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餐厨垃圾处理技术研究

time:2015-06-23 11:36:17浏览次数:217 来源:http://www.dlhmhgj.cn

 尽管餐厨垃圾的组成成分、性质和生产量受地区环境差异、居民生活水平、饮食结构、季节变化等多种因素的影响,但具备如下总体特征:
  a) 高含水率(70%~95%);
  b) 有机物含量高;
  c)油类(1%~3%)和盐类物质含量高(0.8%~1.5%);
  d)营养价值丰富,含氮、磷、钾等各种微量元素;
  e)容易发酵易腐并产生恶臭。
  餐厨垃圾的这些特征使其具有较高的利用价值,同时也必须对其进行适当处理,才能得到社会效益、经济效益和环境效益的统一。对于餐厨垃圾的处理方法有:焚烧处理、好养堆肥、饲料化处理、热解气化、厌氧发酵制甲烷、生物制柴油。关于焚烧法因为含水量较高和燃烧值低的特点,所以不适合餐厨垃圾的处理。下面重点介绍物理法处理、好养堆肥、厌氧发酵和饲料化处理技术。
  1 物理法处理
  物理法处理餐厨垃圾主要包括物理研磨粉碎法和物理分选法。通常情况下两种方法综合应用。就是在研磨粉碎的同时,将油脂等可回收利用的有机产物进行分离,如油脂可以送往制皂厂制成肥皂。其原理较为简单,该技术主要处理机械设备为机械研磨粉碎机和物理分选垃圾处理机。其中物理分选处理可以将可回收利用的餐厨垃圾成分进行回收利用。物理法处理工艺主要利用于家庭小型餐厨垃圾处理机。但这种方法容易产生渗滤液和恶臭的气体,并对城市的排水系统的会造成很大的压力,餐厨垃圾的高油脂的特点,也会对城市污水处理系统造成巨大的压力。同时,没有对餐厨垃圾进行能源的回收利用,也不符合中国可持续发展的需要。
  2 好氧堆肥
  好氧堆肥工艺是在通氧气的条件下,利用好氧微生物的新陈代谢活动对餐厨垃圾中的有机质转化为肥料的过程。好氧堆肥的温度一般较高,一般在50 ℃~60 ℃左右。好氧堆肥过程一般可分为两个重要阶段。第一阶段是高速堆肥阶段,第二阶段是熟化阶段,通常在堆肥过程中需投加添加剂,以提高堆肥有机物降解性和增加堆体通风性能。好氧堆肥技术降解有机质速度快、堆料分解彻底,同时能有效杀灭病原微生物,是处理高有机质固体废物的一种有效手段。研究表明好氧堆肥的影响条件是环境温度最为显著大于含水率的影响,其次是固态颗粒的大小,最后是氧气通风量,得出好氧堆肥的最佳的工艺条件是环境温度大约为40 ℃,通风量为66.6 mL/s。好氧堆肥化技术的控制条件主要是原料的选择和参数的控制,餐厨垃圾原料C/N处于特定区间,才能发挥最好的堆肥效果。堆肥温度是对好氧堆肥影响最为重要。研究表明,堆肥温度应控制在45 ℃~65 ℃。温度超过65 ℃就会对微生物新陈代谢活动起到抑制作用。
  3 厌氧发酵
  从能源的可持续发展战略来看,对餐厨垃圾的资源化处理和能源利用,国内外采取的主流工艺就是厌氧发酵制取甲烷的主体工艺。厌氧发酵主要分为两个过程:厌氧分解过程和生物化学反应过程。厌氧微生物降解分为四个阶段,即水解、酸化、乙酸化和甲烷化。在厌氧发酵过程中,餐厨垃圾中的大分子量物质首先被微生物分解为分子量较小的物质,如糖、多肽和长链脂肪酸等物质。水解阶段水解酶或辅水解酶首先要吸附在有机大分子颗粒表面,将长链大分子有机质分解成短链聚合物。而第二阶段,生成的短链有机物进一步被产酸菌酸化,生成如葡萄糖、氨基酸和其它短链的有机酸,同时产生少量的NH3和H2S。第三阶段为产乙酸阶段,葡萄糖和氨基酸等物质在乙酸菌的作用下,生成挥发性的脂肪酸(如乙酸和丁酸),同时也会生成少量的H2和CO2。第四阶段为甲烷化阶段,将脂肪酸类、H2和CO2转化成甲烷,在整个发酵过程中,大部分能量将储存在甲烷中,少部分被微生物利用。研究表明,物料浓度为15 GVS/L、接种30%v/v污泥、55 ℃高温等条件下,餐厨垃圾的产气率最高。最新一种发明专利,其条件物料浓度为15 GVS/L~25 GVS/L;第二相厌氧发酵产甲烷的温度控制在35 ℃~37 ℃, pH值则控制在6.5~7.5;在第二相连续发酵过程中,餐厨垃圾的甲烷产率最大可达450 ml/GVS,产生气体中甲烷浓度达60 %~70 %。代表企业甘肃驰奈生物能源系统有限公司。许多学者就餐厨垃圾厌氧发酵处置进行了大量的工艺技术研究,但总体处理技术还不完善,对厌氧发酵还有许多技术问题需要进行进一步的系统研究。
  4 饲料化
  从餐厨的成分分析,其中含有大量的有机物质,将其饲料化是具有一定的优势。餐厨垃圾作为原料,价格低廉,供应量巨大,产品营养丰富。饲料化有两种方式:a) 生物处理制饲料。原理是将培养出的菌种加入餐厨垃圾中密封贮藏,菌种进行繁殖并杀除病原菌制成饲料;b) 高温消毒制饲料。原理是采用高温消毒原理,杀除病毒、经粉碎后加工成饲料,可供禽畜食用。青海洁神公司通过引进韩国的处理技术,提出了餐厨垃圾饲料化的方式。宁波开诚投资控股公司的主要工艺是“预处理+做饲料+水厌氧”,在做餐厨垃圾饲料化方面比较成功。餐厨垃圾生产高钙多维酵母蛋白饲料的方法,将经过粉碎机粉碎、脱水、加氮中和、灭菌后的餐厨废弃物及泔水物料与通过流量控制器混合控制的酵母和微生物生物菌种进行混合接种后经计算机控制分批进行固体发酵再经干燥、磨粉、化验及包装制成高钙多维酵母蛋白饲料。关于做饲料,首先要考虑的是国家的政策,做饲料的臭气难控制,餐厨垃圾处理设备磨损快。餐厨垃圾作饲料所面临的主要问题是饲料安全,因此在该技术从食品安全上考虑,此法选择方面要十分谨慎。
  5 结语
  物理法、好养堆肥、厌氧发酵、饲料化等方法都存在各自的优势与不足的地方,应该采取综合的处理方式,单独的方法是不能满足减量化、能源化、无害化的目的。根据餐厨垃圾的成分和性质目前餐厨垃圾处理的技术应该以厌氧发酵制取甲烷为主要的工艺。厌氧发酵控制条件成为研究重点,但目前还存在以下问题有待解决:a) 厌氧发酵速度比较慢,周期较长; b)餐厨垃圾中的高含盐量,对甲烷菌有抑制作用;c)甲烷产气量比较少,不能形成大规模的能源利用。总体来看,中国餐厨垃圾处理形成了以厌氧消化为主的趋势,整个处理流程大同小异,不同餐厨垃圾处理厂之间只是存在个别处理环节技术的改进。

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