餐飲廢渣資源化開(kāi)發(fā)與利用39566

1、摘要:概述了國(guó)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(xué)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(shù),列舉了餐飲廢渣再利用制取可燃?xì)?、肥料、飼料蛋白及塑料等開(kāi)發(fā)利用的形式,為實(shí)現(xiàn)餐飲廢渣的資源化、經(jīng)濟(jì)化提供了研究的依據(jù)。關(guān)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(jī)物,主要以淀粉類(lèi)、食物纖維類(lèi)、動(dòng)物脂肪類(lèi)等物質(zhì)為主,產(chǎn)生的渠道主要為食品加工、處理、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程,來(lái)源主要集中在酒店、食品廠、學(xué)校、政府、科研行政機(jī)構(gòu)等,是城市生活垃圾中有機(jī)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(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)

2、的增長(zhǎng),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(dá)500萬(wàn)t,加之國(guó)內(nèi)大部分城市餐飲廢渣的管理無(wú)序、任意處置等,餐飲廢渣已成為垃圾收集、運(yùn)輸、填埋的主要污染源,而以資源化為導(dǎo)向的餐飲廢渣處置及處理問(wèn)題也越來(lái)越引起人們的關(guān)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(guò)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(guó)家對(duì)餐飲廢渣飼料做了嚴(yán)格的規(guī)定。如英國(guó)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(guò)的飼料喂養(yǎng)禽畜;餐飲廢渣使用者須向政府申請(qǐng),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(shí)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(guó)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(lèi)牲畜。此外,盧森堡、葡萄牙、澳大利亞等國(guó)均頒布禁止用餐飲廢棄物喂養(yǎng)牲畜的法令。在國(guó)內(nèi),已有部分城市實(shí)行專項(xiàng)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(duì)于餐飲廢渣的管理處置也加強(qiáng)了力度。如北京2004年出臺(tái)的北京市動(dòng)物防疫條例(草案) 規(guī)定,嚴(yán)禁動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)使用飯店、賓館、餐廳、食堂產(chǎn)生的未經(jīng)無(wú)害化處理的餐飲廢渣飼喂動(dòng)物。2005年

4、上海正式實(shí)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(jí)市容環(huán)衛(wèi)管理部門(mén)負(fù)責(zé)。2003年杭州市人民政府辦公廳出臺(tái)的關(guān)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(chǔ)。此外,沈陽(yáng)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(jī)關(guān)單位的食堂必須定期向所在地區(qū)的環(huán)境保護(hù)管理部門(mén)申報(bào)登記餐飲廢物的產(chǎn)生量,并將餐飲廢物交給指定單位進(jìn)行無(wú)害化處置。而重慶市于2002年2月1日重慶市環(huán)境保護(hù)局、重慶市市政管理委員會(huì)、重慶市衛(wèi)生局、重慶市愛(ài)國(guó)衛(wèi)生運(yùn)動(dòng)委員會(huì)辦公室聯(lián)合發(fā)布了“關(guān)于加強(qiáng)餐飲行業(yè)含油廢水廢渣管理的通告”,決定對(duì)餐飲行業(yè)含動(dòng)植物油

5、的廢水、廢渣及廢動(dòng)植物油的收集、加工利用進(jìn)行整治。2國(guó)內(nèi)外餐飲廢渣處置方法概述美國(guó)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(fèi)標(biāo)準(zhǔn)以家庭垃圾的產(chǎn)生量為基準(zhǔn),而應(yīng)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(lái)自于家庭,故多采用堆肥處理技術(shù),將食品廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)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(lái)也有利用食品廢棄物生產(chǎn)動(dòng)物飼料和利用食品廢棄物生產(chǎn)生物氣發(fā)電供熱的報(bào)道。韓國(guó)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(guó)每日

6、有近4 000 t的有機(jī)易腐物送入垃圾場(chǎng)填埋,除將其與普通垃圾直接混合填埋或者直接運(yùn)到農(nóng)場(chǎng)喂豬等最普遍方式的處理方式外,也有采用生物處理技術(shù)將餐飲廢渣制成有機(jī)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(guó)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(shù)與資源化利用3. 1化學(xué)分解回收生物氣該方法利用化學(xué)反應(yīng),通過(guò)添加化學(xué)物質(zhì)使飲廢渣中的有機(jī)物質(zhì)的化合鍵斷裂,分解掉餐飲廢渣中的有機(jī)物質(zhì), 由大分子量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子量的可燃?xì)怏w、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(jìn)

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(yīng)器及批序式模式 4 。處理流程由兩部分組成:流化床反應(yīng)器產(chǎn)氫氣,UASB反應(yīng)器產(chǎn)甲烷?；瘜W(xué)分解方法簡(jiǎn)單、高效、易行。但餐飲廢渣中大量有用物質(zhì)被浪費(fèi)掉,還會(huì)導(dǎo)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(xué)熱解回收可燃?xì)鉄峤夥▽⒂袡C(jī)化合物在缺氧的條件下利用熱能使飲廢渣中的有機(jī)物質(zhì)由大分子量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子量的可燃?xì)怏w、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?yàn)槌鞘猩罾且环N極為復(fù)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(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)費(fèi)均很高。因此,只有在不考

8、慮其經(jīng)濟(jì)效益的前提下,垃圾分解技術(shù)才能實(shí)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(xì)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(guò)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(jī)復(fù)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(dòng)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(guò)程簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、物料停留時(shí)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(lái)根據(jù)蚯蚓在自然生態(tài)系統(tǒng)中具有促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的功能的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)生物處理技術(shù)

9、。蚯蚓在其新陳代謝過(guò)程中吞食大量有機(jī)物質(zhì),并將其與土壤混合,通過(guò)砂囊的機(jī)械研磨作用和腸道內(nèi)的生物化學(xué)作用促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化 8 ,但必須分離出無(wú)機(jī)物及其他不能被蛆叫消化的垃圾。由于我國(guó)垃圾成分較為復(fù)雜,因此國(guó)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(diǎn)在于對(duì)周邊環(huán)境的影響小,可避免餐飲廢渣在收集后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)酸、發(fā)臭,減小對(duì)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(lái)殺滅病菌。目前,關(guān)于好氧生物處理制肥料的設(shè)備國(guó)內(nèi)外研究較多的是小型生化處理機(jī) 9, 10 。生化處理機(jī)一般是利用微生物菌群對(duì)有機(jī)物分解,再進(jìn)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(wú)害氣體,少量的殘?jiān)蔀橛袡C(jī)肥料。日本現(xiàn)有有機(jī)垃圾處理機(jī)的制造企業(yè)超過(guò)200余家,國(guó)內(nèi)也在自行研制開(kāi)發(fā)樣機(jī),并在一定范圍內(nèi)得到應(yīng)用和實(shí)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(guò)微生物的代謝活動(dòng)對(duì)原料中的有機(jī)物進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化的過(guò)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(yīng)過(guò)程,是指在沒(méi)有或幾乎沒(méi)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(jìn)行發(fā)酵的一個(gè)生物反應(yīng)過(guò)程;液態(tài)發(fā)酵是以液相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過(guò)程。由于固態(tài)發(fā)酵具有產(chǎn)率高、周期短、能耗低等特點(diǎn),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(diǎn),避免了傳統(tǒng)工藝缺乏的對(duì)廢渣中的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更深入的研究和利用等問(wèn)題,是開(kāi)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(jìn)行發(fā)電,或?qū)⒗簯B(tài)化使之產(chǎn)生甲烷應(yīng)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(xué)者關(guān)注的技術(shù)。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(wú)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(jì)回報(bào),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(huì)大大降低焚燒的熱能利用 13 ,焚燒時(shí)因鹽份較重,促進(jìn)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(shí)因其投資大,占用資金周期長(zhǎng),運(yùn)行費(fèi)用高,操作管理要求高,餐廚垃圾焚燒的方法在我國(guó)現(xiàn)階段實(shí)際運(yùn)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(wú)氧的狀態(tài)下進(jìn)行燒蒸,再把釋放出來(lái)的氣體在800 的高溫條件下(足以使二口惡英分解)進(jìn)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(gòu)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(xué)從

13、2001年6月開(kāi)始,使用民間企業(yè)開(kāi)發(fā)的70 mm炭化處理機(jī),對(duì)學(xué)校的殘羹剩飯進(jìn)行炭化實(shí)驗(yàn),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(shù)無(wú)臭易于保管,也不需要對(duì)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(huì)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(gè)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(guó)的Lem2 oigne首次從巨大

14、芽袍桿菌(Bacillusmegatherium)細(xì)胞中提取得到聚- 1 - T =基丁酸( PHB) 。此后,在上百種細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)PHAs,其中包括革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌。夏威夷大學(xué)的Tian Yu等 14 發(fā)現(xiàn),可以采用有機(jī)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(gè)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(shí)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(lèi)的食物廢物的利用上,對(duì)于脂肪、蛋白質(zhì)