餐厨垃圾特性和厌氧消化处理技术

马鸿志等针对餐厨垃圾中营养元素含量丰富的特点,利用运动发酵单胞菌对餐厨垃圾发酵生产燃料酒精,采用Plackett-Burman实验设计分析多种酶制剂和营养物质对发酵过程的影响.结果表明,糖化酶和蛋白酶对于酒精发酵影响显著,其他酶和营养物的添加对发酵均无显著影响,说明餐厨垃圾自身所含的丰富营养即可以满足细菌生长的需要。进一步的单因素试验分析表明糖化酶的最佳添加量为100 U/g.当同时添加100 U/g蛋白酶和100 U/g糖化酶时,酒精产量达到最大值53 g/L,比单纯添加糖化酶时产量高10%,其酒精转化率为44%.经酒精发酵后,餐厨垃圾粗蛋白增加了1.5倍且纤维素含量较低,可作为饲料使用.利用餐厨垃圾产酒精不仅处理了污染严重的废物,同时也为酒精生产提供了廉价的原料,具有较高的环境效益和经济效益。
据统计，每吨餐厨垃圾可以提炼出20-80kg废油脂，经过集中加工处理，可以制成脂肪酸甲酯类物质，即生物柴油。生物制柴油是将餐厨垃圾粗加工提炼出垃圾油，其成分和植物油非常接近，可作为生物柴油的半成品原料直接用于生产。国内实验表明，用垃圾油为原料与甲醇进行酯交换反应，用浓硫酸作催化剂，可以制备生物柴油，基本符合美国的生物柴油质量标准。
1.1.3肥料化
餐厨垃圾的有机物含量高，营养素全面，C/N较低，是微生物生产的良好物质，非常适合堆肥原料。并且餐厨垃圾中含有大量的微生物菌种，适合堆肥过程的进行。其中含有的惰性废物如塑料较少，利于堆肥产品的农业利用。针对餐厨垃圾含水率高，脱水难，含盐份高，PH值低的特点，堆肥过程应做相应的调整，从而保证堆肥过程的快速，稳定进行[2]。近年来，堆肥原理和工艺有了很大的发展。任连海等，分别选用3组卧式反应器进行了4因素3水平完全试验和正交试验,对堆料温度、水溶性COD和pH值等餐厨垃圾好氧堆肥过程参数在不同条件下的变化规律进行了研究，以此来考察环境温度、初始含水率、通风量和填料量等因素对餐厨垃圾堆肥进程的影响。结果表明:环境温度、通风量、初始含水率和填料量等不同影响因素对餐厨垃圾好氧堆肥过程均具有显著影响.环境温度、通风量、含水率和填料量等4因素对堆肥减量化率的影响显著性顺序为含水率>环境温度>填料量>通风量。
1.2餐厨垃圾的危害性
目前，全球每年产生的城市生活垃圾约为500亿吨，餐厨垃圾占其中的10-20%。餐厨垃圾对人体健康和环境的影响主要有如下四个方面。
（1）污染大气。由于餐厨垃圾有机物含量高，在短时间内就极易腐化产生恶臭，释放温室气体和人难以接受的恶臭气体。
（2）危害人体健康。我国各大城市的餐厨垃圾很大部分用于了农场畜禽养殖，而这些畜禽特别是猪被人食用存在很大的安全隐患。餐厨垃圾中含有大量致病微生物如猪瘟病菌，肝炎病菌，弯曲杆菌，金黄色葡萄球菌，沙门氏菌等，这些病菌微生物能够通过禽畜引起交叉感染，引发人类多种疾病的传播。如用泔水喂的猪，容易引起人畜共患的疾病口蹄疫，人类食用了很容易感染。另外，现在我国各大城市出现的“地沟油”问题非常严重。“地沟油”中含有黄曲霉素、苯等有毒物质，经过不法途径回到人们的餐桌，供人食用会造成慢性疾病的发生甚至致癌，对人们的身体健康造成极大的危害。
（3）影响环境卫生。餐厨垃圾存放极短的时间就会腐烂变质，颜色异常，气味难闻，产生不良的感官性质，并且会滋生大量的蚊虫，严重影响市容市貌。另外，餐厨垃圾不经过处理直接排入城市下水道，其中的高油脂在下水道中日积月累，容易造成下水道管道中油脂凝结，影响城市排水系统，甚至会堵塞下水道，在大雨洪涝天造成污水上溢。影响城市卫生。
（4）污染水体。餐厨垃圾在运输过程，储存，加工过程中，产生的渗透液如不加处理直接排放在周围的环境中，会通过地表渗透作用随地表径流，流入地表水和地下水中，污染水体环境。据报道[2]，餐厨垃圾的渗透液的COD的浓度高于100000mg/L，2000年太湖的蓝藻事件，很大污染源是餐厨垃圾的渗透液。
2.餐厨垃圾的厌氧消化
2.1厌氧消化技术的原理
厌氧发酵过程是将有机物在特定的厌氧环境下，利用微生物将有机物分解，其中一部分碳水化合物转化成甲烷和二氧化碳。在这个发酵过程中，分解的有机碳化合物种大部分能量储存在甲烷中，少部分有机碳化合物氧化成二氧化碳，释放的能量满足微生物自身生命活动的需求[6]。一般厌氧发酵可分为三个阶段：水解酸化阶段，产氢产乙酸阶段，产甲烷阶段。第一阶段，不溶性大分子有机物，如多糖、淀粉、纤维素、烃类（烷、烯、炔等）水解，主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸；紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺，多肽等。第二阶段，有第一阶段产生的中间产物，丙酸，丁酸等继续分解，产生乙酸，氢气和水。第三阶段，第二阶段产物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和二氧化碳和水等小分子有机物在产甲烷菌的作用下，通过甲烷菌的发酵过程将这些小分子有机物转化为甲烷。厌氧处理工艺的优缺点见表1-3[6]。