（环境工程专业论文）餐饮泔水无害化与资源化新技术研究.pdf

! 童三! 堕兰三兰矍圭兰垒竺兰 a b s tr a c t t o d a y ， w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft o w n ， t h eq u a n t i t yo fs w i l l u n c e a s i n g l yi n c r e a s e s h o w e v e r ，b e i n gs h o r to fm a n a g e j l l e n ta n di r r e g u l a r h a n d l i n gh a v e c a u s e das e r i e so fb a di n f l u e n c e so nb o t ht h ee n v ir o n m e n t a n ds o c i e t y ，t h u sr e s o u r c er e c y c l i n go ft h ep o s t c o n s u m e rf o o ds c r a p s b e c o m e so n eo ft h es i g n i f i c a n tr e s e a r c ht o p i c si nt h ef o o da n db e v e r a g e i n d u s t r y t h i ss t u d yi sb a s e do ns w i l lo far e s t a u r a 几ti nt i a n h e b a s eo n t h ea n a l y s i so ft h ei n g r e d i e n t s ，c h a r a c t e r i s t i co fs w i l l ： t h ea r t i c l e s c h e m e so u tas u i to fn e wb l u ep r i n to fs w i l lt r e a t m e n t o nt h ef i r s t ， c l a s s i f y i n gt h es w i l la n dt h r o w i n go f fb i gs u n d r i e s，a n ds m a s h i n gt o s t a r c h i n e s s ， w h i c hd i m e n s i o ni sa b o u t1 5 m m s e c o n d l y ， i ti st h e e x p e r i m e n t sa b o u tt h ec e n t r i f u g a ld e w a t e r i n g t h es 0 1 i do fs w 儿li sd r i e d t om a k ef e e d t h el i q u i do fs w i l li ss e p a r a t e st ow a s t ew a t e ra n do i l t h e w a s t e w a t e ri sd i s p o s e db yt h em i c r o o r g a n i s m ， a n dt h eo i lisa b s t r a c t e d t ob i o l o g i cd i e s e io i l t h ee x p e r i m e n tr e s u l to ft h ei n g r e d i e n to fs w i l ll s ：o r g a n icc o m p o u n d 9 0 ，p r o t e i d e1 6 a n df a t t i n e s si s2 6 e t c t h ee x p e r i m e n tr e s u l to f c e n t r i f u g a ld e w a t e r i n gi sa sf o l l o w s ：b o t he n h a n c i n gt h er o t a t i o n a ls p e e d a n dl e n g t h e n i n gt h ec e n t r i f u g a lt i m e w i l lb ee f f e c t u a lt or e d u c et h e m o i s t u r ec o n t e n to ft h ec e n t r i f u g a l a t e r i a la n de n h a n c et h ec e n t r i f u g a l e f f e c t ：t h ev o l u m er a t i oo fs o li d 、w a t e ra n do i1i s4 2 ：1 7 ：l ，a n dt h eo il c o n c e n t r a t i o no f1 i q u i di s5 9 m g l t h ew a s t ew a t e ri st r e a t e dw i t h a n a e r o b i c a e r o b i cm i c r o o r g a n i s m t h eo i li sr e c l a i m e d t h ee x p e r i m e n t r e s u l to fd r y n e s sisa sf 0 1l o w s ：1 2 0 、2 0 m i n sf o rt h eb e s td r yt e m p e r a t u r e a n dd r y n e s st i m e t h em o i s t u r ec o n t e n tb a s e do nd r y n e s sw e i g h t i s o 1 9 g ( d r y n e s sw e i g h t ) ，a n dt h em a t e r ie 1 i ss e c u r ea n ds t e a d y ，m o r e o v e r ， t h ea r t i c l ea l s ot a k e st h ep r o j e c to fd e a li n gw i t h5 0t o n sf o o ds c r a p sp e r d a ya sa ne x a j i l p l e b yt h ee x a m p l e ， t h i sp a p e ra n a l y s e se f f i c i e n c yo ft h i s t e c h n o l o g yo ne c o n o m y 、 e n v i r o n m e n ta n ds o c i e t y ， t h ea n a l y t i cr e s u l t s i n d i c a t e s ：t h ed e v e l o p m e n to ft h i ss t u d yg e t s1 0 n gs o c i e t y sc a l l ，h a st h e w i d e s p r e a d s o c i a l s t r e n g t hs u p p o r t t h ee c o n o m i c e f f i c i e n c y ， t h e e n v i r o n m e n t a la n dt h es o c i a le f f i c i e n c yise n o r m o u s k e yw o r d s ：s w i l l ； r e s o u r c er e c y c l i n g ：c e n t r i f u g a ld e w a t e r i n g ：d r y ：w a s t e w a t e rt r e a t m e n t i i i 第一章绪论 第一章绪论 泔水又称潲水是人们家中、集体食堂、饭店以及餐厅等处废弃的剩饭剩菜， 包括米和面粉类食品残余、蔬菜、动植物油、肉骨、鱼刺等，主要成分包括淀粉、 纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等，同时含有一定量的钙、镁、钾、铁等微量元 素。餐饮泔水则主要是指人们在饭店、餐厅以及集体食堂等处废弃的剩饭剩菜， 又称餐饮垃圾，其相对人们在各自家中产生的泔水具有成分复杂、集中以及易管 理，收集后采取适当的措施便可资源再利用等特点。随着社会经济的快速发展、 城市规模的迅速扩大和城市人口的增多，餐饮泔水的产生量也不断增加，而缺乏 管理和不规则处置导致了一系列不良的社会影响，且这种影响愈演愈烈，因此， 餐饮泔水无害化和资源化处理是我国餐饮业面临环境保护的重要研究课题之一。 1 1 本课题来源及研究背景 本研究课题“餐饮泔水无害化和资源化新技术研究”是在餐饮泔水治理技术 的研究开发迫在眉睫的背景下开展的，根据广东省餐饮业的快速发展，泔水日益 增多，泔水成分依不同的餐饮情况变得越来越复杂，开展这方面的研究工作十分 重要。本课题来源于广东省科技计划项目“餐饮泔水无害资源化治理成套技术研 究开发”，项目编号：2 0 0 4 a 3 0 4 0 4 0 0 3 ，课题研究获得广东省科技厅的资助。 随着循环经济日益成为全国范围内关注的“热点”，关注餐饮垃圾的综合利用， 建立餐饮泔水有效的管理体系和开发高效的治理技术已刻不容缓，这种呼声已处 处可闻“3 。例如在2 0 0 3 年全国人代会上，民进重庆市委副主委陈贵云、重庆市环 保局局长张绍志等人大代表向大会提交了一份“关于加强城市泔水管理，保障食 品安全的建议”；张绍志等强烈呼吁国家要及时制定相关的法规，禁止城市泔水 直接用来喂猪，杜绝城市餐饮业“泔水油”进入市民餐桌，为加强对城市餐饮业 的泔水监管提供法律保障：并指出要根治泔水喂猪和“泔水油”流回餐桌，必须 给泔水一个合理的出路，鼓励企业对餐饮业所产生的泔水回收并进行综合利用； 最好由一个部门牵头，其他部门配合，加大执法力度，对于私自买卖、运输泔水 广东工业大学工学硕士学位论文 或泔水流向不明的，要予以高额罚款、吊销营业执照等严厉处罚，以此保障人民 群众的身体健康。在广州市2 0 0 3 年3 月2 1 日骆毅刚等5 名政协委员就广州地区 餐饮业潲水油的污染问题向市政协十届一次会议提交了一份提案，呼吁“通过政 府协调，市场运作的原则将潲水油资源化，使它产生更高的附加价值，变废为宝、 变弊为利，从根本上杜绝潲水油带来的巨大危害”。2 0 0 5 年政协北京市第十届委 员会第三次会议委员提案( 第0 8 2 7 号) “关于加强北京市餐饮业垃圾处理的建议”， 提案指出，全部餐饮业垃圾处理应有统一管理和规范，制定科学合理的奖惩办法； 此项工作看起来不起眼，但关系到北京首都的整体形象，更反映“新北京、新奥 运”的质量和水平，应还北京一个整洁卫生的环境。在全国其他城市，各级政府 和环境管理、科研部门为解决餐饮泔水污染及不法生产经营的严重问题正在纷纷 采取措施。 正是在全社会普遍关注餐饮泔水处置问题的大背景下，本课题以广州市天河 区某酒店餐饮泔水为研究对象，分析泔水的物质成分，物理性质和化学性质，寻 找泔水资源综合利用的途径，从而达到餐饮泔水无害化和资源化的目的。 1 2 研究意义目的 本研究课题“餐饮泔水无害化和资源化新技术研究”应和了社会的呼声，有 广泛的社会力量支持，因此该治理技术将具有巨大的市场潜力和良好的发展前景， 其意义重大不言而喻，归纳起来其中主要的意义如下： ( 1 ) 减少环境污染，提高城市形象数量巨大的餐厨泔水若和城市其他垃圾 混在一起进入垃圾收运体系，不仅产生令人不快的气味影响周围环境，而且直接 影响城市排污系统的运行，一方面由于其容易造成排污渠道堵塞而引起其他负面 效应，另一方面也加重了城市除污系统的负担。 ( 2 ) 保护人类身体健康首先，由于餐饮泔水往往含有大量不洁成份和致病 菌，如不经过治理而直接拉去喂猪等牲畜，很容易导致这些牲畜传染上疾病，进 而再由食物链传染给人。流行的猪口蹄疫，疯牛病等瘟疫被证实就可以通过食物 链传染，2 0 0 3 年春季的一场“非典型肺炎”瘟疫，再次敲响通过食物链传播疾 病的警钟；其次，从卫生防疫角度来说，潲水油经过一些地下作坊的露天提炼， 第一章绪论 根本无法除去废油脂中细菌的有害化学成分。令人“谈油色变”的是，废油脂中 的黄曲霉素，其毒性是砒霜的1 0 0 倍，是目前发现的最强化学致癌物质，长期摄 入低剂量黄曲霉素可使动物患上肝癌、胃腺癌、肾癌、直肠癌及乳腺、卵巢、小 肠等部位癌肿。因此研究和开发治理餐饮泔水的新技术，对保护人类的身体健康 具有十分重要的意义。 ( 3 ) 资源循环再利用本研究课题的开展和应用，不但对保护环境和人类身 体健康具有十分重要的意义，而且还符合当今国家的产业政策，实现资源的循环 再利用。据初步估计，餐饮泔水的9 5 ( 干物质) 以上的质量都可被利用，若被 加工成饲料原料，这样每年可节省大量的粮食。 因此，本课题是寻求一种科学有效的泔水处理和综合利用途径，特别是泔水 固体粉末的综合利用的方法，变废为宝，同时能够消除泔水对城市的环境污染， 具有十分重要的理论和实际意义。 1 3 国内外研究状况 在国内，目前只有少数几个城市开始对泔水进行规范化管理，随着餐饮泔水 的产生量日益增大，同时也； 起了各方面的重视。例如，兰州市确定了对泔水进 行集中收集和处理的方针，具体工作还在落实之中；济南市已公布“关于禁止泔水 养猪的通知”，其他相关政策正在审批中；沈阳市已规定三家公司负责泔水的收运 和处理，不能私下买卖和倾倒，违者罚款：长春建有年生产饲料l o o t 的泔水处理 厂；上海制定了“上海市镁厨垃圾处置和管理试行办法”“上海市餐厨垃圾产生收 运、处置单位申报、备案程序餐厨垃圾收运处置收费标准”，收运和处理最高 收费2 1 5 元t ，目前建有两个日处理2 5 t 泔水的再生饲料厂，丁e 在试运行中。北京 市已专门召开了泔水处理技术研讨会，确定了统一收集、集中处理和就地分散处理 相结合的管理方针，并对泔水处理厂建设做出了规划，研制生产的泔水收集车已销 售外省市，具体工作正在落实中。2 0 0 5 年城市餐饮垃圾处置技术与管理研讨会在 济南召开，来自全国2 0 多个省市的专家、科研人员、环卫设备厂家就如何将餐饮 垃圾变废为宝各抒己见，大家一致认为“餐饮垃圾处理不是搞一两个企业或是示 范工程就可以解决的”在研讨会上，山东师范大学可持续性发展研究中心张林泉 三至三些奎耋三兰竺圭兰堡竺圣 教授提出，餐饮垃圾处理必须遵循循环经济的“减量化、资源化和无害化”原则。 在国外，2 0 0 2 年1 0 月欧盟颁布了控制猪瘟病的新法令，禁止直接用泔水喂 养除毛皮动物外的家畜，该法规于2 0 0 2 年1 1 月1 日在欧盟各成员国内开始实施。 而英国在2 0 0 1 年爆发口蹄疫后，就对采用餐饮垃圾喂猪加强了管制，从2 0 0 1 年5 月2 4 日开始禁止采用餐饮垃圾喂养家畜。在美国还没有一个类似“浪费食物是不 道德或违法的”规定，加上食物非常廉价，因此联邦在餐饮垃圾上没有强制回收利 用的规定，美国每年因餐饮食品浪费折合的价值为3 l o 亿美元，餐饮垃圾占美国垃 圾量的第3 位，但其利用率却仅为3 ，是综合利用最少的一个分支，但餐饮垃圾作 为一种资源已越来越受到人们的重视。目前，美国约有3 3 个州允许利用加工后的 餐饮垃圾喂猪。到2 0 世纪9 0 年代时，食物回用的管理方法则处于上升阶段，回用 方式在不同的地区有所差别，但最主要的和最常见的有以下3 种：第1 种是食物捐 助。通过一些政府建立的食物储藏网络工程等机构，收集来自学校、食品店、餐馆 和工厂企业等的多余食物，再捐献给需要食物的地方。第2 种是由农场( 养殖厂) 饲养家畜或在饲料加工厂加工成动物饲料。第3 种是堆肥处理，许多地方都建立了 专门的堆肥厂和完善的收集和堆肥体系，对不适合食用或回用的食物垃圾进行堆 肥处理。在日本，2 0 0 1 年开始实施食品废弃物循环法，该法规定，大型超市及 餐厅等餐饮业有义务对食物垃圾再资源化，并设法抑制垃圾的产生“1 。 综合上述，目前国内外越来越多的机构和学者都在关注着处理泔水的研究， 但对餐饮垃圾的管理与治理尚没有较为系统的文献报道，还没有研究出即经济又 有效的处置餐饮泔水的成套技术方案。国内外对餐饮泔水的处置方法有填埋法、 焚烧法、制肥法以及生产饲料技术等等八种之多，分别叙述如下： ( 1 ) 填埋法：餐饮泔水填埋处理是一种不妨害公众健康与安全的将餐饮垃圾 与土壤在陆地上交替分层铺开的废物处理方式。国内外餐饮泔水填埋处置基本上 都是利用化学反应，通过添加化学物质将泔水中的有机物质分解，然后单独或混 合城市其它垃圾一起被填埋。填埋处置在国内外均有应用，例如美国的一项研究 表明，对餐饮企业来说，堆肥系统可能过于复杂和昂贵，由食物垃圾堆肥代替填 埋所节约的费用还不足以引起餐饮企业的兴趣。 4 第一章绪论 填埋法简单、高效。但这种方法占地面积大，泔水中大量有用物质被浪费掉 了，而且很容易造成二次污染，因此不被认为是一种恰当的处置方式，应该是在 没有其它处理方法的条件下采用。 ( 2 ) 焚烧法：餐饮泔水焚烧处理是在高温条件下，将餐饮垃圾中的可燃成分 与空气中的氧气进行剧烈地化学反应，放出热量，转化为高温燃烧气体及量少且 性质稳定的固体残渣。r o m e e l am o h e e 对毛里求斯地区的食物垃圾、城市生活垃 圾和甘蔗渣以及煤的热值进行了对比：食物垃圾由于其较高的水分含量( 平均值 8 4 ) ，因而其热值较城市生活垃圾和甘蔗渣还小，煤当然是热值最高的。1 。耿土 锁指出餐饮垃圾单位质量的热值( 2 1 0 0 3 l o o k j ，k g 左右) 较低，不能满足垃圾焚烧 发电的热值要求( 即5 0 0 0 k j k g 以上) ，所以实际操作中很少将餐饮泔水单独进行 焚烧处理，而是将其混合城市其它垃圾一并送入焚烧场焚烧处理。 焚烧法与填埋处处置一样都是废物的最终处置手段。焚烧可以做到餐饮垃圾 的减量化、最小化，但其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，容易引起二次污染，显然并不是餐饮泔水的资源化处置手段。 ( 3 ) 堆肥化技术：堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微 生物，在一定的条件下，将有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质 是一种发酵过程。按堆制过程中的需氧量可分为好氧堆肥技术和厌氧发酵技术， 其中高温好氧堆肥技术因其占地少、历时短等优点而被广泛采用，其工艺流程大 致为：预处理一一次发酵阶段( 通风) 一二次发酵阶段( 可酌情添加一些活性微 生物，无需通风) 一后处理阶段一堆肥产品。 m a s o n ，i g 等对新西兰一综合性大学的学生食堂的餐饮泔水进行了调查研究， 认为将餐饮泔水与校园的一些枯草、树枝叶等混合一起进行发酵堆肥是有效的资 源利用方式“1 。 z h a n g ，b y 等研究发现在利用微生物进行食物垃圾堆肥过程中，微生物会产 生一种特种生物表面活性剂，该活性剂可以增强微生物的活性、提高其堆肥的能 力。研究还发现一旦将微生物与食物垃圾分开，在2 4 小时内这种表面活性剂就会 大大地减少，显然该表面活性剂的产生与堆肥原料中是否有食物垃圾存在着某种 广东工业大学工学硕士学位论文 关系。 总的来说，利用泔水堆肥的确是一种资源化、减量化、无害化的“绿色”技 术。但是随着食物垃圾肥料化进程的加快，一些未解决的问题也随之出现。一是 量的问题，肥料的使用期带有季节性，易出现供需失衡问题：二是质的问题，根 据作为原料的食物垃圾的种类不同，生成的肥料有质的区别；三是“盐害”问题， 食物垃圾中含有很多酱油和盐分，加工过程中被浓缩，作为肥料大量使用后会引 起土质恶化，直接影响农作物的生长，严重会引发沙漠化。例如k i m 等研究指出 韩国的食物含有较高的盐分( 韩国人喜欢吃诸如朝鲜泡菜、酱油、大豆酱等含盐 份较高的调味品) ，故不适合用来堆肥。 ( 4 ) 生产饲料技术：将餐饮业的残汤剩菜转化成可利用的饲料，不仅仅是废 物利用，而且可以缓解目前有些地区的粮食短缺问题，同时又是当今环保化社会 的一种环保行为。目前，国内许多学者和科研机构都着手了餐饮泔水再生饲料的 研究。泔水再生饲料技术包括利用培养微生物再生蛋白饲料技术和利用机械直接 加工生产饲料的技术。陈建乐等将厨余垃圾等经粉碎机粉碎、脱水、加氮中和、 灭菌后，混合接种酵母和其他微生物菌种，然后经计算机控制分批进行固体发酵， 再经干燥、磨粉、化验及包装制成高钙多维酵母蛋白饲料( 中国发明专利公开号 c n l 4 1 6 7 1 8 a 1 。江苏工业学院的施昱等向预处理过的泔水垃圾中加入乳酸菌群、 酵母菌群、革兰氏阳性放线菌群以及发酵系的丝状菌群等微生物发酵，测试结果 显示经过微生物发酵的泔水其粗蛋白质含量有所提高( 发酵后干基粗蛋白为 1 3 5 4 ，未发酵为1 1 1 8 ) ，以此可初步看出微生物处理对增加产品粗蛋白质的 作用。1 。刘够生、石磊等人完成了泔水培养菌体蛋白的实验室菌种筛选，筛选出 黑曲酶3 4 6 2 7 和白地酶2 4 9 8 复合菌种，并进行了泔水样培养单细胞蛋白培养基 的优化研究，认为在总糖4 6 5 ，尿素0 3 ，k h 2 p 0 4 为o 1 0 时，可得到菌体干 重最大值3 4 2 9 虮，于基粗蛋白含量可达5 4 7 l ，该优化工艺用于对泔水样的处 理，不仅能有效去除c 0 d ，而且可获得含量较高的单细胞蛋白饲料。1 。北方交 通大学的罗宁等以及沈阳环境科学研究所已研究开发了泔水再生饲料的技术方 案，他们采用的工艺流程基本相同，如下图1 1 ，其核心技术是脱水、脱油、干燥 灭菌等，罗宁等人采用的是微波加热干燥方法，沈阳环境科学研究所采用的是高 第一章绪论 温高压蒸汽干燥技术1 。汪群慧等将经过预处理的泔水添加一定比例的水，高压 灭菌后接种乳酸菌，在3 7 条件下发酵几十小时，可得产物乳酸，残留物用作饲 料“2 “。另外，北京市中宜环能技术有限公司开发研制了餐饮废物( 垃圾) 焚烧 炉，该机技术充分利用餐饮垃圾中含在大量有机物质，对其进行粉碎、脱水、电 热干燥，可使垃圾变成高热量的饲料。 综上所述，目前国内外开展较多的是利用培育的特种微生物进行蛋白饲料生 产的研究，但该技术尚处于研究开发阶段，且人们对特种微生物的后续影响尚在 研究探讨中，因而使其形成产业化和规模化效应还有待时日。 图1 1 餐饮泔水再生饲料流程图 f i g 1 1t h en o wc h a r to f r e s o u r c er e c ”l i n g ( 5 ) 泔水油资源化技术：泔水油泛指从泔水中回收的油脂。国家脂肪酸技术 研究推广中心研究开发了以餐饮泔水油及废动植物油为原料生产油酸、甘油、硬 脂酸的专利技术设备，其工艺特征为高温高压水解( 压力约3 2 m p 。，加水量3 0 左右) 、脂肪酸直接加氢、高真空连续多塔精馏以及泔水油旋转薄膜蒸发等一系列 高新技术设备，和传统工艺有着重大差别“4 “”。李积华等在实验室研究了“地沟 油”碱法催化试制生物柴油的方法，结果表明较好的工艺条件是：醇、油摩尔比 为6 ：1 ，催化剂占原料油重量的1 ，反应温度6 5 ，反应时间4 5 m i n 。实验室获 得最高产率为9 0 “。张威等研究了利用泔水油中菜子油与n ，n 一二甲基1 ，3 丙二胺直接反应一步合成脂肪酰胺二甲基胺的反应影响条件，认为在投料物质的 量比( 泔水油所含的脂肪酸：n ，n 一二甲基1 ，3 丙二胺) 为1 ：1 1 ，反应温度1 0 0 1 0 5 ，反应时间1 5 2 o h ，催化剂用量1 5 的条件下反应效果最佳“。 广东工业大学工学硕士学位论文 ( 6 ) 泔水生物制氢技术：国外对利用餐饮泔水发酵产生氢气清洁能源的报道 较多。韩国的s u n - k - e eh a n ，s a n g h y o u nk i m 等利用生物滤床，通过接种厌氧消 化污泥、加水稀释的手段对经过粉碎的餐饮泔水发酵产生氢气的试验进行了研究。 他们研究了不同的稀释率、物料投配比以及物料的总挥发性固体浓度( v s ) 对产 氢的影响，最后认为餐饮泔水是参加反应产生h 2 的主要物质，而经过加热预处理 ( 灭活那些利用氢作为能源的菌种，在9 0 下加热1 0 m i n ) 的厌氧污泥只是一种 辅助添加物，其作用是为获得c 1 0 s t r i d i u ms p 等菌种；研究指出在餐饮泔水与厌氧 污泥的质量比为8 7 ：1 3 及v s 浓度为3 0 的条件下，h 2 的产生率最高可达 1 2 2 9 m l 幢c o d o “。另外，s h i n 等试验出在连续式池窑反应器中利用嗜温、耐酸 微生物产氢的实验参数，研究指出在有机负荷率为8 9 v s l d 1 ，停留时间为5 天以及p h 值5 5 o 1 时，氢气的产生率、浓度、产量以及碳水化合物分解的效 率分别为：1 0 l m o l h z l d 。，6 0 5 ( v v ) ，2 2 m o l h 。加o l 己糖以及9 0 。实验 结论是：利用嗜温、耐酸微生物处理食物垃圾可以连续的产生氢气”。 ( 7 ) 生物高温好氧减量化技术：对于某些含盐量较高的餐饮泔水，用来堆肥 显然是不合适的，一些学者研究了餐饮垃圾的“高效减量化”技术。例如，韩国 的j o n gi kp a r k 等在实验室分别对短期( 5 天) 间歇和长期( 9 1 天) 连续运行条 件下的餐饮垃圾好氧生物降解技术进行了研究，其试验装置如图卜2 所示。研究 发现在间歇运行试验条件下，反应负荷为7 9 9 干物料d m 3 d ，5 天内总悬浮固体 物料减少了8 2 ；在连续运行条件下，物料的总去除率高达9 1 ，并且指出反应 容器的溶解氧( d o ) 含量最佳值为5 o 9 0 2 干物料，同时也认为p h 是影响餐饮垃 圾降解率的主要因素，但是他们并没有量化该影响效应“1 。同济大学的吕凡等。” 为了探索处理餐厨垃圾的高效生物技术( 目标减量率8 0 9 0 ) ，采用高温好氧消 化工艺进行了小试规模实验。实验结果表明，控制反应在高温条件下( 5 5 6 5 ) 可以达到最大减量率，满足高温运行的最佳参数范围：p h = 6 o 6 8 ，含水率 = 4 5 5 5 ，水淬碳氮比( w ( c o d ) w ( o r g n ) 为1 9 ：l 一2 2 ：1 ；运行控制措施为风量和 物料投加比、泔脚与厨余的投加混合比范围为2 ：1 1 0 ：1 ( 干基质量比) ；工艺最大 处理负荷为o 1 0 k k g j d 1 ( 每日投加量反应物料容量) 。 第一章绪论 气体 取样口 曝气 电极 图l 一2 试验装鼍示意图 f i g 1 - 2t h es k e t c hm a p o f t e s t e r ( 8 ) 甲烷发酵技术：甲烷发酵是厨余垃圾在厌氧条件下通过微生物的代谢活 动而被稳定化，同时伴有甲烷和二氧化碳混合气体( 沼气) 的产生“”唧。厨余垃圾 甲烷发酵与燃料电池发电组合系统的开发，最近尤为引人注目。日本神户( k o b e ) 等地已建成每天处理6 t 厨余垃圾发电3 0 0 0 k w 的示范工程。将饭店、餐厅收集来 的厨余垃圾经厌氧发酵得到甲烷，再经催化反应从甲烷中提取氢气，并供给燃料 电池发电，所得到的电可供电动汽车充电使用，剩余的甲烷气体可以用来供热或 供蒸汽涡轮机发电，也可以制成压缩天然气( c n g ) 作汽车燃料使用“。 上述的许多技术尚处于实验研究开发阶段，尤其是利用微生物作用泔水的研 究，由于我们对特种微生物的后续影响还不能预测，因而使其形成产业化和规模 化效应还有待时日。总之，事实证明我们必须不断地开发出新的处理泔水的技术 来迎合社会需要。 1 4 研究方案和内容 本课题旨在研究开发餐饮泔水无害化和资源化治理成套技术并迅速推广应 用，将餐饮泔水制成无害可资源利用产品一饲料原料，废水处理达标以及泔水油 回收利用等。本课题拟通过：泔水原料收集一固液分离一分拣一固液混合粉碎制 浆一离心脱水、撇油一干燥灭菌一饲料原料等系列工序对泔水加工处理。 课题主要研究内容为：首先对实验的研究方法进行了介绍；其次对泔水的来 广东工业大学工学硕士学位论文 源、特征、成分和性质等展开分析；接着介绍了离心试验和干燥试验研究部分的 相关内容：然后对废水的达标处理技术和方法进行了阐述；第七部分是相关的机 理探讨；最后部分是本研究的经济、环境和社会效益进行了分析。 1 5 创新之处 ( 1 ) 工艺简单，可操作性强； ( 2 ) 采用热风连续干燥，干燥技术成熟； ( 3 ) 全部废物得到资源化治理，无二次污染； ( 4 ) 经济、环境和社会效益显著。 第二章实验研究方法 第二章实验研究方法 本章首先要明确一些基本的概念，例如湿分、含水率( 包括相对含水率与绝 对含水率) 、脱水率、灰分以及挥发性固体等等。湿物料中所含的需要在干燥过程 中去除的任何一种液体都叫湿分。相对含水率就是指一般意义上的含水率，是湿 分在湿物料总重中所占的百分率。绝对含水率又称湿含量，是单位质量的绝干物 料( 亦称干基) 所含湿分的质量。由定义可以看出绝对含水率是以绝干物料作为 基准的，在干燥过程中，绝干物料的质量是始终不变的，所以用它来做计算就很 方便。当绝对含水率的数值用百分率表示时，其定义是1g 干基所含湿分的g 数， 而不是通常的百分率。脱水率是指样品离心前后含水率的变化在离心前含水率中 所占的百分率。灰分是指餐饮泔水经过高温灼烧后残留的无机部分。餐饮泔水中 的挥发性固体为泔水经过高温灼烧后减少的那一部分，其主要成分为有机物。 下面将就本研究课题的试验方法与试验研究方法进行详细介绍。 2 1 实验材料 实验样品：采自广州市天河区某酒店的餐饮泔水，主要是餐馆剩余的肉、菜、 饭、茶水，以及厨房地沟上收集的泔水。用塑料桶装运回到实验室作为泔水样品。 实验所用主要仪器设备见表2 一l 。 2 2 实验工艺流程与试验方法 2 2 1 试验工艺流程 鉴于目前国内外对餐饮泔水无害化和资源化治理技术缺乏的现状，笔者拟通 过图2 1 所示工艺对餐饮泔水进行加工处理生产饲料原料，回收动植物油脂，通 过系列实验，最后确定餐饮泔水无害化和资源化治理的工艺条件，促成最低运行 成本。本实验研究设计方法借鉴了一些国家标准和文献。“3 “，并且经过分析调查 确定下的。 广东工业大学工学硕士学位论文 j g 一3 c 型多功能食物搅拌机佛山市顺德区华硕五金电器有限公司 搅拌、破碎 5 0 0 型电子天平 s x 2 4 一1 0 型箱式电阻炉 四联万用电炉 l o 卜1 型电热鼓风干燥箱 t d l 一4 0 b 型 低速台式大容量离心机 g r 一2 0 0 分析天平 b c d 一2 3 6 y h 电冰箱 1 0 0 目标准检验筛 消煮器 抽滤装置 索氏脂肪提取仪 滴定管 凯氏烧瓶 凯氏蒸馏装置 美国烈杰兄弟( 集团) 有限公司、常熟双 称量 杰测试仪器厂 上海锦屏仪器仪表有限公司测定灰分 南通科学仪器厂测定灰分 上海阳光实验仪器有限公司干燥 上海安亭科学仪器厂 离心脱水 a dc o m p a n y ，l i m i t e d 海尔集团 浙江上虞市华丰五金仪器有限公司 有冷凝管的锥形瓶 抽真空装置，吸滤瓶和漏斗 酸式 2 5 0 m l 称量 冷藏、储存 过滤 测定粗纤维 测定粗纤维 测定粗脂肪 滴定 测定粗蛋白 测定粗蛋白 2 第二章实验研究方法 些堕鳖压丑一因一匮困 叫筛滤卜+ 1 分拣j 1 混合破碎制浆l 圆一困一 i 塑型堕型i j 王堡壅l i 离心脱水、撇 油水分离 图2 一l餐饮泔水无害资源化治理工艺流程图 f j g 2 - 1 r e s o u r c er e c y c “n gt e c h n 0 1 0 9 y0 ff 0 0 ds c r a p s 2 2 2 样品的制备 泔水样采集，人工分拣剔除大块骨头、塑料袋、抹布、牙签以及竹筷等物 质； 分拣后的泔水样置于多功能食物搅拌机内进行破碎( 粒径约为卜5 m m ) 、搅 拌混合均匀： 均匀混合的物料分装入干净的塑料瓶中，置入电冰箱冷冻室中储存待用。 2 2 3 试验方法 ( 1 ) 加热烘干称量法测定含水率 取洁净的1 0 0 m l 瓷制蒸发皿，置于干燥箱中温度控制在1 0 5 2 ，加热1 o 小时后取出，置于干燥皿内冷却至室温，称量，并重复干燥至恒重( 前后两次称量差 值不超过o 0 0 5 9 ) ，记录恒重的干燥皿重量： 取2 0 3 0 克样品，放入已恒重的蒸发皿中，分析天平准确称量 广东工业大学工学硕士学位论文 将中盛样蒸发皿放入1 0 5 2 干燥箱干燥； 持续干燥2 3 小时，取出并放入干燥器中冷却至室温后称重。以后每干燥 半小时取出称重一次，直到前后两次质量差不超过o 0 0 5 9 ，即为恒重： 计算含水率。 ( 2 ) 高温灼烧称量法测定灰分含量 取大小适宣的坩埚置于箱式电阻炉中，温度控制在6 0 0 下灼烧o 5 小时 后取出，置于环境中冷却至2 0 0 以下，再放入干燥器内冷却至室温，分析天平精 密称量。重复灼烧步骤至恒重( 前后两次称量差值不超过0 0 0 5 9 ) ： 取5 克左右的样品，放入已恒重的坩埚中，精确称量 将坩埚放在电炉上先以小火加热使样品充分炭化至无烟 将坩埚置入箱式电阻炉中，在5 5 0 6 0 0 灼烧至无炭粒，即灰化完全。冷 至2 0 0 以下后取出，放入干燥器中冷却至室温，称量。重复灼烧至前后两次称 量相差不超过o 0 0 5 9 为恒量； 计算灰分含量。 ( 3 ) 粗脂肪的测定 租脂肪测定采用饲料粗脂肪测定方法g b t 6 4 3 3 9 4 推荐的方法测定的基本 原理为：索氏( s o x h l e t ) 脂肪提取器中用乙醚提取试样，称提取物的重量，除脂肪 外还有有机酸，磷脂，脂溶性维生素，叶绿素等，因而测定结果称粗脂肪或乙醚 提取物。 称取试样卜5 9 ( 准确至0 ，0 0 0 2 9 ) ，用滤纸包好，放入1 0 5 烘箱中，烘千1 2 0 m i n ( 或称测水分后的干试样，折算成风干样重) ，滤纸筒应高于提取器虹吸管的高 度。将滤纸筒放入抽提管，在抽提瓶中加无水乙醚6 0 一l o om 1 ，在6 0 一7 5 的水 浴( 用蒸馏水) 上加热，使乙醚回流，控制乙醚回流次数为每小时约1 0 次，共回流 4 第二章实验研究方法 约5 0 次( 含油高的试样约7 0 次) 。取出试样，仍用原提取器回收乙醚直至抽提瓶 全部收完，取下抽提瓶，在水浴上蒸去残余乙醚。擦净瓶外壁。将抽提瓶放入1 0 5 土2 烘箱中烘干1 2 0m i n ，干燥器中冷却3 0m i n 称重，再烘干3 0m i n ，同样冷 却称重，两次重量之差小于o 0 0 1 9 为恒重。 ( 4 ) 粗蛋白的测定 粗蛋白的测定采用饲料中粗蛋白测定方法g b t6 4 3 2 9 4 ，基本原理为：凯氏 法测定试样中的含氮量，即在催化剂作用下，用硫酸破坏有机物，使含氮物转化 成硫酸钱。加入强碱进行蒸馏使氨逸出，用砚酸吸收后，再用酸滴定，测出氮含 量，将结果乘以换算系数6 2 5 ，计算出粗蛋白含量。 首先，进行试样的消煮，称取o 5 一l g 试样准确至0 o 0 0 2 9 ，放入消化管中，加2 片消化片( 仪器自备) ，1 2 m l 硫酸，于4 2 0 下在消煮炉上消化1 h 。取出放凉后加 入3 0 m l 蒸馏水。其次，氨的蒸馏，采用全自动定氮仪，按仪器本身常量程序进行测 定。第三滴定，用0 1 m 0 1 l 的标准盐酸溶液滴定吸收液，溶液由蓝绿色变成灰红 色为终点。空白测定，称取蔗糖0 5 9 代替试样，进行空白测定，消耗o 1 m o l l 盐 酸标准溶液的体积，不得超过0 2 m l ，消耗o 0 2 m o l 几盐酸标准溶液体积不得超过 o 3 m 1 ，。 ( 5 ) 粗纤维的测定 粗纤维的测定采用饲料中粗纤维测定方法g b t 6 4 3 4 9 4 测定基本原理为： 用浓度准确的酸和碱，在特定条件下消煮样品，再用乙醉除去可溶物，经高温灼 烧扣除矿物质的量，所余量为粗纤维。它不是一个确切的化学实体，只是在公认 强制规定的条件下测出的概略成分，其中以纤维素为主，还有少量半纤维素和木 质素。 称1 2 9 试样于g z 玻璃沙漏斗中，用坩锅夹将漏斗插入热萃取器：从顶部加入 预先煮沸的硫酸溶液2 0 0 m l 和两滴正辛醇，将加热旋扭开到最大位置，待溶液沸 腾后，将旋扭调到合适位置，使溶液保持微沸3 0 m i n ，抽滤，用沸蒸馏水洗至中 性，加入预先煮沸的氢氧化钠溶液2 0 0 m l ，同样准确微沸3 0 m i n ，抽滤，用沸蒸馏 水洗至中性，将坩锅转移至冷萃取器，加入2 5 m l 9 5 乙醉，抽干，将漏斗转移到 烘箱，于1 3 0 士2 下烘干2 h ，取出后在干燥器中冷却至室温，称重。再放入5 0 0 士2 5 c 高温炉中灼烧1 h ，干燥器中冷却至室温后称重。 ( 6 ) 离心试验步骤 取样品适量测量其离心前的含水率 实验时取两支1 0 0 m l 离心筒分别装入6 0 9 样品后盖紧盖，放入离心机中进 行离心试验，选取转速分别在4 0 0 0 r m i n 、3 6 0 0 r m i n 、3 2 0 0 r m i n 、2 8 0 0 r m i n 、 2 4 0 0 r m i n 、2 0 0 0 r m i n 以及离心时痒u 分另4 为7 m i n 、6 m i n 、5 m i n 、4 m i n 、3 m i n 、2 m i n 进行离心： 离心后的物料在离心筒中分为三层( 上层为动植物油层，中间层为水层， 最下层为固料层) ，将水层和油层小心地导入5 0 l 的量筒中，记录水层和油层的 体积； 对于下层固料测定其含水率； 整理样品在不同的离心参数条件下的含水率数据，作含水率变化曲线图； 分析含水率曲线图变化趋势，确定最佳的离心时间与离心转速参数。 ( 7 ) 干燥试验步骤 利用上述离心试验确定的离心参数，对样品离心 离心后的物料在离心筒中分为三层( 上层为动植物油层，中间层为水层， 最下层为固料层) ，将水层和油层导出另做其它回收处理： 将离心简下层固料进行混合，充分地搅拌均匀后，分装入塑料瓶中，置于 电冰箱冷冻室中储存，每次取适量进行干燥试验； 设置不同的干燥温度条件8 0 、9 0 、l o o 、1 1 0 、1 2 0 以及1 3 0 ： 6 第二章实验研究方法 实验时取1 0 0 m l 洁净的瓷蒸发皿( 应提前在相应的干燥温度下恒重) ，准 确称量，记录其重量； 于上述瓷蒸发皿中装入5 9 左右重样品，并将样品尽可能薄的平铺于蒸发 皿之中，准确称量记录其质量； 将蒸发皿放入已预热到预定干燥温度的干燥箱中干燥，并开始计时，每间 隔1 0 分钟取出于干燥皿中冷却至室温后，准确称量，记录，直到前后两次称量差 值不超过0 0 0 5 9 终止干燥，此时即为样品干基的重量； 计算样品在每间隔1 0 分钟后样品的绝对含水率。每次做三个平行样，求 平均值： 分析整理每一干燥温度条件下，每一干燥时间间隔点的绝对含水率，并进 行曲线图的绘制； 分析干燥曲线图，确定较佳的干燥温度和干燥时间。 ( 8 ) 废水处理 采用混凝一厌氧一s b r 生物处理工艺对从泔水中分离的废水进行处理。 2 3 计算方法 ( 1 ) 含水率计算方法 聊= 罟枷噼南圳 m 2 妄2 手k 僻分) ，s 鼬干物料) 】 式中m 相对含水率，； m 绝对含水率，g ( 湿分) g ( 绝干物料) 卜湿分质量，g ； g 湿物料总重，g ； 广东工业大学工学硕士学位论文 g 0 _ 一绝干物料质量，g ； 相对含水率与绝对含水率之间的关系是： m = 志( g g ) ；朋= 1 0 0 ，式中符号意义同上。 ( 2 ) 粗脂肪的计算 粗脂肪( ) = 丝二堕。1 0 0 聊 式中：m 一风干试样重量，g m 一已恒重的抽提瓶重量，8 m 2 一已恒重的盛有脂肪的抽提瓶重量，8 ( 3 ) 粗蛋白的计算 粗蛋白( ) = 5 1 1 二二! i 2 1 ：；铲。l 。 式中：v ：一滴定试样时所需标准酸溶液体积，m l v ，一滴定空白时所需标准酸溶液体积，m l c 一盐酸标准溶液浓度，m o l l m 一试样质量，g v 一试样分解液总体积，m i v 。一试样分解液蒸馏用体积，m l o 0 1 4 0 一每毫克当量氮的克数 6 2 5 一氮换算咸蛋白质的平均系数。 第二章实验研究方法 ( 4 ) 粗纤维的计算 粗纤维( ) = 兰凸1 0 0 式中：m 1 3 0 c 烘干后坩锅及试样残渣重 m ：一5 5 0 灼烧后坩锅及试样残渣重，g m 一试样( 未脱脂) 质量，g ( 5 ) 灰分及挥发性固体含量计算方法 式中 餐饮泔水灰分含量， n 餐饮泔水挥发性固体含量， g 。绝干物料的质量，g ； s 灼烧后灰分的质量，g 。 ( 6 ) 脱水率计算方法 ：盟1 0 0 朋仉 式中k 脱水率，； m 。离心前样品的含水率，； m 。离心后样品的含水率，。 m 啪 的 一一 0 s一瓯 坠瓯 = l i 妄童三些奎耋三兰堡圭兰堡堕圣 第三章泔水的性质研究 实验样品采自广州市天河区某酒店的餐饮泔水，主要是餐馆剩余的肉、菜、 饭、茶水，以及厨房地沟上收集的泔水，一般是由酒店工作人员收集后放入潲水 桶，本实验采样主要来自潲水桶。为使所采样具有代表性，采取以下措施： ( 1 ) 采样前对潲水桶充分地搅拌，并分上、中、下三个部分分别取样； ( 2 ) 尽可能多取样； ( 3