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        食物垃圾處理技術(shù)探析

        2011-10-26 03:28:00湯瑛浙江省嵊州市環(huán)境保護監(jiān)測站浙江嵊州312400
        中國科技信息 2011年8期
        關(guān)鍵詞:蛋白飼料垃圾處理固態(tài)

        湯瑛 浙江省嵊州市環(huán)境保護監(jiān)測站,浙江 嵊州 312400

        食物垃圾處理技術(shù)探析

        湯瑛 浙江省嵊州市環(huán)境保護監(jiān)測站,浙江 嵊州 312400

        目前食物垃圾的處理方法有多種,傳統(tǒng)的處理方法如填埋、焚燒、堆肥等和一些新興的處理方法如小型生化處理機、食物垃圾粉碎機等各有弊端。利用微生物固態(tài)發(fā)酵技術(shù),使處理后的食物垃圾轉(zhuǎn)化成微生物蛋白飼料,對食物垃圾環(huán)境污染的綜合治理和資源的可持續(xù)利用具有十分重要的意義。

        食物垃圾;固態(tài)發(fā)酵;微生物蛋白飼料

        食物垃圾主要是指食品工業(yè)廢棄物、家庭及飲食業(yè)在清洗、烹飪過程中扔掉的食物、吃剩的殘渣剩菜和因保管不善而變質(zhì)的食物。食物垃圾的主要特征是BOD值高,如直接排放,對環(huán)境將造成很大的危害;生物分解速度快、易腐敗,并產(chǎn)生令人厭惡的臭氣。若用食物垃圾直接喂養(yǎng)生豬,可能造成人畜之間疫病的交叉?zhèn)魅尽?/p>

        目前,國內(nèi)絕大多數(shù)城市存在著對食物垃圾管理無序、任意處置等問題,食物垃圾已經(jīng)成為垃圾收集、運輸和填埋處理的主要污染源。因此,規(guī)范管理、合理處置食物垃圾并使之資源化極為重要,不但可消除垃圾臭味,避免環(huán)境污染,減少垃圾處理成本,還可以減少環(huán)境污染,增加社會資源,促進社會經(jīng)濟發(fā)展。1.傳統(tǒng)的食物垃圾處理技術(shù)

        1.1 食物垃圾的傳統(tǒng)處理方法

        食物垃圾的傳統(tǒng)處理方法有填埋、焚燒和堆肥,這些處理方法存在占地面積大,二次污染嚴重, 建設(shè)投資和運行費用較高等問題,在今后食物垃圾處理中所占比例會不斷減少。

        1.2 直接飼喂牲畜

        單位食堂和餐館的食物垃圾被養(yǎng)豬戶拉走直接飼喂牲畜的現(xiàn)象屢見不鮮。若用食物垃圾直接喂養(yǎng)生豬,可能造成人畜之間疫病的交叉?zhèn)魅?;同時食物垃圾也是“泔水油”的源頭,危害百姓健康[1]。

        2.新興的食物垃圾處理技術(shù)

        2.1 小型生化處理機

        國內(nèi)外目前對食物垃圾的生物處理和處置,應(yīng)用比較多的是小型生化處理機,與傳統(tǒng)方法相比,小型生化處理機減少了對周圍環(huán)境的污染;50~70℃的發(fā)酵溫度能夠殺滅垃圾中的有害細菌和寄生蟲;食物垃圾經(jīng)處理后減量達80%以上。但是,生化處理機能耗大,垃圾處理后再利用率很低(只有10%~20%),菌種生態(tài)安全及毒理評價尚需一段時間的檢驗,上述因素使得大面積應(yīng)用生化處理機存在一定的難度和風(fēng)險。

        2.2 食物垃圾粉碎機

        目前家庭食物垃圾粉碎機一般安裝在廚房水槽下,將食物垃圾粉碎研磨后,細小顆粒隨流水一起排入污水系統(tǒng)。由于食物垃圾有機質(zhì)含量高,當(dāng)粉碎進入下水道后,必然增加城市污水處理廠的處理負荷。若直接排到自然水域中,易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化,使水體中的藻類及浮游生物大量繁殖,造成水體的溶解氧下降,其他水生生物大量死亡,從而使水體生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

        2.3 生物發(fā)酵制蛋白飼料技術(shù)

        近年來,利用農(nóng)副產(chǎn)品下腳料及食品加工業(yè)的廢渣廢液,通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)單細胞蛋白飼料,取得了一系列的研究成果。目前對食物垃圾的發(fā)酵研究多是對其中的廢液進行液態(tài)發(fā)酵。液態(tài)發(fā)酵原料需經(jīng)過較復(fù)雜的加工,好氧發(fā)酵過程中氧氣的傳遞需消耗較大的能量,而且使用液體培養(yǎng)基和較大的生物反應(yīng)器,因此生產(chǎn)率較低。

        3.生態(tài)化的垃圾處理技術(shù)——固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用

        固態(tài)發(fā)酵技術(shù)通過微生物的代謝活動對有機廢棄物和秸稈、蔗渣等粗物質(zhì)進行分解和轉(zhuǎn)化,使飼料中不易被牲畜和家禽利用的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為易于消化吸收的小分子物質(zhì),同時,微生物自身的菌體蛋白提高了飼料的蛋白質(zhì)含量,這樣就達到了垃圾處理的減量化、無害化、資源化。

        3.1 固體發(fā)酵的特點

        固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過程,是指沒有或幾乎沒有自由水存在下,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的一個生物反應(yīng)過程。

        由于固態(tài)發(fā)酵具有節(jié)水、節(jié)能的獨特優(yōu)勢,屬于清潔生產(chǎn)技術(shù),與液態(tài)發(fā)酵相比具有獨特的優(yōu)勢:固態(tài)發(fā)酵的微生物是在接近自然條件的狀況下生長的,有可能產(chǎn)生一些通常在液體培養(yǎng)中不產(chǎn)生的酶和其他代謝產(chǎn)物;微生物生長和代謝所需的氧大部分來自于氣相,因此,固態(tài)發(fā)酵的氣體傳遞速率比液態(tài)發(fā)酵高得多;發(fā)酵結(jié)束時培養(yǎng)基是濕物料狀態(tài),產(chǎn)物濃度高;使用濃縮的培養(yǎng)基和較小的固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器,因此生產(chǎn)率高,提取工藝簡單可控,沒有大量有機廢液產(chǎn)生,能耗小。

        3.2 固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物蛋白飼料的菌種

        利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)蛋白飼料的關(guān)鍵是篩選和培養(yǎng)具有優(yōu)良特性的菌種。現(xiàn)代微生物發(fā)酵多為純種發(fā)酵,即用純的單一菌種不斷地發(fā)現(xiàn)許多重要生化過程是單株微生物不能完成或只能微弱地進行的,必須依靠兩種或多種微生物共同培養(yǎng)來完成,即混合發(fā)酵。混合的多種菌種,增加了發(fā)酵中許多基因的功能,通過不同代謝能力的組合,完成單個菌種難以完成的復(fù)雜代謝作用。如真菌和酵母菌的混合培養(yǎng),真菌可分解纖維素和淀粉,而酵母菌主要利用糖原,菌群的協(xié)同作用提高了對底物的利用效率及產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量和營養(yǎng)功能,達到了更好的發(fā)酵效果。

        3.3 固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物蛋白飼料的工藝

        利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)微生物蛋白飼料的一般工藝流程如圖1所示[2]。

        固態(tài)發(fā)酵原料經(jīng)分類篩選、蒸汽滅菌等預(yù)處理后,將經(jīng)過篩選和擴大培養(yǎng)后的菌種接入進行發(fā)酵,發(fā)酵后的原料經(jīng)干燥后成為成品。固態(tài)發(fā)酵原料固含物量大,所以需要較大數(shù)量的微生物菌群參與發(fā)酵,一般要求達到發(fā)酵原料的10%以上,因此菌種需要逐級擴大培養(yǎng),達到預(yù)定的菌種濃度后即成為接種液。預(yù)處理后的原料添加無機氮源、營養(yǎng)鹽后,與接種液攪拌混合,進入發(fā)酵生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)發(fā)酵通常采用發(fā)酵池或釀酒制曲的曲盤等,但這種反應(yīng)器機械化程度低,勞動強度大,無法控制發(fā)酵條件,因而限制了其應(yīng)用范圍,目前已開發(fā)應(yīng)用的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器有轉(zhuǎn)鼓式、水平槳式攪拌反應(yīng)器等。固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器要有良好的攪拌、通氣、散熱、冷卻系統(tǒng),能夠進行無菌操作,控制發(fā)酵過程中的溫濕度和水分等。

        3.4 食物垃圾經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后容易達到飼料標準

        我國飼料工業(yè)產(chǎn)品標準主要有衛(wèi)生標準和營養(yǎng)物標準兩大類。在以食物垃圾為原料生產(chǎn)飼料的過程中先經(jīng)高溫預(yù)處理,殺死病原菌和其他雜菌,使產(chǎn)品滿足衛(wèi)生要求。從食物垃圾成分和仔豬、生長肥育豬配合飼料營養(yǎng)成分標準的對比可以看出,食物垃圾組分中除粗蛋白含量有可能達不到標準外(但也遠高于目前飼料工業(yè)的主要原料—玉米),其余指標均能夠達到配合飼料標準,即食物垃圾是很好的飼料原料[3]。同時食物垃圾中含有促進微生物生長的營養(yǎng)成分,因此,在適宜的外界條件下,通過微生物對食物垃圾的發(fā)酵分解及其自身的生長繁殖,可以較容易地使食物垃圾中的蛋白質(zhì)含量得到提高,達到飼料標準[4]。

        4.總結(jié)

        目前,利用微生物處理食物垃圾生產(chǎn)微生物蛋白飼料的研究相對較少,未形成成熟的技術(shù)工藝,且只限于液態(tài)發(fā)酵處理食物垃圾廢液。隨著固態(tài)發(fā)酵工藝理論的成熟和新型固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的研制和應(yīng)用,利用農(nóng)牧產(chǎn)品發(fā)酵生產(chǎn)微生物蛋白飼料已經(jīng)可行。目前世界范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)資源短缺問題日益嚴重,而微生物菌體的蛋白質(zhì)含量很高,且微生物代生時間短,在最佳環(huán)境條件下生長速率驚人,故微生物是一種理想的蛋白質(zhì)資源。同時,食物垃圾中富含大量糖類、纖維素等可再生生物資源,因此利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)處理食物垃圾,開發(fā)新的廉價蛋白飼料,具有獨特的優(yōu)勢和廣闊的前景,既可解決當(dāng)前世界蛋白飼料嚴重短缺的問題,又可使食物垃圾減量化、無害化、資源化,是一種值得推廣的垃圾處理方法。

        [1] 蘇維洲,高雁,孫震,等.餐飲廢棄食物(泔水)加工再生為蛋白質(zhì)飼料的探討[J].飼料工業(yè),.2003(11)

        [2] 劉英杰,付婉霞.食物垃圾微生物處理技術(shù)的研究進展[J].節(jié)能環(huán)保研究探討.2005(5): 13-15

        [3] 中國飼料工業(yè)協(xié)會.飼料工業(yè)標準匯編2002[M].北京:中國標準出版社.2002

        [4] 付婉霞,孫麗娟,劉英杰. 利用食物垃圾生產(chǎn)微生物蛋白飼料的發(fā)展前景[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程.2006,14(3): 21-24

        10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.005

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