陳惠燕

（龍巖市環(huán)境衛(wèi)生管理處，福建龍巖364000）

龍巖市餐廚垃圾資源化利用工藝技術研究

陳惠燕

（龍巖市環(huán)境衛(wèi)生管理處，福建龍巖364000）

介紹了龍巖市餐廚垃圾處理現狀，提出了餐廚垃圾資源化利用設施建設的緊迫性，分析了龍巖市餐廚垃圾產量與組分，通過比選，確定了以厭氧產沼氣為目標的工藝技術路線。

餐廚垃圾；資源化利用；龍巖市

據調查，龍巖市目前餐廚垃圾產量在60 t/d以上。由于龍巖市生活垃圾分類收集起步較晚，餐廚垃圾收集運輸處理體系存在三大問題，一是餐廚垃圾收集體系不完善，大量餐廚垃圾不經處理直接進入環(huán)境，對環(huán)境造成了嚴重影響，也是引起各種疾病和傳染病的根源；二是餐廚垃圾混入生活垃圾進入生活垃圾終端處理設施，對設施正常運行和管理帶來較大的影響；三是餐廚垃圾管理體系不明確，餐廚垃圾進入與人類食物鏈相連的畜禽養(yǎng)殖業(yè)和小作坊加工業(yè)，“泔水豬”和“地溝油”對人民身體健康帶來嚴重的安全隱患。建設單獨的餐廚垃圾收運系統(tǒng)和龍巖市餐廚垃圾資源化處理工程勢在必行[1]。

1 龍巖市餐廚垃圾產量與組分

1.1 產生量預測

根據國內外垃圾產生量分析計算方法，結合龍巖市餐廚垃圾產生的特點，龍巖市餐廚垃圾產量采用人均產生量指標估算法和餐廳單位營業(yè)額產生量指標估算法兩種預測方法。

1.1.1 人均產生量指標估算法

餐廚垃圾主要產生于公共就餐場所，人均產生量差異性較大。根據龍巖市餐廚垃圾產生單位性質、經濟發(fā)展水平、生活水平、飲食習慣、消費習慣等綜合因素，參考國內大中型城市人均餐廚垃圾產量數據，確定龍巖市平均每人每天在餐館就餐0.35次，餐廚垃圾0.35 kg/（人·次），平均每萬人每天產生產出垃圾約1.23 t（表1）。

表1 龍巖市城區(qū)餐廚垃圾產量估算表（方法一）

1.1.2 餐廳單位營業(yè)額產生量指標估算法

通過對城區(qū)餐飲業(yè)較為集中的新羅區(qū)選取20多家較有代表性的餐館進行調查，結果顯示，不同類別就餐單位100元營業(yè)額餐廚垃圾加權平均產量為2.07 kg/100元。根據龍巖城區(qū)餐飲業(yè)營業(yè)額統(tǒng)計資料，2012年城區(qū)營業(yè)額達到12.5億元。據此估算龍巖市城區(qū)餐廚垃圾產量結果匯總見表2。

表2 龍巖市城區(qū)餐飲業(yè)餐廚垃圾產量計算表（方法二）

根據方法一和方法二的估算結果，龍巖市近期餐廚垃圾產生總量估計值分別為61.3 t/d和70.89 t/d。通過不同方法測算的兩個數據比較接近，因此規(guī)模預測是準確可信的，近期可建設龍巖市餐廚垃圾處理項目，建設規(guī)模取75 t/d，遠期進行擴建至150 t/d。

1.2 餐廚垃圾成分

餐廚垃圾以淀粉、食物纖維類、動物脂肪類、植物油等有機物質為主要成分。具有水分、油脂、鹽分含量高，易發(fā)酵、易變霉、易發(fā)臭等特點[1，2]。根據調查研究和相關實驗數據，龍巖市餐廚垃圾成分構成見表3。

表3 餐廚垃圾成分構成表%

表4 餐廚垃圾化學性質表

2 餐廚垃圾處理工藝選擇

國內餐廚垃圾處理技術路線有以下兩類（表5）。

2.1 以飼料化、肥料化為處理目標的技術路線

從餐廚垃圾到飼料這條線是最短的，能量、資源損失也最小，所以餐廚垃圾制飼料是資源化程度最高路徑。餐廚垃圾制肥/制飼料工藝路線是通過添加微生物菌種，高溫處理后出料，產品為有機肥或有機飼料。

2.2 以厭氧產沼氣用于能源循環(huán)為處理目標技術路線

本技術路線是將餐廚垃圾進行厭氧發(fā)酵，產生的沼氣用于能源的循環(huán)利用：沼氣用于燃料，為系統(tǒng)正常運行提供熱源；沼氣提純作為車載天然氣；沼氣用于熱電聯產供給系統(tǒng)用電、用熱或輸送至廠外用戶等。

餐廚垃圾制飼料可能存在潛在、不確定性的傳播疾病風險，國家農業(yè)部暫不發(fā)放餐廚垃圾制飼料許可證；餐廚垃圾制肥料也存在肥料中鹽分高，會破壞土壤生態(tài)環(huán)境，有機肥料用量銷路不暢的問題[2]。

目前國內正在運行、在建或擬建餐廚垃圾處理設施采用厭氧產沼氣路線約占85%以上。從資源利用方面，沼氣作為生物質能源用于生產和生活中，減少外在能源的消耗，符合國家循環(huán)經濟產業(yè)政策。從處理廢棄物方面，厭氧是餐廚垃圾“減量化、無害化、資源化”有效的方式之一。從技術應用方面，厭氧技術用于餐廚垃圾處理在國內外早已成熟，根據目前技術發(fā)展方向，我國餐廚垃圾厭氧處理技術會逐漸成為一種趨勢[2]。龍巖市餐廚垃圾處理工藝選用以厭氧產沼氣用于能源循環(huán)為處理目標技術路線。

表5 餐廚垃圾處理工藝比選

3 餐廚垃圾預處理工藝

餐廚垃圾預處理工藝是餐廚垃圾處理最重要的一環(huán)，對物料的預處理水平決定了后續(xù)處理過程的效率，主要包括：進料、輸送（含瀝水）、分選、破碎及油水分離等，工藝流程見圖1。

圖1 前處理單元工藝流程圖

餐廚垃圾卸料進入接收斗，經設置在接收斗底部水平螺旋輸送機輸送至傾斜螺旋輸送機，輸送螺旋同時將油水瀝出排入油水處理系統(tǒng)。其他物料排入分選設備，將金屬等雜物分揀出，然后進入破碎機進行制漿。液相出料經固液分離后進入油分離提純系統(tǒng)，分離的油脂提純后作為工業(yè)原料，液相進入出料緩沖罐。

4 餐廚垃圾厭氧工藝比選

餐廚垃圾經預處理后進入厭氧發(fā)酵工藝段，龍巖市餐廚垃圾存在三高（水分高、含鹽高、油脂高）的特點，選擇合適的厭氧處理工藝對于餐廚垃圾的處理非常重要。按照厭氧發(fā)酵罐（反應器）的操作條件如進料的含固率、運行溫度等，餐廚垃圾厭氧消化處理技術可分為以下4類[3]。

（1）按照固體含量可分為：濕式、干式。

（2）按照溫度可分為：中溫、高溫。

（3）按照階段數可分為：單相、兩相。

（4）按照進料方式可分為：序批式、連續(xù)式。

4.1 濕式厭氧消化和干式厭氧消化的比較

濕式厭氧消化和干式厭氧消化的比較詳見表6。

干式厭氧消化處理技術目前尚不是特別成熟，容易造成很多問題，如氨毒性問題，導致產氣不暢的問題，因此，龍巖市餐廚垃圾處理厭氧系統(tǒng)采用濕式消化工藝。

4.2 中溫厭氧消化和高溫厭氧消化的比較

根據厭氧菌的生活形態(tài)，厭氧消化有兩種適宜溫度:中溫（35～40℃）和高溫（55～60℃）。中溫厭氧消化和高溫厭氧消化的比較詳見表7。

表6 濕式和干式厭氧消化的比較

表7 中溫和高溫厭氧消化的比較

中溫厭氧消化運行相對穩(wěn)定，抗沖擊負荷更強，能耗低。從無害化的角度來看，高溫厭氧發(fā)酵提高其厭氧消化降解速率，能加速底物溶解和水解，將固態(tài)大分子有機物轉化為易于生化降解的溶解態(tài)小分子物質，溶解比率提高，另外在高溫條件下能縮短廢物在反應器中的停留時間。

針對龍巖市餐廚垃圾成分的復雜性和產量的波動性，中溫厭氧發(fā)酵對進料的要求更低，消化運行相對穩(wěn)定。高溫厭氧發(fā)酵的產氣效率雖然較高，但能耗大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對更差，而且厭氧發(fā)酵最終的產氣量相差并不大。因此，龍巖市餐廚垃圾處理采用中溫厭氧消化工藝。

4.3 單相和兩相厭氧消化的比較

在厭氧反應中有水解酸化和甲烷發(fā)酵階段的兩大類作用的細菌，而水解酸化菌和產甲烷菌對環(huán)境條件有著不同的要求。根據厭氧消化過程中產酸相和產甲烷菌的形態(tài)特性的研究發(fā)現，產酸菌種類繁多，生長快，對環(huán)境條件變化不太敏感，而產甲烷菌剛好相反，其專一性強，對環(huán)境條件要求苛刻，繁殖緩慢，這也是人們把一個厭氧消化過程分為產酸相和產甲烷相的理論依據。

表8 產酸菌與產甲烷菌的特性對比

傳統(tǒng)的厭氧消化工藝把產酸菌和產甲烷菌這兩大類菌群置于一個反應器內，即單相厭氧消化工藝，不利于充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。改進的兩相厭氧消化工藝是把水解酸化和甲烷發(fā)酵兩個階段盡量分離在兩個串聯的反應器中，也可稱為是兩步單相。單相厭氧消化和兩相厭氧消化的比較見表9。

表9 單相和兩相厭氧消化的比較表

對于餐廚垃圾來說，所含油脂和纖維素都比較高。為追求最大的產氣量，工程必須解決油脂和纖維素的水解限速問題。根據實際餐廚工程運行情況和實驗研究，這些物質最少要有5天左右的水解期。實驗中認為經過人為控制5天的水解酸化期后，后面的厭氧發(fā)酵階段的產氣比較穩(wěn)定，且產氣量將比單相工藝提高20%左右[5]。根據國外已有生活垃圾或餐廚垃圾厭氧處理工程采用兩相厭氧工藝，通過實踐運行后發(fā)現，該處理工藝易于靈活控制，對進料的緩沖能力強，產氣穩(wěn)定。龍巖市餐廚垃圾處理采用兩相厭氧消化工藝。

4.4 序批式和連續(xù)式的比較

序批式：將垃圾分批次地投入到反應器中，接種后密閉，直到垃圾降解完全再投入另一批新鮮垃圾。

連續(xù)式：將新鮮垃圾和降解完全的垃圾分別連續(xù)地投入和排出反應器。

序批式反應系統(tǒng)由于產氣效率通常比較低，而且序批式系統(tǒng)通常比連續(xù)系統(tǒng)占地面積大。龍巖市餐廚垃圾處理采用連續(xù)式厭氧消化系統(tǒng)。

綜上所述，龍巖市餐廚垃圾厭氧處理系統(tǒng)采用兩相中溫濕式連續(xù)厭氧發(fā)酵處理工藝。

5 污水處理工藝

5.1 處理規(guī)模

近期的餐廚垃圾經預處理和厭氧發(fā)酵后，沼液產量加生活污水和地面沖洗廢水約為100 t/d。

5.2 進出水水質

根據餐廚垃圾處理工程建設運營過程中沼液特性分析，發(fā)酵后沼液的水質參數見表10，污水處理達到《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）一級標準排放自然水體。

表10 進出水水質參數m g/L

5.3 處理工藝

結合餐廚垃圾污水處理工程經驗及龍巖市的實際情況，考慮技術經濟、管理、自動化水平及處理效果等因素，選擇技術成熟的“厭氧反應器+膜生物反應器+納濾”處理工藝路線，見圖2。

圖2 污水處理工藝流程

6 結論

為改善龍巖市環(huán)境衛(wèi)生現狀，提高垃圾分類水平，從根本上打擊“地溝油”和“泔水豬”，徹底改變餐廚垃圾收運管理無序的狀態(tài)，龍巖市致力于建設高標準的規(guī)范化餐廚垃圾資源化處理設施，該項目是一項關系到龍巖市人民食品衛(wèi)生安全的民心工程。

根據龍巖市實際情況，結合國內外餐廚垃圾處理先進技術經驗，采用先進的處理工藝，以餐廚垃圾預處理為重點，采用兩相中溫濕式連續(xù)厭氧發(fā)酵工藝，沼液經“厭氧反應器+膜生物反應器+納濾”聯合處理后，達標排放，沼氣資源可進行資源化利用。

為保證項目順利開展，需注意以下問題。

（1）為配合餐廚垃圾處理設施建成后正常運轉，需建立龍巖市專門的餐廚垃圾的收運體系，提高餐廚垃圾分類收集水平，保證收集物料的品質；

（2）政府相關部門需出臺相應的餐廚垃圾管理法律法規(guī)，依法嚴厲打擊非法的餐廚垃圾小作坊加工，加大地溝油打擊力度。

[1]袁玉玉，曹先艷，牛冬杰，等.餐廚垃圾特性及處理技術[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2006，14(6):46-49.

[2]王向會，李廣魏，孟虹，等.國內外餐廚垃圾處理狀況概述[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2005，13(2):41-43.

[3] 潘鳳開.餐廚垃圾厭氧消化工藝的研究與應用[J].廣東化工，2013，40(4):168-169.

[4]曹先艷，趙由才.酸化餐廚垃圾厭氧消化產氫研究[J].環(huán)境污染與防治，2011，33(7):43-46.

[5] 牛冬杰，趙亞萱，劉常青，等.餐廚垃圾厭氧產氫綜述[J].環(huán)境污染與防治，2007，29(5):371-375.

Study on technology of utilization of kitchen waste resources in Longyan

CHEN Huiyan
（Longyan Environmental Sanitation Administration Department,Longyan 364000,China）

The current situation of restaurant kitchen garbage disposal in Longyan w as introduced,Urgency of the kitchen garbage recycling facilities construction w as raised.The technological route to an anaerobic biogas production for target w as established through the analysis of the yields and com ponents of kitchen w aste in Longyan and the process designing.

kitchen w aste;utilization;Longyan

X799.3

：A

：1674-0912（2014）09-0031-05

2014-06-04）

陳惠燕（1976-），女，福建龍巖人，本科，工程師，專業(yè)方向：固體廢棄物處理和監(jiān)管。