食物垃圾微生物处理技术的研究进展

摘要：食物垃圾处理技术有多种，但利用微生物固态发酵技术，使处理后的食物垃圾转化成微生物蛋白饲料，对食物垃圾污染的综合治理和资源的可持续利用具有十分重要的意义。
关键词：食物垃圾；发酵；微生物蛋白饲料
随着经济的发展，城市规模的迅速扩大和城市人口的快速增加，全国城市生活垃圾据估计每年超过1.3亿t，人均年产量已达到440kg，且生活垃圾总量以每年8％～10％的速度增长。目前用于城市生活垃圾处理的费用已达100元／t以上，且在不断增加之中。
城市生活垃圾的多少及成分与城市人口、经济发展水平、居民收入和消费水平、消费习惯等有关。在我国城市生活垃圾中，食物垃圾比重较大，一般为50％左右。食物垃圾主要来源于食品工业废弃物、家庭及饮食业在清洗、烹饪过程中扔掉的食物、吃剩的残渣剩菜和因保管不善而变质的食物。食物垃圾数量大，BOD值高，如直接排放，对环境将造成很大的危害。若用食物垃圾直接喂养生猪，可能造成人畜之间疫病的交叉传染。2004年9月8日，北京市十二届人大常委会第十四次会议对《北京市动物防疫条例（草案）》进行初审，草案明确规定，动物养殖场不得使用饭店、宾馆、餐厅、食堂产生的未经过无害化处理的餐厨垃圾饲喂动物，这就意味着今后必须对饲喂动物的餐厨垃圾进行处理。
鉴于以上原因，城市生活垃圾尤其是食物垃圾的无害化、减量化、资源化处理已成为一个十分迫切需要解决的社会问题，引起世界各国政府的高度重视。
1食物垃圾的各种处理方法及存在的问题
1.1固体废物传统处理方法
固体废物（包括生活垃圾）的传统处理方法有填埋、焚烧和堆肥。
填埋法占地面积大，二次污染严重且臭味四处飘散；焚烧法建设投资和运行费用较高，且垃圾在焚烧时会产生二恶英等有害气体；堆肥法处理周期长，易造成二次污染，所生产的堆肥成本较高。上述问题对传统处理方法的应用产生了不利影响。
1.2新兴的食物垃圾处理技术
1.2.1小型生化处理机
国内外目前对食物垃圾的生物处理和处置，应用比较多的是小型生化处理机，生化处理机是利用微生物发酵技术，培养出高温好氧性微生物复合菌种，经过对食物垃圾12～48h降解发酵，使之80％以上成为水蒸气和无害气体，少量的残渣成为有机肥料。生化处理机添加的微生物菌群为有效微生物菌群，它由整个生态系统的五大类微生物中的80余种微生物构成，主要成员有放线菌、乳酸菌、酵母菌、光合细菌。
与传统方法相比，小型生化处理机减少了对周围环境的污染；50～70℃的发酵温度能够杀灭垃圾中的有害细菌和寄生虫；食物垃圾经处理后减量达80％以上。但是，生化处理机能耗大，垃圾处理后再利用率很低（只有10％～20％），菌种生态安全及毒理评价尚需一段时间的检验，上述因素使得大面积应用生化处理机存在一定的难度和风险。
1.2.2食物垃圾粉碎机
目前国外家庭食物垃圾粉碎机一般安装在厨房水槽下，将食物垃圾粉碎研磨后，细小颗粒随流水一起排入污水系统。
由于食物垃圾有机质含量高，当粉碎进入下水道后，必然增加城市污水厂的处理负荷。若直接排到自然水域中，易导致水体富营养化，使水体中的藻类及浮游生物大量繁殖，造成水体的溶解氧下降，其它水生生物大量死亡，从而使水体生态环境遭到破坏。
1.2.3生物发酵制蛋白饲料技术
随着畜牧业生产的集约化，必须保证家畜食用一定数量的蛋白质。据联合国粮农组织（FAO）统计，到20世纪末，全球的蛋白质短缺量约为2500万t。为此，各国都在致力于加速开发新的廉价蛋白饲料，对微生物合成产物如酵母、细菌、真菌、藻类等单细胞蛋白给予极大关注。近年来，利用农副产品下脚料及食品加工业的废渣废液，通过微生物发酵生产单细胞蛋白饲料，取得了一系列的研究成果。
目前发酵工业使用的主要是深层液态发酵，对食物垃圾的发酵研究只是对其中的废液进行液态发酵。液态发酵原料需经过较复杂的加工，好氧发酵过程中氧气的传递需消耗较大的能量，而且使用液体培养基和较大的生物反应器，因此生产率较低。由于液态发酵存在上述问题，现在国内外正在积极研究利用固态发酵技术生产蛋白饲料。
2固态发酵技术的应用
固态发酵技术通过微生物的代谢活动对有机废弃物和秸秆、蔗渣等粗物质进行分解和转化，使饲料中不易被牲畜和家禽利用的大分子物质转变成为易于消化吸收的小分子物质，同时，微生物自身的菌体蛋白提高了饲料的蛋白质含量。
2.1固态发酵的特点
一般发酵工艺过程按照培养基物理性状不同分为固态发酵和液态发酵。固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程，是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固体基质中，用一种或几种微生物进行的一个生物反应过程；而液态发酵是以液相为连续相的生物反应过程。