食物垃圾的发酵处理
近年来,随着人们生活水平的提高,对食物的要求也越来越高,既追求色香味俱全,也希望营养均衡、有益健康。人们在用餐时往往会造成食物浪费,而且外出就餐打包的习惯仍不为大多数人接受,残羹剩饭并不少见。综合以上原因,食物浪费的问题已经日益严重,随之而来的食物类垃圾的处理也成了热门研究对象和民众关心的热门话题。各式高新技术层出不穷,相应的政策制度也相继出台。在追求绿色、节能、高效的前提下,微生物发酵处理食物垃圾的技术受到了更多的关注。食物垃圾广泛来源于家庭、饭馆等地方,日产生量大且分布零散。从外观来看水分多、油脂多、成分复杂,且多与包装袋、纸屑等其他种类的生活垃圾混在一起。而食物垃圾最主要的特点是有机质含量高。潘丽爱等分析了吉林大学某餐厅餐厨垃圾的理化性质,该餐厨垃圾pH值为6.8,呈微酸性,其中水分、蛋白质、脂肪、糖类含量分别为73.03%、12.16%、6.23%、4.16%。由此可看出,若不对食物垃圾进行分类处理将会造成极大的资源浪费。由于西北地区以面食为主食,所以在回民街,最常见的小吃大都是面食或面食的加工品,另外也不乏烤肉、羊蹄等肉制品。
由于餐厨垃圾含水量高,热值较低,燃烧时需要添加辅助燃料。另外和其它垃圾一起进行焚烧,往往不能满足垃圾焚烧发电的热量要求,从而造成投资大的现象,同时尾气焚烧过程会产生大量的有害气体,造成环境污染。填埋处置是目前主要针对尚未实行对餐厨垃圾进行单独收运、处理的城市,将餐厨垃圾与其他生活垃圾混合收运,集中进行填埋处置的一种处理方式。由于食物垃圾具有有机质高、含水率高的特点,用这种方式处理往往会产生大量渗滤液和异味,污染土壤和空气。更为严重的是填埋过程中挥发性有机化合物(VFAs)的释放将污染空气,直接威胁到人体健康。好氧堆肥是利用微生物在有氧条件下分解食物垃圾中的有机物,从而生产肥料。这种方法有利于食物垃圾的资源化,但是微生物的生长需要适宜的C/N比、水分、温度、pH、氧气等,堆肥时对以上条件的控制有一定难度。有研究指出,餐厨垃圾堆肥产生的腐殖肥效及安全等级受原料成分影响往往导致肥料品质不佳的现象。微生物发酵处理是指在厌氧条件下通过微生物的代谢活动产生沼气、饲料、蛋白等对人类有益的物质。厌氧发酵生产沼气技术日益成熟,不仅可以将食物垃圾转化为能源,而且剩余的沼渣、沼液可以作为肥料。随着生物技术的发展,筛选合适的微生物菌群发酵食物垃圾的方法日益受到重视。利用该方法处理具有节能环保、资源利用率高等特点,但也具有产气系统运行不稳定、投资大、技术方面要求较高等缺点。
在生物化学领域,通常把厌氧条件下有机化合物进行不彻底分解代谢释放能量的过程称为发酵。目前常用的厌氧消化理论为三阶段理论。第一阶段:水解和发酵阶段。在这一阶段中复杂有机物在微生物(发酵菌)作用下进行水解和发酵。在此阶段,发酵细菌(产酸细菌)起主导作用,它们大多数为专性厌氧菌,但也有大量兼性厌氧菌。第二阶段,产氢、产乙酸(即酸化阶段)。专性产氢产乙酸菌对还原性有机物的氧化作用,生成H2,HCO3-,CH3COOH。同型产乙酸细菌将H2,HCO3-转化为CH3COOH。少量的CH4,CO2,N2生成。此阶段会产生硫化氢、硫酸、粪臭素等副产物。第三阶段,产甲烷阶段。甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和(CO2+H2O)等基质通过不同的路径转化为甲烷。产甲烷菌都是绝对厌氧菌。在厌氧发酵过程中需要根据底物的性质控制、优化发酵条件。
宁波市较早展开对食物垃圾的分类处理。宁波开诚生态技术有限公司采取厌氧发酵法来去除餐厨垃圾废水中的有机物同时回收生物质能。厌氧法工艺流程主要是通过分选装置去除大块物料后再经提油回收其中的油脂,而后经打浆、调质,进入露天的沼气厌氧发酵设备中,温度分别达到2100℃、2180℃,通过对餐厨垃圾残留物进行加工产生沼气在此与某种菌类种接触后,在一定pH和C/N比的条件下,经水解酸化、甲烷化,产生沼气。此外,西安市也有了一些技术尝试。西安洁姆环保科技有限责任公司自成立以来,致力于实现餐厨废弃物的资源化利用和无害化处理。其相关处理办法是利用微生物与生物昆虫独特的生物特征,在风量、湿度、温度、光照、保持在其最佳环境状态下,独特的微生物与生物昆虫比自然分解快几万倍的速度安全分解餐厨废弃物,且不会造成环境污染。同时,该系统利用独特的生物昆虫转化技术将餐厨废弃物转化为生物蛋白,“变废为宝”将垃圾资源化。
微生物发酵处理示范,运作系统由分散收集点、运输设施、集中处理厂等构成。分散收集点。建议在街道上原有普通垃圾箱旁放置带有明显标识的食物专用垃圾桶,容量依实际垃圾产生量而定,供游客投放未食用完的食品。这种食物专用垃圾桶应满足不漏水不渗油、不易损坏变形、化学性质稳定、易于清洗等特点;运输设施。收运车辆应具有良好地密闭性,防止气体和固液内容物散出。应配备和食物专用垃圾桶配套的升降及卸料、固定、控制装置,以便自动化装卸垃圾;集中处理。食物垃圾被收运完毕后,交由食物垃圾处理厂统一处理。经过拣选异物、固液分离、调整PH等预处理,送入专门的发酵罐发酵;管理调度。安排相关人员负责食物专用垃圾桶和收运车辆的清洗、检修、维护,根据人流量适时调度收运工作;责任分配。该工作应由政府主导,号召专业食物垃圾处理公司招标,并给予财政扶持。环保部门负责监督并记录处理效果,进行评价和建议。工商部门负责查处食物垃圾处理公司的运作情况,严禁回收地沟油等违法行为。城管部门协调收运工作,倡导游客正确投放垃圾。该模式旨在为我国食物垃圾无害化、环保化、资源化提供参考,可促进养殖业、饲料产业、相关机械技术产业的发展,同时增加相应工作岗位,为无业人员带来就业机会。
宁波市在该方面起步较早,目前已经形成了相对成熟的“宁波模式”。宁波市早在2006年出台了《宁波市餐厨垃圾管理办法》,要求餐厨垃圾产生单位必须将日常的餐厨垃圾交由统一的垃圾车进行收运,对不执行的单位予以严厉处罚。收运的餐厨垃圾由取得资格许可的企业进行无害化处理,其中厨余垃圾由宁波开诚生态技术有限公司处理。
随着越来越多的食物垃圾产生,其处理问题不可小视。微生物在其中有着重要的作用,利用微生物降解垃圾中的有机物,不仅绿色环保,处理效率高,而且可以获得很多有用的副产品。同时,人们对于食物垃圾的分类意识也应提高。本文以西安市回民街为例提出了食物垃圾微生物发酵处理的运作办法,相信随着生物技术的提高和法律法规的健全,食物垃圾的分类处理将会得到很大改善。
王梦欣 陈博宇 金颖 杨鑫越 杨向平
陕西师范大学
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