北京首座餐廚垃圾處理廠投入運營

1、目目 錄錄 北京首座餐廚垃圾處理廠投入運營 05 年將增至 6 座 .1 泔水豬讓濟南餐飲垃圾處理廠無“餐”可飲 .1 微生物吃掉垃圾 科技引領(lǐng)上海垃圾產(chǎn)業(yè).3 香港：每天 3000 噸“廚余”廢料將變肥料.6 美國舊金山餐廚垃圾變高級堆肥 .6 生物處理廢棄物效果好 .7 綜綜合合評評述述 城市生活垃圾堆肥過程控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展 .8 上海市市容環(huán)境衛(wèi)生管理局科技委 上海市市容環(huán)境衛(wèi)生管理局科技信息處 上海市環(huán)境工程設(shè)計科學(xué)研究院 科科技技動動態(tài)態(tài)與與信信息息 二五年第五六期（總第 106107 期） 科技快訊編輯部 北京首座餐廚垃圾北京首座餐廚垃圾處處理廠投入運理廠投入運營營 05 年將

2、增至年將增至 6 座座 日處理能力 200 噸的北京南宮餐廚垃圾集中處理廠 2 日建成并投入運營。 北京市市政管委有關(guān)負責(zé)人說，北京至此結(jié)束了沒有餐廚垃圾集中處理設(shè)施的 歷史。 目前，北京餐廚垃圾的日產(chǎn)生量在 1200 噸左右。長期以來，北京的餐廚垃 圾被一些養(yǎng)殖戶收集后飼喂豬、雞等禽畜，更有一些地溝油被不法商販集中收 集后煉成油流入市場，危害食品安全。 2005 年，北京的餐廚垃圾集中處理廠將增至 6 座，日處理能力將達到 1200 噸，屆時北京的餐廚垃圾會基本得到無害化和資源化處理。據(jù)了解，1 日起執(zhí) 行的北京市餐廚垃圾管理辦法規(guī)定，再用未經(jīng)無害化處理的餐廚垃圾飼喂 禽畜，將被課以 300

3、0 元以上 5000 元以下的罰款。 泔水豬泔水豬讓濟讓濟南餐南餐飲飲垃圾垃圾處處理廠無理廠無“餐餐”可可飲飲 濟南是率先對泔水豬進行清理打擊的城市之一，為從源頭上治理泔水豬， 他們還建成了先進的餐飲垃圾處理項目，但事與愿違，泔水豬照樣吃得滾圓。 濟南市醫(yī)院、賓館、飯店（不包括機關(guān)、企業(yè)、學(xué)校的食堂）就有 3000 多 家。按最保守數(shù)字估算，每家每天生成 60 公斤餐飲垃圾，那么全市每天共產(chǎn)生 近 20 萬公斤餐飲垃圾。這些餐飲行業(yè)均把“餐飲垃圾”定點包給養(yǎng)豬戶，收取 一定費用。這些餐飲垃圾每年能為 10 萬頭 150 公斤以上的豬提供終生飼料。有 關(guān)部門推斷，濟南市周邊泔水豬至少有 10 萬

4、頭，約有 800 到 1000 臺機動三輪、 四輪卡車專門為豬場運送泔水。前不久雖清理了一些重點泔水豬專業(yè)戶、專業(yè) 村，但幾乎沒有幾家賓館、飯店把餐飲垃圾交給環(huán)衛(wèi)部門回收，這些餐飲垃圾 還是被泔水豬吃掉了。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，10 萬頭泔水豬圍城現(xiàn)象不只在濟南才有，還 有一些大中城市多被泔水豬圍困。 濟南周邊的泔水豬可以說是吃得油光滾圓，與之對比的是濟南餐飲垃圾處 理廠卻無“餐”可飲。廠區(qū)內(nèi)長滿了枯死的雜草，生產(chǎn)線布滿了厚厚的灰塵和 蜘蛛網(wǎng)。這是濟南餐飲垃圾處理廠的現(xiàn)狀。 “這條生產(chǎn)線去年 7、8 月份建成， 當時試機效果不錯，但由于收不到餐飲垃圾，試機后也就閑在這里了。 ”濟南市 環(huán)衛(wèi)局設(shè)施設(shè)備處有關(guān)

5、負責(zé)人說。 該示范項目投資近千萬元，年處理垃圾 2 萬噸，它通過分揀、脫水、脫油、 高溫、高壓等處理過程，能夠徹底消滅餐飲垃圾中的各種病毒、疫源，減少二 次污染，而且能提煉出高蛋白精飼料等產(chǎn)品，并可回收筷子、牙簽等作為造紙 用的再生資源。由于處理過程中將泔水一并處理，不會產(chǎn)生二次污染，這一技 術(shù)在全國屬于領(lǐng)先水平。 據(jù)了解，餐飲垃圾處理廠無“餐”可飲的情況，不僅是濟南，浙江和東北 一些城市先后上的餐飲垃圾處理的項目，幾乎都遇到同樣的尷尬。浙江寧波餐 飲垃圾處理企業(yè)負責(zé)人說：由于受泔水豬影響，盡管與不少飯店簽訂了餐飲垃 圾處理的合約，可至今只收集到 8 家飯店的餐飲垃圾，這點垃圾根本填不滿生 產(chǎn)

6、線。 濟南市環(huán)衛(wèi)局與公安交通局聯(lián)合想從運輸環(huán)節(jié)上切斷泔水豬的“糧道” ，但 這些運輸泔水的三輪車卻不走有交警指揮的大道，專挑沒有交警的小路。即使 抓到了，最多也只是沒收三輪車了事。 既然運輸環(huán)節(jié)上不能切斷泔水的通道，那么從賓館、飯店著手能否除掉泔 水豬的“糧源”呢？這一點濟南環(huán)衛(wèi)局早就想到了。在餐飲垃圾處理廠建立之 初，他們就上了 6 臺泔水收集車，并和賓館、飯店簽訂了餐飲垃圾回收處理協(xié) 議。但對方根本就不配合，幾乎沒有一家賓館、飯店愿意把餐飲垃圾讓環(huán)衛(wèi)部 門回收。原來賓館、飯店是把泔水賣給養(yǎng)豬戶的，而交給環(huán)衛(wèi)部門，他們還得 向環(huán)衛(wèi)局交垃圾處理費。一家大型賓館如果把餐飲垃圾交給環(huán)衛(wèi)部門，每年要

7、 向環(huán)衛(wèi)部門上交垃圾處理費 2 萬元，如賣給養(yǎng)豬戶，每年要收入 2 萬元。 既然能從餐飲垃圾中提煉出純凈的高蛋白精飼料等物質(zhì)，變廢為寶，能把 垃圾賣成錢，那么餐飲垃圾處理企業(yè)為何不出錢回收賓館飯店的餐飲垃圾，與 泔水養(yǎng)豬戶展開競爭呢？據(jù)了解，養(yǎng)豬戶收泔水用簡易的車和桶裝，泔水車過 處，往往是泔水肆意流淌，惡臭難聞，餐飲垃圾中的筷子、塑料袋隨處亂扔， 也不管污染不污染，怎樣省錢怎樣干。用泔水養(yǎng)一頭豬，可賺四至六百元。而 餐飲垃圾處理企業(yè)，為防止污染，要用專業(yè)的車回收，單回收運輸這塊投入就 比養(yǎng)豬戶大得多。餐飲垃圾處理后雖也能賣一些錢，但需要耗費大量的熱能、 電能，費用較高，如果再為賓館飯店支付費

8、用，投入將遠遠大于產(chǎn)出，企業(yè)是 要虧損的。 “餐飲垃圾處理企業(yè)是競爭不過泔水豬養(yǎng)殖戶的， ”濟南市環(huán)衛(wèi)局設(shè) 備機械處有關(guān)人士說。 早在 2002 年，濟南市為保證食品衛(wèi)生質(zhì)量、防止疾病傳播，就由財貿(mào)辦、 公安局、畜牧辦、環(huán)保局、工商局、環(huán)衛(wèi)局六部門聯(lián)合下發(fā)了禁止泔水養(yǎng)豬 的通告 。通告中規(guī)定，城區(qū)餐飲飯店的泔水必須由環(huán)衛(wèi)部門收集處理，不得提 供或出售用于飼養(yǎng)泔水豬。然而，泔水養(yǎng)豬如此暴利，在一些人眼里“禁養(yǎng)令” 基本成了一紙空文。 “因為法律效力太差，連違反了如何處罰都沒有規(guī)定，不具 任何威懾力， ”濟南一環(huán)衛(wèi)人員抱怨說。 微生物微生物吃掉吃掉垃圾垃圾 科技引科技引領(lǐng)領(lǐng)上海垃圾上海垃圾產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)

9、 近幾年，上海運用科技手段進行垃圾處置與利用，不僅確保了全市第一輪 三年環(huán)保行動計劃的順利實施，而且做大了一個產(chǎn)業(yè)。 過去，上海處理生活垃圾只有一條路，不管是剩菜皮還是舊木頭，都運到 南匯老港一埋了之。填埋不僅占地，而且污染大。之后，又有了焚燒垃圾的方 式，但這樣可能燒掉可利用資源，而且會產(chǎn)生二次污染；至于堆肥，則無法避 免惡臭污染；而采用耗氧發(fā)酵的生化處理方式也有臭氣問題。有關(guān)專家分析， 上海生活垃圾存在“兩高一低”現(xiàn)象，即垃圾成份含水量高，有機物高，熱值低， 利用國際先進的厭氧發(fā)酵技術(shù)對垃圾進行無害化、生化處理，可避免惡臭等污 染，節(jié)約燃燒能量，同步進行綜合處理還能最大化利用資源。據(jù)市環(huán)衛(wèi)

10、部門提 供的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，上海每年產(chǎn)生固體廢棄物約 3000 多萬噸，平均每天 9 萬噸 左右。近年來，上海逐步引進國內(nèi)外最前沿的垃圾處置方式，使上海日均處理 的 1.4 至 1.6 萬噸生活垃圾中，有 50經(jīng)過循環(huán)“點石成金”。 如何處置占垃圾總量的一半以上，像剩飯、剩菜、瓜果皮等一類含水率偏 高的有機垃圾？專家通過科技研究，請來了有機垃圾處理高手微生物。 這些經(jīng)過精心培育和篩選的微生物，專門愛吃各種菜葉、骨頭、蔬菜和瓜果之 類的有機垃圾。只要將有機垃圾放入一個特制的處理機，再置入一些微生物菌 劑，一般 24 至 72 小時后垃圾被“吃”，還會留下高效的有機肥。 微生物技術(shù)還可以進入小區(qū)發(fā)揮

11、作用。在普陀區(qū)，有機垃圾處理高手 微生物落戶社區(qū)街道，?！俺浴辈巳~、瓜皮等有機垃圾，將之分解為水和二氧化 碳等無毒無害物質(zhì)，并留下種樹栽花的優(yōu)良肥料。普陀區(qū)市容管理局規(guī)劃科技 科科長孫建中說，目前該區(qū)已安裝了 38 臺這樣的處理機，一臺機器每天可解決 600 多戶人家的有機垃圾。目前，這種微生物發(fā)酵機在全市 19 個區(qū)縣推廣。 利用生物技術(shù)變垃圾為寶。在新建設(shè)的上海首家厭氧發(fā)酵處理廠寶山 廠，該廠首先對垃圾進行分類，分成可生物降解有機物、可燃物、可回收物和 少量殘渣。對可生物降解有機物進行濕式厭氧發(fā)酵，在微生物作用下，有機物 被轉(zhuǎn)換成沼氣和腐殖土，沼氣可以發(fā)電，腐殖土可以作為肥料；可燃物能夠制

12、 成垃圾再生燃料；可回收的塑料、橡膠、紙張、金屬和玻璃等物品可以直接出 售給物資回收部門利用；對不超過垃圾總量 10的殘渣，再進行填埋處置，也 就是說，有 90以上的垃圾廢物可進行直接回收利用。 科技不僅讓餐廚垃圾成了“寶貝”，也讓整個環(huán)衛(wèi)行業(yè)煥發(fā)了新生。微生物 垃圾無害化、生化處理技術(shù)，成了社會多元投資的熱點。按社會化、市場化、 專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的要求，有關(guān)方面積極引導(dǎo)和鼓勵各種性質(zhì)的企事業(yè)單位和個 人參與垃圾設(shè)施的建設(shè)和運營管理。目前，已利用社會投資購置餐廚垃圾生化 處理機 53 臺，用于賓館、飯店、居住小區(qū)。而某環(huán)保科技公司聯(lián)合投資上億元 的生活垃圾處理廠項目已在普陀區(qū)上馬，還有更多國內(nèi)外

13、企業(yè)的投資項目正在 醞釀和洽談中。 垃圾源頭“減肥”即垃圾減量化。減量了，才能減輕垃圾對環(huán)境、對人 類自身的危害，才能減輕政府的財政支出壓力。 居住在浦東新區(qū)的市民如今能感受到身邊的變化：越來越多的開放式垃圾 箱房被密閉的小型社區(qū)垃圾壓縮站逐步替代，垃圾在被運走之前，就已提前減 了肥。如同家中常用的榨果汁機一樣，壓縮站的主要功能是將生活垃圾壓縮進 鐵箱，在密閉空間內(nèi)縮小垃圾的體積，同時榨掉了垃圾里 1030的水分。垃 圾到了區(qū)內(nèi)中轉(zhuǎn)站后，工作人員還要使用高強度的壓縮技術(shù)，將集裝箱內(nèi)的松 散垃圾“打包”成每立方米 1000 千克的高密度。由此，垃圾運輸?shù)男蚀蟠筇岣撸?運輸成本成倍降低，途中垃圾

14、灑落飛揚、污水滴漏等現(xiàn)象也隨之減少。目前， 浦東新區(qū)共興建了近 60 座社區(qū)小型垃圾壓縮站，改善了環(huán)境，讓周邊居民受益。 有關(guān)方面預(yù)計，生活垃圾小型壓縮站將建成 299 座，目前已完成計劃的 87；市區(qū)生活垃圾分類收集率預(yù)計為 40，已完成計劃的 80；年內(nèi)還可建 成處置能力達 300 噸的餐廚垃圾生化處理設(shè)施。 對可回收的垃圾再生利用，使部分垃圾資源化，如塑料、玻璃、金屬等等。 美商集團投資 2.4 億元建成的世界一流、國際領(lǐng)先的生活垃圾綜合處理廠已在 浦東新區(qū)運轉(zhuǎn)一年多了，該廠最高峰時日處理垃圾能力可達 1200 噸。 對生活垃圾進行自動分類，其生產(chǎn)工藝過程是兩次發(fā)酵、四次分選：根據(jù) 垃圾

15、的形狀、體積、比重、運動時速度碰撞的彈跳高度，結(jié)合風(fēng)力、重力、磁 力、彈跳等分選技術(shù)，將金屬、電池、打火機、木塊、織物、紙張、塑料、磚 石、玻璃等分選出來，分選效率達 95以上，達到垃圾資源回收的目的，實現(xiàn) 了垃圾的資源化。將不可回收利用的無機廢棄物進行填埋；分離出的有害污染 物（如電池等）進行安全處理；天然性可燃物如竹木類等進行燃燒處理，實現(xiàn) 熱能轉(zhuǎn)換，為微生物擴培、發(fā)酵、肥料烘干等生產(chǎn)過程和職工生活用熱水等提 供熱源。 根據(jù)浦東生活垃圾生化綜合處理廠運行一年多的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，以日處理 1000 噸的規(guī)模分析，日均回收玻璃約 10 噸、金屬約 5 噸、塑料約 65 噸、電池約 0.44 噸、打火

16、機約 0.03 噸、磚石類約 42 噸、織物約 40 噸、鞋類約 1.5 噸、木 竹類約 96 噸、各種輪胎約 0.5 噸等，同時 1000 噸生活垃圾中的有機物平均每 天可生產(chǎn)有機肥約 92 噸。這不但極大地改善了新區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，而且實現(xiàn)了 “有限資源，無限循環(huán)”的目標。 上海環(huán)衛(wèi)局政策研究室表示，生活垃圾的減量化和資源化是上海循環(huán)經(jīng)濟 發(fā)展的重點領(lǐng)域，對生活垃圾和固體廢物的回收利用，其經(jīng)濟及環(huán)保價值無可 估量。未來幾年，上海將加大垃圾源頭減量的力度，嚴格控制上海垃圾增長量。 再過 5 年，經(jīng)科學(xué)化處置，上海生活垃圾將實現(xiàn)“兩個零”的目標，即生活垃圾 零增長和原生垃圾零填埋。 香港：每天香港

17、：每天 3000 噸噸“廚余廚余”廢廢料將料將變變肥料肥料 目前，香港垃圾堆填區(qū)每天要承受逾 3000 噸的食物殘渣，對此，香港環(huán)境 運輸及工務(wù)局透露，政府正檢討在香港推行食物廢料分類處理的可行性，計劃 從大型食物廢料生產(chǎn)者著手，分隔出混雜于都市固體廢物中的食物廢料，然后 以最新處理技術(shù)，將食物廢料轉(zhuǎn)作有機肥料，既可延長堆填區(qū)壽命，亦可達至 廢物循環(huán)再用。 據(jù)悉，香港每日傾倒往堆填區(qū)的垃圾量達 17757 噸，使堆填區(qū)最快在未來 7 年爆滿。環(huán)境運輸及工務(wù)局多次在公開場合強調(diào)問題的迫切性，當局更在多 個屋村推行“廢物源頭分類計劃”，又計劃實施家居垃圾收費。當局更在研究， 嘗試將食物廢料分類處理

18、，不再運往堆填區(qū)。 環(huán)境運輸及工務(wù)局指出，政府正檢討推行食物廢料分類處理的可行性，參 考不同國家相關(guān)經(jīng)驗，搜集和分析各先進處理技術(shù)和系統(tǒng)資料，包括商業(yè)用堆 肥機及設(shè)施。當局計劃從大型食物廢料生產(chǎn)者著手，并委托浸會大學(xué)研究，探 討大型食物廢料生產(chǎn)者的地理分布和廢物產(chǎn)量，以及食物廢料分類技術(shù)要求、 收集流程、處理方案及成本效益等因素。 美國舊金山餐廚垃圾美國舊金山餐廚垃圾變變高高級級堆肥堆肥 由餐廚垃圾轉(zhuǎn)化成的高級堆肥項目從幾年前開始在美國舊金山實施以來， 使之獲得“三贏”不僅使此地山清水秀，還令其農(nóng)場和葡萄園獲利，并且從 道德方面提高了當?shù)厝说沫h(huán)保意識，這已經(jīng)成為世界上餐廚垃圾循環(huán)利用的一 個典

19、范。 舊金山 2200 余家餐館和飲食店、7.5 萬戶居民參與了這個被稱為“清潔餐盤， 清潔環(huán)境”項目的實施。人們將餐廚垃圾裝入綠色塑料桶中，通過一些加工程序 使之轉(zhuǎn)化為一種高級堆肥“四道菜堆肥”，其原料包括快餐店中的漢堡包和 飯店盛宴殘余等，因此這種堆肥富含植物所需的營養(yǎng)成分。該項目成效顯著： 不僅使垃圾填埋場的垃圾減量、葡萄樹及農(nóng)作物長勢喜人、節(jié)省垃圾處理費用， 而且使人們感受到物質(zhì)完全循環(huán)的愉快。 據(jù)生產(chǎn)“四道菜堆肥”的廢物系統(tǒng)公司的介紹，現(xiàn)在餐館老板們都因為將其 營養(yǎng)物質(zhì)返回農(nóng)場和葡萄園而激動。 舊金山娛樂聯(lián)合體梅特龍有 8 家餐館為“四道菜堆肥”的生產(chǎn)提供原料。其 業(yè)務(wù)主管介紹說：“

20、我們喜歡這個項目，它使人們在廚房做事時提高自己的道德 水平。人們意識到自己干活時不是在扔?xùn)|西，而是正在做有益于環(huán)境的事。 ”據(jù) 悉， “梅特龍”節(jié)省約 1600 美元的開支，如節(jié)省拾垃圾的費用。 種植者們也喜歡這個項目。如美國索諾馬縣的英曼家庭葡萄園釀酒廠在評 論“四道菜堆肥”時表示，這種有機堆肥有助于人們種植健康的綠色葡萄樹。 舊金山是美國加州的一個城市。加州每年扔掉 500 萬余噸食物垃圾，占進 入垃圾填埋場垃圾的 16%。在該州北部地區(qū)，有關(guān)公司收集食物廢料或其他可 做堆肥的原料，并將其在堆肥中心與紙板和配料一道轉(zhuǎn)化為富有營養(yǎng)成分的有 機物質(zhì)，然后人們將其裝入袋中使其分解成為一種高級堆肥

21、。 據(jù)報道， “四道菜堆肥”的銷售量在過去兩個財政年度中每年增加 23%。 生物生物處處理理廢廢棄物效果好棄物效果好 深州市某畜禽實業(yè)有限公司在養(yǎng)殖廢棄物的綜合開發(fā)利用和治理方面進行 了成功的嘗試。該公司利用蛋雞養(yǎng)殖廢棄物生產(chǎn)的生物有機肥技術(shù)，填補了國 內(nèi)空白。 近年來，深州市大規(guī)模小群體養(yǎng)殖業(yè)蓬勃興起，飼養(yǎng)量已達到 1200 萬只， 產(chǎn)生經(jīng)濟效益的同時，造成的環(huán)境污染也成為困擾養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)發(fā)展的難題。該 公司為了徹底解決養(yǎng)殖廢棄物的污染問題，先后與多家科研單位合作，依據(jù)蛋 雞養(yǎng)殖業(yè)廢棄物水分大、不易蒸發(fā)的特點，選擇繁殖快、抗逆性強、功能互補、 相互拮抗、作用明顯的八種菌種作為添加劑，發(fā)酵除臭，

22、經(jīng)過多方考察，引進 技術(shù)，研制出了利用蛋雞養(yǎng)殖廢棄物生產(chǎn)生物有機肥的整套技術(shù)，解決了養(yǎng)雞 廢棄物的污染難題。 該技術(shù)是將清理后的養(yǎng)雞廢棄物用專用的密閉專用工具隨時運送到肥料加 工廠，添加除臭劑密閉封存，進入激活機，擠壓升溫，破碎。再輸入密閉發(fā)酵 池，同時添加多種有益微生物發(fā)酵，采用先進的科學(xué)配比添加多種營養(yǎng)元素， 通過混合、造粒、干燥等系列工藝加工成為生物有機肥。 該技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅可以解決深州市養(yǎng)雞廢棄物的污染問題，生物有機 肥產(chǎn)品的活性可有效改善長期使用化肥帶來的土壤危害，有效地降低氨氣、硫 化氫等有害氣體的排放量，成功遏制有害寄生蟲的滋生，及時殺滅有害微生物。 生物有機肥進入土壤后，不

23、斷的呈幾何狀擴散，將土壤中大量存在的農(nóng)作物不 能利用的磷、鉀礦物分解出來，并把大氣中的氮固定，成為農(nóng)作物可以充分吸 收利用的氮磷鉀營養(yǎng)元素。 同時，微生物菌的活動同時可疏松植物根部土壤，促進根系生長，降解土 壤由于長期施用化肥農(nóng)藥殘留下來的鉛、汞等重金屬及亞硝酸鹽等，使作物達 到高產(chǎn)。實驗結(jié)果表明：旱地經(jīng)濟作物施用生物有機肥與等價投入的無機復(fù)合 肥相比，增產(chǎn) 1012，蔬菜增產(chǎn) 1215。 綜綜合合評評述述 城市生活垃圾堆肥城市生活垃圾堆肥過過程控制技程控制技術(shù)術(shù)的的現(xiàn)現(xiàn)狀和狀和發(fā)發(fā)展展 1 1、 引言引言 近幾十年來，生活垃圾堆肥工藝日趨成熟,機械化程度也日益提高。但由于 其生物化學(xué)反應(yīng)的復(fù)

24、雜性,堆肥物料中有機物的變化和堆肥工藝控制參數(shù)(如含 水率、溫度、C/ N比、通氣量等) 的變化很難得到控制,堆肥處理過程基本采用 手動控制,堆肥質(zhì)量和效率比較低下。從20 世紀8090 年代開始,多變量預(yù)測 控制等先進控制方法的應(yīng)用,使控制達到了新的水平,在實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消 耗的控制目標方面前進了一大步。工業(yè)控制中出現(xiàn)了多學(xué)科間的相互滲透與交 叉,人工智能和智能控制受到人們的普遍關(guān)注,信號處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、通訊技 術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為實現(xiàn)高水平的自動控制提供了強有力的技術(shù)手段。 同時也擴大了堆肥過程控制技術(shù)的研究領(lǐng)域。 2 2 堆肥處理過程控制的特點堆肥處理過程控制的特點 一個優(yōu)良的

25、堆肥系統(tǒng)生產(chǎn)出來的最終產(chǎn)物不僅應(yīng)該可靠、穩(wěn)定,而且應(yīng)是消 除了惡臭、無害的堆肥產(chǎn)品 。堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的好壞關(guān)鍵在于堆肥過程及被控參 數(shù)。堆肥過程控制技術(shù)的目的就是通過對堆肥過程中的水分、有機物含量、溫 度以及通風(fēng)供氧等被控參數(shù)的控制,保證堆肥過程的順利進行,提高堆肥效率。 其基本流程如圖1 所示。 堆肥化過程實際上就是微生物的發(fā)酵降解過程 ,要實現(xiàn)高效的動態(tài)過程控 制的前提是,對該過程有準確的了解和描述。固體廢棄物在堆肥過程中的狀態(tài)一 般用腐熟度來表示。當前普遍運用的檢測堆肥腐熟度的指標包括: 溫度、C/ N 比、灰分、腐殖酸、富里酸和非腐質(zhì)成分等。不同堆肥階段,固體廢棄物的腐熟 度不一樣,相應(yīng)

26、各項指標的值也不一樣。這些值的大小取決于上一階段的腐熟度 以及微生物的活性狀態(tài)。即堆肥系統(tǒng)在某一時間階段的反應(yīng)結(jié)果也就是下一時 間階段的初始狀態(tài)。所以控制作用應(yīng)該基于當前系統(tǒng)狀態(tài)(上一反應(yīng)階段的輸出) 而動態(tài)確定,與下一反應(yīng)階段無關(guān),因而底層的控制過程屬于前饋控制。假定腐 熟度指標為溫度、C/ N比、腐殖酸等, 這些指標可表示為X = ( x1 , x2 , . . . , xn) ,其中n 是腐熟度指標總數(shù)。假定影響固體廢棄物降解過程的控制因子為U = ( u1 , u2 , . . . , um) ,其中m 為控制因子總數(shù)。在特定的微生物菌群下, 通過實驗,改變不同的控制因子組合,觀察同一

27、腐熟狀態(tài)的固體廢棄物在某一時 間段內(nèi)的降解情況,以及相應(yīng)的生物化學(xué)機制、生物降解動力學(xué)、傳質(zhì)過程機制。 這樣,便可建立如下關(guān)系模型: XT = f ( X0 , U ,T) , 其中XT 為T 時間段后的 堆肥質(zhì)量或腐熟度,X0 為固體廢棄物的初始狀態(tài) 。在不同的生物菌群狀態(tài)下, 降解機制不同,相應(yīng)的動態(tài)模型也不一樣。而對于不同的固體廢棄物來源,因其 組成特征不同,會需要不同的微生物菌群。所以,針對不同菌群建立相應(yīng)的模型, 最終建成模型數(shù)據(jù)庫,同時也為后續(xù)工作即設(shè)計最優(yōu)的控制方案提供基礎(chǔ)。 3 3 城市生活垃圾堆肥過程控制的現(xiàn)狀城市生活垃圾堆肥過程控制的現(xiàn)狀 3 3. 1 1 堆肥過程動態(tài)模型

28、的開發(fā)堆肥過程動態(tài)模型的開發(fā) 動態(tài)模型可用來模擬堆肥過程中的生物化學(xué)反應(yīng)變化情況,從而為過程的優(yōu) 化控制提供依據(jù)。這類模型主要基于堆肥過程中的物料平衡或能量平衡關(guān)系,或 經(jīng)驗的生物降解動力學(xué)模型。將之應(yīng)用于不同的處理流程,可以回答許多問題, 如多長時間可獲得穩(wěn)定的堆肥產(chǎn)品、反應(yīng)時間過長或過短會產(chǎn)生什么影響等。 一些研究人員在這方面已開展了一些初步工作。Huang , G. H. 等人開展了固 體廢物管理系統(tǒng)中不確定性和危險因子的研究分析。該項目綜合應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)、 隨機數(shù)學(xué)、運籌學(xué)、計算數(shù)學(xué)和生物學(xué)等方面的技術(shù),進行綜合模擬、優(yōu)化和危 險評價的方法研究,建立了固體廢物堆肥處理過程的生物反應(yīng)動力學(xué)

29、模型及優(yōu)化 控制模型。Seki對間歇式堆肥處理過程建立了基于F2P 方程的隨機模擬模型。 Kim 等對混合污泥的好氧堆肥處理開展了模擬并進行了風(fēng)險評價。Ndegwa 等開 發(fā)了一個糞肥堆肥處理過程的動態(tài)模擬模型。Guerra-Ro-driguez 等對樹葉堆 肥反應(yīng)過程中的生物及物理化學(xué)參數(shù)的變化進行了動力學(xué)研究。Lasaridi 等研 究了城市生活垃圾堆肥過程中微生物的降解動態(tài)模型 。 3 3. 2 2 腐熟度的檢測與評價技術(shù)腐熟度的檢測與評價技術(shù) 堆肥腐熟度檢測與評價技術(shù)是實現(xiàn)系統(tǒng)過程控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。要使垃 圾堆肥系統(tǒng)實現(xiàn)真正的自動化控制必須擁有一套準確、快速、低成本的腐熟度 檢測系統(tǒng)

30、。Klamer 等研究了用磷脂酸含量測定微生物種群結(jié)構(gòu)的方法,從而根 據(jù)微生物種群結(jié)構(gòu)來確定腐熟度。Benitez 等研究了酶活性作為檢測污泥堆肥 產(chǎn)品腐熟度指標的可行性 。另外,生物活性酶在電極上的應(yīng)用,使對腐熟度及堆 肥微環(huán)境的在線監(jiān)控變?yōu)榭赡?。如Uniswitch 公司開發(fā)的酶電極可用來檢測葡 萄糖和乳酸鹽的濃度 。目前國內(nèi)普遍運用傳統(tǒng)的指標(溫度、C/ N 比、腐殖酸 等) 來檢測腐熟度。在新型腐熟度指標開發(fā)如酶傳感器檢測腐熟度方面國內(nèi)尚 未出現(xiàn)專利報道。 3 3. 3 3 堆肥過程控制技術(shù)的應(yīng)用水平堆肥過程控制技術(shù)的應(yīng)用水平 近年來,國外在堆肥過程的模擬和自動控制方面進行了許多研究開

31、發(fā)工作。 德國環(huán)保電子技術(shù)公司開發(fā)的COMPO-matic 垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng),垃圾的有氧發(fā)酵 過程由計算機控制。該系統(tǒng)包括垃圾堆放平臺、通風(fēng)系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、堆 肥計算機控制系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)和垃圾翻堆系統(tǒng)等。中控系統(tǒng)控制著一個網(wǎng)狀連 接的傳感系統(tǒng)和若干個氧氣和溫度傳感器插入探頭。在發(fā)酵過程中,系統(tǒng)將對肥 堆中的氧氣和溫度進行在線測量,并將測到的數(shù)據(jù)通過總線系統(tǒng)傳輸給中心控制 器。中心控制器對數(shù)據(jù)進行分析,在計算機屏幕上顯示數(shù)據(jù),并存儲數(shù)據(jù)。根據(jù) 生物的氧氣需求量,一個智能控制系統(tǒng)按實際運轉(zhuǎn)時間調(diào)節(jié)堆肥通風(fēng)設(shè)備。通風(fēng) 系統(tǒng)既有場地固定式,也有移動式的 。美國NaturTech 公司研制開發(fā)的堆肥

32、系 統(tǒng)包括反應(yīng)器、生物過濾器、正壓空氣輸送系統(tǒng)、負壓廢氣處理系統(tǒng)、計算機 過程控制器及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。反應(yīng)器處理容量可達25 t/ a ,原料含水率可達60 % ,垃 圾停留時間為21 d。堆肥反應(yīng)器中的溫度探頭與過程控制器相連接,當溫度超過 預(yù)先設(shè)定的上限值時,過量的空氣會被輸送進來以降低溫度,空氣流量可通過管 線中的傳感器調(diào)節(jié) 。堆肥技術(shù)在歐美國家起步較早,目前已經(jīng)達到工業(yè)化應(yīng)用 的水平。然而,在將過程控制技術(shù)用于實際的堆肥處理系統(tǒng)時,仍然存在控制參 數(shù)單一、可靠模型缺乏、綜合動態(tài)和實時管理功能差等問題,從而使系統(tǒng)不能根 據(jù)堆肥過程的動力學(xué)規(guī)律實現(xiàn)真正的自動控制和調(diào)節(jié)。 3 3. 4 4 國

33、內(nèi)堆肥過程控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀國內(nèi)堆肥過程控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 20 世紀90 年代,我國開始重點研究和推廣堆肥技術(shù)。為提高堆肥處理的效 率和產(chǎn)品質(zhì)量,很多研究者在優(yōu)化處理過程工藝、提高自動化水平方面開展了研 發(fā)工作。北京某公司開發(fā)了一種垃圾動態(tài)堆肥工藝,其主要設(shè)備為發(fā)酵滾筒(又 稱DANO 筒) 。滾筒具有良好的混合和攪拌功能,不僅能有效控制發(fā)酵參數(shù)使之 呈最佳狀態(tài),而且可縮短一次發(fā)酵周期。該公司還開發(fā)了處理50-300 t/ d 垃圾 的系列化靜態(tài)好氧發(fā)酵制肥工藝。為克服自然通風(fēng)靜態(tài)堆肥堆體內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的 供氧不足的缺點,在料堆底部沿著長度方向設(shè)置通風(fēng)管或通風(fēng)槽,由高壓離心風(fēng) 機根據(jù)堆體的發(fā)酵狀

34、況強制通風(fēng)。通過控制鼓風(fēng)量,能對堆體的需氧量和含水量 進行一定程度的控制。此強制通風(fēng)靜態(tài)堆肥法的發(fā)酵周期比自然通風(fēng)靜態(tài)堆肥 法明顯縮短,一次發(fā)酵的時間可縮短至10 d。同濟大學(xué)開發(fā)的間歇式動態(tài)好氧堆 肥處理技術(shù),是在筒倉式堆肥技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該技術(shù)對發(fā)酵反應(yīng)器與 操作方法進行優(yōu)化設(shè)計,采用分層出料法來優(yōu)化發(fā)酵條件。這樣,垃圾經(jīng)5 d 堆 肥發(fā)酵后,可達到初步熟化及無害化的指標。中國科學(xué)院地理研究所開發(fā)出城市 污泥工業(yè)化快速堆肥及復(fù)合肥制備成套技術(shù)。該技術(shù)在原有強制通風(fēng)堆肥法的 基礎(chǔ)上,對堆肥的布氣、脫水、滅菌和除臭等工藝進行優(yōu)化,并對氧氣、溫度狀 況進行控制?？偟膩碚f,我國在垃圾堆肥處

35、理領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)和研究方面雖已做 了一些工作,但都在對堆肥設(shè)備和工藝的優(yōu)化和改造方面,在線監(jiān)測和自動化控 制的研究比較落后,目前多限于對氧氣、溫度等因子的直接調(diào)節(jié),缺乏動態(tài)模擬、 優(yōu)化的綜合軟、硬件控制系統(tǒng)的研究;同時,也沒有腐熟度在線監(jiān)測技術(shù)的研究 報道。落后的技術(shù)現(xiàn)狀是低效率、高投資、劣產(chǎn)品的根源,導(dǎo)致了國內(nèi)堆肥處理 行業(yè)的不景氣。 4 4 城市生活垃圾堆肥過程控制的發(fā)展趨勢城市生活垃圾堆肥過程控制的發(fā)展趨勢 隨著工業(yè)自動化儀表與計算機技術(shù)的發(fā)展,先進過程控制技術(shù)的開發(fā)以及堆 肥化生產(chǎn)對過程控制的要求越來越高,堆肥過程控制技術(shù)將得到快速的發(fā)展。其 發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾方面。 4 4. 1

36、1 堆肥過程動態(tài)模擬模型的不斷完善堆肥過程動態(tài)模擬模型的不斷完善 現(xiàn)代工業(yè)過程的先進控制、參數(shù)的軟測量、過程優(yōu)化、調(diào)度與管理等,它們 都是以模型為基礎(chǔ)的。因此,綜合地考慮影響堆肥處理的各種因素及其相互之間 的關(guān)系,建立準確可靠的過程反應(yīng)動力學(xué)方程與實時控制模型是堆肥過程控制得 以實現(xiàn)的核心和關(guān)鍵。由于垃圾堆肥過程的機理非常復(fù)雜,影響因素多而且又都 是相互關(guān)聯(lián)的,它的動力學(xué)研究包括能量守衡方程、物料平衡方程、微生物動力 學(xué)方程、水量平衡方程和氣體平衡方程等諸多方面 。只考慮單因素或雙因素的、 孤立的反應(yīng)過程模型已不能適應(yīng)現(xiàn)代堆肥過程控制提出的要求。因此,以堆肥動 力學(xué)為基礎(chǔ),開發(fā)有效的多因素綜合

37、動力學(xué)方程已成為這一研究領(lǐng)域今后的發(fā)展 趨勢。它能有效地考慮過程控制中各種因素的影響,使得堆肥反應(yīng)過程的模型更 為成熟有效,同時也為控制模型的建立打下堅實可靠的基礎(chǔ)。 4 4. 2 2 由簡單控制向先進控制發(fā)展由簡單控制向先進控制發(fā)展 由于在工業(yè)生產(chǎn)過程中,特別是連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)過程往往伴隨著物理化學(xué)反應(yīng)、 生化反應(yīng)、相變過程及物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移和傳遞,因而是一個十分復(fù)雜的工業(yè)大 系統(tǒng)。系統(tǒng)本身存在的復(fù)雜性、不確定性和非線性因素導(dǎo)致使用傳統(tǒng)的控制策 略很難奏效。而先進控制則可以改善過程動態(tài)控制的性能、減少過程變量的波 動幅度,使之能更接近其優(yōu)化目標值,從而將生產(chǎn)裝置推向更接近其約束邊界條 件下運行,

38、最終達到增強裝置運行的穩(wěn)定性和安全性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性、 提高目標產(chǎn)品收率、增加裝置處理量和降低運行成本等目的。通常堆肥處理過 程大多采用手動控制和自動反饋控制這2 種控制方法。手動控制要求操作人員 不斷監(jiān)視堆肥過程并作出判斷以調(diào)整氧氣輸送和反應(yīng)溫度,這種方法效果差。自 動反饋控制是通過由計算機控制的傳感器監(jiān)測堆肥過程,并把反應(yīng)參數(shù)調(diào)整到設(shè) 定值,即PID 控制方法。以上這2 種方法在控制領(lǐng)域中屬于傳統(tǒng)控制策略。常規(guī) 的PID 控制模型的建立涉及復(fù)雜的動力學(xué)原理,往往很難構(gòu)建一個完善的降解模 型對堆肥過程進行比較準確的模擬。隨著計算機科學(xué)與模擬技術(shù)的不斷發(fā)展,出 現(xiàn)了一些新的控制方法。人工

39、智能控制技術(shù)越來越多地涉及和應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn) 和垃圾處理等領(lǐng)域中,象模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制( FNNC) 。FNNC 是模糊推理與人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合而出現(xiàn)的一種新型控制技術(shù),是用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形式實現(xiàn)模糊 推理與控制過程。它既具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力,又具有模糊控制的自然語 言處理能力,可以方便地將人的操作經(jīng)驗作為控制規(guī)則加入控制器 。采用FNNC 系統(tǒng)進行代替模型控制系統(tǒng)可以避免較為復(fù)雜的過程動力學(xué)原理,而且結(jié)果建立 在實驗與歷史數(shù)據(jù)上。在數(shù)據(jù)具有一定規(guī)模的前提下,可以準確有效地實現(xiàn)控制 過程。 5 5 面臨的問題面臨的問題 城市生活垃圾堆肥過程控制技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它在過程建模、 控制方法、測量技術(shù)、優(yōu)化的綜合軟、硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)等方面還存在 一些問題。 5 5. 1 1 過程建模過程建模 由于堆肥過程內(nèi)在機理非常復(fù)雜,還難以完全從機理上揭示其內(nèi)在規(guī)律。堆 肥過程受到耗氧率、碳氮比、溫度、濕度、pH 值、揮發(fā)固體含量、堆料的密度、 孔隙率和自由空域等諸因素的影響,所涉及的學(xué)科相當廣泛,以物理、化學(xué)、微 生物、熱力學(xué)和動力