龍巖市餐廚垃圾資源化利用工藝技術(shù)研究

陳惠燕

（龍巖市環(huán)境衛(wèi)生管理處，福建龍巖364000）

龍巖市餐廚垃圾資源化利用工藝技術(shù)研究

陳惠燕

（龍巖市環(huán)境衛(wèi)生管理處，福建龍巖364000）

介紹了龍巖市餐廚垃圾處理現(xiàn)狀，提出了餐廚垃圾資源化利用設(shè)施建設(shè)的緊迫性，分析了龍巖市餐廚垃圾產(chǎn)量與組分，通過比選，確定了以厭氧產(chǎn)沼氣為目標的工藝技術(shù)路線。

餐廚垃圾；資源化利用；龍巖市

據(jù)調(diào)查，龍巖市目前餐廚垃圾產(chǎn)量在60 t/d以上。由于龍巖市生活垃圾分類收集起步較晚，餐廚垃圾收集運輸處理體系存在三大問題，一是餐廚垃圾收集體系不完善，大量餐廚垃圾不經(jīng)處理直接進入環(huán)境，對環(huán)境造成了嚴重影響，也是引起各種疾病和傳染病的根源；二是餐廚垃圾混入生活垃圾進入生活垃圾終端處理設(shè)施，對設(shè)施正常運行和管理帶來較大的影響；三是餐廚垃圾管理體系不明確，餐廚垃圾進入與人類食物鏈相連的畜禽養(yǎng)殖業(yè)和小作坊加工業(yè)，“泔水豬”和“地溝油”對人民身體健康帶來嚴重的安全隱患。建設(shè)單獨的餐廚垃圾收運系統(tǒng)和龍巖市餐廚垃圾資源化處理工程勢在必行[1]。

1 龍巖市餐廚垃圾產(chǎn)量與組分

1.1 產(chǎn)生量預(yù)測

根據(jù)國內(nèi)外垃圾產(chǎn)生量分析計算方法，結(jié)合龍巖市餐廚垃圾產(chǎn)生的特點，龍巖市餐廚垃圾產(chǎn)量采用人均產(chǎn)生量指標估算法和餐廳單位營業(yè)額產(chǎn)生量指標估算法兩種預(yù)測方法。

1.1.1 人均產(chǎn)生量指標估算法

餐廚垃圾主要產(chǎn)生于公共就餐場所，人均產(chǎn)生量差異性較大。根據(jù)龍巖市餐廚垃圾產(chǎn)生單位性質(zhì)、經(jīng)濟發(fā)展水平、生活水平、飲食習慣、消費習慣等綜合因素，參考國內(nèi)大中型城市人均餐廚垃圾產(chǎn)量數(shù)據(jù)，確定龍巖市平均每人每天在餐館就餐0.35次，餐廚垃圾0.35 kg/（人·次），平均每萬人每天產(chǎn)生產(chǎn)出垃圾約1.23 t（表1）。

表1 龍巖市城區(qū)餐廚垃圾產(chǎn)量估算表（方法一）

1.1.2 餐廳單位營業(yè)額產(chǎn)生量指標估算法

通過對城區(qū)餐飲業(yè)較為集中的新羅區(qū)選取20多家較有代表性的餐館進行調(diào)查，結(jié)果顯示，不同類別就餐單位100元營業(yè)額餐廚垃圾加權(quán)平均產(chǎn)量為2.07 kg/100元。根據(jù)龍巖城區(qū)餐飲業(yè)營業(yè)額統(tǒng)計資料，2012年城區(qū)營業(yè)額達到12.5億元。據(jù)此估算龍巖市城區(qū)餐廚垃圾產(chǎn)量結(jié)果匯總見表2。

表2 龍巖市城區(qū)餐飲業(yè)餐廚垃圾產(chǎn)量計算表（方法二）

根據(jù)方法一和方法二的估算結(jié)果，龍巖市近期餐廚垃圾產(chǎn)生總量估計值分別為61.3 t/d和70.89 t/d。通過不同方法測算的兩個數(shù)據(jù)比較接近，因此規(guī)模預(yù)測是準確可信的，近期可建設(shè)龍巖市餐廚垃圾處理項目，建設(shè)規(guī)模取75 t/d，遠期進行擴建至150 t/d。

1.2 餐廚垃圾成分

餐廚垃圾以淀粉、食物纖維類、動物脂肪類、植物油等有機物質(zhì)為主要成分。具有水分、油脂、鹽分含量高，易發(fā)酵、易變霉、易發(fā)臭等特點[1，2]。根據(jù)調(diào)查研究和相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，龍巖市餐廚垃圾成分構(gòu)成見表3。

表3 餐廚垃圾成分構(gòu)成表%

表4 餐廚垃圾化學性質(zhì)表

2 餐廚垃圾處理工藝選擇

國內(nèi)餐廚垃圾處理技術(shù)路線有以下兩類（表5）。

2.1 以飼料化、肥料化為處理目標的技術(shù)路線

從餐廚垃圾到飼料這條線是最短的，能量、資源損失也最小，所以餐廚垃圾制飼料是資源化程度最高路徑。餐廚垃圾制肥/制飼料工藝路線是通過添加微生物菌種，高溫處理后出料，產(chǎn)品為有機肥或有機飼料。

2.2 以厭氧產(chǎn)沼氣用于能源循環(huán)為處理目標技術(shù)路線

本技術(shù)路線是將餐廚垃圾進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于能源的循環(huán)利用：沼氣用于燃料，為系統(tǒng)正常運行提供熱源；沼氣提純作為車載天然氣；沼氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)供給系統(tǒng)用電、用熱或輸送至廠外用戶等。

餐廚垃圾制飼料可能存在潛在、不確定性的傳播疾病風險，國家農(nóng)業(yè)部暫不發(fā)放餐廚垃圾制飼料許可證；餐廚垃圾制肥料也存在肥料中鹽分高，會破壞土壤生態(tài)環(huán)境，有機肥料用量銷路不暢的問題[2]。

目前國內(nèi)正在運行、在建或擬建餐廚垃圾處理設(shè)施采用厭氧產(chǎn)沼氣路線約占85%以上。從資源利用方面，沼氣作為生物質(zhì)能源用于生產(chǎn)和生活中，減少外在能源的消耗，符合國家循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)政策。從處理廢棄物方面，厭氧是餐廚垃圾“減量化、無害化、資源化”有效的方式之一。從技術(shù)應(yīng)用方面，厭氧技術(shù)用于餐廚垃圾處理在國內(nèi)外早已成熟，根據(jù)目前技術(shù)發(fā)展方向，我國餐廚垃圾厭氧處理技術(shù)會逐漸成為一種趨勢[2]。龍巖市餐廚垃圾處理工藝選用以厭氧產(chǎn)沼氣用于能源循環(huán)為處理目標技術(shù)路線。

表5 餐廚垃圾處理工藝比選

3 餐廚垃圾預(yù)處理工藝

餐廚垃圾預(yù)處理工藝是餐廚垃圾處理最重要的一環(huán)，對物料的預(yù)處理水平?jīng)Q定了后續(xù)處理過程的效率，主要包括：進料、輸送（含瀝水）、分選、破碎及油水分離等，工藝流程見圖1。

圖1 前處理單元工藝流程圖

餐廚垃圾卸料進入接收斗，經(jīng)設(shè)置在接收斗底部水平螺旋輸送機輸送至傾斜螺旋輸送機，輸送螺旋同時將油水瀝出排入油水處理系統(tǒng)。其他物料排入分選設(shè)備，將金屬等雜物分揀出，然后進入破碎機進行制漿。液相出料經(jīng)固液分離后進入油分離提純系統(tǒng)，分離的油脂提純后作為工業(yè)原料，液相進入出料緩沖罐。

4 餐廚垃圾厭氧工藝比選

餐廚垃圾經(jīng)預(yù)處理后進入?yún)捬醢l(fā)酵工藝段，龍巖市餐廚垃圾存在三高（水分高、含鹽高、油脂高）的特點，選擇合適的厭氧處理工藝對于餐廚垃圾的處理非常重要。按照厭氧發(fā)酵罐（反應(yīng)器）的操作條件如進料的含固率、運行溫度等，餐廚垃圾厭氧消化處理技術(shù)可分為以下4類[3]。

（1）按照固體含量可分為：濕式、干式。

（2）按照溫度可分為：中溫、高溫。

（3）按照階段數(shù)可分為：單相、兩相。

（4）按照進料方式可分為：序批式、連續(xù)式。

4.1 濕式厭氧消化和干式厭氧消化的比較

濕式厭氧消化和干式厭氧消化的比較詳見表6。

干式厭氧消化處理技術(shù)目前尚不是特別成熟，容易造成很多問題，如氨毒性問題，導致產(chǎn)氣不暢的問題，因此，龍巖市餐廚垃圾處理厭氧系統(tǒng)采用濕式消化工藝。

4.2 中溫厭氧消化和高溫厭氧消化的比較

根據(jù)厭氧菌的生活形態(tài)，厭氧消化有兩種適宜溫度:中溫（35～40℃）和高溫（55～60℃）。中溫厭氧消化和高溫厭氧消化的比較詳見表7。

表6 濕式和干式厭氧消化的比較

表7 中溫和高溫厭氧消化的比較

中溫厭氧消化運行相對穩(wěn)定，抗沖擊負荷更強，能耗低。從無害化的角度來看，高溫厭氧發(fā)酵提高其厭氧消化降解速率，能加速底物溶解和水解，將固態(tài)大分子有機物轉(zhuǎn)化為易于生化降解的溶解態(tài)小分子物質(zhì)，溶解比率提高，另外在高溫條件下能縮短廢物在反應(yīng)器中的停留時間。

針對龍巖市餐廚垃圾成分的復(fù)雜性和產(chǎn)量的波動性，中溫厭氧發(fā)酵對進料的要求更低，消化運行相對穩(wěn)定。高溫厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣效率雖然較高，但能耗大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對更差，而且厭氧發(fā)酵最終的產(chǎn)氣量相差并不大。因此，龍巖市餐廚垃圾處理采用中溫厭氧消化工藝。

4.3 單相和兩相厭氧消化的比較

在厭氧反應(yīng)中有水解酸化和甲烷發(fā)酵階段的兩大類作用的細菌，而水解酸化菌和產(chǎn)甲烷菌對環(huán)境條件有著不同的要求。根據(jù)厭氧消化過程中產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)特性的研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)酸菌種類繁多，生長快，對環(huán)境條件變化不太敏感，而產(chǎn)甲烷菌剛好相反，其專一性強，對環(huán)境條件要求苛刻，繁殖緩慢，這也是人們把一個厭氧消化過程分為產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的理論依據(jù)。

表8 產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌的特性對比

傳統(tǒng)的厭氧消化工藝把產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌這兩大類菌群置于一個反應(yīng)器內(nèi)，即單相厭氧消化工藝，不利于充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。改進的兩相厭氧消化工藝是把水解酸化和甲烷發(fā)酵兩個階段盡量分離在兩個串聯(lián)的反應(yīng)器中，也可稱為是兩步單相。單相厭氧消化和兩相厭氧消化的比較見表9。

表9 單相和兩相厭氧消化的比較表

對于餐廚垃圾來說，所含油脂和纖維素都比較高。為追求最大的產(chǎn)氣量，工程必須解決油脂和纖維素的水解限速問題。根據(jù)實際餐廚工程運行情況和實驗研究，這些物質(zhì)最少要有5天左右的水解期。實驗中認為經(jīng)過人為控制5天的水解酸化期后，后面的厭氧發(fā)酵階段的產(chǎn)氣比較穩(wěn)定，且產(chǎn)氣量將比單相工藝提高20%左右[5]。根據(jù)國外已有生活垃圾或餐廚垃圾厭氧處理工程采用兩相厭氧工藝，通過實踐運行后發(fā)現(xiàn)，該處理工藝易于靈活控制，對進料的緩沖能力強，產(chǎn)氣穩(wěn)定。龍巖市餐廚垃圾處理采用兩相厭氧消化工藝。

4.4 序批式和連續(xù)式的比較

序批式：將垃圾分批次地投入到反應(yīng)器中，接種后密閉，直到垃圾降解完全再投入另一批新鮮垃圾。

連續(xù)式：將新鮮垃圾和降解完全的垃圾分別連續(xù)地投入和排出反應(yīng)器。

序批式反應(yīng)系統(tǒng)由于產(chǎn)氣效率通常比較低，而且序批式系統(tǒng)通常比連續(xù)系統(tǒng)占地面積大。龍巖市餐廚垃圾處理采用連續(xù)式厭氧消化系統(tǒng)。

綜上所述，龍巖市餐廚垃圾厭氧處理系統(tǒng)采用兩相中溫濕式連續(xù)厭氧發(fā)酵處理工藝。

5 污水處理工藝

5.1 處理規(guī)模

近期的餐廚垃圾經(jīng)預(yù)處理和厭氧發(fā)酵后，沼液產(chǎn)量加生活污水和地面沖洗廢水約為100 t/d。

5.2 進出水水質(zhì)

根據(jù)餐廚垃圾處理工程建設(shè)運營過程中沼液特性分析，發(fā)酵后沼液的水質(zhì)參數(shù)見表10，污水處理達到《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）一級標準排放自然水體。

表10 進出水水質(zhì)參數(shù)m g/L

5.3 處理工藝

結(jié)合餐廚垃圾污水處理工程經(jīng)驗及龍巖市的實際情況，考慮技術(shù)經(jīng)濟、管理、自動化水平及處理效果等因素，選擇技術(shù)成熟的“厭氧反應(yīng)器+膜生物反應(yīng)器+納濾”處理工藝路線，見圖2。

圖2 污水處理工藝流程

6 結(jié)論

為改善龍巖市環(huán)境衛(wèi)生現(xiàn)狀，提高垃圾分類水平，從根本上打擊“地溝油”和“泔水豬”，徹底改變餐廚垃圾收運管理無序的狀態(tài)，龍巖市致力于建設(shè)高標準的規(guī)范化餐廚垃圾資源化處理設(shè)施，該項目是一項關(guān)系到龍巖市人民食品衛(wèi)生安全的民心工程。

根據(jù)龍巖市實際情況，結(jié)合國內(nèi)外餐廚垃圾處理先進技術(shù)經(jīng)驗，采用先進的處理工藝，以餐廚垃圾預(yù)處理為重點，采用兩相中溫濕式連續(xù)厭氧發(fā)酵工藝，沼液經(jīng)“厭氧反應(yīng)器+膜生物反應(yīng)器+納濾”聯(lián)合處理后，達標排放，沼氣資源可進行資源化利用。

為保證項目順利開展，需注意以下問題。

（1）為配合餐廚垃圾處理設(shè)施建成后正常運轉(zhuǎn)，需建立龍巖市專門的餐廚垃圾的收運體系，提高餐廚垃圾分類收集水平，保證收集物料的品質(zhì)；

（2）政府相關(guān)部門需出臺相應(yīng)的餐廚垃圾管理法律法規(guī)，依法嚴厲打擊非法的餐廚垃圾小作坊加工，加大地溝油打擊力度。

[1]袁玉玉，曹先艷，牛冬杰，等.餐廚垃圾特性及處理技術(shù)[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2006，14(6):46-49.

[2]王向會，李廣魏，孟虹，等.國內(nèi)外餐廚垃圾處理狀況概述[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2005，13(2):41-43.

[3] 潘鳳開.餐廚垃圾厭氧消化工藝的研究與應(yīng)用[J].廣東化工，2013，40(4):168-169.

[4]曹先艷，趙由才.酸化餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)氫研究[J].環(huán)境污染與防治，2011，33(7):43-46.

[5] 牛冬杰，趙亞萱，劉常青，等.餐廚垃圾厭氧產(chǎn)氫綜述[J].環(huán)境污染與防治，2007，29(5):371-375.

Study on technology of utilization of kitchen waste resources in Longyan

CHEN Huiyan
（Longyan Environmental Sanitation Administration Department,Longyan 364000,China）

The current situation of restaurant kitchen garbage disposal in Longyan w as introduced,Urgency of the kitchen garbage recycling facilities construction w as raised.The technological route to an anaerobic biogas production for target w as established through the analysis of the yields and com ponents of kitchen w aste in Longyan and the process designing.

kitchen w aste;utilization;Longyan

X799.3

：A

：1674-0912（2014）09-0031-05

2014-06-04）

陳惠燕（1976-），女，福建龍巖人，本科，工程師，專業(yè)方向：固體廢棄物處理和監(jiān)管。