食物垃圾的發酵處理
近年來,隨著人們生活水平的提高,對食物的要求也越來越高,既追求色香味俱全,也希望營養均衡、有益健康。人們在用餐時往往會造成食物浪費,而且外出就餐打包的習慣仍不為大多數人接受,殘羹剩飯并不少見。綜合以上原因,食物浪費的問題已經日益嚴重,隨之而來的食物類垃圾的處理也成了熱門研究對象和民眾關心的熱門話題。各式高新技術層出不窮,相應的政策制度也相繼出臺。在追求綠色、節能、高效的前提下,微生物發酵處理食物垃圾的技術受到了更多的關注。食物垃圾廣泛來源于家庭、飯館等地方,日產生量大且分布零散。從外觀來看水分多、油脂多、成分復雜,且多與包裝袋、紙屑等其他種類的生活垃圾混在一起。而食物垃圾最主要的特點是有機質含量高。潘麗愛等分析了吉林大學某餐廳餐廚垃圾的理化性質,該餐廚垃圾pH值為6.8,呈微酸性,其中水分、蛋白質、脂肪、糖類含量分別為73.03%、12.16%、6.23%、4.16%。由此可看出,若不對食物垃圾進行分類處理將會造成極大的資源浪費。由于西北地區以面食為主食,所以在回民街,最常見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。
由于餐廚垃圾含水量高,熱值較低,燃燒時需要添加輔助燃料。另外和其它垃圾一起進行焚燒,往往不能滿足垃圾焚燒發電的熱量要求,從而造成投資大的現象,同時尾氣焚燒過程會產生大量的有害氣體,造成環境污染。填埋處置是目前主要針對尚未實行對餐廚垃圾進行單獨收運、處理的城市,將餐廚垃圾與其他生活垃圾混合收運,集中進行填埋處置的一種處理方式。由于食物垃圾具有有機質高、含水率高的特點,用這種方式處理往往會產生大量滲濾液和異味,污染土壤和空氣。更為嚴重的是填埋過程中揮發性有機化合物(VFAs)的釋放將污染空氣,直接威脅到人體健康。好氧堆肥是利用微生物在有氧條件下分解食物垃圾中的有機物,從而生產肥料。這種方法有利于食物垃圾的資源化,但是微生物的生長需要適宜的C/N比、水分、溫度、pH、氧氣等,堆肥時對以上條件的控制有一定難度。有研究指出,餐廚垃圾堆肥產生的腐殖肥效及安全等級受原料成分影響往往導致肥料品質不佳的現象。微生物發酵處理是指在厭氧條件下通過微生物的代謝活動產生沼氣、飼料、蛋白等對人類有益的物質。厭氧發酵生產沼氣技術日益成熟,不僅可以將食物垃圾轉化為能源,而且剩余的沼渣、沼液可以作為肥料。隨著生物技術的發展,篩選合適的微生物菌群發酵食物垃圾的方法日益受到重視。利用該方法處理具有節能環保、資源利用率高等特點,但也具有產氣系統運行不穩定、投資大、技術方面要求較高等缺點。
在生物化學領域,通常把厭氧條件下有機化合物進行不徹底分解代謝釋放能量的過程稱為發酵。目前常用的厭氧消化理論為三階段理論。第一階段:水解和發酵階段。在這一階段中復雜有機物在微生物(發酵菌)作用下進行水解和發酵。在此階段,發酵細菌(產酸細菌)起主導作用,它們大多數為專性厭氧菌,但也有大量兼性厭氧菌。第二階段,產氫、產乙酸(即酸化階段)。專性產氫產乙酸菌對還原性有機物的氧化作用,生成H2,HCO3-,CH3COOH。同型產乙酸細菌將H2,HCO3-轉化為CH3COOH。少量的CH4,CO2,N2生成。此階段會產生硫化氫、硫酸、糞臭素等副產物。第三階段,產甲烷階段。甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和(CO2+H2O)等基質通過不同的路徑轉化為甲烷。產甲烷菌都是絕對厭氧菌。在厭氧發酵過程中需要根據底物的性質控制、優化發酵條件。
寧波市較早展開對食物垃圾的分類處理。寧波開誠生態技術有限公司采取厭氧發酵法來去除餐廚垃圾廢水中的有機物同時回收生物質能。厭氧法工藝流程主要是通過分選裝置去除大塊物料后再經提油回收其中的油脂,而后經打漿、調質,進入露天的沼氣厭氧發酵設備中,溫度分別達到2100℃、2180℃,通過對餐廚垃圾殘留物進行加工產生沼氣在此與某種菌類種接觸后,在一定pH和C/N比的條件下,經水解酸化、甲烷化,產生沼氣。此外,西安市也有了一些技術嘗試。西安潔姆環??萍加邢挢熑喂咀猿闪⒁詠?,致力于實現餐廚廢棄物的資源化利用和無害化處理。其相關處理辦法是利用微生物與生物昆蟲獨特的生物特征,在風量、濕度、溫度、光照、保持在其最佳環境狀態下,獨特的微生物與生物昆蟲比自然分解快幾萬倍的速度安全分解餐廚廢棄物,且不會造成環境污染。同時,該系統利用獨特的生物昆蟲轉化技術將餐廚廢棄物轉化為生物蛋白,“變廢為寶”將垃圾資源化。
微生物發酵處理示范,運作系統由分散收集點、運輸設施、集中處理廠等構成。分散收集點。建議在街道上原有普通垃圾箱旁放置帶有明顯標識的食物專用垃圾桶,容量依實際垃圾產生量而定,供游客投放未食用完的食品。這種食物專用垃圾桶應滿足不漏水不滲油、不易損壞變形、化學性質穩定、易于清洗等特點;運輸設施。收運車輛應具有良好地密閉性,防止氣體和固液內容物散出。應配備和食物專用垃圾桶配套的升降及卸料、固定、控制裝置,以便自動化裝卸垃圾;集中處理。食物垃圾被收運完畢后,交由食物垃圾處理廠統一處理。經過揀選異物、固液分離、調整PH等預處理,送入專門的發酵罐發酵;管理調度。安排相關人員負責食物專用垃圾桶和收運車輛的清洗、檢修、維護,根據人流量適時調度收運工作;責任分配。該工作應由政府主導,號召專業食物垃圾處理公司招標,并給予財政扶持。環保部門負責監督并記錄處理效果,進行評價和建議。工商部門負責查處食物垃圾處理公司的運作情況,嚴禁回收地溝油等違法行為。城管部門協調收運工作,倡導游客正確投放垃圾。該模式旨在為我國食物垃圾無害化、環?;?、資源化提供參考,可促進養殖業、飼料產業、相關機械技術產業的發展,同時增加相應工作崗位,為無業人員帶來就業機會。
寧波市在該方面起步較早,目前已經形成了相對成熟的“寧波模式”。寧波市早在2006年出臺了《寧波市餐廚垃圾管理辦法》,要求餐廚垃圾產生單位必須將日常的餐廚垃圾交由統一的垃圾車進行收運,對不執行的單位予以嚴厲處罰。收運的餐廚垃圾由取得資格許可的企業進行無害化處理,其中廚余垃圾由寧波開誠生態技術有限公司處理。
隨著越來越多的食物垃圾產生,其處理問題不可小視。微生物在其中有著重要的作用,利用微生物降解垃圾中的有機物,不僅綠色環保,處理效率高,而且可以獲得很多有用的副產品。同時,人們對于食物垃圾的分類意識也應提高。本文以西安市回民街為例提出了食物垃圾微生物發酵處理的運作辦法,相信隨著生物技術的提高和法律法規的健全,食物垃圾的分類處理將會得到很大改善。
王夢欣 陳博宇 金穎 楊鑫越 楊向平
陜西師范大學

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