餐厨垃圾的无害化处理与回收利用

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word格式完美整理餐厨垃圾的无害化处理与回收利用研究ResearchonHarmlessTreatmentandRecyclinguseofFoodResidue可编辑版 word格式完美整理目录1研究背景41.1国外餐厨垃圾处理现状41.2国内餐厨垃圾处理现状71.3研究内容和目的71.3.1研究目的71.3.2预研究内容82餐厨垃圾处理方法综述82.1生物法处理餐厨垃圾82.1.1厌氧发酵工艺92.1.1.1厌氧发酵的原理和影响因素92.1.1.2厌氧发酵的工艺流程122.1.1.3国内外餐厨垃圾厌氧发酵主要设备152.1.1.4餐厨垃圾厌氧发酵技术瓶颈182.1.2好氧增肥工艺182.1.2.1好氧堆肥工艺的原理及工艺系统182.1.2.2好氧堆肥的研究因素及研究进展192.1.2.3好氧堆肥的设备实施及技术难度192.2物理法处理餐厨垃圾212.3餐厨垃圾处理方法小结213餐厨垃圾处理设备存在的问题及发展趋势223.1大型餐厨垃圾处理生产线存在的问题223.2中小型垃圾处理设备存在的问题223.3餐厨垃圾设备发展趋势234行业政策与前景244.1行业政策244.1.1国家政策244.1.2兰州市政策264.2行业前景265总结27可编辑版 word格式完美整理1研究背景餐厨垃圾，俗称泔脚。主要产生于城市居民在生活消费过程中，由于其主要成分为油脂和蛋白等高热量有机成分，所以其极易变质，容易散发恶臭，传播细菌和病毒，容易造成二次污染。剧研究，城市生活垃圾中有机物的含量为40%~50%，主要包括餐余垃圾、餐饮业垃圾、食品行业尾料等，主要以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类物质为主，而且其具有含水率高，油脂盐分含量高，易腐烂、发酵、发臭等特点。产生的渠道主要集中在酒店、食品厂、学校、政府、科研行政机构等。【王星，王德汉，张玉帅，陆日明.国内外餐厨垃圾的生物处理及资源化技术[J].环境卫生工程，2005,13(2):25-28】而餐厨垃圾作为生活垃圾，其危害主要有以下四点：1.环境污染，影响市容；2.危害人体健康；3.传播疾病；4.餐厨垃圾堆放过程中产生的液体渗透到地下水系统，污染地下水。对于餐厨垃圾的处理方式，国内外也总结了很多宝贵的经验。如城市垃圾的处理方式通常有焚烧和填埋，如果将餐厨垃圾和城市其他垃圾进行焚烧，由于餐厨垃圾水分含量常常高达90%左右，发热量为2100~3100kJ/kg，和其他生活垃圾一起进行焚烧，不但不能满足焚烧发电的发热要求（要求5000kJ/kg以上），反而会致使焚烧炉燃烧不充分而产生二噁英；而如果将生活垃圾进行填埋处理，蛋白质油脂等有机物在地表下面不易降解，进而污染土壤和地下水系统。鉴于此，餐厨垃圾不宜与其他生活垃圾（如塑料、纸屑、玻璃等）一起处理，而有必要进行单独处理。[王向会，李广魏，孟虹，马琳，赵国珏.国内外餐厨垃圾处理状况概述[J].环境卫生工程，2005,13(2):41~43]1.1国外餐厨垃圾处理现状对于一般小家庭而言，每种垃圾单独回收需要很大的回收空间，所以近几年国外发展的主要思想就是减量化处理，立足于此，国外小型餐厨垃圾处理机应运而生。国外的餐厨垃圾处理装置大致分为机械研磨型和生化处理型。机械研磨型处理机的主要原理是通过高速运转的刀片将装在内胆里的各种食物垃圾切碎后再将搅拌物冲入下水道，这样的方式既解决了水稻堵塞带来的麻烦，又解决了因垃圾腐烂变质而带来的环境污染。这种装置美国使用较早，早在可编辑版 word格式完美整理20世纪40年代就已经成功研制了家庭食物垃圾处理机，解决了倾倒家庭食物垃圾和存放的烦恼。在美国，餐厨垃圾产生量较大的单位设置了餐厨垃圾粉碎机和油脂分离装置，实现了餐厨垃圾的粉碎和油脂分离技术，而其中分离出来的油脂则送往油脂加工厂（如肥皂厂）加以利用。在日本，松下电子工业公司1993年研制生产的MS-N40和MS-N31垃圾处理机，3~4小时就可处理0.7kg垃圾，机器内置臭氧除臭器，用以除去垃圾的多种气味。而日本精工公司与2000年5月成功地开发出使用磁控管的食物垃圾处理装置。这种装置的最大特点是能将食物垃圾的水分蒸发掉，经干燥后磨碎。这种装置由于采用微波处理装置，可同时杀灭垃圾中的细菌并防止产生有害气体，体积如同复印机大小，可放置在室内，底面有轮子可随意移动，因此对市区饮食店和小型超市尤为适用，具有广阔的市场。图1.1餐厨垃圾处理机Fig.1.1Processorforfoodresidue此外，国外近几年新兴的一中有机垃圾的处理方式——生化处理型餐厨垃圾处理机。又根据出料的时间分为“消灭型”和“堆肥型”。消灭型重在垃圾的减量，适合于居住小区有垃圾就地消除的情况，清除恶臭，避免蚊蝇滋生，也减少了收集运载过程中的环境污染。其主要原理是通过研究微生物，以此为催化剂与餐厨垃圾进行搅拌，往往经过数小时即可将有机垃圾分解为水和二氧化碳。而另外一种堆肥型则是综合了垃圾的减重和重新利用，也就是兼顾了餐厨垃圾的减量化和资源化。堆肥型垃圾处理机是一种添加了高效菌中并控制堆肥条件的动态快速有机垃圾堆肥器。[张宪生，沈吉敏，厉伟等.城市生活垃圾处理处置现状分析.[J].安全与环境学报，2003,3(4):60~64]可编辑版 word格式完美整理用餐厨垃圾制作有机肥料，其基本技术可以分为好氧发酵和厌氧发酵法。经过堆肥后的垃圾肥效高、肥效快、肥效稳定、体积小和致病菌少等优点。该方法的不足之处是必须将垃圾堆进行翻堆，这样才能增加厌氧菌种和垃圾接触的机会，提高垃圾厌氧发酵的速度和确保垃圾处理的效果，尤其是对致病菌的去除效率。图1.2中试厌氧发酵罐Fig.1.2Pilot-scaleananerobicdigester与厌氧发酵相比，好氧发酵具有成本低、工艺操作简单等优势。图1.2显示了好氧发酵的工艺流程。图1.3厌氧发酵工艺流程Fig.1.3Processflowofananerobicfermentative此外，在堆肥方法中国外正在积极发展蚯蚓堆肥法。蚯蚓在自然生态系统中具有促进有机物质分解转化的功能的基础上发展起来的一项生物处理技术。蚯蚓在其新陈代谢过程中吞食大量有机物质并将其与土壤混合，通过砂囊的机械研磨作用和肠道内的生物化学作用促进有机物质发证降解转化。制作饲料是餐厨垃圾的第二大用途，技术主要有高温消毒法和好氧发酵法。餐厨垃圾经过收运后，分拣出大骨头、汤勺等硬质杂物，然后进入粉碎机粉碎，高温消毒后，将微生物、碎玉米、糖等添加剂充分混合后装桶后直接送往禽畜牧场。一套这样的系统可处理餐厨垃圾50t/d，靠出售饲料就能维持运转。据了解，这种微生物不仅能分解食物，还能防止饲料变质，他们正在积极开发“食物残渣加工回收利用”的设备，目的是更好地对餐厨垃圾进行回收利用。可编辑版 word格式完美整理1.2国内餐厨垃圾处理现状国内餐厨垃圾主要用于饲料的生产和堆肥。如图1.4所示。图1.4国内餐厨垃圾的主要去向Fig.1.4ThemaindestinationfoodwasteinChina在国内最早推行餐厨垃圾处理机的厂商有美国的艾默生电气和通用公司，由于进入市场较早，十年来的市场运作给这两个品牌的餐厨垃圾处理机带来了极为可观的市场占有率；之后又有美国擎通集团垃圾处理机介入，其市场份额现已位居第一。同时国内一些厂家也开始研发各自的产品，如江苏省某制造有限公司自行研制开发生产的厨房垃圾粉碎机，主要利用锤头在高速旋转时产生的惯性力将垃圾击碎，再通过齿板、齿田的相对运动进行再次切割、研磨，粉碎后的垃圾随下水道冲走，处理技术的成熟度还有待于提高。又如中国万家电器集团有限公司研制的万家SLC370型食物垃圾处理机，采用湿法厌氧发酵处理垃圾，将餐厨的食物垃圾粉碎成极小颗粒，进入排水系统，经短期发酵后形成淤泥状肥料。该方法仅局限于家庭内就地处理食物性垃圾，所以处理规模小。[王向会，李广魏，孟虹，马琳，赵国珏.国内外餐厨垃圾处理状况概述[J].环境卫生工程，2005,13(2):41~43.]1.3研究内容和目的1.3.1研究目的通过对国内外研究现状的分析，可编辑版 word格式完美整理立足于国内外餐厨垃圾研究现状，研究的目的旨在国内外研究方法及设备的基础上不断改进和发展，制定一套行之有效的设备和方针，最大化的收集和利用餐厨垃圾，不仅要做到城市垃圾的减量，还要变废为宝；不仅要行之有效，还要行之有利。1.3.2预研究内容1.对餐厨垃圾的无害化处理的整个产业链工艺、流程调查、研究；处理餐厨垃圾的方法主要可分为物理法和生物法。其中物理法适用于小型垃圾量的处理。而发酵堆肥法等生物法适用于大中型垃圾量的综合处理。本文只是对其处理方法基本原理及工艺流程等做了一个简单的概述。2.对处理餐厨垃圾的装备配置情况调查、研究；要想实现餐厨垃圾处理的产业化发展，其技术配置情况是必要的，但也是比较难处理的问题。餐厨垃圾种类繁多，单一化的处理方式不足以满足对其的处理问题。所以餐厨垃圾的多元化分析和多元化的处理方式是其难处理的一个问题。3.调查餐厨垃圾处理技术装备的国、内外行业发展现状及技术瓶颈、关键技术等；一是实现基于物联网、GPS及GIS等技术的智能化收运系统，实现餐厨垃圾实时、定量跟踪收运，通过技术手段解决餐厨垃圾收运问题；二是采用干法厌氧发酵方法，解决沼液排放的二次污染问题；三是研发多原料混合厌氧发酵技术；四是开发专门适用于餐厨垃圾物料特性的收运、预处理、发酵、搅拌等专用装备；五是突破传统沼气仅用于家庭炊用的局面，将沼气进行提纯后，制备高品质生物天然气等高值产品，实现高值利用；六是综合利用餐厨垃圾厌氧消化过程中产生的废液、废渣和废气，实现餐厨垃圾完全和生态循环利用。2餐厨垃圾处理方法综述综合国内外餐厨垃圾处理方法，据目前的研究来看，餐厨垃圾大体可分为生物法和物理法两种方法。2.1生物法处理餐厨垃圾可编辑版 word格式完美整理生物法主要采取微生物或者其他生物技术，将餐厨垃圾制成发酵饲料或者肥料，这种处理工艺一般周期比较长，需要对菌种和其他生物选择管理，工艺相对物理方法比较复杂。而生物法又可大致分为厌氧发酵和好氧增肥方法，厌氧发酵工艺相对较为复杂，不过厌氧发酵工艺废物利用率较高，发酵过程中产生的沼气可发电或者用作家用燃气，而好氧增肥工艺则相对较为简单，其代表为蚯蚓增肥法，在美国中西部用运较多。2.1.1厌氧发酵工艺厌氧发酵作为一种绿色环保的技术工艺，近20年来在国内有了较大的发展。它主要利用厌氧微生物，将有机废物高效地降解利用并产生清洁能源气体的技术，不仅满足了当今社会人们对环保的需要，而且还有效的解决了餐厨垃圾的处理问题，变成了可利用的资源。国内早期厌氧发酵技术主要用于废弃污泥和高浓度有机废液的处理，但在餐厨垃圾处理方面用运较少，随着国内餐厨垃圾排放量的日渐增多，餐厨垃圾在城市垃圾中所占的比例也相应的增多，厌氧发酵技术也逐渐被用运于餐厨垃圾的处理上，并且也取得了相应的成果。下面就从餐厨垃圾厌氧发酵的原理和影响因素、工艺流程、设备设施以及技术瓶颈四个方面对厌氧发酵工艺进行一个大致的概述。2.1.1.1厌氧发酵的原理和影响因素(1)厌氧发酵原理：厌氧发酵（又称为厌氧消化）是指在厌氧微生物的作用下，有控制地使废物中可生物降解的有机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化学过程。沼气为混合气体，其主要称为为甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，其中前者约占50~70%左右，后者为30~40%左右，此外其中还有少量的H2S、H2、CO、N2等气体。厌氧发酵主要分为两个过程：厌氧分解过程和生物化学反应过程。有机物分子中含有S元素，以CaHbOeNaSe表示，则其分解过程可表示为:CaHbOeNaSe+4a-b-2c+3d-2e4H2O→4a+b-2c-3d-2e8CH4+4a-b+2c+3d+2e8CO2+dNH3+eH2O图2.1为厌氧发酵的有机降解步骤：可编辑版 word格式完美整理图2.1厌氧发酵的有机降解步骤Fig.2.1Subsequentstepsintheanaerobicdigestionprocess图2.1中显示了厌氧微生物降解大分子有机物质的四个阶段，即水解、酸化、乙酸化和甲烷化。在厌氧发酵过程中，餐厨垃圾中的大分子量物质首先被微生物分解为分子量较小的物质，如糖、多肽和长链脂肪酸等物质。研究表明，在如上四个步骤当中，水解是限速步骤，即水解的快慢直接影响了厌氧发酵过程，其主要原理为在水解过程中，水解酶或辅水解酶首先要吸附在有机大分子颗粒表面，将长链大分子有机质分解成短链聚合物。而第二阶段，生成的短链有机物进一步被产酸菌酸化，生成如葡萄糖、氨基酸和其他短链的有机酸，同时产生少量的NH3和H2S。第三阶段为产乙酸阶段，葡萄糖和氨基酸等物质在乙酸菌的作用下，生成挥发性的脂肪酸（如乙酸和丁酸），同时也会生成少量的H2和CO2。第四阶段为甲烷化阶段，将脂肪酸类、H2/CO2转化成甲烷，在整个发酵过程中，大部分能量将储存在甲烷中，少部分被微生物利用。图2.2为产甲烷菌的代谢类型：图2.2产甲烷菌的代谢模型Fig.2.2Biogchemicalmodelofmethanogenicorganism可编辑版 word格式完美整理(2)厌氧发酵的影响因素：目前的厌氧发酵技术主要采用厌氧活性污泥堆有机质进行高效降解，然而该技术却易受多种因素的影响，如有机质的进料负荷、发酵温度、C/N比、氨氮、挥发性脂肪酸、长链脂肪酸、pH值、物料粒径和微量元素等。[张存胜.厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气的研究[D].北京化工大学,2013]有机负荷对厌氧发酵有重要的影响，负荷较低的情况下，厌氧发酵中发酵菌的分解处理能力相对较弱；而负荷过大的情况下，容易使得发酵酸化，进而导致发酵失败。所以维持比较适宜的有机负荷可以使厌氧发酵高速有效地进行。据研究表明，最大的餐厨垃圾负荷为12.5g·VS/L，对应的沼气和甲烷的长率分别为430mL/g∙VS和245mL/g∙VS。其中VS=W1W0×100%，W0为总质量，W1为挥发性物质的质量。图2.3其他条件不变的情况下有机负荷与甲烷含量的对应关系Fig.2.3RelationshipbetweentheorganicloadingandthemethanecontentC/N比也是影响厌氧发酵的一个重要参数，它不但影响厌氧发酵沼气产率还影响发酵液的氨氮浓度。比较适宜的C/N比有利于微生物的生长。研究表明C/N比在13.9~19.6之间比较适宜，当C/N比为19.6时厌氧发酵能够高效地进行。金属元素包括K、Na、Ca、Mg、Zn、Mn、Ni、Mo等元素。微生物的生长出了需要营养元素外，还需要金属元素，这是由于生长过程中很多酶和辅酶需要一定量的金属元素。例如，在三磷酸腺苷的合成过程中，Na元素起到了相当重要的作用。氨氮和挥发性脂肪酸对微生物降解过程也有重要的影响。其中氨气的含量主要对pH值有调节作用。此外，微生物的生长过程，对发酵体系的pH可编辑版 word格式完美整理值也有要求，且每种微生物所适宜的pH环境也有所不同。比如产甲烷菌的适宜pH值为6.5-7.5，就是中性；而产酸菌的生长适宜pH值为4.0-8.5，偏酸性好一点。温度对发酵的影响也是不容忽视的。微生物与餐厨垃圾混合时，微生物分泌出的生物活性酶会对有机溶质进行讲解，而我们知道，每种生物酶必须要在适宜的温度下才具有活性，才能最大限度地进行发酵。研究表明，适宜厌氧发酵的温度范围有两个[此处标注文献论文13页]，分别是中温(30-37℃)和高温(45-55℃)。图2.3为不同温度下某有机溶剂沼气产量。图2.4不同温度下某有机溶质的沼气产量Fig.2.4Biogasprductionoforganicsoluteatdifferenttemperatures2.1.1.2厌氧发酵的工艺流程现阶段的厌氧发酵工艺流程可主要分为三个阶段：液化阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。可分为单相工艺和双相工艺。图2.5厌氧发酵各个阶段流程示意图Fig.2.5Diagramofvariousstageforanaerobicfermentative(1)首先是液化阶段(Liquefactionstage)。液化阶段的主要化学反应式为：蛋白质+nH2O→氨基酸+脂肪酸+NH3+CO2+H2SC3H5(RCOO)3+3H2O→C3H5(OH)3+3RCPPH（脂肪）（甘油）（脂肪酸）可编辑版 word格式完美整理2C6H10O5+nH2O→nC12H22O11→2nC6H12O6（碳水化合物）（双糖）（单糖）由反应式可知，在液化阶段，主要由大分子物质通过微生物的降解作用分解为小飞子的脂肪酸、甘油和糖类物质。(2)其次是产酸阶段(Acid-productingstage)。液化阶段产生简单可溶性有机物（丙酸、丁酸、乳酸，醇、酮、醛，还有糖类物质等），在产氢菌和产乙酸菌的作用下，进一步分解成乙酸和H2等。简单可溶性有机物产甲烷菌、产醋酸菌的作用甲醇＋甲酸＋乙酸+CO2+H2(3)最后一个阶段是产甲烷阶段，化学反应式如下：CH3COOH→CH4+CO24H2+CO2→CH4+2H204HCOOH→CH2+3CH2+2H2O4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O4(CH3)3N+6H2O→9CH4+3CO2+4NH34CO+2H2O→CH4+3CO2由反应式可知，产甲烷阶段之后产生的气体主要为甲烷和二氧化碳，此外还有少量的氨气和硫化氢。下面介绍一下单相和双相工艺。(1)单相工艺单相工艺是指厌氧发酵降解有机物质的过程在一个反应器中进行，其反应简单工艺示意图如图2.5所示。[张存胜]图2.6单相工艺Fig.2.6Singleanaerobicdigestionprocess可编辑版 word格式完美整理餐厨垃圾经过预处理之后进入发酵罐，在厌氧微生物的作用下，有机质被转化为沼气，发酵结束后废水直接被排出。单相工艺主要包括升流式厌氧污泥床（UASB）、连续搅拌反应器（CSTR）和膨胀颗粒污泥床（EGSB）等，其结构图见图2.7所示。图2.7单相工艺的厌氧反应器（A：USAB；B：EGSB；C:CSTR）Fig.2.7Anaerobicdigesterinsingle-stageanaerobicdigestion（A:USAB;B:EGSB;C:CSTR）图2.7A为UASB结构图，厌氧微生物吸附在污泥床的床层中，产生的沼气在反应器顶端收集，废水由顶端侧方位排出。有机质或废水由反应器底部进入反应器后，首先与污泥床接触，在接触过程中，厌氧微生物将有机质降解、产生沼气，有机质降解完毕后，废水继续上升，从而排出容器。EGSB则相比于UASB有拆流板，活性污泥一直处于膨胀状态，沉降性能比UASB好，增大了活性污泥与有机质的接触面积。而CSTR则相对较为简单，在搅拌的作用下，有机质与活性污泥充分混合，传质效果较好，有利于微生物对有机质的降解。(2)双相工艺双相工艺相对于单相而言较为复杂。其大体分为两个阶段，分别为酸化阶段和产甲烷阶段。第一阶段主要是有机物质的降解和酸化，这其中会有部分H2和CO2产生。第二阶段中，第一阶段所产生的酸化物质在产甲烷菌的作用下，分解产生甲烷；另外H2也与CO2可编辑版 word格式完美整理混合产生甲烷。其工艺示意图如图2.8所示：图2.8双相厌氧发酵工艺Fig.2.8Two-stageanaerobicdigestionprocess反应器的类型对双相工艺发酵效率具有重要的影响。在双相工艺中采用了不同的反应器，第一阶段一般为序批式反应器（SBR），第二阶段采用上流式厌氧污泥床反应器（UASB），可以讲海洋类有机废物（海星）高效地转化为甲烷。与单相工艺相比，双相工艺有其自身的优点。第一阶段首先在酸化器中进行酸化，然后进入产甲烷发酵罐中，避免了水解反应的步骤，有效地提高了产气速率。2.1.1.3国内外餐厨垃圾厌氧发酵主要设备目前市场上出现的厌氧发酵主要设备，如发酵罐、发酵箱等装置较多。较为小型的设备如中国万家电器集团有限公司自行研制的玩家SLC370型餐厨垃圾处理器，由于其处理垃圾较小，产生的甲烷一般不做收集，而发酵之后的固态产物可作为高效的农家肥料或者饲料。下面介绍一下集中具有代表性的新型厌氧发酵装置。(1)笼屉式多用固体厌氧发酵装置。这种发酵装置像笼屉一样分为若干阶段，节间密封，可以根据生产规模多节自由组合；克服了固体发酵装卸料不易实现机械化、自动化的缺点。结构构成为：底层罐体，在底层罐体上方设有中间罐体，中间罐体的上方没有覆盖，底层罐体和中间罐体上设有蒸汽入口，罐盖的顶部没有气体出口。这是一种新型的厌氧发酵装置，尤其涉及一种笼屉式多用固体厌氧发酵装置，适用于各种规模固体发酵生产沼气、固体发酵酒精、固体发酵白酒等厌氧或兼性厌氧发酵工艺。这种发酵装置为干性厌氧发酵装置，主要对象是对固体有机垃圾的处理。(2)太阳能厌氧发酵装置。可编辑版 word格式完美整理一种太阳能厌氧发酵装置包括：设有导气嘴、进出料管的腔体，其特征在于：所述腔体的腔壁上至少开设有一个窗口，窗口上安装有太阳能吸收板。本发明设计科学，结构简单、合理。腔体制作采用的材料质轻耐腐性好，成为腔体一侧腔壁的太阳能吸收板不仅具有良好的太阳能吸收功能，还具有较好的保温效果。在光照较好的地区，利用太阳能吸收板所吸收的热能，完全可满足和维持腔体内发酵原料在高温下的发酵，产气率高。由于本装置腔体小而轻，容易搬移或运输。搬家时，将装置内的发酵原料卸空，即可较轻松地将装置搬走，非常实用。尤其适应在高原牧区等太阳能较为充足的地区推广使用。（深圳市普心科技有限公司）(3)产气贮气一体化厌氧发酵装置。本实用新型涉及一种产气贮气一体化厌氧发酵装置。它需要解决降低发酵装置罐顶的制造成本，提高保温性能，供气更加稳定，以及发酵产气效率不够高等问题。本实用新型的发酵装置，有一个罐体，其特征在于所述的罐顶有柔性贮气膜，贮气膜和物料表面之间形成贮气室，贮气膜外有增压膜，两层膜之间形成气密腔，气密腔与增压装置连通。所述的罐体下部还设有搅拌器；罐体上设有带泵的回流装置，回流管上口高于物料表面。(4)地面保温连体浮罩菌巢干式连续厌氧发酵装置。这是一种地面保温连体浮罩菌巢干式连续厌氧发酵装置，它包括厌氧发酵间、贮气室、浮罩，其特征是：在立方体抗压增强框中有A、B两个带有保温层的连体的具有浮罩升降水槽的长方体和有Ｕ型底部构成的地面保温连体浮罩菌巢干式连续厌氧发酵装置，下面有底座，浮罩上有升降导向杆和浮罩控制盘，浮罩控制盘上有控制弹簧和控制杆，浮罩上还有出气导管用导气软管连接A、B两连体发酵装置的一个共同的单向三通阀，发酵装置内有压料格栅，压料格栅内均匀插装有生物膜固体菌巢，A、B两连体发酵装置由Ｌ型液体流动横管连通，出料口由Ｚ型出料管构成，其横管处于发酵间底部并贯通发酵间，上部开有出料口，中间与相邻发酵装置的Ｌ型液体流动横管连通，其竖管在发酵装置前部，竖管上有阀门。下面介绍一下几种厌氧发酵设备的相关信息。其中主要包括厌氧发酵的一些设备型号和性能特点。可编辑版 word格式完美整理表2.1几种发酵设备概述设备名称生产厂家品牌/型号可否定制容量/尺寸微生物代谢类型材质价格范围设备简介实验发酵罐常州三高生物技术工程设备有限公司三高生物是根据客户需要而定制(ml/mm)好氧/厌氧316L不锈钢/SUS304￥100000.00非标配置，配置不同价格不同该设备发酵罐为机械搅拌通风发酵罐，材质较好，选择性较强，可以根据用户不同需求选择不同容量吃存的发酵装置。玻璃钢冷却塔发酵罐安丘市鹏飞玻璃钢厂鹏飞否——厌氧发酵罐——面议耐化学腐蚀，使用寿命长；具有特殊的耐腐性能，可以耐多种酸、碱、盐和有机溶剂。供应发酵罐系列无锡市南泉化工成套设备有限公司太湖/1000是——好氧发酵罐——￥10000.00/套发酵罐为标准式罐型，这种罐型当公称容积在6M3以下时罐采用夹套式。发酵气的冷却或加热，均由夹套来完成。公称容积为6M3以上时，发酵气的冷却由立式排管来担负，在罐内排管的连接方面我们作了改进。这主要避免在罐体上多开孔，开成死角。这种连续方式在实际使用中得到满意的效果。UASB厌氧反应器山东华能金昊环境工程股份有限公司华能金星/ic是直径300*1000（cm）双相厌氧发酵碳钢、不锈钢￥50000.00/套容积负荷高、节省投资和占用面积、抗冲击负荷能力强、抗低温能力强。具有缓冲pH的能力、内部自动循环不用外加动力、出水稳定性好、启动周期短、沼气利用价值高。EGSB厌氧反应器山东华能金昊环境工程股份有限公司华能金星/ic是直径300*1000（cm）双相厌氧发酵碳钢、不锈钢￥50000.00/套容积负荷高、节省投资和占用面积、抗冲击负荷能力强、抗低温能力强。具有缓冲pH的能力、内部自动循环不用外加动力、出水稳定性好、启动周期短、沼气利用价值高。供应拼装式厌氧发酵罐深圳市世纪创佳电子科技有限公司——是——厌氧复合式玻璃钢——该设备采用玻璃钢钢板材质，两层玻璃钢钢板中间夹层为3-D玻璃纤维浸润树脂或pu泡沫填充物。不同玻璃钢板之间由螺丝或者连接管连接固定，设备采用的这种特殊的玻璃钢板材质，具有耐高低温、耐腐蚀、高硬度等特性，设备坚固耐用，可以在较为恶劣的环境中工作。开发的特殊玻璃材质的厌氧发酵罐有多种型号，不同的规格，可以满足不同规模的工程。发酵沼气袋系列梁平县梁山镇兴农沼气池厂——否8（立方米）厌氧改性红泥膜￥700.00~900.00/套沼源牌系列软体沼气池采用国际最新工艺，选材考究，质检严格，物美价廉。整体焊接的进出料袖口和导气管使他的气密性得到了保障，采用的红泥塑料使耐老化性能大大提高，正常使用可达10年以上。本产品重量轻，运输、携带、安装、维护、建池十分方便。可编辑版 word格式完美整理2.1.1.4餐厨垃圾厌氧发酵技术瓶颈厌氧发酵技术处理餐厨垃圾能够获得甲烷和氢气等清洁能源，可解决部分能源问题，同时发酵后的残渣和沼液也可以作为肥料应用于农业生产。餐厨垃圾厌氧产甲烷的工艺已比较成熟，在国外的工程应用实例也较多，但由于餐厨垃圾有机质含量高，厌氧处理过程中易酸化，酸化液会对产甲烷菌的活性产生明显的抑制作用。而厌氧产氢仍处于实验研究阶段，虽然餐厨垃圾等混合底物厌氧产氢过程可行，但影响因素复杂，系统不稳定，同时产氢菌的产氢能力不高成为限制该技术发展的重要因素。因此，在现有餐厨垃圾厌氧发酵研究的基础上，以餐厨垃圾厌氧发酵工程化应用为目的，同时结合有机垃圾的厌氧发酵处理工艺，进一步分析餐厨垃圾厌氧发酵的机理并对厌氧发酵过程的相关工艺条件进行优化，通过选育培养高效产气菌种和调控优势菌种的微生物生态因子提高产气速率和生物气浓度，同时进一步开展两相法产氢产甲烷的研究，通过改进发酵反应器和优化工艺条件提高底物的利用率。2.1.2好氧增肥工艺好氧堆肥工艺是在有氧气的条件下，利用好氧微生物的新陈代谢活动将对堆体中的有机质转化为易被动植物利用的饲料或者肥料的过程。好氧堆肥的温度一般较高，一般在50~60℃左右，所以好氧堆肥一般被称为高温好氧堆肥法。2.1.2.1好氧堆肥工艺的原理及工艺系统好氧堆肥过程一般可分为两个重要阶段。第一阶段是高速堆肥阶段，第二阶段是熟化阶段，通常在堆肥过程中需投加添加剂，以提高堆肥底物的可生物降解性和增加堆体通风性能。好氧堆肥技术降解有机质速度快、堆料分解彻底，同时能有效杀灭病原微生物，是处理高有机质固体废物的一种有效手段。好氧堆肥的工艺系统主要有条垛式、强制通风静态垛式和反应器系统（也称发酵仓）三类。反应器式系统是一种环境可控的堆肥方式，通过对物料封闭的容器控制通风和水分条件，使物料进行生物降解和转化。其不同于前两种系统的最大点在于相对于外部环境的独立性，因此在实验中反应器系统得到了广泛的研究与应用，常用的反应器堆肥系统有固定床式、包裹仓式、旋转仓式和搅动仓式等。此外，蚯蚓堆肥技术是近几年美国新兴的堆肥工艺。可编辑版 word格式完美整理蚯蚓本身是一种杂食性腐生生物，在其新陈代谢过程中会吞食大量有机物，并将其与土壤混合，通过砂囊的机械研磨作用和肠道中生化作用促进有机物分解转化。蚯蚓消化道可分泌蛋白酶、脂肪分解酶、纤维分解酶、甲壳酶、淀粉酶等，能有效分解餐厨垃圾，同时还能抑制堆肥过程中产生的臭味。2.1.2.2好氧堆肥的研究因素及研究进展好氧堆肥技术广泛应用于城市生活垃圾、污泥和家禽粪便等高有机质固体废物的处理。餐厨垃圾的有机物含量高，营养元素丰富，C/N适中，非常适用于作堆肥原料，因此在我国的一些大中型城市也逐渐将好氧堆肥法作为餐厨垃圾资源化处理的一种方式，例如北京市南宫餐厨垃圾好氧堆肥处理厂。目前餐厨垃圾好氧堆肥的研究主要集中在堆肥微生物的选择和控制、堆肥反应器的改进、工艺条件控制优化以及堆肥添加剂的应用等方面。微生物种类和活性是影响堆肥熟化时间和堆肥质量最重要的因素。好氧微生物吸收利用有机物的能力取决于它们产生的可以分解底物酶的活性，堆肥底物越复杂，所需要的酶系统就越多且越综合。好氧堆肥中有机底物的降解主要是以细菌、放线菌和真菌等为主的微生物共同作用的结果，在堆肥过程的不同阶段存在不同的优势菌群，在常温期（<55℃）和高温期（>55℃）微生物群落结构差别较大。通常影响微生物活性的生态因子，如水分、底物C/N、氧含量、温度和pH等均影响好氧堆肥过程，因此在好氧堆肥过程中需合理控制这些生态因子，以使微生物对有机底质的分解处于最佳的水平。2.1.2.3好氧堆肥的设备实施及技术难度好氧发酵主要设备原理及特点。其主要为通风发酵罐类型。好氧发酵将空气或纯氧不断通入发酵液中，供给微生物所需的氧，气泡越小，气液接触面积越大，氧的溶解速率也越快，氧的利用率也越高，产品的产率也越大。通风发酵罐有：气升式、机械搅拌式、自吸式，射流搅拌式等。①气升式发酵罐。特点：结构简单、不易污染、传氧效率高，能耗低、剪切力低、安装维修方便。原理：可编辑版 word格式完美整理空气由下部的喷嘴或喷孔喷入，使发酵液和空气充分接触。由于下部含气率高的培养基比重小，上部含气率低的培养基比重大，比重不同产生的压力差以及压缩空气的动能，推动培养基在罐内沿循环管或导流筒循环。②机械搅拌发酵罐。机械搅拌发酵罐是工厂生产中应用最多的一类发酵罐，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液的溶解氧，供给微生物生长繁殖代谢过程所需的氧。因此，该类罐的空气分布器和机械搅拌系统包括：搅拌桨叶、搅拌轴、搅拌电机、减速机、轴密封、联轴器等的设计是最为关键的地方。③自吸式发酵罐。它是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐优点：省去了空压机及辅助设备；便于自动化、连续化，劳动强度降低；气泡小、溶氧系数高、能耗较低。缺点：罐压较低，易污染杂菌，装料系数不高。根据空气进入罐内的方式不同可分为：转子回转式、喷射式、溢流式三种方式。图2.9好氧发酵罐示意图Fig.2.8Schematicdiagramofaerobicfermentationtank餐厨垃圾好氧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，其缺点是占地面积大、堆肥周期长，同时餐厨垃圾中的高盐分含量不利于微生物的生长，制约了好氧堆肥处理技术的堆肥效果和质量。好氧发酵相比于厌氧发酵，其发酵时间较短，可重复利用性较高。今后应着重研究餐厨垃圾的脱盐工艺以及餐厨垃圾中的盐分对堆肥过程中微生物活性和堆肥产品质量的影响，同时加快研究开发自动化和机械化程度较高的好氧堆肥生化反应器，通过改进堆肥反应器和优化工艺条件缩短堆肥周期，提高堆肥产品质量，同时减小堆肥过程中的臭气对环境的影响。可编辑版 word格式完美整理2.2物理法处理餐厨垃圾物理法处理餐厨垃圾主要包括物理研磨粉碎法和物理分选法。往往在某种情况下，这两种方法综合应用。就是在研磨粉碎的同时，将油脂等可回收利用的有机产物进行分离，如肥皂可以送往制皂厂制成肥皂。其原理较为简单，主要设备为机械研磨粉碎机和物理分选垃圾处理机。其中物理分选处理可以将可回收利用的餐厨垃圾成分进行回收利用。机械研磨型处理方法主要实现了餐厨垃圾的减量化处理，经过研磨粉碎再排入下水道等垃圾通道，防止了堵塞，并且粉碎之后使得餐厨垃圾易于被降解，既达到了减量化的效果，又实现了除臭环保的效果。但是这种方法的不足之处在于，垃圾经过粉碎之后直接排走并没有回收利用，其中的蛋白质脂类等有机物含有丰富的营养，可作为第二资源回收利用。这样直接排出，相当于是二次浪费。机械研磨法的原理很简单，主要是通过高速运转的刀片将装在内胆里的各种食物垃圾切碎后再将搅拌物冲入下水道。早在上世纪40年代，美国就成功研制开发了这种食物垃圾处理机，有效地解决了倾倒垃圾难处理，易腐烂，异味多的情况。而目前美国90%的家庭都使用这种垃圾处理机。相比于生物法，此种方法较为简单易行，也属于小型垃圾处理设备，适用于家庭或其他垃圾产量较小的机构。而通常研磨粉碎法和物理分选法这两种方法可以综合利用，即在研磨的过程中进行油脂的分离，分离出来的酯类物质可作为肥皂等的原料，实现了部分回收利用。此外，餐厨垃圾处理方法中还有焚烧法和填埋法。其中对于焚烧法，餐厨垃圾水分含量达到90%以上，焚烧热值较低，不能满足焚烧发电的热值要求。而对于填埋法，由于餐厨垃圾营养丰富，容易滋生各类细菌，掩埋地下容易造成土壤和地下水的二次污染，所以在处理餐厨垃圾的过程中一般不采用焚烧法和填埋法。2.3餐厨垃圾处理方法小结餐厨垃圾的处理技术繁多，不同的处理技术有着不同的工艺，而不同的处理方法也是有针对性的，对某一种类型或者一定量的餐厨垃圾，有它最适合的处理方法。综上所述，餐厨垃圾最有效，最能实现其回收价值可编辑版 word格式完美整理的处理方法是发酵法，且厌氧发酵利用率更高。但是，餐厨垃圾的范畴是多元化的，繁杂的，所以这就决定了其固有的性质，应该说，在收集和分类过程中的难度和投入远远地超过了对其处理的难度。所以在讨论如何回收利用的同时，先要解决如何对大量餐厨垃圾进行分类和处理。这是一个亟待解决的技术难度。3餐厨垃圾处理设备存在的问题及发展趋势现在虽然有了餐厨垃圾处理的技术支持，不同的餐厨垃圾和聚集形态决定了适应于它的不同的处理技术。但是，在这之中处理设备有许多现实存在的问题。这就是所谓理想化和现实之间的矛盾。3.1大型餐厨垃圾处理生产线存在的问题大型餐厨垃圾处理生产线对餐厨垃圾等有机废物可进行彻底地无害化处理，资源循环再利用效好，但存在以下问题:(1)从收集到处理的时间较长。由于是集中处，首先需要对分散在各个餐饮点处的餐厨垃圾进回收，然后再统一进行处理，增加了运输成本；因厨垃圾中水分含量高，运输过程中极易造成泄漏撒，造成环境污染；餐厨垃圾在运输过程中会滋生量的有害病菌，分泌出的毒素(如黄曲霉素)很难通过微生物的方法再处理掉，只有经过高温蒸煮和烘干工艺实现，增加了设备运行成本。(2)集中处理需要的量较大。如果餐厨垃圾原料不够，将导致处理生产线无法运行．生产线处理200t和处理20t餐厨垃圾需要开机的时间和运行成本相差无几，但产出却悬殊，开机次数越多，亏损越大。近些年，一些地方府建设的大型生产线因为餐厨垃圾处理量不足导致无法正常运行而停产的例子比比皆是。(3)大型生产线还存在设备造价高、占地面积大，处理周期长，维修费和处理费高等问题。3.2中小型垃圾处理设备存在的问题可编辑版 word格式完美整理虽然小型餐厨垃圾处理设备相对于大型餐厨垃圾生产线，占地面积减小，设备运行费用和能耗降低，运输时间和成本减少，但是在目前使用过程中仍然存在一些问题：(1)餐厨垃圾很难实现完全彻底的处理。由于小型餐厨垃圾处理设备减少了设备的体积，一些大型生产线包括的处理系统就必须相应地进行精简，所以小型餐厨垃圾处理设备降解方法单一，对于成分复杂的餐厨垃圾无法针对性地进行处理。同时，设备所能容纳的餐厨垃圾量减少，投入的餐厨垃圾必须及时排出，可能会造成垃圾腐熟度不够，需要在后期做进一步处理。(2)设备集成化程度不够，占地面积不够小。虽然小型餐厨垃圾处理设备的占地体积相对于大型生产线明显减小，但是相对于其他家用电器的体积仍然显得庞大，而且这是建立在大型生产线处理系统精简的基础上，餐厨垃圾的处理效果也造成了一定的影响。(3)餐厨垃圾微生物处理菌种研究针对性不强。由于我国区域性比较强，地方饮食文化、生活习惯存在较大差异，因此餐厨垃圾在性质及组成上会有所不同，这对餐厨垃圾的微生物处理具有一定影响。而小型餐厨垃圾处理设备对投入的餐厨垃圾不再进行分拣，在进行简单预处理后，主要是通过高效的微生物菌剂对餐厨垃圾混合物进行发酵降解。目前仍然没有开发出一种高效的、广泛适用于任何成分的餐厨垃圾处理菌剂。(4)油水分离装置得不偿失。对于废油脂的回收，一般油脂回收设备在处理量达50～200t以上才能产生效益，较适合大规模的集中处理厂应用，而现阶段在小型处理设备上安装油水分离装置是件得不偿失。3.3餐厨垃圾设备发展趋势鉴于餐厨垃圾的特点及出现的上述问题，餐厨垃圾处理设备正向小型化、集成化、自动化及原位处理方向发展，而适合家庭或者小规模单位处理日常有机垃圾使用的小型化设备是研究重点。餐厨垃圾的处理方式可能向如下方面发展。(1)小型化和集成化。由于国内一般家庭或者一般餐饮单位的厨房面积有限，处理设备体积过大会影响厨房内的日常操作，所以集成化程度要求更高、处理方式多元化、占地面积小、垃圾处理彻底是将来小型垃圾处理设备的发展趋势。(2)可编辑版 word格式完美整理高智能化。为了提高餐厨垃圾的处理效果，需要满足生物降解处理最适条件。但由于不同地域的餐厨垃圾成分存在较大差异，导致在处理餐厨垃圾时的条件又可能不同，这就需要设备能根据处理原料的不同改变处理程序，从而实现餐厨垃圾的高效智能化处理。(3)高自动化。由于餐厨垃圾有机质含量较高，在适宜的温度和湿度条件下，极易腐败变质，如果操作人员频繁与之接触，将对操作人员的健康造成威胁，因此要求设备具有高的自动化程度。(4)低能耗及低运行成本。小型餐厨垃圾处理设备的开发实现了餐厨垃圾的就地处理，有效克服了大型生产线收集运输存在的问题，降低了运输成本。如果能进一步降低设备的电耗，将具有更广泛的应用范围。(5)开发针对餐厨垃圾具体成分处理的菌种。对于成分复杂、油脂和盐分含量较高的餐厨垃圾的处理，其添加的生物菌种还要根据餐厨垃圾的特性进一步研究。如果小型餐厨垃圾处理设备对餐厨垃圾的处理能够达到完全彻底，处理后的产品能作为商品进入市场，形成餐厨垃处理的产业链，将有助于设备的进一步发展。因此如何使得小型餐厨垃圾处理设备对餐厨垃圾的进入良性循环，是餐厨垃圾今后发展的方向和动力。4行业政策与前景4.1行业政策4.1.1国家政策近年来，随着餐厨垃圾等固液体垃圾的逐渐增多，严重影响了城市的生产生活环境，所以国家也越来越重视城市的环保工作。环保工作也逐渐形成了产业链，环保产业是一个政策导向性市场，尤其是还处于市场发展阶段的餐厨垃圾处理业，作为新兴产业、朝阳行业，餐厨垃圾处理更是受到国家和各地政府的高度重视和大力支持。近年来，国家出台了一系列政策文件，推动了餐厨垃圾处理产业的快速形成和发展。其主要政策文件有：(1)可编辑版 word格式完美整理2010年5月28日，国家发展和改革委员会等公布了《关于组织开展城市餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点工作的通知》，宣布我国拟选择部分设区的城市或直辖市市辖区开展餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点，8月，发改委正式批准全国33个城市作为首批餐厨垃圾处理试点单位。国家发改委、财政部安排循环经济发展专项资金6.3亿元对33个试点城市(区)给予支持。(2)2010年7月19日，国务院办公厅下发了《关于加强地沟油整治和餐厨废弃物管理的意见》，旨在全面深入治理“地沟油”，规范餐厨废弃物管理，同时探索适宜的餐厨废弃物资源化利用和无害化处理技术工艺路线及管理模式。(3)2011年4月，住建部等16个部门联合发布《关于进一步加强城市生活垃圾处理工作的意见》，《意见》规定，到2015年，50％的社区城市初步实现餐厨垃圾分类收运处理；到2030年，全国城市生活垃圾基本实现无害化处理。目前，除了上述意见和通知外，中央政府尚未出台专门的餐厨垃圾管理法律法规，国家有关部委已经开始准备相关的标准和政策法规，如表4.1所示：表4.1在编餐厨垃圾相关管理政策在编餐厨垃圾相关管理政策《餐厨垃圾管理办法》《餐厨垃圾资源利用技术要求》餐厨废油资源回收和深加工技术标准》《餐厨垃圾处理厂技术规范》《餐厨处理产运行维护技术规程》《餐厨垃圾资源化产物安全质量标准》现行餐厨垃圾相关管理政策表如表4.2所示：表4.2现行餐厨垃圾相关管理政策现行餐厨垃圾相关管理政策《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》《关于餐饮行业产生的废弃食用油脂是否属于生活垃圾的复函》《城市生活垃圾管理办法》《餐饮企业经营规范》《中华人民共和国循环经济促进法》《中华人民共和国畜牧法》《中华人民共和国农产品质量安全法》《中华人民共和国食品安全法》《中华人民共和国动物防疫法》可编辑版 word格式完美整理4.1.2兰州市政策根据2008年对兰州市城区（城关、七里河、安宁、西固四区）所有餐饮单位的餐厨垃圾产生量及经营户基本情况的逐户摸底调查，餐饮经营户共4067户；总营业面积53.92万平方米；每日餐厨垃圾产量为353.64吨；不含水的餐厨垃圾量为208.92吨。兰州市餐饮行业产生的餐厨垃圾中有很大一部分为水分，真正的有机物部分约占总量的40%，这些餐厨垃圾有一部分被直接排入城市管网,造成管道堵塞,大部分被城郊“养猪户”有偿收集后直接喂饲“垃圾猪”，甚至部分废弃油脂被回收、提炼后掺入食用油中非法出售给各类饮食店，另外有少量按普通城市生活垃圾的方式收运和处理。为了解决餐厨垃圾这一长期困扰城市发展、影响食品安全质量的问题，近年来，兰州市委、市政府花大力气整治，并于2007年引进餐厨废弃物资源化利用和无害化处理项目。此外政府部门已向所有餐饮单位配发了装有电子模块的餐厨废弃物收集桶，在重点排放单位安装了监控设备，与工厂调度中心和城市管理部门通联，实时监控餐厨废弃物回收桶的工作状态，实现对餐厨废弃物排放、收集过程的全线监控。启动了信息化管理模式。同时，兰州市政府出台了餐厨垃圾集中处置管理暂行规定，明确规定，如果餐厨垃圾生产单位不按规定向所属主管部门办理产生餐厨垃圾备案手续，不按规定将餐厨垃圾与其他垃圾分类储存，将餐厨垃圾私自排入下水道或以其他方式随意倾倒的，由城管执法部门责令限期改正，逾期不改，处以相应金额的罚款。4.2行业前景目前国家对于承建餐厨垃圾处理的公司要求具备3000万注册资本，能够运行日处理100吨的垃圾。这相对于其他市政工程来说属于要求最低限度。此外餐厨垃圾处理行业主要是民营、私营企业为主，从大型市政工程的角度来看，该行业竞争力相对较小，同时行业市场量大，不确定因素较多，垄断困难。再者，餐厨垃圾处理行业正面临着技术革新，原处理方式不足已满足其回收利用的需求，并且目前厌氧发酵技术作为最资源化的一种处理方式正在被广泛研究和推广。可编辑版 word格式完美整理5总结本文主要对餐厨垃圾的国内外处理现状和餐厨垃圾的主要处理方法，以及对餐厨垃圾处理行业发展前景作了简要的介绍。城市垃圾作为现代化发展的重要产物，其涵盖范围广，物质成分复杂，成为了经济发展中必然的制约因素。随着经济生活水平的提高，人文因素，环境因素越来越被关注。而餐厨垃圾作为城市垃圾的重要组成部分，其对环境的污染是不可忽略的；再者，餐厨垃圾作为高能量的有机物质，其潜在的价值是不可估量的。纵观社会发展形势，餐厨垃圾的研究也在不断地蓬勃发展，垃圾的处理既是环境需要，也是发展需要。可编辑版