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餐厨垃圾资源化技术分析

北极星固废网  来源:志特环境工程    2019/6/27 14:11:38  我要投稿  

北极星固废网讯:餐厨垃圾主要来源于餐饮服务业、家庭和企事业单位食堂等产生的食物加工下脚料(厨余)和食用残余(泔脚)。主要成分包括淀粉类食物、植物纤维、动物蛋白和脂肪类等有机物,具有含水率高,油脂、盐份含量高,易腐烂发臭。随着我们国家经济的飞速发展,城市化进程的逐渐加快,餐厨垃圾的产量呈现出逐年上升的趋势。在国内的大型,特大型城市中如北京,上海,深圳等,餐厨垃圾的日产量已达数千吨,全国餐厨垃圾的年产量达到千万吨,单纯填埋的话,占用大量土地,产生的垃圾渗滤液和填埋气体也需要后期处理,耗费大量人力,物力。

本文就将对几种主流的餐厨垃圾技术进行对比。现有餐厨垃圾资源化处理主要有灭菌制饲料,高温热解技术,好氧堆肥技术,厌氧发酵技术,厌氧发酵又分干式和湿式。在选择时要考虑很多要素,比如投资、技术成熟度,运行管理的技术和成本,地域,政策,处理规模,资源化产品的销路,和经济效益等。

餐厨垃圾饲料化

餐厨垃圾中的营养成分易被动物消化利用,是良好的饲料原料。目前餐厨饲料化的主要技术有生物法和物理法。生物法采取微生物发酵技术制成发酵饲料,但存在着处理周期长、菌种的选择管理、工艺复杂等缺点,难以大规模推广。物理法是将厨余脱水后进行干燥消毒,粉碎后制成饲料,但这种处理方式存在着很多不足。由于脱水后的厨余垃圾导热性能较差,传热速度慢,直接干燥容易造成受热不均,加剧碳水化合物焦糖化和美拉德反应(Maillard reaction) 等非酶型褐变反应,而且物料与氧气直接接触,加快了油脂氧化酸败的速度。此外,由于微生物的抗热性随水分的减少而增强,因此干热消毒所需的温度和时间偏高,对营养物质,特别对维生素等热敏性物质破坏显著。干热处理不能从根本上改善物料的脱油性能,需要单独配备脱脂设备去除油脂,提高了生产成本,而且也无法解决厨余垃圾含盐量过高的问题。因此急需研究开发适于处理我国厨余垃圾,并能同时实现资源化和无害化的新的厨余垃圾饲料化处理技术。

好氧堆肥

好氧堆肥过程是在有氧条件下,利用好氧微生物分泌的胞外酶将有机物固体分解为可溶性有机物质,再渗入到细胞中,通过微生物的新陈代谢,实现整个堆肥过程。

厨余垃圾堆肥的优点是处理方法简单、堆肥产品中能保留较多的氮,可用于农业或制作动物饲料。缺点是占地大、周期长,堆肥过程中产生的污水和臭气会对周边环境造成二次污染,同时厨余垃圾的高油脂和高盐份不利于微生物的生长,另外,厨余垃圾的高含水率与C/N比低又需要大量的高C/N调理剂(秸秆、木屑、稻壳等)进行物料调配,但这些调理剂需要较长的时间才能被分解而使堆肥周期延长,另外有些调理剂还需要事先进行粉碎而消耗一定的能源,因此近年来,大型反应器、强制通风静态垛和条垛堆肥等都受到极大限制,堆肥设备正向小型化、移动化和专用化趋势发展。

厌氧发酵

厨余垃圾的厌氧发酵处理是指在特定的厌氧条件下,微生物将有机垃圾进行分解,其中的碳、氢、氧转化为甲烷和二氧化碳,而氮、磷、钾等元素则存留于残留物中,并转化为易被动植物吸收利用的形式。

采用厌氧发酵工艺处理厨余垃圾具有许多独特的优点:(1)厌氧系统可以处理含固率为10%~25%的有机废弃物,厨余垃圾的含固率一般在15%~20%左右,因此发酵前既不需加水也不需要脱水,简化了前处理,也节约了能耗;(2)通常,有机物碳氮比在20~30间最适合厌氧发酵,而厨余垃圾的碳氮比在10~25之间,非常适合厌氧发酵,如果碳氮比过低还可以添加猪粪和污泥等碳氮比较高的有机废弃物进行调节;(3)在厌氧发酵过程中会有大量沼气产生,除供发酵厂本身使用外,多余能源还可外供,而采用好氧发酵需要大量的额外能耗;(4)厌氧发酵具有有机负荷高、占地少、周期短、对环境造成的负面作用小,特别适合环境要求高的城市;(5)厌氧发酵可以在处理厨余垃圾时,同时处理其它可腐有机物,如粪便、污泥等,并根据各种需求添加相应的添加料,制造特种肥料,提高产品的附加值。

但是,厨余垃圾的厌氧处理目前还存在一系列的问题:(1)由于厨余垃圾中含有较多的不易降解杂质,例如塑料袋、餐具、毛巾和瓶盖等。这些杂质的存在不仅影响发酵,而且影响发酵后肥料的形状和产后的销售。发酵前必须设置预处理系统,将杂质分离;(2)厨余垃圾含有较多的盐分,会导致微生物体内水分渗出,以至活性降低甚至死亡,从而影响生物降解速度和降解程度;(3)在厨余垃圾处理工艺中,前处理和除臭也非常重要;除臭系统应具有除臭,抗生、防污和防尘等功能。

厌氧发酵按固含率分湿式、干式工艺。一般来说,含固率在10%之内的多称为湿发酵,含固率在20%-30%之间的为干发酵。厌氧湿发酵具有启动快,建造管理技术比较成熟,进出了方便等优点,是当年处理有机废物的主流技术,但是也有比较明显的缺点我,如处理单位质量的有机物所悟的反应器容积打,沼液和沼渣分离困难,近年来国内外开发了多种厌氧湿发酵新工艺,开发出了如以芬兰的EcoTec公司为代表的湿式连续单级厌氧消化工艺、以德国的TEB公司为代表的湿式连续多级厌氧消化工艺、以比利时的OWS2Dranco公司为代表的干式连续单级厌氧消化工艺。国内如上海宝山建设的有机垃圾处理厂就采用了湿式动态厌氧发酵工艺。

有机废弃物干式厌氧发酵技术具有节约用水,处理成本低,产气率比较高等特点,目前比较成熟的工艺有比利时的Dranco,法国的Valorga,瑞士的Kompogas和德国的LARAN,而国内关于干式厌氧发酵的研究起步较晚,目前绝大部分工艺还处在实验研究阶段。

热分解法

热分解法是将垃圾在高温下进行热解,使垃圾中所含的能量转换成燃气、油和炭的形式,然后再进行利用。同时垃圾中所含氦、硫、氨等在热解过程中保持还原状态,因而对装置的腐蚀较小。热分解法具有广阔的应用前景,但技术尚未达到实用阶段,目前应用较少。

美国阿贡国家实验室的三位科学家近日发表研究论文,称开发出一种将餐厨垃圾转化为能源的技术。这种技术的基本原理是通过厌氧菌化解、发酵等生物化学,以及水热液化、热解和气化等热化学方法,将餐厨垃圾转化为能源,包括可再生天然气、生物炭、生物油、汽油、柴油和航空燃料。此研究项目由美国能源部能源效率和可再生能源办公室提供资金支持。

运用这种技术既减少了垃圾填埋场占地面积,避免填埋场甲烷等温室气体排放,又能转化为新的能源,将产生很好的经济效应和环保效应。据美国环保署统计,2015年全美垃圾填埋场排放了约1.16亿吨二氧化碳,相当于2900万辆油耗为10公里每升的汽车每年行驶2万公里所排放的二氧化碳总量。

传统的无害化处理技术,仅仅是将其作为废物进行处理,而没有充分利用其潜在的资源价值和回收利用价值,因此,厨余垃圾的资源化处理技术应是未来发展的方向。在选择时要考虑很多要素,比如投资、技术成熟度,运行管理的技术和成本,地域,政策,处理规模,资源化产品的销路,和经济效益等。


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