餐飲廢渣資源化開發(fā)與利用

1、摘要:概述了國內(nèi)外餐飲廢渣資源化利用的立法情況及處置管理的現(xiàn)狀,介紹了化學分解法、好氧生物法、微生物發(fā)酵法、高溫炭化法等現(xiàn)有的處理技術,列舉了餐飲廢渣再利用制取可燃氣、肥料、飼料蛋白及塑料等開發(fā)利用的形式,為實現(xiàn)餐飲廢渣的資源化、經(jīng)濟化提供了研究的依據(jù)。關鍵詞:餐飲廢渣;處置;資源化餐飲廢渣是指剩菜、剩飯以及菜葉、果皮等容易被微生物分解的有機物,主要以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等物質(zhì)為主,產(chǎn)生的渠道主要為食品加工、處理、運輸?shù)冗^程,來源主要集中在酒店、食品廠、學校、政府、科研行政機構等,是城市生活垃圾中有機相的主要成分,具有含水率高,油脂、鹽分含量高,易腐爛、發(fā)酵、發(fā)臭等特點。隨著我國經(jīng)濟

2、的增長,餐飲業(yè)得到了迅猛的發(fā)展,年新增餐飲廢渣等食品垃圾產(chǎn)生量達500萬t,加之國內(nèi)大部分城市餐飲廢渣的管理無序、任意處置等,餐飲廢渣已成為垃圾收集、運輸、填埋的主要污染源,而以資源化為導向的餐飲廢渣處置及處理問題也越來越引起人們的關注。1餐飲廢渣資源化利用的立法餐飲廢渣作為飼養(yǎng)禽畜是過去一種很普及的現(xiàn)象,但是餐飲廢渣往往含有大量致病菌,不少國家對餐飲廢渣飼料做了嚴格的規(guī)定。如英國早在1973年就頒布法令,明令禁止在未經(jīng)許可的情況下使用未經(jīng)處理的餐飲廢渣及任何與餐飲廢渣接觸過的飼料喂養(yǎng)禽畜;餐飲廢渣使用者須向政府申請,經(jīng)審核后簽發(fā)執(zhí)照,方具備餐飲廢渣處理資格。日本自2002年頒布食品回收處理法

3、令后,其食品廢棄物處理發(fā)展非常迅速;并實施了食品再生廢物利用法,規(guī)定從事食品產(chǎn)業(yè)的各企業(yè)必須在2007年將食物殘留物消減。美國的佐治亞州(Georgia)早在1971年就禁止用餐飲廢棄物喂養(yǎng)牲畜;加拿大從2002年1月l日起,禁止用餐飲廢棄物喂養(yǎng)各類牲畜。此外,盧森堡、葡萄牙、澳大利亞等國均頒布禁止用餐飲廢棄物喂養(yǎng)牲畜的法令。在國內(nèi),已有部分城市實行專項立法,并根據(jù)自身的具體情況制定了食品垃圾管理的地方性法規(guī)政策,對于餐飲廢渣的管理處置也加強了力度。如北京2004年出臺的北京市動物防疫條例(草案) 規(guī)定,嚴禁動物養(yǎng)殖場使用飯店、賓館、餐廳、食堂產(chǎn)生的未經(jīng)無害化處理的餐飲廢渣飼喂動物。2005年

4、上海正式實行的上海市餐廚垃圾處理管理辦法,明確規(guī)定餐廚垃圾處理管理由市、區(qū)兩級市容環(huán)衛(wèi)管理部門負責。2003年杭州市人民政府辦公廳出臺的關于印發(fā)杭州市餐廚垃圾處置管理暫行辦法的通知,為杭州市餐廚垃圾的規(guī)范化管理奠定了基礎。此外,沈陽啟用的餐飲廢物處置系統(tǒng) 1 ,明確規(guī)定所有賓館、飯店、酒店以及機關單位的食堂必須定期向所在地區(qū)的環(huán)境保護管理部門申報登記餐飲廢物的產(chǎn)生量,并將餐飲廢物交給指定單位進行無害化處置。而重慶市于2002年2月1日重慶市環(huán)境保護局、重慶市市政管理委員會、重慶市衛(wèi)生局、重慶市愛國衛(wèi)生運動委員會辦公室聯(lián)合發(fā)布了“關于加強餐飲行業(yè)含油廢水廢渣管理的通告”,決定對餐飲行業(yè)含動植物油

5、的廢水、廢渣及廢動植物油的收集、加工利用進行整治。2國內(nèi)外餐飲廢渣處置方法概述美國中西部地區(qū)多以堆肥方式處理家庭產(chǎn)生的垃圾,其處理收費標準以家庭垃圾的產(chǎn)生量為基準,而應用方向較多采用蚯蚓堆肥、密封式容器堆肥方式。而日本的餐飲廢渣52%來自于家庭,故多采用堆肥處理技術,將食品廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C肥料、土壤改良劑。如日本精工公司2000年5月研發(fā)的使用磁控管的食物垃圾處理裝置,采用高溫消毒方式將餐飲廢渣制成肥料。近年來也有利用食品廢棄物生產(chǎn)動物飼料和利用食品廢棄物生產(chǎn)生物氣發(fā)電供熱的報道。韓國餐飲廢渣因含水率、鹽分高,故并不盛行堆肥處理方式,餐飲廢渣處理研究方向主要為厭氧消化- 生物氣回收等。我國每日

6、有近4 000 t的有機易腐物送入垃圾場填埋,除將其與普通垃圾直接混合填埋或者直接運到農(nóng)場喂豬等最普遍方式的處理方式外,也有采用生物處理技術將餐飲廢渣制成有機肥的研究 2 。但填埋方式處理城市生活垃圾,占用土地量大、污染環(huán)境,還局限垃圾資源的綜合回收利用,因此,我國的餐飲廢渣一直未得到有效的資源化利用 3 。3餐飲廢渣處理技術與資源化利用3. 1化學分解回收生物氣該方法利用化學反應,通過添加化學物質(zhì)使飲廢渣中的有機物質(zhì)的化合鍵斷裂,分解掉餐飲廢渣中的有機物質(zhì), 由大分子量的有機物轉(zhuǎn)化成小分子量的可燃氣體、液體燃料及焦炭等。3. 1. 1厭氧消化- 物氣回收目前,厭氧消化- 生物氣回收法比較先進

7、的方法是兩段法生產(chǎn)氫氣、甲烷。兩段法綜合了相分離、反應器及批序式模式 4 。處理流程由兩部分組成:流化床反應器產(chǎn)氫氣,UASB反應器產(chǎn)甲烷?；瘜W分解方法簡單、高效、易行。但餐飲廢渣中大量有用物質(zhì)被浪費掉,還會導致滲濾液和沼氣的產(chǎn)量升高,容易造成二次污染。3. 1. 2化學熱解回收可燃氣熱解法將有機化合物在缺氧的條件下利用熱能使飲廢渣中的有機物質(zhì)由大分子量的有機物轉(zhuǎn)化成小分子量的可燃氣體、液體燃料及焦炭等。常用的熱解爐主要是熔融氣化爐。城市生活垃圾用熱解法處理難度很大。因為城市生活垃圾是一種極為復雜,水分、組分極不穩(wěn)定的混合廢物,穩(wěn)定熱解很不容易,其投資費、運行費、維護費均很高。因此,只有在不考

8、慮其經(jīng)濟效益的前提下,垃圾分解技術才能實現(xiàn)其工業(yè)化。3. 2好氧生物處理制肥料堆肥是依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物,在人工控制的條件下,將食物垃圾的水分蒸發(fā)掉,經(jīng)干燥后磨碎,把餐飲廢渣通過一系列處理工序轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┺r(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的有機復合肥,以防止產(chǎn)生有害氣體。堆肥工藝分為好氧堆肥和厭氧堆肥,又可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種操作方式 5, 6 。好氧法處理餐飲廢渣與厭氧法相比其操作過程簡單、運行成本低、物料停留時間短 7 。目前,加工制肥料主要采用微波處理、蚯蚓堆肥、密封式容器堆肥等方式。蚯蚓堆肥是近年來根據(jù)蚯蚓在自然生態(tài)系統(tǒng)中具有促進有機物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的功能的基礎上發(fā)展起來的一項生物處理技術

9、。蚯蚓在其新陳代謝過程中吞食大量有機物質(zhì),并將其與土壤混合,通過砂囊的機械研磨作用和腸道內(nèi)的生物化學作用促進有機質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化 8 ,但必須分離出無機物及其他不能被蛆叫消化的垃圾。由于我國垃圾成分較為復雜,因此國內(nèi)尚很少采用蛆好床法。而密封式容器堆肥是一種環(huán)境可控的堆肥方式,其最大特點在于對周邊環(huán)境的影響小,可避免餐飲廢渣在收集后的幾個小時內(nèi)發(fā)酸、發(fā)臭,減小對環(huán)境的影響。密封式堆肥多采用好氧的方式,以利用堆體產(chǎn)生的高溫來殺滅病菌。目前,關于好氧生物處理制肥料的設備國內(nèi)外研究較多的是小型生化處理機 9, 10 。生化處理機一般是利用微生物菌群對有機物分解,再進行高速發(fā)酵、干燥、脫水、脫臭處理,使之

10、90%以上成為水蒸氣和無害氣體,少量的殘渣成為有機肥料。日本現(xiàn)有有機垃圾處理機的制造企業(yè)超過200余家,國內(nèi)也在自行研制開發(fā)樣機,并在一定范圍內(nèi)得到應用和實施。3. 3加工制取蛋白飼料微生物發(fā)酵制取蛋白飼料,即通過微生物的代謝活動對原料中的有機物進行分解和轉(zhuǎn)化的過程。采用的發(fā)酵方式主要有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩種工藝體系。固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應過程,是指在沒有或幾乎沒有自由水存在的條件下,在有一定濕度的水不溶性固體基質(zhì)中,用一種或幾種微生物進行發(fā)酵的一個生物反應過程;液態(tài)發(fā)酵是以液相為連續(xù)相的生物反應過程。由于固態(tài)發(fā)酵具有產(chǎn)率高、周期短、能耗低等特點,因而日益受到重視。具有蛋白消化吸收

11、率高,適口性好等優(yōu)點,避免了傳統(tǒng)工藝缺乏的對廢渣中的有機物和營養(yǎng)物質(zhì)更深入的研究和利用等問題,是開辟蛋白質(zhì)飼料資源的一條重要途徑。3. 4餐飲廢渣發(fā)電供熱將餐飲廢渣收集后,從中提取高純度的氫用于燃料電池進行發(fā)電,或?qū)⒗簯B(tài)化使之產(chǎn)生甲烷應用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的處理裝置 11 ,發(fā)電供熱。這也是眾多研究餐飲廢渣的學者關注的技術。此外,還有采取焚燒方式處理餐飲廢渣的發(fā)電的。焚燒廢渣不僅可以發(fā)電,還可有效殺滅垃圾中的致病菌和病毒,無害化程度高;減少垃圾體積,節(jié)約大量土地資源,且焚燒所放出的CO2 比堆肥發(fā)酵要少得多 12 ,防污染較徹底且有一定的經(jīng)濟回報,是最有效、最環(huán)保的方法之一。但因廢渣含水率

12、較高(一般在70% 90% ) ,會大大降低焚燒的熱能利用 13 ,焚燒時因鹽份較重,促進二口惡英的生成,提高飛灰中重金屬的浸出率,從而產(chǎn)生二次污染,增加處理成本,同時因其投資大,占用資金周期長,運行費用高,操作管理要求高,餐廚垃圾焚燒的方法在我國現(xiàn)階段實際運用的環(huán)境還不成熟。3. 5餐飲廢渣高溫炭化處理主要是將餐飲廢渣放在400500 的高溫且?guī)缀鯚o氧的狀態(tài)下進行燒蒸,再把釋放出來的氣體在800 的高溫條件下(足以使二口惡英分解)進行二次加溫20 h后,促使餐飲廢渣變成炭化物。所生產(chǎn)的炭化物除由住宅建筑商定購用于制作地板除濕劑外,還被用于土壤改良劑、白蟻驅(qū)除劑以及建材石板等。日本東京一中學從

13、2001年6月開始,使用民間企業(yè)開發(fā)的70 mm炭化處理機,對學校的殘羹剩飯進行炭化實驗,炭化處理器每次電耗500日元,可把約50 kg的食品垃圾轉(zhuǎn)變成1. 52 kg的炭。處理技術無臭易于保管,也不需要對餐飲廢渣徹底分解。3. 6餐飲廢渣生產(chǎn)可降解塑料目前普遍使用的以聚乙烯、聚丙烯等聚合物為主要成分的塑料制品極難降解,即便是埋在地下一二百年也不會腐爛變質(zhì)。有研究表明,采用PHAs制作的香波瓶,在自然環(huán)境下, 9個月后基本上被完全降解。PHAs (poly hydroxyl alkanoates)聚- 3 - VT基烷酸,是一種可生物降解的塑料。1926年,法國的Lem2 oigne首次從巨大

14、芽袍桿菌(Bacillusmegatherium)細胞中提取得到聚- 1 - T =基丁酸( PHB) 。此后,在上百種細菌中發(fā)現(xiàn)PHAs,其中包括革蘭氏陽性菌和陰性菌。夏威夷大學的Tian Yu等 14 發(fā)現(xiàn),可以采用有機廢水和食物廢物發(fā)酵生產(chǎn)PHAs,香港的P. H. F. Yu等研究了用大豆和小麥廢棄物作為生產(chǎn)PHAs碳源的可行性 15 。有研究表明,用其制作的香波瓶,在自然環(huán)境下, 9個月后基本上被完全降解,優(yōu)于合成塑料制作的物品(完全降解時間約需100 a 16 ) 。影響PHAs生產(chǎn)成本的主要因素有菌種、原料、操作方式以及提取方法等,現(xiàn)在的研究成果集中在富含淀粉類的食物廢物的利用上,對于脂肪、蛋白質(zhì)