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餐厨垃圾处理技术现状、存在及研究进展

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学社贴贴学历认证 发表于 2019-8-23 08:52 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
餐厨垃圾俗称泔水,是日常食物加工、消费、食用过程中产生的边角余料、过期食品、剩菜剩饭、腐烂果蔬等,据统计,我国城市餐厨垃圾现在每年的产量已超过6000万吨,并呈快速增长趋势。
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餐厨垃圾的主要特点是含水率高、有机物含量高、高油脂、高盐度,还容易发酵、变质、腐烂。这些特点不仅使其容易滋生病原微生物,产生大量病毒,而且还会散发恶臭和大量温室气体,如处理不当,会产生严重的环境问题。因此,科学、合理地处理餐厨垃圾成为目前亟需解决的问题。
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1 餐厨垃圾处理技术现状及存在的问题
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1.1 焚烧法
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焚烧法处理餐厨垃圾是将经过预处理后的餐厨垃圾与燃料混合进行燃烧,使餐厨垃圾中的可燃成分彻底的氧化分解。餐厨垃圾经焚烧后,可以减少餐厨垃圾中病原微生物的含量,餐厨垃圾的体积和质量也会被大大减少,为后续处理提供方便。餐厨垃圾焚烧处理过程中会产生二噁英、重金属等大气污染物,如果不经处理会对环境造成一定的危害。此外,餐厨垃圾含水率较高,一般在80%以上,需要进行预处理。而且热值较低,燃烧过程中添加的燃料较多。
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0 C! v) |; R) l7 P; N! T. n8 p1.2 卫生填埋法) ?( ~0 C( I+ I9 |! }0 ^% W2tech.cn

! `8 q) O9 t, T5 n* P$ @餐厨垃圾卫生填埋法是将经过预处理和消毒的餐厨垃圾埋入地下,通常可以和生活垃圾一起填埋。卫生填埋技术成熟、操作管理简单、运行成本低、处理量大、适用范围广。但这种方法占用大量土地资源、易产生填埋气体和垃圾飘尘、填埋过程中产生的渗滤液如果处理不当会造成环境的二次污染,容易导致土壤污染和地下水污染等问题。1 t5 q+ R0 d0 H; Y: g$ E( D2 F: ?) y2tech.cn

5 t* I- d7 x; F1.3 好氧堆肥法
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5 q( T, t" R! M8 }好氧堆肥是在有氧条件下,利用好氧微生物将经过预处理的餐厨垃圾中的有机物进行降解,最终形成稳定的高肥力腐殖质。好氧堆肥法的优点是成本较低、操作安全性高、降低污染和卫生危险、可将垃圾中的有机质变为稳定的腐殖质。由于餐厨垃圾含有油脂、盐分及重金属等难降解物质,好氧微生物不能对其进行彻底氧化,无害化不彻底,容易造成二次污染问题。好氧堆肥时间较长,因此需要占用一定量的土地,而且卫生条件相对较差。这些缺点都制约了好氧堆肥技术的应用。' {& r  [# D. V' _2tech.cn
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1.4 厌氧发酵/ }3 t# b1 u  q& a7 A2tech.cn
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厌氧发酵是指在缺氧的情况下,利用厌氧微生物将经过预处理的餐厨垃圾中的有机物进行降解,最终形成稳定的高肥力腐殖质和沼气。厌氧发酵过程中会产生一定量的沼气,这部分沼气可以收集后作为餐厨垃圾处理厂日常使用,实现了餐厨垃圾的资源化利用。
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7 ^1 u% o% @+ I* V4 V厌氧发酵是在全密封的系统中进行,卫生条件相对较好,操作控制较为简单,不需要通风,运行成本低于好氧堆肥法。缺点是产生的沼渣、沼液需进一步处理。
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2 餐厨垃圾处理技术研究进展—餐厨垃圾联合厌氧消化
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- l7 a2 O: f6 \+ {$ r$ Q餐厨垃圾有机物含量高、营养成分丰富,存在很高的资源化利用价值。然而,焚烧、卫生填埋、堆肥等传统的处理方式存在二次污染难以处置及能源回收受限等问题。通过大量研究表明,餐厨垃圾和一些有机固体废物共同处理时可以提高厌氧消化效率,改善系统的稳定性及甲烷产量。" g: z5 T2 a# N- t: M& B2tech.cn
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2.1 餐厨垃圾与动物粪便联合厌氧消化  U1 |4 O/ D; q% b' H; f" W( g2tech.cn

3 F" P$ I6 g. ~: C% ?) }9 n餐厨垃圾由于有机物含量高,在厌氧发酵过程中容易导致挥发酸含量过高,发酵过程酸化的现象。而动物粪便营养物含量及C/N值低,单独消化时容易产生NH3-N抑制的问题。两者一起处理正好可以解决酸化的现象和NH3-N抑制的问题,提高系统的稳定性。
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维持餐厨垃圾与牛粪比例为2∶1时,比单独的餐厨垃圾产甲烷量提高41.1%,这归因于牛粪中蛋白质含量高,产气性能提升。& t* `; o7 h( |/ C# Q, Z; [2tech.cn

+ Q% r% h& X2 L# H) l8 z2.2 餐厨垃圾与果蔬垃圾联合厌氧消化
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餐厨垃圾中含有盐与油脂,这些物质对厌氧发酵有抑制作用。果蔬垃圾中含有大量的纤维素,对餐厨垃圾来说可以起到浓度稀释作用,减轻盐与油脂对反应体系的抑制作用,提高有机物去除率和产气量,更好的实现垃圾的资源化处理。
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/ X' V* k. C* ^5 D; f  ?吕琛等人通过研究发现果蔬与餐厨的比例为5∶8、进料负荷2%时产气性能最佳,比2%~6%的单一餐厨和单一果蔬原料分别高4.5%~18%和7.1%~510%。7 T/ L5 }$ X$ q: g* X+ ]2 B  `2tech.cn
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2.3 餐厨垃圾与农作物秸秆联合厌氧消化  L. l$ m9 s' Z! s+ g2 n& a+ \2tech.cn
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农作物秸秆主要成分是木质素、纤维素、半纤维等,生物降解较为困难,但农作物秸秆中C/N高,具有较高的发酵潜力。周祺等人研究发现当调节餐厨垃圾与玉米秸秆的混合比例,使原料C/N为20,并高于相同负荷下餐厨垃圾或玉米秸秆单独厌氧消化的产甲烷量。3 i% O* d4 Q- k, U5 k2tech.cn
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2.4 餐厨垃圾与活性污泥联合厌氧消化2 J6 Z. V" c3 ~) B1 \2tech.cn
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活性污泥与动物粪便的性质类似,营养物含量及C/N值低,单独消化时容易产生NH3-N抑制的问题。因此,活性污泥与餐厨垃圾联合处理是可行的。
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精彩评论1

学社编辑 发表于 2019-9-3 12:32 | 显示全部楼层
目前,餐厨垃圾厌氧发酵产氢工艺的发展方向是提高餐厨垃圾的比产氢速率、产氢量和氢气的浓度。采取的主要手段是选育培养高效产氢菌种、调控优势菌种的微生物生态因子,包括添加产氢过程促进剂、降低抑制剂的浓度和改进生物产氢反应器等。# A8 }+ M6 w( C* ~5 p9 b2tech.cn
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(1)餐厨垃圾适宜的厌氧发酵产氢菌群研究。从多种途径(古细菌、土壤、污泥等)获取优势微生物菌种,主要是能实现高的氢气转化率和宽的底物利用范围的菌种,并利用分子生物学手段研究产氢过程中优势菌种的类别和代谢途径,从而为正确调控产氢过程奠定基础。& V9 ~8 R' F' s0 h& H% {: {4 d9 a4 U2tech.cn
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(2)各种生态因子对餐厨垃圾产氢菌群的影响。目前,国内外针对餐厨垃圾开展厌氧产氢过程的研究尚不深入。对于部分生态因子,如温度、PH、停留时间、COD负荷、ORP、碱度和金属离子等对餐厨垃圾厌氧产氢过程影响的研究大多缺乏系统性。7 S7 S, H( G$ n9 q3 Y% e0 R2tech.cn

9 H1 P  ?( ?& |2 i. X(3)碳水化合物(糖类)、蛋白质、脂类物质共存的餐厨垃圾厌氧产氢代谢途径。国内外学者对两相厌氧消化含碳水化合物废水的深入研究结果表明,以糖类作为厌氧发酵产氢底物具有理论可行性。对于脂类物质和蛋白质厌氧发酵的研究很少:长链脂肪酸的厌氧降解一直是个难点,研究长链脂肪酸的产氢代谢途径,还有大量的研究工作需要做;且厌氧条件下蛋白质很快发生脱氨作用,游离氨的大量存在具有很大毒性,会抑制产氢微生物的活性,如何削弱或消除游离氨的抑制作用依然需要进行研究。
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目前,尚未见到研究餐厨垃圾中糖类、脂类和蛋白质三者共存的复杂环境中厌氧产氢代谢途径的报道。因此,开展餐厨垃圾厌氧产氢过程研究的另外一个关键问题为:研究餐厨垃圾厌氧产氢代谢途径,从而强化餐厨垃圾厌氧产氢过程,丰富日益完善的厌氧发酵产氢理论体系。
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(4)餐厨垃圾厌氧产氢过程的抑制剂与促进剂开发。餐厨垃圾厌氧产氢过程中,存在一定的抑制剂和促进剂。餐厨垃圾成分复杂,其中含有多种离子,如Na+、C1-等。此类离子对于其厌氧代谢产氢过程活性微生物群落以及代谢过程产物的作用很少。生物代谢过程中分解作用产生的有机质作为产氢底物或副产物的大量积累,造成对产氢过程的“反馈抑制作用”明显,其避免途径尚需重点研究。餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程是微生物分解有机废物的过程,其中酶起了非常重要的作用,餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的高效低成本酶制剂的开发也是重要的研究内容。
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(5)高效餐厨垃圾厌氧发酵产氢反应器开发。餐厨垃圾厌氧发酵产氢技术的开发与应用离不开高效反应器的开发。反应器的主要作用是通过反应器结构和功能的改变提高餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程中的传热、传质过程、尽可能降低反应过程中的产物抑制。5 {: Y/ F; T" L+ Y- x! N2tech.cn

- b  d7 \, C# Y1 P(6)餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程模拟与控制。餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程影响因素多,过程难于控制,要实现大规模的应用,开发高效实用的餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程模拟与控制具有重要意义。
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; X* z- D( {8 P& N& Q总体来看,餐厨垃圾厌氧产氢是一种较彻底的解决餐厨垃圾环境污染问题的新技术,但实现大规模应用尚需大量的研究开发工作。
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