2]。

固態(tài)發(fā)酵原料經(jīng)分類篩選、蒸汽滅菌等預(yù)處理后，將經(jīng)過篩選和擴(kuò)大培養(yǎng)后的菌種接入進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵后的原料經(jīng)干燥后成為成品。固態(tài)發(fā)酵原料固含物量大，所以需要較大數(shù)量的微生物菌群參與發(fā)酵，一般要求達(dá)到發(fā)酵原料的10%以上，因此菌種需要逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)，達(dá)到預(yù)定的菌種濃度后即成為接種液。預(yù)處理后的原料添加無機(jī)氮源、營(yíng)養(yǎng)鹽后，與接種液攪拌混合，進(jìn)入發(fā)酵生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)發(fā)酵通常采用發(fā)酵池或釀酒制曲的曲盤等，但這種反應(yīng)器機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，無法控制發(fā)酵條件，因而限制了其應(yīng)用范圍，目前已開發(fā)應(yīng)用的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器有轉(zhuǎn)鼓式、水平槳式攪拌反應(yīng)器等。固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器要有良好的攪拌、通氣、散熱、冷卻系統(tǒng)，能夠進(jìn)行無菌操作，控制發(fā)酵過程中的溫濕度和水分等。

3.4 食物垃圾經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后容易達(dá)到飼料標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)飼料工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要有衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和營(yíng)養(yǎng)物標(biāo)準(zhǔn)兩大類。在以食物垃圾為原料生產(chǎn)飼料的過程中先經(jīng)高溫預(yù)處理，殺死病原菌和其他雜菌，使產(chǎn)品滿足衛(wèi)生要求。從食物垃圾成分和仔豬、生長(zhǎng)肥育豬配合飼料營(yíng)養(yǎng)成分標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比可以看出，食物垃圾組分中除粗蛋白含量有可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)外（但也遠(yuǎn)高于目前飼料工業(yè)的主要原料—玉米），其余指標(biāo)均能夠達(dá)到配合飼料標(biāo)準(zhǔn)，即食物垃圾是很好的飼料原料[3]。同時(shí)食物垃圾中含有促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)成分，因此，在適宜的外界條件下，通過微生物對(duì)食物垃圾的發(fā)酵分解及其自身的生長(zhǎng)繁殖，可以較容易地使食物垃圾中的蛋白質(zhì)含量得到提高，達(dá)到飼料標(biāo)準(zhǔn)[4]。

4.總結(jié)

目前，利用微生物處理食物垃圾生產(chǎn)微生物蛋白飼料的研究相對(duì)較少，未形成成熟的技術(shù)工藝，且只限于液態(tài)發(fā)酵處理食物垃圾廢液。隨著固態(tài)發(fā)酵工藝?yán)碚摰某墒旌托滦凸虘B(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的研制和應(yīng)用，利用農(nóng)牧產(chǎn)品發(fā)酵生產(chǎn)微生物蛋白飼料已經(jīng)可行。目前世界范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)資源短缺問題日益嚴(yán)重，而微生物菌體的蛋白質(zhì)含量很高，且微生物代生時(shí)間短，在最佳環(huán)境條件下生長(zhǎng)速率驚人，故微生物是一種理想的蛋白質(zhì)資源。同時(shí)，食物垃圾中富含大量糖類、纖維素等可再生生物資源，因此利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)處理食物垃圾，開發(fā)新的廉價(jià)蛋白飼料，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣闊的前景，既可解決當(dāng)前世界蛋白飼料嚴(yán)重短缺的問題，又可使食物垃圾減量化、無害化、資源化，是一種值得推廣的垃圾處理方法。

[1] 蘇維洲,高雁,孫震，等.餐飲廢棄食物(泔水)加工再生為蛋白質(zhì)飼料的探討[J].飼料工業(yè),.2003(11)

[2] 劉英杰,付婉霞.食物垃圾微生物處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].節(jié)能環(huán)保研究探討.2005(5): 13-15

[3] 中國(guó)飼料工業(yè)協(xié)會(huì).飼料工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編2002[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2002

[4] 付婉霞，孫麗娟，劉英杰. 利用食物垃圾生產(chǎn)微生物蛋白飼料的發(fā)展前景[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程.2006,14(3): 21-24

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.005