餐廚垃圾處理研究國內(nèi)外文獻綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u17232餐廚垃圾處理研究國內(nèi)外文獻綜述 1213401國內(nèi)研究現(xiàn)狀 124942國外研究現(xiàn)狀 427251參考文獻 61國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，餐廚垃圾處理主要有填埋、堆肥、飼料化、能源化、機械化處理等五種方式[4-13]。（1）填埋處理填埋處理是大多數(shù)國家處理生活垃圾的主要處理方式，我國大部分地區(qū)的餐廚垃圾都是與普通垃圾一起送入填埋場進行填埋處理的[14-15]，見圖1-1所示。填埋處理由于操作簡便，因此應(yīng)用比較普遍。但是，填埋占用了大量的土地資源，造成處理成本升高。全國城市垃圾堆存累計侵占土地超過5億平方米，每年的經(jīng)濟損失約300億元，累計堆放高達70億噸。由于餐廚垃圾含水率過高，填埋處理餐廚垃圾易產(chǎn)生滲濾液[16-18]，對環(huán)境特別是地下水資源也構(gòu)成嚴重威脅。大部分垃圾填埋場由于沒有處理設(shè)施，或者設(shè)施無法發(fā)揮作用，溢出的滲濾液排入河流和周圍農(nóng)田，雨季時大量垃圾滲濾液進入地下，周邊水體遭到嚴重污染。隨著對餐廚垃圾可利用性的認識越來越廣泛，無論在歐美、日本還是中國，餐廚垃圾的填埋率正在呈現(xiàn)下降的趨勢，甚至有國家禁止餐廚垃圾進入填埋場處理。圖1-1垃圾填埋場Figure1-1Landfills（2）堆肥處理堆肥處理是通過垃圾或者土壤中存在的細菌、酵母菌、真菌等微生物，和垃圾中的有機物發(fā)生生化反應(yīng)使垃圾降解，形成一種類似腐蝕質(zhì)土壤的物質(zhì)，可用作植物肥料，改善土壤的肥力。堆肥的缺點是需用場地較大、處理周期較長，較高質(zhì)量的堆肥方式所需成本較高，推廣困難。由于餐廚垃圾中的油脂和鹽分含量較高，不利于微生物的生長，也制約了堆肥處理的效果。同時，堆肥場地產(chǎn)生的污水和廢氣會產(chǎn)生新的污染，增加環(huán)境負荷。對產(chǎn)生的污水和廢氣進行再治理，增加額外的處理費用。餐廚垃圾的堆肥處理包括好氧堆肥及厭氧消化。好氧堆肥處理是指在有氧條件下，利用好氧微生物分泌的胞外酶將有機物固體分解為可溶性有機物質(zhì)，再滲入到細胞內(nèi)，通過微生物的新陳代謝，實現(xiàn)整個堆肥過程。同時，由好氧堆肥引申出一些類似的方法，如蚯蚓堆肥是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，利用蚯蚓吞食大量餐廚垃圾，并將其與土壤混合，通過砂囊的機械研磨作用和腸道內(nèi)的生物化學(xué)作用，將有機物轉(zhuǎn)化為自身或其他生物可以利用的營養(yǎng)物質(zhì)。好氧堆肥可以最大化的對餐廚垃圾進行利用，但其反應(yīng)時間長，效率較低。厭氧消化處理是指在特定的厭氧條件下，微生物將有機垃圾進行分解，其中的碳、氫、氧轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，而氮、磷、鉀等元素則存留于殘留物中，并轉(zhuǎn)化為易被動植物吸收利用的形式。厭氧消化處理是一個動態(tài)、多相、多介質(zhì)的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)緊密相關(guān)的復(fù)雜過程，有機物的生物、化學(xué)轉(zhuǎn)化及物質(zhì)的傳輸與分布不易監(jiān)控。（3）飼料化處理飼料化處理的基本要求是實現(xiàn)殺毒滅菌，消除或降低不利因素的影響，達到飼料衛(wèi)生標(biāo)準，并最大限度地保留營養(yǎng)成分。目前的飼料市場潛力巨大，由于餐廚垃圾作為原料，價格低廉，供應(yīng)量巨大，產(chǎn)品營養(yǎng)豐富、利潤區(qū)間幅度較大，具有較強的市場競爭力。國內(nèi)生產(chǎn)餐廚垃圾飼料工藝，主要是生物法和物理法。生物法利用微生物菌體將餐廚垃圾發(fā)酵，利用微生物的生長繁殖和新陳代謝，積累有用的菌體、酶和中間體，經(jīng)過烘干后制成蛋白飼料。而物理法是直接將餐廚垃圾脫水后進行高溫消毒，經(jīng)粉碎后制成飼料，可供禽畜食用。飼料化處理所面臨的主要問題是飼料安全問題，我國餐廚垃圾成分較為復(fù)雜，存在很多動物肉類較難分離，而我國國民的飲食習(xí)慣中又有吃各種動物內(nèi)臟的習(xí)慣，這都不可避免地造成了餐廚垃圾中各種動物組織混雜。這些餐廚垃圾飼料化后的產(chǎn)品安全難以得到保障，會引起動物食用同類的問題，潛在的危害不言而喻。目前國內(nèi)的動物源性飼料摻雜現(xiàn)象嚴重，也不可避免地會出現(xiàn)非反芻動物源性飼料產(chǎn)品中含有反芻動物成分，這也存在導(dǎo)致瘋牛病和綿羊癢病發(fā)生和傳播的隱患。因此，飼料化處理存在難以預(yù)測的安全隱患，推廣應(yīng)用風(fēng)險巨大。（4）能源化處理餐廚垃圾的能源化處理，主要包括焚燒法、熱分解法、發(fā)酵制氫三種方式。焚燒法處理餐廚垃圾效率較高，最終產(chǎn)生約5％的利于處置的殘余物，焚燒是在特制的焚燒爐中進行的，產(chǎn)生的熱能可轉(zhuǎn)換為蒸汽或者電能，從而實現(xiàn)能源的回收利用[19]。但是，由于餐廚垃圾的含水率較高，熱值較低，燃燒時需要添加輔助燃料，從而造成投資較大的問題，同時尾氣處理也是一個難題。熱分解法是將垃圾在高溫下進行熱解，使餐廚垃圾中所含的能量轉(zhuǎn)換成燃氣、油和碳的形式，再進行利用。熱分解法具有廣闊的應(yīng)用前景，但技術(shù)尚未達到實用階段，應(yīng)用較少。餐廚垃圾厭氧發(fā)酵制氫技術(shù)屬于生物制氫技術(shù)領(lǐng)域，主要過程為在厭氧或缺氧條件下利用產(chǎn)氫微生物等多種微生物共同作用，將餐廚垃圾中復(fù)雜的有機物水解酸化，同時產(chǎn)生氫氣和二氧化碳等發(fā)酵氣體[20]。當(dāng)前，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者對餐廚垃圾能源化處理方式展開了研究，其中包括：黃珊珊等，以生物高溫發(fā)酵為原理，以堆肥為有機肥原料，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)餐廚垃圾無害化處理的工藝流程及設(shè)備進行論述，使餐廚垃圾達到無害化處理效果[21]。黃麗真提出，利用家庭廚余垃圾中的鮮垃圾制作環(huán)保酵素的方法。環(huán)保酵素是酵素的一種，也叫垃圾酵素，是混合了糖、水和廚余鮮垃圾經(jīng)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的棕色液體。廚余垃圾中的蔬菜葉、菜頭菜尾、果皮、果核等鮮垃圾都可作為制作環(huán)保酵素的原材料。一家3口每周產(chǎn)生4900～7790g廚余垃圾，其中包含2350～3740g廚余鮮垃圾，占廚余垃圾的42%～65%。如果將這些廚余鮮垃圾制作成環(huán)保酵素，至少可減少40%的廚余垃圾量[22]。趙爽提出了一種機械生化處理技術(shù)（EMBT)），該技術(shù)是在歐洲廣泛應(yīng)用的MBT工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的廚余垃圾資源化處理新技術(shù)。餐廚垃圾經(jīng)過處理，產(chǎn)生的主要資源化產(chǎn)品為沼氣和垃圾衍生燃料。沼氣和垃圾衍生燃料可通過潔凈焚燒、工業(yè)窯爐協(xié)同處理等技術(shù)實現(xiàn)高效的熱能利用[23]。（5）機械化處理餐廚垃圾的機械化處理即通過機械設(shè)備對餐廚垃圾進行處理，以達到減量化的目的[24]。機械化處理即粉碎直排，通過機械設(shè)備對餐廚垃圾進行粉碎，粉碎后的餐廚垃圾在水里沖刷下排入城市下水管網(wǎng)。當(dāng)前，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者對餐廚垃圾破碎處理設(shè)備展開了研究，產(chǎn)生了許多理論和方法，其中包括：張艷輝等設(shè)計了一種小型餐廚垃圾粉碎脫水一體機，由粉碎機和脫水機兩部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)在社區(qū)或庭院內(nèi)對餐廚垃圾進行降解，實現(xiàn)有機廢物減量化處理[25]。黃將誠等設(shè)計了一種食物垃圾處理裝置，由蝸輪蝸桿升降機構(gòu)、攪碎機構(gòu)組成。但是該設(shè)備在控制系統(tǒng)的設(shè)計不足，尤其是對攪拌和壓榨的智能切換部分[26]。金榮通等設(shè)計一種廚余垃圾預(yù)處理裝置，使居民在家中可以直接對廚房食物垃圾進行初步處理[27]。劉芳霞設(shè)計了一款食物垃圾處理裝置，利用電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力粉碎食物垃圾。在食物垃圾處理裝置中設(shè)計了3個粉碎腔，以保證食物垃圾研磨細度在3mm以下[28]。李靜等以學(xué)校食堂為服務(wù)對象，針對日處理量600kg的餐廚垃圾處理裝置進行研制，設(shè)計了一款小型化的餐廚垃圾處理裝置。但是不具備雜物篩選功能，無法有效篩選餐廚垃圾中所含有的塑料叉勺、一次性筷子等其它雜物[29]。甄洪鋒針對機械攪拌式家用餐廚垃圾處理設(shè)備的不足，采用振動攪拌方式進行改進設(shè)計。其振動攪拌機構(gòu)是典型的空間垂直單軸偏心激勵系統(tǒng)，與原有家用餐廚垃圾處理設(shè)備相比，在餐廚處理時間和能耗等方面都取得較好效果[30]。2國外研究現(xiàn)狀餐廚垃圾處理設(shè)備的研究在國外發(fā)展趨勢相當(dāng)迅速，尤其是在國外的發(fā)達國家，利用先進的工藝技術(shù)和科技技術(shù)制造了各式各樣的餐廚垃圾處理設(shè)備。在世界范圍內(nèi)，美國、歐洲、日本等國的餐廚垃圾處理技術(shù)較為先進[31-32]。20世紀40年代，美國威斯康星州的設(shè)計師約翰·漢默斯（John·W·Hammes）發(fā)明研制出世界上第一臺家用廚余垃圾粉碎機，見圖1-2所示。使用時，將其安裝在廚房洗滌槽的排水口處，通過研磨腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的刀片將廚余垃圾粉碎后，再將粉碎后的廚余垃圾沖入下水道，見圖1-3所示。他創(chuàng)立的愛適易公司（InSinkErator），于1940年將該產(chǎn)品正式推向市場。如今，美國90%以上的家庭使用這種廚余垃圾粉碎機，一些城市甚至強行規(guī)定每戶家庭必須使用廚余垃圾粉碎機。美國的家用垃圾處理器直接將餐廚垃圾進行破碎后沖入下水道，沒有對其進行生化處理，這種處理方式不僅會造成環(huán)境污染，而且無法使餐廚垃圾變廢為寶，造成資源的浪費。圖1-2家用廚余垃圾粉碎機Figure1-2householdkitchenwastecrusher圖1-3家用廚余垃圾粉碎機安裝圖Figure1-3Installationdrawingofhouseholdkitchenwastecrusher在歐洲，瑞典發(fā)明了垃圾自動收集系統(tǒng)，全世界最大的垃圾自動收集系統(tǒng)就在瑞典首都斯德哥爾摩的漢馬貝濱海新城地下，見圖1-4所示。這是一套密閉式系統(tǒng)，由地面的垃圾箱和一系列隱蔽在地下的豎井和管道組成，垃圾筒直接連接地下運輸管道，這套系統(tǒng)改變了收集垃圾耗時長、污染大、人力投入大的弊端，將有機垃圾、可燃垃圾和紙張這三類垃圾實行全自動化處理。管道中根據(jù)垃圾收集的頻率預(yù)設(shè)了“刮風(fēng)”的時間，每隔一段時間各個管道就像大型的吸塵器一樣被定時開啟，垃圾以每小時70公里的速度在管道內(nèi)運行，最后被吸入中央收集站。瑞典的垃圾回收利用率已經(jīng)高達99%，其中36%被回收利用，14%作為肥料使用，49%焚燒后轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉?，只有不?%的垃圾最后需要填埋處理。雖然瑞典的垃圾自動收集系統(tǒng)回收利用率高達99%，但是我國國土遼闊且地形復(fù)雜，因此瑞典的地下垃圾自動收集系統(tǒng)并不適用于我國。圖1-4瑞典垃圾收集系統(tǒng)Figure1-4Swedishgarbagecollectionsystem在日本，研究者從自然界中篩選出了多種快速降解餐廚垃圾的微生物菌種。這些菌種對甲殼質(zhì)、蛋白、類脂類和纖維素等物質(zhì)具有極強的降解能力。菌種在45-60℃溫度下，可以將餐廚垃圾降解成水、二氧化碳和有機物。通過這些篩選出來的菌種處理餐廚垃圾，餐廚垃圾降解率可以達到90%。綜合國內(nèi)外對餐廚垃圾處理的研究現(xiàn)狀，目前國內(nèi)外研究的餐廚垃圾處理設(shè)備多為小型餐廚垃圾處理設(shè)備以及微生物降解等大型餐廚垃圾處理生產(chǎn)線。小型餐廚垃圾處理裝置主要由投料口、粉碎腔、研磨刀盤、排污口、驅(qū)動電機等組成，其工作原理為：當(dāng)餐廚垃圾從投料口投入設(shè)備內(nèi)部后落到粉碎腔內(nèi)，粉碎腔內(nèi)的研磨刀盤在驅(qū)動電機的帶動下進行高速旋轉(zhuǎn)，從而將餐廚垃圾進行粉碎。被粉碎后的餐廚垃圾通過研磨刀盤上的孔洞，在水流的沖刷作用下流出粉碎腔并從排污口流出。小型餐廚垃圾處理設(shè)備對于分散產(chǎn)生的少量餐廚垃圾如廚余垃圾等，具有操作簡便等優(yōu)點。但其也存在一些不足，第一是用水量較大，增大城市污水的產(chǎn)生量和處理量，增加城市污水處理廠的處理負荷；第二是泔腳廢物在污水管網(wǎng)中，易沉積、發(fā)臭、增加病菌、蚊蠅的滋生和疾病的傳播；第三是廢物中有機組分不能得到資源化利用。微生物降解等大型餐廚垃圾處理生產(chǎn)線雖然對餐廚垃圾的處理降解率較高，但其所需資金投入較大，設(shè)備運維成本較高。由于地域和飲食文化的差異，使得中國的餐廚垃圾相較于美國、歐洲以及日本等國家有很大不同，如果單純照搬國外的設(shè)備與技術(shù)，顯然不能滿足國內(nèi)餐廚垃圾處理的需求。因此，設(shè)計一種新型餐廚垃圾處理裝置，通過一臺整機、一次作業(yè)實現(xiàn)餐廚垃圾的減量化、無害化處理以及資源化利用，解決現(xiàn)有大型餐廚垃圾處理生產(chǎn)線資金投入較大、設(shè)備運維成本較高以及小型餐廚垃圾處理設(shè)備作業(yè)形式單一，無法實現(xiàn)餐廚垃圾資源化利用的問題至關(guān)重要。參考文獻[1]劉敬武.城市餐廚垃圾資源化、無害化、減量化處理研究[J].環(huán)境與發(fā)展,2018,30(06):240-241.[2]趙國蓮,周志勇.餐廚廢棄物無害化處理實踐研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2020,45(10):97-102.[3]常燕青,黃慧敏,趙振振,等.餐廚垃圾資源化處理與高值化利用技術(shù)發(fā)展展望[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2021,29(01):44-51.[4]徐陽,李書航,陳軻,等.餐廚垃圾資源化循環(huán)利用技術(shù)的研究進展[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2020(11):24-28.[5]楊德明,朱亮,周挺進.餐廚垃圾資源化處理技術(shù)研究進展[J].廣東化工,2020,47(22):98-99.[6]劉維維,歐根能,陳華君,等.淺談餐廚垃圾資源化處理技術(shù)及運用[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2020(10):136-137.[7]劉臻.關(guān)于餐廚垃圾無害化處理與資源化利用的思考[J].環(huán)境與發(fā)展,2020,32(09):217-218.[8]張高美,李秋儀,蔡志金.餐廚垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].智能城市,2020,6(12):164-165.[9]邵昭.延安市餐廚垃圾資源化利用研究[D].西安理工大學(xué),2019.[10]金楊.餐廚垃圾特性及處理技術(shù)研究[J].綠色環(huán)保建材,2017(07):222.[11]吳爽.上海某地區(qū)餐廚垃圾特性分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2016,24(05):70-71+73.[12]景學(xué)森,孔芹,孫偉偉,等.宿遷市餐廚垃圾特性分析[J].環(huán)境影響評價,2015,37(05):88-91.[13]張強,稽冶,冀偉.餐廚垃圾能源化研究進展[J].化工進展,2013,32(03):558-562+574.[14]劉玉文.利用生活垃圾填埋場上建設(shè)飛灰固化物填埋場適宜性探討[J].再生資源與循環(huán)濟,2021,14(01):20-24.[15]曹亞新,王宏麗,禹作利.填埋垃圾處置與資源化利用研究[J].環(huán)境與發(fā)展,2020,32(4):66,68.[16]王青龍,楊星.垃圾填埋場滲漏分析及防滲修復(fù)處理措施[J].水電站設(shè)計,2019,35(04):45-49.[17]王亞光,吳玉先,滕瑤,等.餐廚垃圾滲濾液的基本特性分析[J].吉首大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,37(01):69-73.[18]馬超.餐廚垃圾滲濾液厭氧發(fā)酵研究[D].廣西大學(xué),2013.[19]譚秀梅.我國城市生活垃圾焚燒中的問題及處理措施分析[J].環(huán)境與發(fā)展,2018,30(07):229-230.[20]劉新媛,鮑振博,彭錦星,等.餐廚垃圾厭氧發(fā)酵制氫技術(shù)的研究進展[J].天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報,2017,24(02):95-99.[21]黃珊珊,韋建吉.餐廚垃圾無害化處理設(shè)備與應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備,2019,40(05):60-63.[22]趙爽,褚禛,李文昱,等.一種廚余垃圾的機械生化處理技術(shù)的工程應(yīng)用[