餐廚垃圾飼料化處理的研究進展

袁世嶺 李鴻炫 毛捷 劉華麗

(鄭州大學化工與能源學院河南鄭州450001)

0 引言

當前國內“地溝油事件”此起彼伏，“餐廚垃圾喂豬”依然隨處可見。盡管各級政府出臺各種法規加大力度打擊非法收購餐廚垃圾，最高法最高檢公安部甚至聯合下發通知要求依法懲辦“地溝油”犯罪活動，但是地溝油地下產業鏈的高額利潤無法阻止人們的犯罪活動，甚至愈演愈烈。國家發改委認為，加強餐廚廢棄物管理和資源化利用的立法既重要又緊迫。

餐廚垃圾作為生物質的重要組成部分，產生較為集中，作集中資源化處理比較容易。餐廚垃圾一般產生于家庭、學校和單位的食堂以及餐飲行業。據資料顯示，目前我國約有大小餐館470多萬家，2012年月餐廚垃圾總產量13.4萬噸，數量巨大。其中北、上、廣等大城市單日餐廚垃圾產量就超過1000噸，垃圾圍城現象正越發嚴重。因此，對餐廚垃圾的資源化利用不僅能在一定程度上彌補我國資源的缺口，而且能改善日益嚴重的環境衛生問題，同時形成新的經濟產業鏈，增加就業崗位，提高就業率，可謂一舉三得。

1 餐廚垃圾飼料化處理技術

目前國內外對餐廚垃圾的處理與資源化技術的研究比較多，歸納起來主要有：飼料化、肥料化和能源化等方向[1]。飼料化處理的主要問題是飼料安全，由于消毒要求的提高，必將導致相應設備、技術等方面的相應調整，從而增加了處理成本；而堆肥占地面積比較大，處理時間較長，易產生大量臭氣，且鹽分比較多，重金屬含量高，從而導致肥效偏低；制備生物柴油時，甘油等副產品影響產品純度，造成發動機工作不正常等問題，另外，生物柴油雖然具有很大的環境效益，但生產成本過高[2]；生物制氫技術還處于實驗研究階段，且氫氣的比產率、發酵的連續性、穩定性都較低[3]。

從資源化效益最大化出發，對餐廚垃圾的資源化處理，國內有學者[4]通過論證得出最佳的資源化層級原則是“優先生產飼料，其余生產肥料”。從實際出發，餐廚垃圾中含有大量的有機營養成分，將其飼料化有相當的優勢。

從實際出發，餐廚垃圾中含有大量的有機營養成分，將其飼料化具有相當的優勢。而出于安全性考慮，對于“同源污染”的問題，歐盟已經全面禁止餐廚垃圾蒸干制成的飼料產品重新進入人類食物鏈的可能[5]。國內有關餐廚垃圾的蒸干飼料化應用尚未禁止，但相關應用如：沈陽市2002年相繼啟動處置餐飲廢物示范工程與泔水處理系統，通過脫水、高溫滅菌、干燥破碎和篩分，使餐飲廢物轉化為固體高蛋白飼料；寧波市2006年將餐廚垃圾變成飼料和肥皂，由于技術的缺乏與認知的不成熟，國內基本上都是使用餐廚垃圾蒸干制飼料，無法逃避“同源污染”的問題，制出來的飼料認可度不高，一直得不到全國范圍內的大力推廣。

目前，國外餐廚垃圾飼料化技術比較成熟，主流技術是生化制蛋白，成功案例也較多。在韓國、我國臺灣、新加坡等多有應用。當前我國餐廚垃圾生化制蛋白技術相對不成熟，國外投資者已經瞄準這點開始這方面的投資。

由此可知，餐廚垃圾的生化制蛋白將是未來餐廚垃圾飼料化行業的發展趨勢，開展餐廚垃圾飼料化再生利用技術的研究即是順應時代的發展趨勢，也是為創造中國自主知識產權打破國外壟斷做出貢獻。此外，當前餐廚垃圾的生化制飼料化技術本身在應用領域存在不少問題。理清當前行業內的實質問題，研究解決餐廚垃圾飼料化技術中的諸多問題，形成切實可行的技術和產業，無疑成了當務之急。

2 飼料化技術存在的問題

2.1 當前針對餐廚垃圾飼料化的主要技術是生化制蛋白飼料，并且具有很強的可行性，王莉[5]等從生物發酵法生產單細胞蛋白飼料角度對公共餐廚垃圾飼料化的可行性進行了論證，但是行業內仍然存在不少問題。

（1）同源污染風險仍然存在。徐長勇[6]等針對當前國內典型的加工工藝，指出國內實際上是將生物蒸干與生物發酵結合，由于微生物作用時間短、處理效率低，導致飼料產品中仍有大量未被降解的餐廚動物源性成分，作為動物飼料使用時仍可能存在同源性污染的風險。

（2）周期長、菌種安全性不高。陳建樂等[7]將餐廚垃圾等經粉碎、脫水等工序后，再混合接種酵母和微生物菌種，最后進行固體發酵等一系列工序生產高鈣多維酵母蛋白飼料。這種方法，投資少，見效快，操作簡便，但存在菌種的殺毒所需要時間長、飼料生產周期長、菌種管理的安全性不高等問題。

（3）菌種發酵環境要求高，難于控制。鄔蘇煥[8]等利用固態發酵的方法，采用多種酵母和霉菌混合發酵對城市餐廚垃圾進行處理，制造富含菌體蛋白的飼料。Raghavarao[9]等在利用雙菌固態發酵處理餐廚垃圾時，發現菌種發酵效果的好壞，還受到接種量、接種方式、接種比例、發酵基質成分等多方面影響。此外，在餐廚垃圾中往往含有數量不等的食鹽。微生物生長需要與之細胞大致相等的滲透壓，超過一定的限度和驟然改變參透壓，對微生物的生長是有害的，甚至會引起微生物的死亡[10-11]。

2.2 此外，生化制蛋白處理工藝還需進一步優化，處理技術水平有待進一步提高。結合國外餐廚垃圾處理技術，我國餐廚垃圾飼料化處理需要從以下技術突破。

（1）通過篩選、改進、再創新國內外的典型工藝技術，設計高效、安全、節能、環保的處理流程，并在實踐中逐步改進；

（2）發酵菌種的篩選、馴化與培育。針對當前生化制蛋白飼料的菌種消化率不高、發酵速度慢、抗菌能力不強等弱點，在實驗研究的基礎上，通過菌種的分離、馴化培養和繁殖等技術手段，篩選針對性較強的優勢菌種；

（3）相關技術裝備的設計、改進和制造，根據菌種的特點與發酵工藝過程，研發相關的技術與設備；

（4）試驗及設備運行工藝參數的確定，通過現代分析技術和實驗室長周期實驗兩種手段，確定溫度、時間、通風、加料量等一系列設備工藝參數，進行設備優化設計。

3 結論

綜上所述，目前餐廚垃圾飼料化處理應在前期研發的基礎上，通過篩選與培育優質發酵菌種，根據具體地區餐廚垃圾特點，建立菌種發酵環境數據庫，同時，研究開發高效加工工藝與成套設備，從而提高發酵菌種的消化率，保證飼料產品的安全可靠，并大大降低餐廚垃圾處理成本，提高國內飼料化技術在國際上的競爭力。

[1]陳鍔,顧向陽.餐廚垃圾處理與資源化技術進展[J],環境研究與檢測,2012(3)：57-61.

[2]張韓,李暉,韋萍.餐廚垃圾處理技術分析[J],環境工程,2012,9(30):258-261.

[3]SHin H S,Han SK,Song Y C.Performance of UASBreactor treating leachate from acidogenic fermenter in the two-phase anaerobic digestion of food waste[J].Water Res,2010,35(14):3441-3447.

[4]王莉.餐廚廢物回收利用管理研究[博士學位論文][D].天津：天津大學，2009.

[5]王莉,劉應宗.公共餐廚垃圾飼料化項目生產可行性分析[J].工業工程.2009,12(5)：50-53.

[6]徐長勇,宋薇,趙樹青,等.餐廚垃圾飼料化技術的同源性污染研究[J].環境衛生工程.2011,19(1)：9-15.

[7]陳建樂.一種餐廚有機垃圾生物處理方法[P].中國，CN1480267.2004-03-10.

[8]鄔蘇煥,宋興福,劉夠生,于建國.雙菌固態發酵處理餐廚垃圾[J].食品與發酵工藝.2004,30(5)：63-68.

[9]Raghavarao K SM S,Ranganathan TV.Some engineering aspects of solid-state fermentation[J].Bio-chemical engineering journal.2003,13:127-135.

[10]Kim IS,Kim D H.Effect of particle size and sodium ion concentration on anaerobic thermophilic food waste digestion[J].Water Science Technology.2002,41(3):67-73.

[11]Baek Kitae,Lee Hyun-Ho.Electrochemical removal of sodium ion from fermented food composts[J].Korean J Chem Eng.2000,17(2):245-247.