典型餐廚垃圾預處理效果比較

雷永康，熊春江，姜蘇峻，林蔣海，劉澤寰

（廣東啟智生物科技有限公司，廣東廣州510530）

典型餐廚垃圾預處理效果比較

雷永康，熊春江，姜蘇峻，林蔣海，劉澤寰

（廣東啟智生物科技有限公司，廣東廣州510530）

以粵菜系和川湘菜系餐廚垃圾為研究對象，采用新型破碎壓榨技術對這2種典型餐廚垃圾進行預處理以比較其有效成分的分離效果，結果表明：新型破碎壓榨預處理之后，川湘菜和粵菜系餐廚垃圾的平均減量率分別為82.65%、91.27%，粵菜系餐廚垃圾減量率略高于川湘菜系餐廚垃圾；川湘菜系餐廚垃圾壓榨液中含水率、pH分別低于粵菜系餐廚壓榨液的4.99%、14.75%，而壓榨液中鹽分含量高于粵菜系餐廚壓榨液的25.85%，且具有顯著性差異（P＜0.05），說明川湘菜系餐廚垃圾壓榨液干物質率高，但處于偏酸性和鹽含量較高的環境；川湘菜系餐廚垃圾壓榨液中油脂含量高于粵菜系餐廚的76.75%，而總糖含量低于粵菜系餐廚的56.18%，且都具有極顯著性差異（P＜0.01）。因此，經過新型破碎壓榨預處理后，川湘菜系餐廚垃圾壓榨液應優先回收油脂，避免對后續發酵、產蛋白飼料等資源化處理工藝產生負面影響；而粵菜系餐廚垃圾宜采用耐酸耐鹽性的菌種發酵產乙醇、厭氧發酵產沼氣等核心處理工藝。

典型餐廚垃圾；預處理；有效成分；比較

餐廚垃圾是餐飲垃圾和廚余垃圾的總稱，包括餐館、飯店等的飲食剩余物，也包括家庭日常生活中丟棄的果蔬及食物下腳料、剩菜剩飯等易腐有機垃圾，具有有機物含量豐富、水分含量高、易腐爛等特點［1］。據清華大學固體廢物污染控制及資源化研究所統計數據顯示，中國城市每年產生不低于6.0×107t的餐廚垃圾，所含的蛋白質相當于每年1.6×106hm2大豆的蛋白質產量（按干物質含量計算）［2］。因此，餐廚垃圾具有廢物與資源的雙重特性，尋求資源化處理工藝是發展循環經濟、實現人與環境可持續發展的基本保障和戰略思路。然而，為了滿足后續資源化處理工藝的生產要求，對餐廚垃圾進行預處理是一個很重要的工藝步驟，直接影響到后續資源化利用的效果。

預處理作用主要是將后續核心處理所需要的有效成分分離出來。目前餐廚垃圾的預處理技術主要有滾筒篩分、人工與非人工分選、破碎等［3］。作為餐廚垃圾資源化的前端預處理，破碎壓榨是一種常用的餐廚垃圾前處理技術之一。已有研究表明，擠壓預處理能有效分離瓷片、玻璃和塑料袋等不可生化成分，也能有效擠壓出餐廚垃圾的油脂和水分［4］；采用擠壓預處理后擠出漿液的質量約為擠壓前原生餐廚垃圾質量的75%［5］；根據資源化處理工藝需要，破碎至較小顆粒，有利于物料在濕法厭氧消化處理中的流動性，而破碎至較大顆粒，有利于節省成本［3］，這些研究都為餐廚垃圾的破碎壓榨預處理技術改進和創新奠定了基礎。然而，對粵菜系和川湘菜系餐廚垃圾采用破碎壓榨預處理之后，餐廚垃圾基本理化性質指標、主要營養指標等有效成分的分離效果并不清楚。因此，本研究采用破碎壓榨預處理技術，對這2種典型餐廚垃圾中有效成分的分離效果進行比較，以便于判斷和分析后續采取不同的核心資源化處理技術，從而有效提高不同類型餐廚垃圾的資源利用率、更大程度上實現餐廚垃圾的減量化、資源化和無害化。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料來自廣州地區，粵菜系餐廚垃圾主要收集于廣州越秀區以粵菜系為主的飯店餐館，川湘菜系餐廚垃圾主要收集于廣州蘿崗區以川湘菜系為主的飯店餐館。新型破碎壓榨設備由廣東啟智生物科技有限公司自主研發提供。

1.2 樣品采集與處理

粵菜系和川湘菜系餐廚垃圾分別收集4批用于實驗。餐廚垃圾收集、運抵實驗基地后，用標準磅秤稱量后記錄總質量。經過破碎壓榨預處理后，稱量壓榨渣總質量，壓榨液進入收集罐，然后分別采集壓榨渣和壓榨液用于測定含水率、鹽分和酸解總糖。同時再采集部分壓榨渣和壓榨液樣品于105℃烘箱中殺青30 min后，保持85℃恒溫烘至恒重，用于測定總蛋白和油脂。所有指標參數測定均設置3個平行。

1.3 測定方法與數據處理

含水率采用烘干-稱重法測定；pH采用pHS-3C型pH計測定（上海雷磁儀器廠）；鹽分采用硝酸銀滴定法測定；總糖采用酸解-高效液相法測定；總蛋白采用凱氏定氮法測定（GB/T 6432—1994）；油脂采用索氏脂肪提取儀提取法測定（GB/T6433—2006）。

采用Microsoft Excel 2010進行試驗數據記錄和整理，用SPSS 19.0軟件進行獨立樣本t檢驗。pH、總糖、鹽分、含水率采用鮮樣測定（以濕基含量計），總蛋白、油脂采用烘干樣測定（以干物質含量計），數據為平均值±SD。

2 結果與討論

2.1 餐廚垃圾減量率比較

由表1可知，經過破碎壓榨預處理之后，粵菜系和川湘菜系餐廚垃圾的減量率分別為91.27%、82.65%，說明粵菜系餐廚減量率略高于川湘菜系餐廚，可能是因餐飲習慣不同，川湘菜系餐廚垃圾中難于破碎的辣椒皮、辣椒籽等雜質較多，這與前人的研究結果相符［6］。

表1 減量率比較

有研究表明，采用專用擠壓機預處理后餐廚垃圾擠出液占原生垃圾總質量的75%［5］，當擠壓力達到50 MPa時，餐廚垃圾脫水率超過80%［4］。而經自主研發的破碎壓榨設備預處理之后，2種典型餐廚垃圾的減量率均達到80%以上，尤其粵菜系餐廚垃圾減量率達到90%以上，最終減少了餐廚垃圾的處置量。

2.2 餐廚垃圾基本理化指標比較

從表2可以看出，川湘菜系餐廚壓榨渣含水率顯著高于粵菜系餐廚垃圾（P＜0.05），可能是因為川湘菜餐廚垃圾壓榨渣難于破碎的雜質中攜帶了較多的水分；川湘菜系餐廚壓榨液含水率、pH低于粵菜系餐廚的4.99%、14.75%，而鹽分含量高于粵菜系餐廚的25.85%，且2種餐廚垃圾壓榨液各理化性質指標含量都具有顯著性差異，說明在同一條件下經過破碎壓榨設備預處理后，川湘菜系餐廚垃圾的干物質率更高，但處于偏酸性和鹽含量較高的環境。

表2 基本理化指標比較

pH、鹽分條件等是探索餐廚垃圾核心處理工藝的重要因素。有研究表明，在pH=7的條件下，微生物的合成代謝能力旺盛，厭氧發酵產沼氣率最大，當pH低于6或者高于8時，產沼氣率急劇下降，是因為產甲烷菌的活性受到抑制［7］。餐廚垃圾中添加10 g/L鹽分時，厭氧發酵脫氫酶活性受到輕度抑制，沼氣量減少17%［8］；當餐廚垃圾發酵液Na+濃度為5g/L時，累積沼氣產率為對照組的51%，而當Na+含量為10 g/L時，累積沼氣產率僅為對照組的1%［9］。因此，隨著鹽分含量的增加，生物發酵反應器內的微生物受抑制程度增加，如果采用生物發酵工藝處理川湘菜系餐廚垃圾應選擇耐鹽性較好、適應酸性條件的創新微生物菌種，從而提高發酵液的發酵性能。

2.3 餐廚垃圾主要營養成分比較

從表3可看出，粵菜、川湘菜系餐廚壓榨渣總糖含量分別為4.71%、2.37%，粵菜系餐廚壓榨渣的總糖含量明顯高于川湘菜系，且具有顯著性差異（P＜0.05），這可能與以粵菜系為主的居民食用較多甜食習慣有關。

表3 主要營養成分比較

經過破碎壓榨預處理之后，粵菜系餐廚垃圾壓榨液中總糖和油脂的含量分別為4.45%、29.07%，川湘菜系壓榨液中總糖和油脂的含量分別為1.95%、51.38%，粵菜系餐廚壓榨液中總糖含量高于川湘菜餐廚垃圾壓榨液的56.18%，而油脂含量低于川湘菜系餐廚的76.75%，且都具有極顯著差異（P＜0.01）。另外，經過破碎壓榨預處理后粵菜系餐廚垃圾壓榨液中總糖和油脂含量占其總質量的比例均達到90%以上，而川湘菜系餐廚垃圾壓榨液中總糖和油脂含量占其總質量的比例分別達到了80%、94%以上。這表明破碎壓榨過程中較大纖維、面食類較柔軟成分被破壞，絕大部分糖類和油脂物質隨水分流出，而小部分難破碎物質因不具有流動性而殘留在壓榨渣中。粵菜系和川湘菜系餐廚壓榨液中總蛋白含量也分別達到了70%、60%以上。因此，在2種典型餐廚垃圾壓榨渣和壓榨液具有高蛋白含量的前提，對壓榨渣采用分選［10］、生物淋濾［11］等措施回收蛋白用作動物飼料，而對于壓榨液也可采用微生物發酵產蛋白飼料的工藝。

川湘菜系餐廚壓榨液中油脂含量高于粵菜系餐廚的76.75%，而總糖含量低于粵菜系的56.18%，這也與所在地區餐飲習慣有很大關聯。然而，相對其他有機物而言，油脂屬于難降解有機物，它會吸附在微生物表面阻礙傳質，可抑制微生物的生長。有研究表明，在常溫條件下較高油脂對餐廚垃圾濾液厭氧發酵產氣前期有一定的抑制作用，但整體抑制不明顯［12］；另外，油脂對餐廚垃圾厭氧發酵產酸也有明顯的抑制作用，表現為降低產酸量并使產酸過程滯后，并且油脂還會促使厭氧發酵類型向丙酸型轉變［13］。因此，川湘菜系餐廚垃圾應優先回收油脂，避免對后續生物處理工藝產生負面影響；而對于粵菜系餐廚垃圾較高的糖類物質，可采用發酵產乙醇或厭氧發酵產沼氣等處理工藝。

3 結論

1）采用破碎壓榨預處理后，川湘菜系餐廚垃圾減量率略低于粵菜系餐廚，而川湘菜系餐廚的壓榨液處于偏酸性和鹽含量較高的環境，宜采用耐酸和耐鹽性的生物處理工藝。

2）經過破碎壓榨預處理之后，2種典型餐廚垃圾壓榨渣具有高蛋白含量，宜采用分選、生物淋濾等措施進一步回收蛋白；對于粵菜系餐廚垃圾壓榨液中高糖含量，宜優先采用生物發酵產乙醇或者厭氧發酵產沼氣等工藝；而對于川湘菜系餐廚垃圾中高油脂含量，宜優先采用油水分離后再考慮資源化處理工藝。

［1］再協.《餐廚垃圾處理技術規范》正式實施［J］.中國資源綜合利用，2013（5）：2.

［2］馬磊，劉肅，宣曉英.城市餐廚垃圾資源化處理技術綜述［J］.城市管理技術，2013（2）：62-63.

［3］陳必鳴.餐廚垃圾預處理技術綜述［J］.環境衛生工程，2015，23（5）：10-12.

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［6］何琴，李蕾，何清明，等.重慶主城餐廚垃圾理化性質及產甲烷潛能分析［J］.環境化學，2014，33（12）：2191-2197.

［7］易龍生，饒玲華，王鑫，等.餐廚垃圾厭氧發酵影響因素研究［J］.環境科學與技術，2011，34（7）：94-97.

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Comparison of Pretreatment Effect on Typical Food Waste

Lei Yongkang，Xiong Chunjiang，Jiang Sujun，Lin Jianghai，Liu Zehuan
（Guangdong Qizhi Biotechology Co.Ltd.，GuangzhouGuangdong510530）

Used Cantonese cuisine and Sichuan-Hunan cuisine food waste asthe research object，we adopted new-type squeezing and breaking technology for pretreatment of 2 typical food waste to compare the separation effect of main ingredients. The results showed that the average decrement rate of Sichuan-Hunan cuisine and Cantonese cuisine food waste after the pretreatment was 82.65%，91.27%respectively.The reduction rate of Cantonese cuisine was slightly higher than that of Sichuan-Hunan cuisine.Comparing with Cantonese cuisine，the moisture content and pH in squeezed slurry of Sichuan-Hunan cuisine food waste decreased by 4.99%，14.75%respectively，the salt content increased by 25.85%，and they displayed significant difference（P＜0.05）.Which showed that the dry matter rate is higher in the squeezed slurry of Sichuan-Hunan cuisine food waste，and it wasin a certain acidity and high salinity conditions.The content of oil in squeezed slurry of Sichuan-Hunan cuisine increased by 76.75%comparing with Cantonese cuisine，but the content of total sugar decreased by 56.18%，and they presented extremely significant difference（P＜0.01）.Therefore，after the new-type breaking and squeezing pretreatment，Sichuan-Hunan cuisine food waste shall prior recycle oil in order to avoid negative impact on the subsequent process.Cantonese cuisine food waste could use acid-resistance and salt-tolerant bacterial speciesto produce ethanol or biogasvia fermentation.

typical food waste；pretreatment；main ingredients；comparison

X705

B

1005-8206（2017）04-0054-04

雷永康（1989—），工程師，主要從事餐廚垃圾資源化處理。

E-mail：330515180@qq.com。

2016-12-21