餐廚垃圾處理設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

藍俞靜， 劉玉德， 繩以健， 石文天， 張 媛， 劉 洋

(1．北京工商大學(xué)材料與機械工程學(xué)院，北京 100048;2．總后軍需裝備研究所，北京 100010)

餐廚垃圾處理設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

藍俞靜1， 劉玉德1， 繩以健2， 石文天1， 張 媛1， 劉 洋1

(1．北京工商大學(xué)材料與機械工程學(xué)院，北京 100048;2．總后軍需裝備研究所，北京 100010)

分析了國內(nèi)外餐廚垃圾處理設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了餐廚垃圾處理設(shè)備目前存在的問題，重點探討了小型餐廚垃圾處理設(shè)備今后的發(fā)展趨勢．

餐廚垃圾;處理設(shè)備;發(fā)展趨勢

餐廚垃圾是指在食品加工過程中丟棄的食品剩余物．由于餐廚垃圾中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如果不經(jīng)處理直接排放到自然界，在適宜溫度和細菌的作用下，短期內(nèi)即腐敗變質(zhì)，不僅對周圍環(huán)境造成污染、滋生蚊蠅，而且會侵占大量土地，造成資源的大量浪費［1－3］．因此，對餐廚垃圾處理設(shè)備的研究，不僅具有十分重要的經(jīng)濟價值，而且還具有重要的社會意義．

1 小型餐廚垃圾處理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 餐廚垃圾處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)餐廚垃圾有機質(zhì)含量高和易生物降解的特點，采用生物處理技術(shù)進行堆肥或發(fā)酵產(chǎn)氣是實現(xiàn)餐廚垃圾減量化、資源化和無害化處理較安全可行的方法．目前餐廚垃圾常用的生物處理技術(shù)包括蚯蚓堆肥、好氧堆肥和厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣．其中，好氧堆肥和厭氧發(fā)酵是迄今為止技術(shù)較成熟且研究應(yīng)用最廣泛的兩種生物處理技術(shù)，餐廚垃圾經(jīng)生物處理后可生產(chǎn)出有機肥和生物氣等高附加值的產(chǎn)品［4－6］．

1.2 餐廚垃圾處理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 大型生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀

目前，餐廚垃圾處理的方式之一為采用大型自動化生產(chǎn)線處理，運行模式以餐廚垃圾處理站或者餐廚垃圾處理廠為主，整個生產(chǎn)線兼有好氧堆肥、厭氧發(fā)酵和飼料化等多種工藝路線．根據(jù)不同的工藝路線最終的處理產(chǎn)物有蛋白質(zhì)飼料、有機肥、沼氣等．有機肥和飼料可以供給農(nóng)用，得到健康高品質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品;產(chǎn)生的沼氣可以轉(zhuǎn)化為電能和熱能供給民用．同時，由于生產(chǎn)線處理量大，處理過程中分離出的大量廢棄油脂可以經(jīng)過統(tǒng)一處理制成生物柴油，其性能和石化柴油相比，更環(huán)保、更清潔．

國外發(fā)達國家在20世紀(jì)80年代就開始對餐廚垃圾進行無害化處理和資源利用研究，并在大中城市進行了規(guī)模化加工廠建設(shè)，對餐廚垃圾的處理實現(xiàn)了專業(yè)化，對其管理實現(xiàn)了規(guī)范化［7－8］．

國內(nèi)近年來對餐廚垃圾無害化和資源化利用逐漸開始重視．北京市在奧運會期間建立了南宮垃圾處理廠，日處理量達到200 t，餐廚垃圾經(jīng)過處理后，可作為堆肥原料，剩余的污水和氣體經(jīng)過浸化處理達標(biāo)排放［9］．北京嘉博文生物科技有限公司開發(fā)的BGB微生物資源循環(huán)處理站，提供了垃圾處理的企業(yè)運作模式和市場運作模式，塑造了餐廚垃圾再循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈［10］．在一些國內(nèi)大中型城市也開始餐廚垃圾資源化利用的嘗試，同時經(jīng)過探索，初步形成了寧波模式［11］、西寧模式［12］等典型的餐廚垃圾處理模式．寧波模式是以政府引導(dǎo)、法制管理、集中收運、專業(yè)處置、社會參與、市場化運作為特色的餐廚垃圾處置模式;西寧模式是將餐廚垃圾無害化加工處理后，生產(chǎn)成蛋白飼料及生物柴油，成為另一領(lǐng)域的生產(chǎn)原料，創(chuàng)造出更多價值的餐廚垃圾循環(huán)利用模式．這些模式的目的都在于餐廚垃圾的資源化利用．

1.2.2 小型餐廚垃圾處理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

針對大型生產(chǎn)線在運行過程中暴露出來的問題，近些年來，一些學(xué)者開始對小型餐廚垃圾處理設(shè)備的集成形式和結(jié)構(gòu)組成進行研究，力圖減少餐廚垃圾的處理環(huán)節(jié)及對環(huán)境的污染，實現(xiàn)餐廚垃圾的就地處理，有效地縮短餐廚垃圾的運輸時間，克服大型生產(chǎn)線能耗高、運行費用高、占地面積大、不能連續(xù)運行等問題，真正實現(xiàn)餐廚垃圾的綠色加工［13－15］．

目前，小型餐廚垃圾處理設(shè)備可以完全實現(xiàn)機械化操作，且構(gòu)造小巧、操作方便，在處理過程中無臭氣散發(fā)、無廢水瀝出．根據(jù)餐廚垃圾處理后出料成分和出料量的不同，餐廚垃圾處理設(shè)備可分為“資源型”和“減量型”．減量型處理機是將催化劑摻進預(yù)處理后的餐廚垃圾中，通過攪拌使分解垃圾的細菌活性化，經(jīng)過數(shù)小時的攪拌后垃圾被分解為水和二氧化碳．資源型處理機則是兼顧了餐廚垃圾的減量化和資源化，是一種添加了高效菌種并控制堆肥條件的動態(tài)快速有機垃圾處理器［16］．

從國外多年的垃圾處理來看，美國是推行以原位處理方式處理餐廚垃圾，即將餐廚垃圾消化在自家的庭院里、家庭里．美國用于家庭廢棄物處理的家庭堆肥器有兩種:0.34 m3和0.59 m3，制造家庭堆肥器的材料為木材、再生聚乙烯和不銹鋼．日本在居民小區(qū)進行處理，居民必須將新鮮的餐廚垃圾及時送到樓下的生化處理機．日本的廚衛(wèi)垃圾高速發(fā)酵處理機采用最新生物技術(shù)，運用深層液體透析發(fā)酵和固體發(fā)酵相結(jié)合的工藝生產(chǎn)固體活性生物復(fù)合劑，通過有機垃圾處理機的自動控制工藝處理，在－5～100℃的溫度范圍內(nèi)，在缺氧、有氧條件下，對廚衛(wèi)垃圾中可降解組分進行快速降解，使之分解成CO2、H2O和極少量灰質(zhì)，降解率達95%以上．日本日立公司研制的能將香蕉皮、魚內(nèi)臟、咖啡渣等食品垃圾變成肥料的裝置進入市場后大受歡迎．松下公司則推出了廚房垃圾處理機，利用熱空氣風(fēng)干并壓縮有機廢物，可將其體積壓縮至原來的1/7［17－19］．

在國內(nèi)，席北斗［20］等以復(fù)合微生物菌劑降解生活垃圾的適宜條件為出發(fā)點，根據(jù)堆肥小試驗結(jié)果，開發(fā)了直徑500 mm，高1.3 m，有效容積為250 L的翻轉(zhuǎn)式堆肥反應(yīng)裝置．該裝置采用自控系統(tǒng)，具有進出料簡單方便、供氣均衡、攪拌均勻、不易纏繞、滲濾液易實現(xiàn)自動回流、臭氣便于集中處理等優(yōu)點．張悠敏［21］等研制出一臺型號為WJH-15，空機容量為15 L，垃圾日處理能力為9 kg/d的小型堆肥裝置．在菌液的作用下，經(jīng)過12～20 h，生活垃圾可迅速被有效微生物群消化分解，最終轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C肥．垃圾的處理率可達87%以上，而且分解過程無毒、無異味，不會造成二次污染．

北京九次方環(huán)保科技有限公司研制的商用餐廚垃圾處理機，尺寸大小為140 cm×70 cm×120 cm，處理量為300 kg．設(shè)備采用物理原理，通過機械及電氣化的方式對餐廚垃圾破碎、深脫水，降低泔水的含水量和體積，可實現(xiàn)油水分離及污水處理，并且對分離出的油脂和殘渣集中資源化利用．設(shè)備操作便捷、安全可靠，只需按鍵操作即可完成處理．每噸垃圾的直接處理成本為5～8元，源頭減量率達到70%～85%，大幅度降低了運輸費用和處理成本［22］．北京中源創(chuàng)能工程技術(shù)有限公司2011年與清華大學(xué)共同開發(fā)的專利設(shè)備——餐廚垃圾就地處理小型設(shè)備，采用微電腦控制一體化，主要由粉碎、脫水、生物發(fā)酵、油水分離、臭氣處理等七大模塊組成，尺寸大小為180 cm×75 cm×95 cm，日處理能力為100 kg．設(shè)備利用微生物發(fā)酵處理餐廚垃圾，主要通過篩選和培養(yǎng)具有適合餐廚有機質(zhì)發(fā)酵的菌種，殺滅垃圾中的有害菌，降解毒素，從而達到改善物料性質(zhì)、外觀、氣味的目的［23］．

2 餐廚垃圾處理設(shè)備目前存在的問題

從目前餐廚垃圾處理設(shè)備的應(yīng)用情況看，無論是大型生產(chǎn)線設(shè)備還是小型處理設(shè)備都存在一定的問題．

2.1 大型餐廚垃圾處理生產(chǎn)線存在的問題

大型餐廚垃圾處理生產(chǎn)線對餐廚垃圾等有機廢棄物可進行徹底地?zé)o害化處理，資源循環(huán)再利用效果好，但存在以下問題:

1)從收集到處理的時間較長．由于是集中處理，首先需要對分散在各個餐飲點處的餐廚垃圾進行回收，然后再統(tǒng)一進行處理，增加了運輸成本;因餐廚垃圾中水分含量高，運輸過程中極易造成泄漏、遺撒，造成環(huán)境污染;餐廚垃圾在運輸過程中會滋生大量的有害病菌，分泌出的毒素(如黃曲霉素)很難通過微生物的方法再處理掉，只有經(jīng)過高溫蒸煮和烘干工藝實現(xiàn)，增加了設(shè)備運行成本．

2)集中處理需要的量較大．如果餐廚垃圾原料不夠，將導(dǎo)致處理生產(chǎn)線無法運行．生產(chǎn)線處理200 t和處理20 t餐廚垃圾需要開機的時間和運行成本相差無幾，但產(chǎn)出卻懸殊，開機次數(shù)越多，虧損越大．近些年，一些地方政府建設(shè)的大型生產(chǎn)線因為餐廚垃圾處理量不足導(dǎo)致無法正常運行而停產(chǎn)的例子比比皆是．

3)大型生產(chǎn)線還存在設(shè)備造價高、占地面積大，處理周期長，維修費和處理費高等問題．

2.2 小型餐廚垃圾處理設(shè)備存在的問題

雖然小型餐廚垃圾處理設(shè)備相對于大型餐廚垃圾生產(chǎn)線，占地面積減小，設(shè)備運行費用和能耗降低，運輸時間和成本減少，但是在目前使用過程中仍然存在一些問題．

1)餐廚垃圾很難實現(xiàn)完全徹底的處理．由于小型餐廚垃圾處理設(shè)備減少了設(shè)備的體積，一些大型生產(chǎn)線包括的處理系統(tǒng)就必須相應(yīng)地進行精簡，所以小型餐廚垃圾處理設(shè)備降解方法單一，對于成分復(fù)雜的餐廚垃圾無法針對性地進行處理．同時，設(shè)備所能容納的餐廚垃圾量減少，投入的餐廚垃圾必須及時排出，可能會造成垃圾腐熟度不夠，需要在后期做進一步處理．

2)設(shè)備集成化程度不夠，占地面積不夠小．雖然小型餐廚垃圾處理設(shè)備的占地體積相對于大型生產(chǎn)線明顯減小，但是相對于其他家用電器的體積仍然顯得龐大，而且這是建立在大型生產(chǎn)線處理系統(tǒng)精簡的基礎(chǔ)上，對餐廚垃圾的處理效果也造成了一定的影響．

3)餐廚垃圾微生物處理菌種研究針對性不強．由于我國區(qū)域性比較強，地方飲食文化、生活習(xí)慣存在較大差異，因此餐廚垃圾在性質(zhì)及組成上會有所不同，這對餐廚垃圾的微生物處理具有一定影響．而小型餐廚垃圾處理設(shè)備對投入的餐廚垃圾不再進行分揀，在進行簡單預(yù)處理后，主要是通過高效的微生物菌劑對餐廚垃圾混合物進行發(fā)酵降解．目前仍然沒有開發(fā)出一種高效的、廣泛適用于任何成分的餐廚垃圾處理菌劑．

4)油水分離裝置得不償失．對于廢油脂的回收，一般油脂回收設(shè)備在處理量達50～200 t以上才能產(chǎn)生效益，較適合大規(guī)模的集中處理廠應(yīng)用，而現(xiàn)階段，在小型處理設(shè)備上安裝油水分離裝置是件得不償失的事，這也是我國小型餐廚垃圾處理設(shè)備普遍存在的問題．

3 餐廚垃圾處理設(shè)備發(fā)展趨勢

鑒于餐廚垃圾的特點及出現(xiàn)的上述問題，餐廚垃圾處理設(shè)備正向小型化、集成化、自動化及原位處理方向發(fā)展，而適合家庭或者小規(guī)模單位處理日常有機垃圾使用的小型化設(shè)備是今后研究的重點和目標(biāo)．餐廚垃圾處理今后可能在以下方向發(fā)展．

1)小型化和高集成化．由于一般家庭或一般餐飲單位的廚房面積有限，處理設(shè)備體積過大會影響廚房內(nèi)的日常操作，所以集成化程度更高、處理方式多元化、占地面積更小、垃圾處理更徹底是將來小型餐廚垃圾處理設(shè)備的發(fā)展趨勢．

2)高智能化．為了提高餐廚垃圾處理的效果，需要滿足生物降解處理最適條件．但由于不同地域的餐廚垃圾成分存在較大差異，導(dǎo)致在處理餐廚垃圾時的條件又可能不同，這就需要處理設(shè)備能根據(jù)處理原料的不同而改變處理程序，從而實現(xiàn)餐廚垃圾的高效智能化處理．

3)高自動化．由于餐廚垃圾有機質(zhì)含量高，在適宜的溫度和濕度條件下，極易腐敗變質(zhì)，如果操作人員頻繁與之接觸，將對操作人員的健康造成威脅，因此要求設(shè)備具有較高的自動化程度．

4)低能耗及低運行成本．小型餐廚垃圾處理設(shè)備的開發(fā)實現(xiàn)了餐廚垃圾的就地處理，有效克服了大型生產(chǎn)線收集運輸存在的問題，降低了運輸成本;同時還克服了餐廚垃圾原料不足，難以運行的問題．如果能進一步降低設(shè)備的電耗，則將具有更廣泛的適用范圍．

5)開發(fā)針對餐廚垃圾具體成分處理的菌種．對于成分復(fù)雜、油脂和鹽分含量高的餐廚垃圾處理，其添加的生物菌種還需根據(jù)餐廚垃圾的特性進行進一步研究．如果小型餐廚垃圾處理設(shè)備對餐廚垃圾的處理能夠達到完全徹底，處理后的產(chǎn)品能作為商品進入市場，形成餐廚垃圾處理的產(chǎn)業(yè)鏈，將有助于設(shè)備的進一步發(fā)展．因此，如何使得小型餐廚垃圾處理設(shè)備對餐廚垃圾的處理進入良性循環(huán)，是餐廚垃圾處理今后的發(fā)展方向．

4 結(jié)語

隨著人們環(huán)保意識的日益提高，餐廚垃圾的處理逐漸受到重視，可以實現(xiàn)餐廚垃圾就地處理，適合于家庭、飯店、車站、碼頭、居民小區(qū)的小型化移動式餐廚垃圾處理設(shè)備將有著廣闊的應(yīng)用前景，是未來餐廚垃圾處理發(fā)展的主要方向.

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(責(zé)任編輯:檀彩蓮)

Development Status and Trends of Processing Equipment of Food Residue

LAN Yu-jing1， LIU Yu-de1， SHENG Yi-jian2， SHI Wen-tian1， ZHANG Yuan1， LIU Yang1
(1．School of Material and Mechanical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China;2．Quartermaster Research Institute of the General logistics Department of PLA，Beijing 100010，China)

The current development status of domestic and international processing equipment of food residue were analyzed and compared deeply，the existing problem of small processing equipment of food residue was studied，and the future development trends of it was discussed in the article．

food residue;processing equipment;development trends

TS209;TS972.26;X705

A

1671-1513(2012)06-0076-04

2012-11-05

北京市屬高等學(xué)校人才強教計劃資助項目(PHR201107110);專業(yè)學(xué)位研究生實踐培養(yǎng)基地建設(shè)資助項目(PXM2012－014213－000061);北京工商大學(xué)研究生科研學(xué)術(shù)創(chuàng)新基金項目．

藍俞靜，女，碩士研究生，研究方向為食品加工機械;

劉玉德，男，教授，博士，主要從事食品加工機械方面的研究．通訊作者．