餐廚廢棄物發電技術應用研究

程 蓓

(安徽電氣工程職業技術學院，安徽 合肥 230051)

0 引言

餐廚垃圾，俗稱泔水，是居民在生活消費過程中形成的生活廢物，極易腐爛變質，散發惡臭，傳播細菌和病毒。餐廚垃圾主要成分包括米和面粉類食物殘余、蔬菜、動植物油、肉骨等;從化學組成上分析，餐廚垃圾成分有淀粉、纖維素、蛋白質、脂類和無機鹽等[1]。

餐廚垃圾的利用方法非常多，比如利用微生物發酵成有機肥，或是加工成生物燃油，或通過厭氧發酵制成沼氣。目前，我國一些城市已運用先進技術從餐廚廢棄物中的油脂里提煉出生物柴油。1 t地溝油大約能提煉0.9 t的生物柴油，而剩余10%的原料又可生成植物瀝青、環保建材和船舶燃料等。此外，生物柴油還可再次加工轉化成洗滌劑等。利用地溝油大力發展高附加的生物柴油;利用先進技術，降低地溝油制取生物柴油的成本，是地溝油資源化利用的重點[2]。

隨著對餐廚廢棄物資源利用的拓展，利用餐廚垃圾直接或間接發電成了新的利用途徑。餐廚垃圾發電可以根據發電方式和應用區域范圍分成以下幾種形式。

1 直接焚燒發電

餐廚垃圾可以直接焚燒發電。焚燒是將垃圾放在焚燒爐中，在高溫下將垃圾中的有機物徹底氧化分解，達到減量化的目的，產生的熱能可用于發電、取暖等。焚燒對垃圾的含水量有很高要求，一般要求入爐垃圾含水量為50%左右，濕基低位發熱量5 000 kJ/kg左右[3]。

餐廚垃圾由餐余垃圾和廚余垃圾構成，一般含水量在75% ～88%。因此，入爐前必須對其進行預處理，以降低含水量和提高低位發熱量。可通過充分的擠壓淋漏和焚燒爐的部分余熱煙氣對入爐前的餐廚垃圾進行加熱干燥，使其含水量降至40%左右，擠壓淋漏后的污水通過污水管道排出。干燥后的餐廚垃圾可減量至 2/3，低位熱值約為4 900 kJ/kg。預處理過的餐廚垃圾焚燒后產生的熱量通過余熱鍋爐加以利用，可驅動汽輪發電機組發電，發電效率約為30%，焚燒1 t餐廚垃圾可發電407 kW·h。

國外的垃圾發熱量高，國外有垃圾處理公司可直接焚燒餐廚廢油發電。中國垃圾的發熱量低，可燃物少，不適合用于焚燒發電。即便是淋漏后的低位熱值也較低，不能滿足焚燒要求，必須投油助燃，增加了處置成本[4]。

2 摻入污泥中成為混合燃料焚燒發電

以污泥燃料焚燒為核心的污泥發電是一種很好的處理污泥的方法，污泥焚燒具有減容、減重率高，處理速度快，無害化較徹底，余熱可用于發電，焚燒后產生的灰渣可以用于改良土壤、筑路、制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。污泥燃料燃燒所釋放出的熱能通過熱回收系統和發電系統實現能量的轉化。直接以脫水污泥為燃燒處理對象的焚燒爐，大多需要使用輔助燃料，可使用污泥與城市有機垃圾混合形成的污泥燃料。日本JFE公司是世界第四位的鋼鐵企業，據該公司稱，該公司的污泥發電項目中，700 t污泥，只要摻加70 t的“餐廚垃圾”，就可以提高發電效力 10%[5]。

國外污泥發電技術成熟，國內處于成長階段，方興未艾。污泥燃燒發電建設投資高，且燃燒產生含重金屬的飛灰，污泥焚燒處理處置方式是暫時性措施。污泥的生物質利用、能源化利用、有機質利用將作為以后的重點和突破點。

3 發酵產生沼氣發電

利用生物技術對餐廚垃圾進行資源化處理是目前最先進的綜合利用方法。將餐廳的食品廢棄物和有機物質等生物質垃圾混合，在經過高溫滅菌等無害化處理后，餐廚垃圾中的固體通過菌種發酵制成飼料蛋白添加劑，剩下的油水混合物經過分離后，將分離出的油脂經精煉系統，制成工業油脂;有機物則通過厭氧發酵產生沼氣(每處理1 t餐廚廢棄物可產生約70 m3沼氣，產生的高熱值沼氣1年可發電約150 kW·h)，驅動沼氣發電機組發電，并實現熱電聯產[6]。沼氣是一種清潔的可再生能源，可用于發電和做燃料，且由于系統全封閉而無異味，因此，餐廚垃圾厭氧處理是未來的發展方向。圖1是餐廚垃圾綜合利用工藝示意圖。

圖1 餐廚垃圾綜合利用工藝示意圖

4 作為燃料驅動柴油發電機組發電

柴油發電機組是一種小型發電設備，以柴油等為燃料，以柴油機為原動機帶動發電機發電。利用“地溝油”可提煉出生物柴油，驅動柴油發電機組發電。

在奧地利的蒂羅爾州，1999年以來建立了一個油污中央收集系統，每年收集當地居民和飯店的廢油達1 800 t。這些廢油送到因斯布魯克市附近一家污水處理廠，先除去廢油中殘剩的食物，然后將油用作專門為此改裝的船用柴油發動機的燃料，驅動發電機，每年可向公共電網輸入600萬kW·h的生態電[7]。

在美國，已經有很多地方開始生物柴油發電機作為數據中心的備用電力，并且有更多的地區和國家也在考慮使用這一技術。由于政府對數據中心的碳排放量控制很嚴格，面對嚴重的環境壓力和社會責任，越來越多的數據中心開始想辦法來達到碳排放的標準。生物柴油來自于動物脂肪或植物油的提取，這種混合的燃料所造成的環境影響要比石油小得多。有關的數據表明，采用生物柴油后排放的氣體中有毒有機物排放量僅為普通柴油的1/10，顆粒物為普通柴油的20%，CO和CO2排放量僅為石油柴油的10%，無硫化物和鉛及有毒物的排放;混合生物柴油可將排放含硫物濃度從500 PPM(百萬分之一)降低到5 PPM。

由于這項技術并不是很成熟，因此使用時候應該特別謹慎。不過，作為一項低碳節能的綠色技術，生物柴油發電機在數據中心的發展前景還是十分良好的。

5 餐館自動化熱電聯產系統

餐館產生的巨量廢棄物，除送至專門的處理工廠進行處理外，還可以就地在餐館和廚房進行處理，產生電能和熱能。

美國餐館業使用的主要是植物油，正在推廣使用貓頭鷹電力公司研制的自動化熱電聯產系統，這種設備能將“地溝油”直接轉化為低碳排放的清潔、可再生能源。其突出特點是可直接安裝在餐館的后院，就地處理被廢棄的植物油和油脂，并把它們轉化為熱能和電能，既節約了餐館需要支付費用的電力、煤氣或天然氣，又節省了回收、運輸和集中儲存廢油的費用。以緬因州歷史最悠久的海濱餐廳比利雜燴樓為例，該餐館為該州第一個安裝自動化熱電聯產系統的餐館。據估算，餐廳每年產生的廢油，就地轉化為電力和熱能(提供熱水)后，每年可以節約超過2.4萬美元的能源開支，并減少21 t CO2的排放，換算下來，每加侖廢油的回收利用價值為4.03美元，真可謂實實在在的變廢為寶了[8]。

6 從廢油中提取燃料氫可進行發電

科學家們正在研究從廢油中提取燃料氫，提煉出的氫代替化石類汽車燃料或者進行發電。日本的一個研究小組2002年通過對液體內產生的氣泡施加電磁波成功地制成了等離子體。目前正在研究，通過改造后的家用微波爐使廢油產生等離子體。2011年9月，研究人員使用在天花板上安裝了取氫管道的微波爐對放入廢油和銅板的燒杯進行加熱，實驗中，微波爐內產生了等離子體，氫從油中被分離出來。如果把提煉氫的裝置小型化，在不久的將來能把燒菜等產生的廢油在家庭中轉化為氫用作發電[9]。

7 結束語

有數據顯示:100萬人口每天產生100 t餐廚垃圾，一年就是36 500 t。經過加工處理，這批數量龐大的垃圾可“變”出生物柴油 1 500 t，可節煤3 500 t;“變”出優質蛋白質飼料4 300 t，節省土地約2.7×106m2;“變”出沼氣約44萬 m3，可發電88萬kWh;廢水經發酵后轉化為有機液肥，可滿足6.7×105m2蔬菜種植。

隨著我國城市化進程的加快，餐飲業發展迅速，中國城市每年產生餐廚垃圾不低于6 000萬 t。如果這些廢棄油脂或垃圾都被順利回收、變廢為寶，不僅可有效堵截其回流餐桌，也為新能源產業發展開辟了一條新路。

[1]蔣萍，吳祿嬋.寧波市容環衛處集中收運廚房廢棄物:生態技術企業進行無害化處理[N].文匯報，2011－8－22.

[2]趙晶磊.餐廚垃圾變成資源[N].首都建設報，2012－03－26(2).

[3]方源圓，周守航，閻麗娟.中國城市垃圾焚燒發電技術與應用[J].節能技術，2010，28(1):76－80.

[4]沈超青，馬曉茜.廣州市餐廚垃圾不同處置方式的經濟與環境效益比較[J].環境污染與防治，2010，(11).

[5]周海濱.日本公司向武漢建言“地溝油可以變廢為寶”[N].武漢晚報，2010－07－20.

[6]蔣麗英.1噸餐廚垃圾21天產生65立方天然氣[N].蘇州日報，2011－07－02.

[7]于大波.“地溝油”變廢為寶美英日各有絕招[OL].http://business.sohu.com/2011 －08 －23/n317048814.shtml，2011－8－23.

[8]于大波.美國:把餐廚廢油“烹飪”成循環經濟的“鮮美大餐”[OL].http://www.jjckb.cn/2011－08－23/content_328289.htm，2011 －08 －23.

[9]王建濤，李柯，禹靜.生物制氫和氫能發電[J].節能技術，2010，28(1):56 －59.