餐厨垃圾处理工艺及装置发展现状与展望 附餐厨垃圾处理技术的现状及发展趋势

餐厨垃圾处理工艺及装置发展现状与展望随着国民经济收入大幅增长，餐饮食品行业迎来爆发式增长，人们在日常饮食、食品生产加工等过程中产生的残羹剩炙及过程废弃物数量直线上升。据前瞻产业研究院数据显示，2011・2015年间，我国平均每年产生的餐厨垃圾约为8684万吨，而到了2019年，我国产生的餐厨垃圾量达到了1.2亿吨，而且未来几年还会继续攀升。在可持续发展、资源最大化利用的理念支持下，餐厨垃圾处理工艺飞速发展，本文介绍了多种常规及新型餐厨垃圾处理工艺，并简述了餐厨垃圾处理设备的发展现状。一、常规餐厨垃圾处理工艺餐厨垃圾的组分对后续垃圾处理工艺有较大影响，我国居民饮食偏向于高油高盐食物，餐厨垃圾中油脂、盐分、有机物等含量较高，导致餐厨垃圾在短时间内易腐坏，滋生细菌、病虫害，因此餐厨垃圾在运输及处理上需保证时效性及安全性。我国餐厨垃圾处理应走无害化、资源化路线，将油脂、有机物等循环利用，下面介绍我国常用的几种餐厨垃圾处理工艺。.填埋、焚烧与破碎。在我国大部分地区，垃圾分类工作还不够完善，往往是所有垃圾混合运输。填埋，即将餐厨垃圾与其他生活垃圾混合压缩后填埋至地下，填埋地点通常选在城市郊区，以防止垃圾填埋后产生的易燃、有害气体及渗液对居民造成伤害。此方法简单、成本低且处理量较大，但对环境造成的污染久难恢复。焚烧，即将餐厨垃圾粗筛之后，添加助燃料投入焚烧炉燃烧处理，但餐厨垃圾水分含量较高，需要足够的助燃料才能充分燃烧，无形中增加了经济成本，同时会产生二嗯英等有毒气体，会污染环境，且混合焚烧发电的回收利用率仅为9%o破碎，即将餐厨垃圾直接倒入机器中粉碎后排入下水道，这种方法简单好操作，但处理规模较小，通常餐厨垃圾粉碎后多为粘稠流体，流动性弱，容易在管道堆积堵塞，还易产生各种微生物引起腐烂异味，同时对污水处理工艺要求较高,废油脂等无法二次回收利用，不符合垃圾处理资源化理念。.厌氧消化。厌氧消化，即将餐厨垃圾置于适宜温湿度、酸碱度的无氧或低氧环境中，利用厌氧微生物（水解发酵菌、产甲烷菌等）将餐厨垃圾中的有机物降解为甲烷、二氧化碳、氢气等可二次利用的物质资源，基本^现无害化、资源化处理餐厨垃圾。厌氧消化前需对餐厨垃圾进行打碎、分离预处理，打碎粒度应小于10mm,且环境条件变化对反应过程影响较大，现在大多将水解发酵和甲烷菌反应过程分别置于两个串联装置中，以保证稳定的处理效果。目前厌氧消化工艺研究相对成熟，己逐步应用于部分城市餐厨垃圾处理。.好氧生物处理（好氧堆肥）。好氧生物处理，即将餐厨垃圾预处理后，在有氧环境中利用好氧微生物将餐厨垃圾中有机物降解为生化腐殖酸，腐殖酸经转化后可作为肥料用于农业生产，必要时可加入桔秆、粪便等有机废弃物或微生物菌剂促进反应，从而提高堆肥效率。好氧堆肥工艺流程简单、对环境条件要求不高、运行费用低，但所需时间周期长、占地面积大，餐厨垃圾组分情况对堆肥效果影响较大。.饲料化。饲料化，即将餐厨垃圾进行加工处理后生成禽畜饲料，加工处理方式一般分为筛杂、脱水、脱油、高温干燥、研磨制粒几步，餐厨垃圾中的塑料、金属、玻璃等不可食用物质若没有清除干净，或高温加热不彻底，没有完全消灭餐厨垃圾中的病原菌，人类食用饲料饲养的禽畜肉后易摄入有害物质，影响健康,所以饲料化处理餐厨垃圾时需按国家标准要求保证成品饲料质量。饲料化处理餐厨垃圾的资源回收利用效率可达到80%,在目前常用的几种处理方式中效率最高二、新型高回报化餐厨垃圾处理工艺首先，我国常规餐厨垃圾处理时分离出的大量废油脂可作为制备生物柴油的原料，生物柴油是一种可代替化石燃料的绿色清洁能源。目前大规模工业化制备生物柴油技术以酯交换法为主，根据废油脂成分的不同，选择相应的酸或碱性催化剂来完成酯交换过程。在我国生物柴油市场化程度不高的当下，还需政府出台相关激励政策，为生物柴油的生产、销售各环节布好局、铺好路。其次，废油脂还可通过微生物合成一种热塑性较好且可降解的高分子聚酯，可代替传统塑料，减少塑料对环境的污染，目前此技术还在研究阶段，未大规模投产。而废油脂的利用，也从根本上杜绝了“地沟油''等非法利用问题。再次，餐厨垃圾还可制备乙醇及氢燃料，通过酶水解糖化和发酵反应将餐厨垃圾中的淀粉、糖类、脂肪等各种有机物转化为乙醇燃料，厌氧发酵法获得甲烷的同时也会产生部分氢气，对这部分氢气进行收集，可实现甲烷-氢气联合生产,过程中还可控制反应工艺参数实现氢高回收率。乙醇及氢燃料作为绿色清洁能源在化石能源逐渐枯竭的时代将大有可为，但这方面技术还有待推广应用。最后，由于餐厨垃圾中蛋白质、糖分含量较高，可作为昆虫养殖饲料，研究发现黑水虻这种喜食腐生性物质且耐高油高盐的昆虫可大量消耗餐厨垃圾，黑水虻成长周期较短、自身营养丰富，成虫可作为其他禽畜、水产动物饲料使用，简单、轻松实现了餐厨垃圾的循环化利用，但弊端在于昆虫培育安全性欠佳，耗费人力，目前还无法大批量自动化养殖。餐厨垃圾利用固态发酵的方法还可得到蛋白饲料，可代替大豆粉、鱼粉，但此蛋白饲料中可能含有餐厨垃圾中同源性污染源，例如致病菌等，有一定食品安全风险，因此这一技术目前也未大规模工程化应用。三、餐厨垃圾处理装置简述餐厨垃圾处理设备可分为小型家用装置和大型工程用装置，小型家用装置常见有厨下垃圾处理器，其体积小巧、处理速度较快，可直接安装在厨房洗菜池下水管口，将厨余垃圾打碎研磨后排入污水管。不过，这种垃圾处理器对污水管的维护管理及终端污水的处理技术要求较高，目前在我国的普及度比较低。国外还有一种小型家用餐厨垃圾处理机，利用高温烘干或加入微生物菌使餐厨垃圾降解为肥料，可用于园艺花草施肥，但该机器的处理量偏小，所需处理时间较长。大型工程用餐厨垃圾处理装置通常采用预处理与厌氧消化、好氧堆肥或饲料化结合的工艺，收运来的餐厨垃圾通过自动送料设备送至粗分选、精分选设备、三相分离设备先进行预处理，筛分出塑料、陶瓷、玻璃等无法参与后续流程的固体废渣和废油脂。分选设备可将破碎机、螺旋输料机、液压泵、变频电机、三相分离器及离心泵等组合使用;筛分后的餐厨垃圾送入发酵容器，根据地域特点和餐厨垃圾组分选择不同的处理方式，调整适宜的工艺参数，如温湿度、酸碱度等,最终收集甲烷气体、肥料或饲料，并将过程中产生的废气、废水按国家标准要求处理后排放。大型餐厨垃圾处理设备往往占地面积、建设规模较大，目前在部分大中城市有试点项目，最大处理量约为400t/d。大型餐厨垃圾处理装置生产流程如图1所示。四、结论与展望虽然近年来我国开发出了多种新型餐厨垃圾回收处理工艺，丰富了终端产物品种，但很多工艺技术还无法实现工业化量产，存在一定局限性，有待进一步研究。目前餐厨垃圾处理设备装置还未在全国范围内普及，垃圾资源化处理速度仍落后于产生速度，未来可在餐厨垃圾处理设备高效化、人工智能化方面进行研究,以降低成本、提高质量，实现绿色可持续发展。同时，应加大垃圾分类宣教，形成全民共识，并制定相关法律管理条例，推出相应政策及措施，大力推动城市垃圾分类及餐厨垃圾处理设施试点项目。餐厨垃圾处理技术的现状及发展趋势摘要：本文介绍了餐厨垃圾的成分和特性，综述了餐厨垃圾处理技术的研究进展，分析了各种技术存在的优缺点，并针对技术存在的问题，提出了餐厨垃圾处理方向的发展趋势，为餐厨垃圾的处理和管理提供了借鉴。关键词：餐厨垃圾；处理技术；资源化；发展趋势1餐厨垃圾特点餐厨垃圾即餐饮垃圾和厨余垃圾的总称，其中餐饮垃圾为饭店、餐厅以及单位食堂等产生的饮食剩余物和后厨加工废弃物，如肉食、果蔬、面点、油脂等，且以油脂和固液混合物为主。厨余垃圾则是日常生活中产生的食材下脚料、果蔬以及剩余饭菜等有机垃圾，具有易腐特点，且多为固体废弃物。总结餐厨垃圾特点主要包括以下几个方面［1］：(1)含水率高。一般可以达到80%~95%；(2)有机物含量高。例如纤维素、蛋白质、脂肪、淀粉等；(3)盐分含量高。剩余饭菜内含有较高的盐分，并且还含有部分的辣椒和醋酸；(4)微量元素多。如氮、磷、钾、钙等；(5)病原性强。含有较多的病原菌、病原微生物；(6)腐蚀性强。各种种类的垃圾均具有较高的腐蚀性，容易变质发臭。2餐厨垃圾处理技术分析粉碎直排应用粉碎直排方法处理餐厨垃圾，即在垃圾产生位置来进行破碎、粉粹加工，最后利用水流将其全部冲刷到市政下水管网内，与城市污水集合后送入污水处理厂处理。该方法具有价格便宜、使用方便的特点，是欧美国家处理少量、分散餐厨垃圾的主要方法⑵。然而，粉碎直排法会增加城市供水的负担并浪费水资源;粉碎后的餐厨垃圾残留在污水管道中易腐败，增加蚊蝇鼠虫的滋生并传播疾病；增大城市污水的产生量与处理量。填埋处理填埋也是餐厨垃圾比较常见的一种处理方法，对产生后且为进行单独收运处理的垃圾进行混合收运，然后统一运输到指定位置进行填埋。对于餐厨垃圾来讲其具有非常高的有机物含量，且含水量大，直接封其进行填埋会在后期受到微生物分解发酵，形成大量高浓度有机废水，同时伴随恶臭，如果不采取任何措施处理，垃圾渗滤液便会对周边区域的地下、土壤以及大气环境等水造成污染。好氧堆肥还可以选择对其进行好氧堆肥的方式处理餐厨垃圾，即将垃圾放置在有氧条件下，通过微生物分解，将有机物降解成无机物。此项技术应相对成熟，并且工艺简单容易控制，降解处理后得到的产物还可以用于农作物生产，在解决垃圾问题的同时，达到垃圾再利用的目的，实际应用优势更大。但是从技术角度来讲，好氧降解方法现在多用于绿色植物垃圾以及秸秆等富含组织结构的垃圾处理，在餐厨垃圾处理中应用还存在一定不确定性。尤其是好氧堆肥对进料纯度有着施恩严格的要求，旦需要较大的场地作为支持，并为整个处理过程提供足够的热能，前期成本较高。另外，降解处理后得到的肥料，可以使用的时间受季节限制较大,但是餐厨垃圾没有此限制，这样就很容易因为供需失衡产生问题。再加上好氧堆肥处理所需时间比较长，一个周期需要大量的成本作为支持，真正落实对各项条件的需求较大，难以得到大面积的推广［3］。厌氧消化利用厌氧消化的方式来处理餐厨垃圾，主要就是促使垃圾发酵产生沼气，然后将其转换成电能与燃气，同时还可以对厌氧消化罐中产出的残渣进行二次发酵堆肥处理。此种方法处理过程中所产生的沼气能够利用热电联产发电机组将其转换成电能和热能，并与电网可靠连接，为日常生活提供电能和热能［4］。另外，垃圾经过发酵后产生的沼液，经过脱盐、脱氮处理后可直接作为液态有机肥用于农业以及园林种植。同时反应后产生沼渣，还可以进行堆肥得到肥料，用于农业种植，有效减少餐厨垃圾总量，提高废物利用效率。饲料化餐厨垃圾是食物废物的一种，营养成分丰富，饲料化处置能充分利用其中的有机营养成分。主要有以下三种形式［5］：(1)直接作为饲料，由于同源性问题安全达不到要求，国内外多数国家均严格禁止这种处理方式。(2)采用高温杀菌的方式消除病毒污染，然后再干化制饲料。这种方式对减少餐厨垃圾的细菌、病毒污染具有明显的效果，但仍然存在一定的安全隐患。(3)利用餐厨垃圾饲养特定非食物性生物，然后进行转化物质的提升应用。如饲养蚯蚓、黑水虻，再提取动物蛋白制饲料，这样同源性问题基本解决。制生物柴油目前，国内对餐饮废油的处置方式大致分为两种［6］：(1)通过预处理制取毛油，最终交付下游有资质的企业进一步处置，其优势在于处理工艺简单，初期投资低，多用于中小城市小规模废弃油脂的处理，其缺点在于毛油仍存在流向餐桌的社会风险。(2)餐饮废油通过预处理和各类化学处理制取生物柴油或其中间产品。由于餐饮废油经甲酯化反应后，无法再制取食用油，因此可有效的杜绝餐饮废油回流餐桌，但其缺点是毛油提炼装置需进行防爆管理，系统复杂。热解餐厨垃圾中以有机物为主，这样就可以通过其热不稳定性特点，将垃圾置于缺氧或无氧条件下进行加热蒸僧处理。其中因为垃圾热值比较低，热解处理时需要吸收大量的热量，必须要增加补充燃料，而造成成本提高。并且，餐厨垃圾内种类较多，无法准确控制热解工艺参数，使得整个处理过程处于一个非常复杂的状态，难以达到预期的效果。3餐厨垃圾处理技术发展方向及建议餐厨垃圾处理发展方向餐厨垃圾处理业务领域近来成为固废行业热点，国内外对餐厨垃圾处理技术展开了广泛研究，但目前最大的问题是餐厨垃圾处理后形成的产品的品质和去路问题没能有效解决。主流的厌氧发酵工艺也存在沼气提纯难、二次污染严重等问题。因此餐厨垃圾处理急需在技术上革新［7］。首先是传统工艺的优化组合与改进，餐厨垃圾处理较合理的组合工艺为“预处理—三相分离—主工艺”，预处理要进一步优化提高杂物去除率，三项分离要实现油、水和固态物质的有效分离，主工艺厌氧发酵要进一步优化提高沼气产率、沼渣和沼液均需要找到经济可行的处理办法和出路。主工艺好氧发酵要从技术上提升产品品质，并解决肥料产品的销路问题。其次是新技术新工艺的开发与实践。如黑水虻处理餐厨垃圾制生物蛋白技术，该技术已成为行业内研究热点，该技术生态环保，成本低，目前初步得到应用，有较大的发展潜力。餐厨垃圾处理技术工艺流程建议可以选择的餐厨垃圾处理方法较多，不同方法技术之间差异较大，且均具有各自的优缺点，在实际处理中为达到最高处理效果，则可以将多种方法综合在一起，消除单个工艺无法减量化、能源化、无害化的缺陷［8］。图1所示为餐厨垃圾处理工艺模式图，可以对各种处理技术进行优势整合，形成一个综合性的处理工艺，为餐厨垃圾出来提供技术支持。餐8f垃圾通过收集转运进入处理厂，采用专用设备进行分选、破碎等流程，将餐厨垃圾中的废油、废水和残余物分离开，废油脂通过提炼加工制成生物柴油；废水通过厌氧发酵处理，产生的沼气提纯为压缩天然气(CNG)；固性残余物通过黑水虻养殖制成高蛋白饲料原料。这样的工艺流程的主要指导思想是资源再生、梯级利用，油脂制成生物柴油、高浓度废水中的有机物转化成沼气、沼液沼渣制备成为有机肥，较为难以处理的固体残渣也可以通过黑水虻进行转化。4结语随着人们环境保护意识的提高和政府对垃圾处理的管理力度的加强，餐厨垃圾的分类收集和处理已经初具规模随着人们生活水平的不断提高，餐厨垃圾产生