餐廚垃圾處理技術(shù)總述
餐廚垃圾的厭氧處理工藝，已成為當(dāng)下主流處理方法。以下介紹，只代表行業(yè)通行做法和觀點(diǎn)。隨著新技術(shù)的運(yùn)用，一些新工藝厭氧處理更加高效、節(jié)能，且成本低廉。
1.前言
餐廚垃圾是城市日常生活中產(chǎn)生的最為普遍的廢棄物，屬于城市生活垃圾，其主要成分包括淀粉類食物、植物纖維、動(dòng)物蛋白和脂肪類等有機(jī)物，具有含水率高，油脂、鹽份含量高，易腐爛發(fā)臭，不利于普通垃圾車運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。這類垃圾若不經(jīng)分類專項(xiàng)處理，會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的危害。
餐廚垃圾主要來源于餐飲服務(wù)業(yè)、家庭和企事業(yè)單位食堂等產(chǎn)生的食物加工下腳料（廚余）和食用殘余 （泔腳）。隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程的逐漸加快，餐廚垃圾的產(chǎn)量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢。在國內(nèi)的大型，特大型城市中如北京，上海，深圳等，餐廚垃圾的日產(chǎn)量已達(dá)數(shù)千噸，全國餐廚垃圾的年產(chǎn)量達(dá)到千萬噸，單純填埋的話，占用大量土地，產(chǎn)生的垃圾滲濾液和填埋氣體也需要后期處理，耗費(fèi)大量人力，物力。
餐廚垃圾目前在很多城市尚未進(jìn)行規(guī)范化管理，收集容器擺放地環(huán)境臟亂，孳生和招引蚊、蠅、鼠、蟑螂等害蟲，易傳染疾病，危害人民的身體健康。垃圾收集地附近容易產(chǎn)生難聞氣味，引起人們感官上的反感；由于餐廚垃圾含水量較高的特性，在運(yùn)輸?shù)倪^程中存在一系列問題。運(yùn)輸車輛不規(guī)范，易發(fā)生餐廚垃圾外漏和傾灑，嚴(yán)重影響市容、市貌和交通；最主要的是城市餐飲企業(yè)的垃圾多被養(yǎng)殖戶收集，作為養(yǎng)殖飼料直接使用，垃圾未經(jīng)處理進(jìn)入人類食物鏈，危及人民群眾的身體健康；同時(shí)地溝油也被收集起來重新煉制成為廉價(jià)食用油，在市場上再次流通，危害人民群眾的身體健康。
在存在問題的同時(shí)，餐廚垃圾因其富含有機(jī)物也可作為潛在的能源供應(yīng)體。通過恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎ梢葬尫懦鎏N(yùn)藏在餐廚垃圾中的能量，轉(zhuǎn)化為電能，熱能，作為常規(guī)能源載體的有效補(bǔ)充。在當(dāng)前我國能源供應(yīng)日趨緊張的時(shí)期，尋求新能源迫在眉睫，利用餐廚垃圾通過成熟工藝技術(shù)獲取能源不失為合理的解決方案。
2．餐廚垃圾概況
2．1．餐廚垃圾性質(zhì)
集中收集的餐廚垃圾成分復(fù)雜，不僅包括賓館、飯店的剩菜、剩飯還包括大量廢舊餐具、破碎的器皿，廚房的下腳料等，是油、水、果皮、蔬菜、米面，魚、肉、骨頭以及廢餐具、塑料、紙巾等多種物質(zhì)的混合物。糖類含量高，以蛋白質(zhì)、淀粉和動(dòng)物脂肪等為主，且鹽分、油脂含量高。以中國南方某城市為例，下表詳細(xì)給出了餐廚垃圾的組分與成份：
餐廚垃圾的特點(diǎn)可歸納為：
1） 含水率高，可達(dá)80% - 95%
2） 鹽分含量高，部分地區(qū)含辣椒，醋酸高
3） 有機(jī)物含量高，蛋白質(zhì)，纖維素，淀粉，脂肪等
4） 富含氮，磷，鉀，鈣及各種微量元素
5） 存在有病原菌，病原微生物
6） 易腐爛，變質(zhì)，發(fā)臭，滋生蚊蠅
2．2．餐廚垃圾無害化處理的必要性
之前我國餐廚垃圾的主要用途是被城市周邊的養(yǎng)殖戶收集起來作為飼料直接使用，這種利用方式有著悠久的歷史。這種利用方式的問題在于：
??餐廚垃圾中含有大量人畜共患傳染病的病原微生物，不但容易引起動(dòng)物感染病毒，還容易造成人體感染口蹄疫、肝炎等疾病。
豬食用后極易感染和誘發(fā)各種疾病，勢必加大對(duì)病豬的用藥劑量，從而會(huì)加大抗生素類藥物的殘留，通過豬肉進(jìn)入人體，容易對(duì)人體健康造成危害。
??餐廚廢棄物，已受到鋁、汞、鎘等重金屬以及有機(jī)化合物、苯類化合物的污染，被豬食用后，有害物質(zhì)蓄積在豬的脂肪、肌肉等組織里，人食用到一定程度后，就會(huì)導(dǎo)致肝臟、腎臟等系統(tǒng)免疫功能下降。
此外，餐廚垃圾作飼料可能會(huì)導(dǎo)致同源性污染。所謂同源性污染是指動(dòng)物食用其同類動(dòng)物的肉，骨，血液等動(dòng)物組織生產(chǎn)的動(dòng)物源性飼料，產(chǎn)生的潛在的，不確定的傳播疾病風(fēng)險(xiǎn)。餐廚垃圾中恰恰含有動(dòng)物組織，直接作為動(dòng)物飼料的話，存在著潛在風(fēng)險(xiǎn)。
除直接作為飼料喂養(yǎng)動(dòng)物使用外，餐廚垃圾中的油脂部份被不法分子提煉后重新作為食用油（地溝油）使用也對(duì)人類的健康產(chǎn)生威脅。地溝油中含有黃曲霉素，苯等毒素雜質(zhì)，長期食用會(huì)造成慢性疾病的發(fā)生，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)致癌。
2．3．餐廚垃圾資源化處理的可行性
餐廚垃圾是動(dòng)植物原料經(jīng)過加工后產(chǎn)生的，其中富含有機(jī)物質(zhì)，有機(jī)無中蘊(yùn)含有大量的能量，如果餐廚垃圾只是被簡單的填埋在垃圾填埋場中，這些能量就被白白的浪費(fèi)掉了。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對(duì)能源，特別是綠色可再生能源的需求越來越迫切，高效合理地將蘊(yùn)藏在垃圾中的能源重新利用起來，將會(huì)部分滿足這種能源需求。
20世紀(jì)末技術(shù)人員把原本用于污水處理領(lǐng)域內(nèi)的厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)移植到餐廚垃圾處理上來，經(jīng)過不斷的努力，如今利用厭氧發(fā)酵處理餐廚垃圾產(chǎn)沼氣在技術(shù)上已經(jīng)十分成熟，工藝也相當(dāng)可靠。該技術(shù)的原理是餐廚垃圾中的有機(jī)物在厭氧菌的作用下，在適宜的溫度條件下，經(jīng)過發(fā)酵降解產(chǎn)生沼氣。同時(shí)降解后產(chǎn)生的含水量較小的沼渣經(jīng)過處理后作為有機(jī)肥料使用，沼液作為液體肥料使用，從而實(shí)現(xiàn)垃圾減量化資源化利用。發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣中含有55%-75%（體積濃度）的甲烷，可用于發(fā)電，供熱等，能夠緩解能源供應(yīng)緊張的局面。
3．餐廚垃圾的處理
餐廚垃圾的處理包含有三方面內(nèi)容：餐廚垃圾的收集運(yùn)輸；餐廚垃圾的無害化，資源化處理；處理后產(chǎn)物的利用。
餐廚垃圾產(chǎn)生
3.1．餐廚垃圾的收運(yùn)
目前國內(nèi)已有部分城市頒布實(shí)施了餐廚廢棄物管理?xiàng)l例，對(duì)餐廚垃圾的收運(yùn)做出了具體的規(guī)定。餐廚垃圾收運(yùn)系統(tǒng)由垃圾收集裝置、垃圾運(yùn)輸裝置及其維修車間等設(shè)施組成，主要負(fù)責(zé)賓館、食堂及餐飲企業(yè)餐廚垃圾的收集和運(yùn)輸。
餐廚垃圾產(chǎn)生后，由賓館、食堂等產(chǎn)生單位將其收入標(biāo)準(zhǔn)收集桶內(nèi)，在環(huán)衛(wèi)部門規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放置于指定的轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，再由環(huán)衛(wèi)部門或政府指定的垃圾清運(yùn)企業(yè)定時(shí)收運(yùn)。
運(yùn)輸車輛采用密閉式運(yùn)輸車，車上設(shè)有掛桶機(jī)構(gòu)，將垃圾標(biāo)準(zhǔn)桶提升至車廂頂部，再通過翻料機(jī)構(gòu)將垃圾倒入車廂內(nèi)，運(yùn)輸過程中車廂密閉。
垃圾被運(yùn)至處理廠卸料平臺(tái)之后，密封后蓋打開，推料機(jī)構(gòu)將餐廚垃圾推出，進(jìn)入接料系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理。車上所有操作為液壓自動(dòng)控制，可分別在駕駛室和車旁操作。
為了對(duì)運(yùn)輸車輛及設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)和修理，在垃圾處理廠內(nèi)設(shè)置了小型維修車間，車間內(nèi)配置有相應(yīng)的車輛維護(hù)設(shè)備，可在車間內(nèi)對(duì)車輛進(jìn)行一般維護(hù)、輪胎加氣和修理，大修則在廠外協(xié)作。
收運(yùn)流程為：賓館、食堂、餐廳標(biāo)準(zhǔn)桶——收集點(diǎn)——運(yùn)輸車——處理廠計(jì)量——卸料平臺(tái)卸料——車輛清洗——再次收運(yùn)。
餐廚垃圾的收運(yùn)清理過程須保證運(yùn)輸器具的密封性，清潔性，收運(yùn)的及時(shí)性，以及收運(yùn)單位的經(jīng)濟(jì)性。
3.2．餐廚垃圾處理技術(shù)
3．2．1．概述
目前餐廚垃圾的處理技術(shù)主要包括有：
1） 填埋
2） 焚燒
3） 好氧堆肥
4） 飼料化處理
5） 厭氧發(fā)酵
3．2．1．1．餐廚垃圾的填埋
目前我國的餐廚垃圾大部分采用的仍然是直接填埋的處理方式。收運(yùn)來的餐廚垃圾與
其他生活垃圾混雜在一起，直接進(jìn)入填埋場進(jìn)行填埋。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是方法簡單，運(yùn)行的費(fèi)用低廉，而且處理量巨大。缺點(diǎn)是占用大量土地資源，耗費(fèi)大量的土地征用費(fèi)用。餐廚垃圾填埋后因其含水率高，有機(jī)物含量高等特點(diǎn)，會(huì)形成垃圾滲濾液，臭氣等直接影響到地下水和大氣等自然資源，形成二次污染，危害人類的健康。另外，餐廚垃圾直接填埋也白白浪費(fèi)掉了垃圾中蘊(yùn)含的能量，使得資源沒有得到有效利用。
在當(dāng)前土地資源緊缺、人們對(duì)環(huán)境問題的關(guān)注度越來越高，餐廚垃圾產(chǎn)量日趨增高的前提下，填埋處理技術(shù)已明顯不適合我國餐廚垃圾處理的實(shí)際情況。
3．2．1．2．餐廚垃圾的焚燒
將垃圾中的可燃物燃燒后產(chǎn)生熱量進(jìn)行發(fā)電，從而達(dá)到垃圾資源化利用的一種垃圾處理工藝。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是處理量大，垃圾的減量效果明顯。焚燒后產(chǎn)生的熱量可以發(fā)電，實(shí)現(xiàn)垃圾資源化利用。但是焚燒工藝對(duì)垃圾的熱值較高的要求，餐廚垃圾中的含水量通常在80%-90%間，過高的含水率使得餐廚垃圾的熱值也很低，如果使用焚燒技術(shù)進(jìn)行處理，將會(huì)極大地增加處理成本。同時(shí)由于不完全燃燒產(chǎn)生的氣體固體產(chǎn)物排放后會(huì)危害人類的健康。
近年來我國垃圾焚燒項(xiàng)目在實(shí)施過程中引起的爭議較大，人民群眾對(duì)焚燒技術(shù)的信任程度與接受認(rèn)可程度均不高，因此無論從技術(shù)上看，還是從社會(huì)影響上看，焚燒技術(shù)應(yīng)用在餐廚垃圾處理項(xiàng)目上的可行性很低。
3．2．1．3．餐廚垃圾的好氧堆肥
好氧堆肥技術(shù)是指有機(jī)物在有氧條件下，在好氧微生物（主要是菌類）的作用下，將高分子有機(jī)物降解成為無機(jī)物的過程。好氧堆肥的技術(shù)比較成熟，在國外的應(yīng)用比較廣泛。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)比較簡單，好氧處理后的產(chǎn)物可作為農(nóng)產(chǎn)品使用，實(shí)現(xiàn)了垃圾的再利用。但是好氧堆肥技術(shù)主要應(yīng)用于綠色植物垃圾（市政維護(hù)產(chǎn)生的樹枝，樹葉等）及秸稈等富含組織結(jié)構(gòu)的垃圾處理，對(duì)于餐廚垃圾這樣不含有組織結(jié)構(gòu)的垃圾處理沒有技術(shù)上的優(yōu)勢。此外，好氧堆肥占地面積較大，處理周期加長，增大運(yùn)行成本。好氧過程在非密閉環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，產(chǎn)生的臭氣會(huì)形成二次污染，影響周圍環(huán)境。
由于餐廚垃圾的含水量較大，在好氧堆肥技術(shù)上液體的處理也是技術(shù)上的難點(diǎn)。餐廚垃圾的好氧堆肥并不適用。
3．2．1．4．餐廚垃圾的飼料化處理
餐廚垃圾的飼料化處理是指餐廚垃圾經(jīng)過固液分離后，含固率較高的部份經(jīng)過高溫殺菌消毒烘干后，加入適當(dāng)?shù)木悓⒂袡C(jī)物降解成為生物飼料的過程。其他的液體垃圾部分經(jīng)過厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，含有的油脂經(jīng)過油水分離后可制成工業(yè)原料或生物柴油。
飼料化處理的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械化程度高，占地面積較小，垃圾的資源化利用程度高。缺點(diǎn)是制得的有機(jī)飼料重新進(jìn)入食物鏈，最終回到人體之中，其中的風(fēng)險(xiǎn)無法預(yù)測。目前國家有關(guān)部委正在評(píng)估有關(guān)餐廚垃圾飼料化產(chǎn)物利用的風(fēng)險(xiǎn)問題，該處理技術(shù)前景并不明朗。
3．2．1．5．餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處理
餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵處理是指垃圾中的有機(jī)物質(zhì)在厭氧菌的作用下，由高分子物質(zhì)降解成為小分子物質(zhì)，最終轉(zhuǎn)化為沼氣的過程。
餐廚垃圾經(jīng)厭氧發(fā)酵降解后產(chǎn)生的沼氣可通過熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組中轉(zhuǎn)化為電能和熱能，電能可接入電網(wǎng)供生產(chǎn)生活實(shí)用，熱能在供應(yīng)垃圾處理設(shè)備自身使用后可補(bǔ)充市政供熱設(shè)施部份熱能需求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益與社會(huì)效益共贏的局面。
發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液經(jīng)過脫氮，脫鹽，脫硫處理后可作為液態(tài)有機(jī)肥料在農(nóng)業(yè)灌溉園林種植等領(lǐng)域廣泛使用。沼渣經(jīng)過好氧堆肥后也可作為肥料使用，從而實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化，資源化處理。
厭氧發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是垃圾的減量化，資源化處理效果好，產(chǎn)生的沼氣發(fā)電可作為新能源補(bǔ)充現(xiàn)有常規(guī)能源。厭氧發(fā)酵過程中無臭氣逸出，發(fā)酵后不會(huì)產(chǎn)生二次污染，社會(huì)大眾的接受程度較高。該技術(shù)成熟，在國外已有較為廣泛的應(yīng)用，工程案例很多。
3．2．3．餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處理工藝流程
餐廚垃圾厭氧處理工藝主要是指通過成熟穩(wěn)定的厭氧發(fā)酵技術(shù)，使收運(yùn)來并且經(jīng)過預(yù)處理的餐廚垃圾在厭氧菌的作用下，在一定的溫度條件下，密閉容器中發(fā)酵后產(chǎn)生沼氣并且沼氣通過熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電和供熱的過程。發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液和沼渣經(jīng)過無害化，資源化處理后可作為肥料再次使用，從而實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化再利用。
以兩相厭氧工藝為例，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵工藝流程主要包括：
1） 預(yù)處理
2） 水解酸化
3） 產(chǎn)沼氣
4） 沼氣利用
5） 沼液，沼渣處理及再利用
3. 2. 3. 1．預(yù)處理
餐廚垃圾經(jīng)過收運(yùn)車輛的運(yùn)輸?shù)竭_(dá)處理場地后，傾倒入進(jìn)料池內(nèi)。由于在餐廚垃圾產(chǎn)生地如餐館，飯店收集垃圾時(shí)會(huì)使用塑料包裝袋，因此進(jìn)料垃圾首先進(jìn)行破袋處理，破袋后的垃圾再進(jìn)入預(yù)處理階段，進(jìn)行機(jī)械預(yù)處理。
收運(yùn)來的餐廚垃圾中通常會(huì)含有一定量的干擾物質(zhì)，如紙張，金屬，骨頭等。這些物質(zhì)在厭氧發(fā)酵過程中不能被降解，因此應(yīng)在預(yù)處理階段被分選出去。紙張和金屬類物質(zhì)可循環(huán)利用，其他的物質(zhì)進(jìn)入填埋場進(jìn)行衛(wèi)生填埋。
分選后的餐廚垃圾中仍然含有顆粒較大的物質(zhì)，如水果，蔬菜，肉塊等。顆粒較大的垃圾在輸送管道內(nèi)輸送或在容器內(nèi)攪拌時(shí)可能對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響，同時(shí)顆粒較大的物質(zhì)比表面積較小，這樣會(huì)使得垃圾顆粒在反應(yīng)器內(nèi)與厭氧菌的接觸面積減小，降低厭氧發(fā)酵降解效果。為增強(qiáng)處理過程中設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性以及提高厭氧發(fā)酵的效果，在進(jìn)行分揀后，餐廚垃圾通常需再進(jìn)行粉碎處理，粉碎后的垃圾顆粒根據(jù)不同工藝要求不同，通常情況下顆粒大小在10mm左右。
粉碎后的垃圾可進(jìn)行固液分離。餐廚垃圾在經(jīng)過了分選、粉碎后仍然含有一些顆粒較小，但是在厭氧反應(yīng)器中不能夠被降解掉的固體物質(zhì)，如細(xì)砂等。這些固體物質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器后通過內(nèi)部攪拌，會(huì)磨損反應(yīng)器和攪拌器，降低設(shè)備使用壽命。長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，還會(huì)在反應(yīng)器底部形成堆積，降低反應(yīng)器的有效是使用體積。通過固液分離可使得這部份固體物質(zhì)從垃圾中分離出去，只剩下可降解物質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器，從而提高厭氧發(fā)酵罐的工作效率，保證產(chǎn)氣穩(wěn)定，進(jìn)而保證整個(gè)厭氧裝置的高效穩(wěn)定運(yùn)行。
當(dāng)餐廚垃圾的干物質(zhì)含量（TS）高于反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)料TS時(shí)，通常會(huì)在垃圾進(jìn)入反應(yīng)器前加入清水或循環(huán)回流水進(jìn)行稀釋，以降低TS。此時(shí)可在預(yù)處理階段設(shè)均漿工藝。經(jīng)過均漿后的垃圾物料再通過管道輸送入反應(yīng)器內(nèi)。
3. 2. 3．2．水解酸化
經(jīng)過預(yù)處理的餐廚垃圾進(jìn)入水解酸化罐內(nèi)進(jìn)行水解酸化。在此之前，可以設(shè)置熱交換設(shè)備，使得垃圾在管道輸送過程中實(shí)現(xiàn)升溫，達(dá)到水解酸化所需溫度，從而避免反應(yīng)器內(nèi)溫度出現(xiàn)較大的起伏變化。
有機(jī)垃圾在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)過水和水解酸化菌的作用下，由塊狀，大分子有機(jī)物，逐步轉(zhuǎn)化成為小分子有機(jī)酸類，同時(shí)釋放出二氧化碳，氫氣，硫化氫等氣體。水解酸化階段產(chǎn)生的有機(jī)酸主要是乙酸，丙酸，丁酸等。由于水解酸化過程進(jìn)行的很快，反應(yīng)器內(nèi)很快形成酸性環(huán)境，也就是說pH值在降低。盡管水解酸化菌的耐酸性很好，當(dāng)pH值過低時(shí)，菌類仍然會(huì)受到抑制，導(dǎo)致降解效果低下。
為解決這一問題，可向反應(yīng)器內(nèi)加入堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，但堿性物質(zhì)的加入會(huì)增加鹽度，對(duì)厭氧發(fā)酵和沼液處理產(chǎn)生負(fù)面影響。此外為解決pH值過低的問題，也可使用pH值較高（約8）的循環(huán)回流水進(jìn)行中和。回流水的使用可部分解決發(fā)酵后沼液處理問題，實(shí)現(xiàn)厭氧發(fā)酵廠內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)利用。同時(shí)使用回流水也可補(bǔ)充部分養(yǎng)料及稀有金屬供給厭氧菌使用，避免菌類因營養(yǎng)缺乏引起的活性下降甚至死亡。
水解酸化階段產(chǎn)生的氣體中含有硫化氫，不能直接排放進(jìn)入空氣，經(jīng)過脫硫處理后氣體可直接排放或作其他用途。
水解酸化階段的溫度通?？刂圃?5℃-35℃，并且不會(huì)隨著產(chǎn)甲烷階段的溫度變化而改變。維持反應(yīng)器內(nèi)溫度可使用沼氣熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn)后產(chǎn)生的熱量實(shí)現(xiàn)。
3．2．3．3．產(chǎn)甲烷
產(chǎn)甲烷階段也可稱為產(chǎn)氣階段，這一階段是厭氧發(fā)酵的核心階段，厭氧發(fā)酵的主要產(chǎn)品都來自于這一階段，因此，控制好這一階段是控制好整個(gè)厭氧處理的關(guān)鍵。
水解酸化階段的產(chǎn)物如有機(jī)酸類和溶解在液體中氫氣，二氧化碳等通過管道運(yùn)輸進(jìn)入產(chǎn)甲烷罐中，有機(jī)酸和氣體在反應(yīng)器內(nèi)被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲烷氣體和二氧化碳?xì)怏w，由于硫化氫在水解酸化階段已經(jīng)釋放出去，在產(chǎn)甲烷階段的硫化氫產(chǎn)量很小，幾乎可忽略不計(jì)。
由于進(jìn)入產(chǎn)甲烷罐的物料為水解酸化后的有機(jī)酸，因此反應(yīng)器的可以適應(yīng)較高的有機(jī)負(fù)荷，同時(shí)縮短物料的停留時(shí)間。根據(jù)國外現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)表明，反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷通常在3 - 4.5 kg oTS/m3.d 。沼氣產(chǎn)量可穩(wěn)定保持在700 - 900 L/kg oTS 之間，沼氣中甲烷濃度在60%-75%間。
影響厭氧發(fā)酵的因素有很多，如反應(yīng)器內(nèi)的溫度，pH值，進(jìn)料垃圾的碳氮比等，這些因素直接影響著厭氧降解的穩(wěn)定性。表3.6中列出了影響厭氧降解過程的各種因素及其工藝適宜值.
3．2．3．4．沼氣利用
發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣中含有甲烷，二氧化碳，硫化氫，其他氣體等。甲烷氣具有可燃性，濃度通?？蛇_(dá)到60%-75%，沼氣通入熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)后可進(jìn)行發(fā)電，剩余的熱量可供垃圾處理設(shè)備自身使用。根據(jù)國外已有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，處理能力為200噸/天的垃圾厭氧處理廠每天的沼氣產(chǎn)量可達(dá)到25000m3-30000m3，當(dāng)沼氣中的甲烷濃度為60%時(shí)，由此發(fā)出的電能約為60000kW.h/d - 71000kW.h/。
除了直接燃燒發(fā)電之外，厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣還可以在經(jīng)過脫碳凈化后進(jìn)入城市煤氣生產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)過加壓后進(jìn)入管網(wǎng)，供給居民日常生活使用。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新能源汽車逐漸出現(xiàn)在市場之上。歐洲國家，如瑞典，德國等已經(jīng)出現(xiàn)了利用沼氣作為燃料的新能源汽車。如果能夠普及加注站點(diǎn)，沼氣也是十分優(yōu)越的新能源汽車燃料。
3．2．3．5．沼液，沼渣的處理及利用
厭氧發(fā)酵后的剩余產(chǎn)物從發(fā)酵罐出來后仍然具有較高的含水率，并不能夠直接填埋，而是需要先經(jīng)過脫水處理。發(fā)酵剩余物經(jīng)過離心脫水后還會(huì)產(chǎn)生沼液及沼渣。沼液和沼渣中富含有氮，磷，鉀，微量元素等植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，可被用來作為有機(jī)肥料使用。
關(guān)于沼液制肥料的處理在國外已有成熟的技術(shù)，并且經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，效果良好，使得經(jīng)過處理后的沼液可以符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，直接作為液體肥料噴灑在農(nóng)田里。
脫水后剩余的沼渣經(jīng)過好氧堆肥后可作為成品肥料出售。在進(jìn)行好氧堆肥時(shí)通常要加入秸稈的物質(zhì)降低含水率并且補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)。堆肥的時(shí)間大概在15-25天間，經(jīng)過堆肥后的肥料即可作為肥料在市場上出售。
這種利用發(fā)酵后剩余物的方式在歐洲厭氧發(fā)酵應(yīng)用廣泛的國家已經(jīng)得到驗(yàn)證，并獲得成功。依據(jù)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，經(jīng)過處理后制得的有機(jī)肥料有比較廣泛的市場。
除此之外，沼液在經(jīng)過脫鹽，脫硫，脫氮，脫磷等處理后達(dá)標(biāo)排放。
3．2．3．6．廢油脂利用
我國有著悠久的飲食文化傳統(tǒng)，各地美味佳肴數(shù)不勝數(shù)，菜肴中除了肉，蛋，蔬菜等食材外，還有烹制所加入的食用油。也就是說，餐廚垃圾中除了含有大量的有機(jī)物外還存在油脂類廢棄物，因此，在處理餐廚垃圾時(shí)應(yīng)對(duì)廢棄油脂采取相應(yīng)的解決辦法。
餐廚垃圾中的油脂是可以被厭氧發(fā)酵降解掉的，但脂肪的性質(zhì)決定了其厭氧降解過程十分緩慢，并且及易在反應(yīng)器內(nèi)與其它物質(zhì)形成黏度較大的懸浮物，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。因此在厭氧發(fā)酵工藝中通常先去除餐廚垃圾中含有的大量油脂廢棄物，剩余的含有較少量油脂的餐廚垃圾進(jìn)入到發(fā)酵罐中進(jìn)行降解。
餐廚垃圾中的油脂部分通常在預(yù)處理階段通過油水分離的方式從垃圾中分離出去。這些油脂可以同回收的“地溝油”及廢食用油一起，經(jīng)過化學(xué)方法或生物方法處理后轉(zhuǎn)變?yōu)樯锊裼突蚱渌すI(yè)原料，可實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益。通過油脂的分離處理利用，既實(shí)現(xiàn)了廢棄資源的重新利用，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，又能夠從源頭上消除“地溝油”的生產(chǎn)，使得“地溝油”不再回到人們的餐桌上，保證食品安全，避免人們的身體健康受到危害。
4．公司采用工藝
通過與德國餐廚垃圾處理企業(yè)合作，引進(jìn)世界領(lǐng)先的餐廚垃圾處理工藝及設(shè)備，采用成熟工藝及高效設(shè)備完成餐廚垃圾的厭氧處理，真正實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的無害化，資源化，減量化處理。
本工藝為連續(xù)式、中溫、濕法、兩相厭氧發(fā)酵工藝，與其他厭氧發(fā)酵工藝相比，該工藝有如下特點(diǎn)：
表4.1 工藝特點(diǎn)
工藝名稱 與其他厭氧工藝相比的特點(diǎn)
本工藝根據(jù)餐廚垃圾處理廠日處理量200噸設(shè)計(jì)完成，各工藝組成部分為模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)業(yè)主的不同要求優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工藝技術(shù)指標(biāo)如下：
工藝流程如下：
1） 機(jī)械化預(yù)處理過程
2） 水解酸化過程
3） 發(fā)酵產(chǎn)氣過程
4） 沼氣發(fā)電過程
5） 發(fā)酵后沼液，沼渣處理利用過程
6） 廢棄油脂處理再利用過程（可選）
工藝流程圖:
4.1.1．機(jī)械化預(yù)處理過程
餐廚垃圾經(jīng)收運(yùn)車輛運(yùn)輸后到達(dá)處理場，處理過程的開端是物料接收池。垃圾被直接傾倒入接收池內(nèi)，經(jīng)過螺旋輸送器運(yùn)送至粉碎分揀裝置，在這個(gè)輸送過程中可實(shí)現(xiàn)破袋，粗粉碎等過程。
根據(jù)不同工藝設(shè)計(jì)，破袋后的垃圾原料可進(jìn)行除油分離處理。油脂在垃圾中以游離態(tài)和固態(tài)存在。游離態(tài)的油脂可通過油水分離去除，固態(tài)油脂經(jīng)過高溫析出，以游離態(tài)存在，再經(jīng)過油水分離去除。分離出來的油脂可作為工業(yè)原料制取具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)品，剩余的廢水仍然具有較高的有機(jī)物含量，進(jìn)入發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)酵，制取沼氣。
分揀粉碎階段主要是實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾中輕重物質(zhì)的分離，雜質(zhì)的去除，垃圾顆粒的減小，（注意：該工藝是目前市場主流工藝，但存在弊端也非常明顯，設(shè)備易損件及維護(hù)成本居高不下，山東宇康環(huán)保工程有限公司自主研發(fā)創(chuàng)新的無破碎技術(shù)，開創(chuàng)了餐廚垃圾預(yù)處理新工藝，具體可按下方二維碼溝通聯(lián)系），在同一設(shè)備運(yùn)行過程中可同時(shí)實(shí)現(xiàn)以上這三個(gè)目的，能夠極大地提高處理效率，優(yōu)化處理結(jié)果，降低運(yùn)行成本。經(jīng)過粉碎分揀后分離出來的雜質(zhì)進(jìn)入衛(wèi)生填埋場填埋，雜質(zhì)的去除率可達(dá)99%。分揀出來的輕重物質(zhì)主要是有機(jī)合成物及金屬物等，可回收再利用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的循環(huán)利用，也符合垃圾處理循環(huán)利用的要求。
經(jīng)過粉碎分揀后的垃圾物料再次進(jìn)行高溫殺菌消毒處理，這是影響到垃圾處理后沼液，沼渣作為有機(jī)肥料使用能否達(dá)標(biāo)的重要過程。我公司嚴(yán)格按照歐洲現(xiàn)行針對(duì)非食用類動(dòng)物副產(chǎn)品殺菌消毒標(biāo)準(zhǔn)（EG 1774/2002）對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行殺菌消毒處理，餐廚垃圾在70℃高溫下經(jīng)過1個(gè)小時(shí)的下毒，避免由此而產(chǎn)生的危害人類健康，導(dǎo)致自然界污染等情況的產(chǎn)生，完全做到餐廚垃圾的無害化，無毒化處理。
4.1.2．水解酸化過程
經(jīng)過一系列機(jī)械化預(yù)處理過程后，餐廚垃圾被制成均質(zhì)漿液，漿液被泵入水解罐內(nèi)進(jìn)行水解酸化處理。水解酸化是整個(gè)有機(jī)物厭氧降解開始，有機(jī)物在水解罐內(nèi)被從大分子水解開，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹行》肿拥挠袡C(jī)酸，同時(shí)伴隨釋放出部分氣體。餐廚垃圾的水解酸化有厭氧菌類參與，由于水解酸化菌類發(fā)揮最佳活性的環(huán)境條件與產(chǎn)甲烷菌類發(fā)揮最佳活性的環(huán)境條件有較大差別，因此為實(shí)現(xiàn)最佳的降解效果，本工藝設(shè)計(jì)為水解酸化過程與產(chǎn)甲烷過程分別獨(dú)立進(jìn)行的兩相發(fā)酵過程，避免出現(xiàn)其他單相工藝容易出現(xiàn)的反應(yīng)器內(nèi)酸化，導(dǎo)致整個(gè)厭氧降解過程受到抑制的不利情況。最大限度的保證厭氧發(fā)酵過程的穩(wěn)定性。
兩相厭氧發(fā)酵工藝在德國眾多有機(jī)垃圾厭氧降解工程中得到應(yīng)用。由于實(shí)現(xiàn)了不同降解過程的獨(dú)立進(jìn)行，大大提高的整體的厭氧降過程的穩(wěn)定性，同時(shí)也提高了產(chǎn)氣效果，增加收益。
4.1.3．產(chǎn)沼氣過程
經(jīng)過水解酸化過程后產(chǎn)生的有機(jī)酸類物質(zhì)通過管道輸送進(jìn)入發(fā)酵罐中，在適當(dāng)?shù)臏囟?，pH值等條件下，在產(chǎn)甲烷菌類的作用下進(jìn)一步降低分子數(shù)最終轉(zhuǎn)化成為甲烷。這一過程是整個(gè)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵的核心過程，從技術(shù)角度講，是否能夠控制好產(chǎn)氣過程，將會(huì)決定一個(gè)餐廚垃圾處理項(xiàng)目的成敗。
本工藝采用帶有中央攪拌器的完全混合式發(fā)酵罐，圓柱形罐體，材質(zhì)為帶玻璃纖維內(nèi)襯鋼制，具有效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、產(chǎn)氣效果好、使用壽命長等特點(diǎn)。發(fā)酵罐有機(jī)負(fù)荷可達(dá)3.5 kgoTS/m3.d，垃圾中有機(jī)物的降解率可達(dá)88%，而通常厭氧發(fā)酵中有機(jī)物的降解率只有65% - 75% 。發(fā)酵罐體積為有機(jī)物降解率的提高意味著單位重量垃圾經(jīng)過過發(fā)酵后沼氣產(chǎn)量的提高，本工藝中每噸餐廚垃圾可產(chǎn)沼氣207.6m3,目前年國內(nèi)投入運(yùn)行的餐廚垃圾厭氧處理廠每噸垃圾的沼氣產(chǎn)量僅為86.4m3。本工藝在產(chǎn)氣能力是該項(xiàng)目的2.4倍。
與傳統(tǒng)的傾斜式攪拌器相比，中央攪拌器具有系列優(yōu)點(diǎn)：
1) 物料在發(fā)酵罐內(nèi)的分布更加均勻
2) 發(fā)酵罐內(nèi)溫度、pH值的分布更加均勻
3) 避免發(fā)酵罐內(nèi)出現(xiàn)沉淀
4) 攪拌死角更小
5) 維修更換方便快捷
6) 能耗較低
此外，本工藝獨(dú)創(chuàng)性地采用了再發(fā)酵技術(shù)。即在發(fā)酵罐后單獨(dú)設(shè)立再發(fā)酵罐。經(jīng)過發(fā)酵后的物質(zhì)進(jìn)入再發(fā)酵罐中再次降解，最大限度的提高垃圾原料中有機(jī)物質(zhì)的降解率，從而提高沼氣的產(chǎn)量，增加發(fā)電量，獲取更多的經(jīng)濟(jì)利益。
位于再發(fā)酵罐頂部還安裝有雙層膜沼氣儲(chǔ)柜，該氣柜具有重量輕，容量大，耐腐蝕，壽命長等特點(diǎn)。并且在氣柜中配有測量控制設(shè)備，可以時(shí)時(shí)監(jiān)控沼氣的生產(chǎn)情況及沼氣品質(zhì)，通過相應(yīng)的控制閥門對(duì)進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)的氣量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，保證發(fā)電機(jī)組能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
4.1.4．沼氣發(fā)電過程
本工藝設(shè)計(jì)厭氧裝置產(chǎn)氣量約為432.45m3/h，經(jīng)過發(fā)電機(jī)組后每年可發(fā)電約800萬度，按照北京市普通三口之家每年用電2400度電計(jì)算，厭氧產(chǎn)沼氣發(fā)出的電量可以滿足約3000多個(gè)普通三口之家一年的用電需求。
除發(fā)電利用外，產(chǎn)生的沼氣在經(jīng)過提純凈化處理符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，還可以進(jìn)入城市市政天然氣管道作為家用燃?xì)馐褂?，或是作為清潔汽車原料使用。在德國，瑞典等國已?jīng)有數(shù)量眾多的此類車用燃?xì)庹就度胧褂?，可?shí)現(xiàn)溫室氣體的減排，延緩溫室效應(yīng)，改善環(huán)境。
4.1.5．發(fā)酵后沼液，沼渣處理利用過程
厭氧發(fā)酵后產(chǎn)物中仍然含有部分有機(jī)物，同時(shí)含有大量的氮，磷，鉀以及微量元素。這些元素是植物生長所必需的優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)成分，如果白白放棄十分可惜，形成極大的資源浪費(fèi)。
目前在歐洲，發(fā)酵后產(chǎn)物直接被用作農(nóng)業(yè)肥料適用，餐廚垃圾處理廠周邊的農(nóng)戶將這些產(chǎn)物用車輛運(yùn)走，直接噴灑在自家的田地上，節(jié)省了購買肥料的經(jīng)費(fèi)。做到了垃圾的減量化處理。
在我國，由于條件所限，這種發(fā)酵后產(chǎn)物的利用方式目前還不能得到大范圍推廣使用，本工藝設(shè)計(jì)了發(fā)酵后產(chǎn)物脫水處理過程，解決發(fā)酵后產(chǎn)物問題。
經(jīng)過脫水后產(chǎn)生了含水量極高的沼液（99%）以及含水量相對(duì)較低的沼渣（65%）。沼液經(jīng)過脫氮等處理達(dá)標(biāo)后可直接排放，沼渣可繼續(xù)制成固體肥料或營養(yǎng)土，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水果蔬菜種植業(yè)、市政園林、沙化土壤改良、重金屬污染土壤治理后恢復(fù)等多個(gè)領(lǐng)域。
4.1.6．廢棄油脂處理再利用過程
廢棄油脂主要是指餐飲企業(yè)，食堂廢棄物中的油脂部分，使用過的食用油以及餐廚垃圾中含有的油脂部分。這其中前面兩種就是人們常說的“地溝油”的主要來源。不法商販通過各種手段將這些廢棄的油脂回收，加工煉制成為廉價(jià)食用油，重新流入市場回到人們的餐桌上，進(jìn)入人體危害人們的身體健康。
本工藝在處理餐廚垃圾的同時(shí)考慮到“地溝油”的危害性，設(shè)計(jì)了廢棄油脂的處理再利用工藝，將分離出來的餐廚垃圾中的油脂與“地溝油”共同處理。油脂在餐廚垃圾中以游離態(tài)和固態(tài)存在。游離態(tài)的油脂通常與餐廚垃圾中的水份混合在一起，這部分油脂的分離可采用油水分離的方式，根據(jù)水與油的密度不同，利用溫度的高低變化，實(shí)現(xiàn)油從水相中的分離。固態(tài)油脂通常是指肉類中含有的脂肪，以固態(tài)形式存在，不能夠利用油水分離方式析出。采用高溫析出的方法，使固態(tài)的脂肪形態(tài)改變，以游離態(tài)存，再經(jīng)過油水分離去除。分離出來的油脂可作為工業(yè)原料制取具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)品，如生物柴油等。分離后剩余的廢水仍然具有較高的有機(jī)物含量，再次進(jìn)入發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)酵，與原有的餐廚垃圾混合，制取沼氣。
化學(xué)原理上講，油脂類物質(zhì)是高級(jí)脂肪酸甘油酯，通過化學(xué)酯交換反應(yīng)或生物酶合成反應(yīng)可將油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油。生物柴油是清潔可再生能源，具有硫含量低，燃燒后含硫廢氣排放少，燃燒性好，安全性好等優(yōu)點(diǎn)，可作為鍋爐，渦輪機(jī)，柴油機(jī)等的燃料使用。加之生物柴油具有獨(dú)特的可再生性，可以說取之不盡，用之不竭，應(yīng)用前景極為廣闊。
5．結(jié)語
餐廚垃圾處理作為一個(gè)新生事物在中國還并不成熟，雖然厭氧發(fā)酵技術(shù)在國內(nèi)科研較多，但針對(duì)餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵處理在實(shí)際的工程應(yīng)用上幾乎是一片空白，只有通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)工藝并加以消化吸收改造，才能夠在較短的時(shí)間內(nèi)追趕上國際領(lǐng)先水平伺機(jī)超越。公司引進(jìn)先進(jìn)成熟經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，與中國實(shí)際情況相結(jié)合，進(jìn)一步消化吸收改進(jìn)，走符合中國國情的餐廚垃圾厭氧處理道路，真正實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾無害化，資源化，減量化處理，改善人民生活環(huán)境，保證人民身體健康，共同創(chuàng)建清潔，美好，幸福的和諧社會(huì)！
