幾種餐廚垃圾的生物處理技術(shù)綜述,生物技術(shù)論文

幾種餐廚垃圾的生物處理技術(shù)綜述,生物技術(shù)論文摘要：本文介紹了國(guó)內(nèi)餐廚垃圾的組成及特點(diǎn),具體評(píng)述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外生物處理技術(shù)的研究工作。新型餐廚垃圾生物處理包括好氧堆肥、厭氧消化和蚯蚓堆肥等技術(shù),并對(duì)這些方式方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和比擬。針對(duì)我們國(guó)家垃圾資源化、無(wú)害化、減量化的要求,提出了現(xiàn)有處理技術(shù)的難點(diǎn)和將來(lái)發(fā)展方向。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：餐廚垃圾;好氧堆肥;厭氧消化;蚯蚓堆肥;生物處理技術(shù);Abstract：Thepresentcompositionsandfeaturesoffoodwasteweredescribed.Moreover,theresearchesofrecentdomesticbiologicaltreatmenttechnologywerereviewed,includingaerobiccomposting,anaerobicdigestion,earthwormcompostingandothertechnology.Theadvantagesanddisadvantagesofthesemethodsarecomparedandanalyzed.Givingtherequirementsoffoodwasterecycling,reductionandharmless,theexistingproblemsandfurtherdevelopmentdirectionwerepresented.Keyword：foodwaste;aerobiccomposting;anaerobicdigestion;earthwormcomposting;biologicaltreatmenttechnology;近年來(lái),我們國(guó)家餐飲行業(yè)高速發(fā)展,極大促進(jìn)了市場(chǎng)消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,但隨之而來(lái)的餐廚垃圾問(wèn)題也日益嚴(yán)重。僅2021年,全國(guó)餐廚垃圾產(chǎn)生量約在9900萬(wàn)噸。餐廚垃圾組成一般包含糧食殘?jiān)?、蔬菜、?dòng)植物油、肉骨等,具有含水率高、有機(jī)物含量豐富、易腐爛的特點(diǎn)[1,2]。如不妥善處置,不僅污染環(huán)境,而且造成資源浪費(fèi)。傳統(tǒng)的燃燒、填埋[3,4]等方式雖可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的有效處置,但需配備相應(yīng)的燃燒設(shè)施和填埋場(chǎng)地,且易產(chǎn)生二次污染物。相比之下,采用生物處理技術(shù),投資成本低,二次污染小,易于實(shí)現(xiàn)和推廣,可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾減量化、資源化和無(wú)害化(下文簡(jiǎn)稱三化)[5]。下文簡(jiǎn)述了幾種餐廚垃圾的生物處理技術(shù),并對(duì)其研究現(xiàn)在狀況做了總結(jié)分析。1、好氧堆肥好氧堆肥是利用好氧微生物在有氧條件下將部分吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物質(zhì),同時(shí)釋放環(huán)境微生物生長(zhǎng)活動(dòng)所需的能量,整個(gè)堆肥經(jīng)過(guò)通過(guò)微生物的新陳代謝實(shí)現(xiàn)[6]。好氧堆肥技術(shù)處理能力強(qiáng),產(chǎn)品易于運(yùn)輸,合適當(dāng)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。圖1好氧堆肥法工藝流程姚遠(yuǎn)等[7]利用復(fù)合微生物菌種將餐廚垃圾發(fā)酵分解成有機(jī)肥料,進(jìn)行無(wú)害化處理。整個(gè)經(jīng)過(guò)包括預(yù)處理、固體發(fā)酵、液體肥料生產(chǎn)、廢水處理和除臭,以及有機(jī)肥料分選系統(tǒng)。經(jīng)預(yù)處理的廚余垃圾和PLG百里金發(fā)酵劑進(jìn)入發(fā)酵槽進(jìn)行第一次發(fā)酵。隨后添加復(fù)合菌種用于二次發(fā)酵,二次發(fā)酵經(jīng)過(guò)能夠減少有機(jī)物體內(nèi)水分。最后經(jīng)腐熟,進(jìn)入固體有機(jī)肥制粒。周營(yíng)等[8]針對(duì)餐廚垃圾中的脂肪、蛋白質(zhì)等組分設(shè)計(jì)了微生物接種復(fù)配方案,研究了不同復(fù)配比對(duì)廚余垃圾堆肥效果的影響。結(jié)果表示清楚,米曲霉、地衣芽孢桿菌、解脂假絲酵母、褐球固氮菌、綠色木霉的配比為1.5︰1︰1.2︰1︰2時(shí)對(duì)餐廚垃圾堆肥效果最好,且優(yōu)于接種單一固氮菌。接種量6%時(shí),可降解餐廚垃圾中76.2%的脂肪,氮損失率低至11.8%。Wang等[9]為確定分批好氧堆肥的適宜進(jìn)料比,天天向發(fā)酵罐添加5%、10%和15%的餐廚垃圾。添加量為5%的發(fā)酵罐在油脂降解、降低C/N和腐熟度方面表現(xiàn)更好,添加量10%表現(xiàn)出更高層次的堆肥溫度和更大的氧化量,而添加量15%則會(huì)降低堆肥溫度,可能是由于過(guò)量的水分影響微生物活動(dòng)。而在好氧堆肥經(jīng)過(guò)中,會(huì)產(chǎn)生大量難聞氣味。Wu等[10]在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)餐廚垃圾有氧分解經(jīng)過(guò)中揮發(fā)性有機(jī)硫化物(VOSCs)的排放進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)釋放的VOSCs占餐廚垃圾中硫含量的5.3%,意味著在好氧分解經(jīng)過(guò)中,餐廚垃圾中相當(dāng)多的硫?qū)⒆鳛閂OSCs釋放到大氣中,且超過(guò)95%VOSC的排放發(fā)生在分解前期。該技術(shù)利用好氧微生物將垃圾中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì),經(jīng)過(guò)操作簡(jiǎn)單,便于推廣。然而,餐廚垃圾的高含水量不利于好氧發(fā)酵,高含油量不利于好氧微生物的生長(zhǎng)[[11]。且這項(xiàng)技術(shù)需占用大量場(chǎng)地,會(huì)產(chǎn)生大量難聞氣味,還要對(duì)其進(jìn)行深切進(jìn)入的技術(shù)研究和改良。2厭氧消化厭氧消化是在缺氧條件下通過(guò)兼性厭氧微生物的代謝將廚余垃圾分解成小分子無(wú)機(jī)物質(zhì)。為了到達(dá)餐廚垃圾資源化利用的目的,通過(guò)控制消化條件獲得不同的產(chǎn)物[12]。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)厭氧消化技術(shù)主要用于生產(chǎn)H2、CH4和CO2等。因而該技術(shù)具有更廣闊的前景。圖2厭氧消化法工藝流程厭氧消化經(jīng)過(guò)中會(huì)產(chǎn)生甲烷、氫氣等清潔能源,但會(huì)遭到較低的生成速率影響。Ko等[13]添加AC(活性炭)、AC-Ni、Ni作為厭氧消化經(jīng)過(guò)中的補(bǔ)充劑,探究其對(duì)厭氧消化中啟動(dòng)期的延滯期長(zhǎng)短和甲烷生成速率的影響。發(fā)現(xiàn)添加AC-Ni能夠使啟動(dòng)階段的延滯期縮短67%,CH4的最大生成速率提高50%。Zhao等[14]探究了餐廚垃圾中NaCl含量對(duì)厭氧消化經(jīng)過(guò)中甲烷產(chǎn)率的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),低濃度的NaCl增加了厭氧消化中水解和酸化經(jīng)過(guò),但抑制了甲烷的生成,而過(guò)高濃度的NaCl則會(huì)嚴(yán)重抑制酸化和生成甲烷的經(jīng)過(guò)。并提出餐廚垃圾與活性污泥共同消化能夠明顯減輕NaCl對(duì)甲烷生成的抑制作用。由于餐廚垃圾易酸化,使工藝經(jīng)過(guò)pH低于4.0,并抑制了產(chǎn)酸菌的活性,進(jìn)而影響CH4產(chǎn)量。黃紅輝等[15]利用生物質(zhì)飛灰代替高成本的NaOH緩解有機(jī)負(fù)荷過(guò)高帶來(lái)的嚴(yán)重酸化。研究發(fā)現(xiàn)添加3%生物質(zhì)飛灰顯著提升了甲烷的氣產(chǎn)量,比空白實(shí)驗(yàn)提升了25.15%。在高進(jìn)料負(fù)荷時(shí),生物質(zhì)飛灰的添加起到穩(wěn)定工藝系統(tǒng)的作用。餐廚垃圾中相對(duì)較高的脂肪含量對(duì)厭氧消化也有一定的限制作用。馬宗虎等[16]探究了油脂濃度對(duì)厭氧消化的影響。隨著油脂濃度的增加,厭氧消化經(jīng)過(guò)CH4的產(chǎn)量先增加后減少,在油脂濃度為25%TS時(shí),甲烷產(chǎn)量到達(dá)最大值。在不同的油脂濃度下均未出現(xiàn)有機(jī)酸積累以及pH下降現(xiàn)象,但過(guò)高的油脂濃度會(huì)造成厭氧消化的延滯期增加。厭氧消化技術(shù)自動(dòng)化程度高,所需人力較少,密封條件利于控制惡臭氣體散發(fā),所得產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。但工藝復(fù)雜,總投資較大,反響器內(nèi)生物啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng),微生物對(duì)環(huán)境條件較為敏感。因而對(duì)厭氧消化技術(shù)反響條件進(jìn)行合理優(yōu)化,對(duì)高油、高鹽的餐廚垃圾進(jìn)行預(yù)處理是今后該技術(shù)的重點(diǎn)研究方向[17]。同時(shí),還需要進(jìn)一步研究以了解補(bǔ)充微生物和現(xiàn)有微生物的互相作用。3蚯蚓堆肥蚯蚓堆肥,作為一種新型的可持續(xù)技術(shù)。使用其體內(nèi)豐富的酶(如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等)與環(huán)境微生物共同作用,將垃圾中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為蚯蚓糞生物肥和蚯蚓動(dòng)物蛋白等,蚯蚓本身可以以提取氨基酸等生物制劑或作藥用[18,19,20]。宋雪英等[21]對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行蚯蚓堆肥實(shí)驗(yàn)。分析了垃圾量、溫度、蚯蚓密度對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)廚余垃圾與土壤質(zhì)量比為1︰4,培養(yǎng)溫度為25℃,每500g垃圾接種15條蚯蚓時(shí),到達(dá)最佳的堆肥條件。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注垃圾與土壤質(zhì)量的比例,質(zhì)量比例過(guò)小,能夠在短期內(nèi)促進(jìn)蚯蚓生長(zhǎng),但隨食物減少,蚯蚓體重會(huì)嚴(yán)重降低。當(dāng)質(zhì)量比過(guò)大時(shí),蚯蚓則會(huì)因垃圾腐敗而無(wú)法生存。盡管蚯蚓堆肥有跟高的經(jīng)濟(jì)效益,但蚯蚓的存活環(huán)境需要嚴(yán)格控制,且堆肥能力有限,有待進(jìn)一步研究。4瞻望餐廚垃圾從本質(zhì)上講是一種可利用的資源,應(yīng)采取恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞綄?shí)現(xiàn)餐廚垃圾的三化處置。日益嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)范下,傳統(tǒng)的燃燒、填埋等技術(shù)普適性差,不易于推廣,生物技術(shù)對(duì)環(huán)境壓力小,二次產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,是餐廚垃圾綜合利用的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的單一生物處理技術(shù)難以高產(chǎn)率、高產(chǎn)值處理餐廚垃圾,完善餐廚垃圾組分的分離及處理技術(shù)的綜合運(yùn)用是將來(lái)的發(fā)展方向。以下為參考文獻(xiàn)：[1]張瑞青,杜鵬,梁恒,等.餐廚垃圾厭氧發(fā)酵+好氧發(fā)酵處理技術(shù)工程應(yīng)用[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2021,26(04):90-93.[2]陳滿英,路風(fēng)輝,劉敬勇,等.餐廚垃圾處理技術(shù)及資源化利用研究進(jìn)展[J].廣州化工,2021,46(04):13-16.[3]金楊.餐廚垃圾特性及處理技術(shù)研究[J].綠色環(huán)保建材,2021(07):222.[4]尹亞琳.餐廚垃圾的處理技術(shù)[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2021(06):106.[5]劉立凡,廖永偉,梁捷,等.我們國(guó)家餐廚垃圾處理技術(shù)與研究進(jìn)展[J].廣州化工,2020,42(04):41-43.[6]張劍敏.餐廚垃圾的微生物處理技術(shù)[J].中國(guó)資源綜合利用,2021,35(02):28-29.[7]姚遠(yuǎn),熊建林,程瀟君,等.餐廚垃圾微生物處理工藝實(shí)例研究[J].廣東化工,2020,40(22):103-104.[8]周營(yíng),朱能武,劉博文,等.微生物菌劑復(fù)配及強(qiáng)化廚余垃圾好氧堆肥效果分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2021,12(01):294-303.[9]XiaojunWang,SongqingPan,ZhaojiZhang,etal.Effectsofthefeedingratiooffoodwasteonfed-batchaerobiccompostinganditsmicrobialcommunity[J].BioresourceTechnology,2021,224:397-404.[10]TingWu,XinmingWang,DejunLi,etal.Emissionofvolatileorganicsulfurcompounds(VOSCs)duringaerobicdecompositionoffoodwastes[J].AtmosphericEnvironment,2018,44(39):5065-5071.[11]孟瀟,韓濤,任連海,等.通風(fēng)量對(duì)餐廚垃圾好氧堆肥的影響[J].北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008(03):4-8.[12]安瑩.國(guó)內(nèi)外餐廚垃圾微生物處理技術(shù)研究[J].綠色科技,2021(10):94-95.[13]JaeHacKo,NingWang,TuguiYuan,etal.Effectofnickel-containingactivatedcarbononfoodwasteanaerobicdigestion[J].BioresourceTechnology,2021,266:516-523.[14]JianweiZhao,YiwenLiu,DongboWang,etal.Potentialimpactofsalinityonmethaneproductionfromfoodwasteanaerobicdigestion[J].WasteManagement,2021,67:308-314.[15]黃紅輝,王德漢,羅子鋒,等.生物質(zhì)飛灰對(duì)餐廚垃圾兩相厭氧消化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2021,37(06):1277-1283.[16]馬宗虎,傅國(guó)志,葉駿,等.油脂濃度對(duì)餐廚廢棄物厭氧消化特性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2021,44(03):185-188+211.[17]鄭巧利,王國(guó)芳,劉婷婷.餐廚垃圾資源化處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2021,15(07):143-144.[18]VarmaVS,YadavJ,DasS,etal.Potentialofwastecarbidesludgeadditiononearthwormgrowthandorganicmatterdegradationduringvermicompostingofagriculturalwastes[J].Ec