大型食堂或饭店厨余垃圾处理工艺设计.docx

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大型食堂或饭店厨余垃圾处理工艺设计

大型食堂或饭店厨余垃圾处理工艺设计

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众所周知，我们每日都会产生大量的厨余垃圾，在这些垃圾中含有大量的水分、废油以及有机物，如果不对这些厨余垃圾进行很好的处理以及利用，必然会对我们环境造成危害，若被某些不法商家利用制成地沟油，重返餐桌，必定会对我们的身体产生严重的危害。

大型的食堂或者饭店每日都会产生大量的厨余垃圾，所以我们有必要对这部分厨余垃圾进行有效的利用。

1.厨余垃圾的成分及特点

目前世界各国绝大部分城市垃圾中约40％为厨余垃圾，主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、植物油、动物油、肉骨、鱼刺等。

其化学组份主要为淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。

厨余垃圾有如下特点：

一是粗蛋白和粗纤维等有机物含量较高（各占厨余垃圾干燥物的16．73％和2．52％，开发利用价值较大，但易腐并产生恶臭；二是含水率高（水的质量分数大于80％Ⅲ）．不便收集运输，热值低，处理不当容易产生渗沥液等二次污染物；三是油类（粗脂肪占厨余垃圾干燥物的28．82％⋯和盐类物质（NaCI含量高达1．239％t33）含量较其它生活垃圾高，对资源化产品品质影响较大，需要妥善处理[1]。

2.厨余垃圾无害化处理方法

2.1粉碎直排

于厨房空间有限．因此就地处理是餐厨垃圾处理的基本立足点。

目前一些发达国家普遍在厨房配置餐厨垃圾处理装置．将粉碎后的餐厨垃圾排人市政下水管网[2]。

如国外研制的餐厨垃圾机械研磨装置即通过高速运转的刀片将装在内胆的各种食物垃圾切碎搅拌后冲入下水道，但这种处理方法容易产生污水和臭气，滋生病菌、蚊蝇和疾病的传播：

油污的凝结成块也会造成排水管堵塞，降低城市下水道的排水能力，另外，厨余垃圾的高油脂含量等特性更是增加了城市污水处理系统的负荷。

从而大大增加了城市污水处理厂出水不达标的风险。

同时还会不可避免地产生一定的二次污染。

2.2填埋

我国很多地区的厨余垃圾都是与普通垃圾一起送入填埋场进行填埋处理的。

填埋是大多数国家生活垃圾无害化处理的主要处理方式[3]。

由．于厨余垃圾中含有大量的可降解组分。

稳定时间短。

有利于垃圾填埋场地的恢复使用，且操作简便。

因此应用得比较普遍[4]。

但由于厨余垃圾中含水率过高势必导致渗滤液的增多，增加处理难度；另外。

我国符合填埋条件土地的锐减，也会导致处理成本的增加。

而且厌氧分解的厨余垃圾是填埋场中沼气和渗滤液的主要来源，会造成二次污染。

[5]此外。

用这种方式处理将损失厨余垃圾中几乎所有的营养价值，厨余垃圾中的绝大部分碳最终都将转化为沼气。

在一个精心设计的填埋场里，约有66％的沼气可以作为燃料重新利用，但剩余的34％将进入大气层。

而沼气对全球变暖的影响巨大（约为二氧化碳的25倍），因此随着对厨余垃圾可利用性认识的越来越广泛，无论在欧美、日本还是中国，厨余垃圾的填埋率都正在呈现下降的趋势。

甚至一些国家已禁止未经处理的餐厨垃圾进入填埋场了，如韩国于2005年起所有填埋场将不再接收餐厨垃圾。

3.厨余垃圾资源化技术

3.1.堆肥处理技术

堆肥法是将垃圾堆积在地面或置于某种发酵装置中，也可根据情况配入适量的粪便和粉煤灰等作为蓬松剂，利用微生物将垃圾中易降解有机物逐步降解，最终形成稳定的腐殖质。

席北斗等旧J针对城市垃圾和污泥的混合堆肥系统，应用了高效的复合微生物，即EM菌群，使垃圾加速腐熟[6]。

在日本，利用EM菌群，将其加人到厨房垃圾中，避光保存，进行堆肥。

夏天5—7天可以堆肥完全，冬天10—15天即可完成堆肥过程。

由于我国城市垃圾的收集以混合收集为主、分选效果差，垃圾中所含玻璃、塑料、碎石块等杂质不会在堆肥过程中被分解，导致所得肥料质量差，病原微生物未得到彻底消除，肥料中重金属含量也高，农民不愿意使用，堆肥销路不畅，使大部分堆肥厂处于停产状态。

韩国GeoenTech公司与德国Rethmann公司合作开发了集装箱堆肥法[7]。

由封闭集装箱反应器和多层生物过滤器组成，一般由20个以上的集装箱并联，每个箱体50m3，堆肥周期15～20天，所产生的气体可以回收利用，最后剩下无机物系不能利用则卸出送去作土壤的回填材料。

考虑到经济性、臭味控制和场地等条件，大型反应器、强制通风静态垛和条垛堆肥系统受到了极大的限制。

因此，近5年来，堆肥设备正向小型化、移动化和专用化的趋势发展。

[8]例如，英国CountvMulch公司建造了2套可移动堆肥系统（容积为30．584～38．230m3），形状类似滚式集装箱，进料采用斗式装载机，出料时吊车把集装箱吊起，物料从集装箱的后门倒出来；采用计算机控制温度和氧含量。

3.2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。

沼气可作为汽车燃料，也可以用来供热和发电，有较高的经济利用价值。

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（Kobe）等地已建成每天处理6t厨余垃圾发电3000kw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（CNG）作汽车燃料使用[9]。

3.3生产饲料技术

利用厨余垃圾作为原料进行酵母固态发酵，可以提高其蛋白质、氨基酸和维生素的含量，以此来代替大豆、鱼粉等蛋白饲料。

这种用厨余垃圾生产菌体蛋白饲料的方法，投资少，能耗低，见效快，操作简便。

[10]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，混合接种酵母和微生物生物菌种，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CN1416718A）。

该法具有原料来源广阔、产品质量好、生产效率高、降耗节能、成本低廉等优点。

韩国是通过微生物集中处理制取饲料，日本主要通过高温对厨余垃圾进行消毒，处理后的垃圾直接就可作饲料，某些热带国家则充分利用太阳能来对垃圾进行消毒和蒸千水分。

孙向军等通过比较高温消毒和生物处理饲料的经济性和技术性，建议高温消毒是首选方案。

中国一直有利用厨余垃圾作饲料喂养牲畜的传统，经消毒处理的厨房垃圾是一种成本低廉的资源化方法。

另外，厨余垃圾和食用废油是较难处理的2种垃圾，采用食用废油，在真空条件下，也就是在氧气成大大减小的环境里进行油炸厨余垃圾，不失为一种两全其美的方法。

它使被炸物的氧化大大减少，保证了垃圾的营养成分。

同时也是对垃圾进行了一次真空消毒处理，从而提供了第二次使用的可能性。

垃圾中的水分在真空油炸过程中迅速被去除。

油炸后的产品完全可作为一种理想的绿色饲料，也易于储存和运输。

3.4蚯蚓处理技术

蚯蚓能分泌多种酶来分解有机物，转化为自身其他生物可以利用的营养物质而繁殖。

蚯蚓的这种能够分解转化大量有机废物，快速富集养分和生长繁殖的特性在一个多世纪前就有过报道，并在一些发达国家有了应用。

厨房垃圾作为一种有机物含量高的废物，尤其适合使用这种技术[11]。

20世纪80年代中期，清华大学环境工程研究所开展养殖蚯蚓处理城市生活垃圾的可行性研究，1989年通过成果鉴定，肯定了养殖蚯蚓处理生活垃圾的可行性与优越性。

2000年在北京市海淀区环卫局的支持下，海淀环卫科研所和中国科学院老科协共同合作，在海淀区三星庄垃圾场建立了1座中试试验示范场地。

并以蚯蚓粪为基质，筹建了1座生物有机肥厂，现已投入了生产运营。

日本的比嘉昭夫发明了EM原露，经稀释后喷洒在厨余垃圾的表层，用塑料布盖严使之发酵腐熟，杀死细菌，清除恶臭，将厨余垃圾变为无毒无臭的蚯蚓饲料，具有投资少，简单易行的特点。

蚯蚓加工后可以制成蚯蚓粉用于养殖业，其粪便用作蔬菜瓜果等作物的优质肥料。

3.5提取生物降解性塑料技术

最近的研究表明，可通过发酵厨余垃圾生产乳酸，进而合成聚乳酸这种可降解性塑料，为厨房垃圾的资源化和降低乳酸的生产成本开辟了一条新的途径[12]。

日本九州工业大学（KvushuInstituteofTechnolo）提出了一种将厨余垃圾减量化与资源化的新思路。

家庭所产生的垃圾首先经安装在厨房水池下面的粉碎机粉碎，再传送到住宅下面的排水系统，在那里进行垃圾的固液分离[13]。

分离出的液相物质与污水一道被排放到污水处理厂进行处理。

固态物质在储存过程中，其中存在的乳酸菌会自然发酵（初次发酵），腐败菌被抑制，有利于防止垃圾的腐败。

当固体物质积累到一定数量后，运送到乳酸生产厂进行乳酸发酵（二次发酵），发酵后通过乳酸分离、纯化、聚合，可以得到生物降解性塑料（聚乳酸），发酵残渣可作为饲料和肥料从而达到厨余垃圾“零排放”的目的。

目前，汪群慧课题组在厨房垃圾乳酸发酵优良复合菌种的筛选、发酵液中乳酸的提取与精制、乳酸聚合成聚乳酸的工艺优化以及发酵后残渣的饲料化与肥料化等方面进行着深入研究。

4.厨余垃圾的能源化处理技术

4.1焚烧法

焚烧法处理厨余垃圾效率较高．最终产生约5％的利于处置的残余物。

焚烧是在特制的焚烧炉中进行的，有较高的热效率，产生的热能可转换成蒸汽或电能。

但厨余垃圾含水率高，热值较低，燃烧时需要添加辅助燃料。

厨余垃圾的脱水也需要消耗大量的能量。

焚烧尾气需经过有效处理才能达到排放标准。

总而言之．采用焚烧法处理厨余垃圾存在投资大、尾气排放受限制等问题，难于广泛应用[13]。

4.2热分解法

热分解法是将垃圾在高温下进行热解。

使垃圾中所含的能量转换成燃气、油和炭的形式。

然后再进行利用。

同时垃圾中所含氦、硫、氨等在热解过程中保持还原状态。

因而对装置的腐蚀较小。

热分解法具有广阔的应用前景．但技术尚未达到实用阶段，目前应用较少[14]。

4.3生物发酵制氢

氢作为一种高质量的清洁能源，是普遍认为的最具有吸引力的替代能源。

生物发酵制氢具有反应条件温和、能耗低的特点．因而受到了大家的关注㈣。

它主要有2种方法，即利用光合细菌产氢和发酵产氢．与之相对应的有2类微生物菌群，即光合细菌和发酵细菌。

很多学者对此做了研究。

Lay等从活性污泥中获取微生物。

对不同化学成分组成的厨余垃圾进行了发酵制氢实验，得出了糖类垃圾的产氢能力大概是酯类和蛋白质类垃圾的20倍的结论；Noike等考察了乳酸细菌在产氢过程中的抑制作用。

提出在发酵前对底物进行预热处理可以有效降低这种影响。

生物发酵制氢所用的原料是城市污水、生活垃圾、动物粪便等有机废物。

在获得氢气的同时净化了水质，达到保护环境的作用。

因此无论从环境保护，还是从新能源开发的角度来看．生物质制氢都具有很广阔的发展前景[15]。

4.4生产生物柴油

据统计．每吨厨余垃圾可以提炼出20-80kg废油脂，经过集中加工处理。

则可以制成脂肪酸甲酯等低碳酯类物质，即生物柴油。

超临界甲醇制程（supercriticalmethanelprocess）是利用甲醇在超临界状态下的特殊物理化学性质[16]。

与废油脂发生反应生产生物柴油的一种新工艺。

该工艺不需要催化剂，无副产物产生，因此也不需要对产物进行分离。

不会产生大量废水；同时，反应效率大大提高，只需要2～4min就可达到反应乎衡。

而且，对原料纯度要求不高，水分和脂肪酸对反应的影响不大。

由于厨余垃圾中杂质较多．制备生物柴油，必须采取有针对性的顶处理措施和正确的工艺，才能保证转化率和产品纯度不受影响；在生产中，必须保证酯交换反应完全。

且彻底去除甘油等副产品。

否则会造成发动机工作不正常等问题；另外，生物柴油虽然具有很大的环境效益。

但经济成本相对较高。

在国外是靠大量减税或免税使其价格与现有柴油相近[17]。

5.设计理念

在了解和收集了厨余垃圾的来源及处理方法之后，我主要想通过两方面对厨余垃圾进行预处理，尽量地减量化，再利用。

一方面是对厨余垃圾进行固液的分离，油水的分离。

另一方面是对固体的厨余垃圾进行干燥，热解、饲料化、沼气化的处理，使产生的气体、油类循环利用。

所以我的设计主要分为以下几个部分。

固液分离装置、油水分离装置、废水循环系统、储油池、干燥器、沼气池。

固液分离装置的作用是将厨余垃圾中的油水和固体残渣分离，此为第一步的预处理，为后续工艺做铺垫。

在油水和固体残渣分离开之后，进行油和水的分离，目的是回收厨余垃圾中的废弃油脂，并且将废水进行循环利用。

大型的食堂或者饭店每天都会产生许多餐厨垃圾，如果能很好地利用这部分的资源，变废为宝，那将是一件非常好的事。

一个中等的饭店一天能产生大约2吨的厨余垃圾，如果只是简简单单地去作为养猪场的饲料，那将是极大的浪费，而且不卫生。

在厨余垃圾中现在最受瞩目的就是厨余废弃油脂，因为如果这些废弃的油脂（以下简称地沟油）重新上百姓的餐桌，那将是有极大的危害的。

因为油脂在经过反复高温烹煮之后会产生致癌物质，这些对人体的健康都是致命的。

所以厨余废弃油脂一定要规范其去向，绝对不能任凭饭店经营者的随意处置。

现在比较成熟的厨余废弃油脂的处理就是1.制造工业油脂类（润滑油、蜡烛、沥青等）。

2.制造生物柴油，其具有广泛应用前景。

对于厨余垃圾的处理，应该大致经历以下几个阶段——固液分离、油水分离、烘干、粉碎、污水处理、微生物发酵、热解等。

我主要设计了三个图、分别是：

固液分离装置、粉碎机、回转炉。

其中回转炉为最主要的装置，因为我这次设计的主要理念是利用热解法分解厨余垃圾，从而获得厨余焦炭、厨余焦油、还有些气体。

但是我的总体流程中也设计了生物法、微生物法的处理，这些与热解法处于并列位置，并非一定要有，只是处于多样化设计的初衷。

厨余垃圾是非常宝贵的资源，如果我们能够加以利用，那样我们可以减少很多不必要的浪费，更重要的是，我们可以正真地做到生态循环，让我们的食物从大自然里来最终回归大自然，不论最终厨余垃圾变成什么，那都是一种资源化利用，都将会对我们的生产生活产生正面积极的影响。

我们的生活离不开食物，所以厨余垃圾是不可避免的，如果我们不加以更好的利用，那么在资源日趋紧张的今天，我们将面对的是一个缺乏能源的世界。

所以我们一定要尽我们的可能更多的利用好我们身边的各种资源，可能曾经的废物现在就会变成一种珍贵的资源。

厨余垃圾是我们每天都会产生，并且最容易腐败，最容易滋生有害微生物的垃圾之一，所以我们一定要使用正确的方法，对着类拥有广阔处理前景的资源进行有效的处理，让他们重新回到对人们有益的地方去，垃圾都是放错位置的资源。

以下是设计的总体流程图，以及各个重要装置的CAD图的PDF版本。

厨余垃圾的总体处理流程图：

甲烷循环使用

收集固液分离甩干

废水废油脂

蚯蚓处理微生物发酵有机物

气体CO2、CO甲烷

17%

42%39%制备

精炼

固液分离装置：

粉碎机示意图：

通过GC-MS，我们可以获取处于焦油中的主要成分，从而对其进行更好的利用。

分析结果见下表。

为了更好地了解厨余焦油的性质．对其进行热值分析，可以知道其弹简发热量Qb为3696MJ／kg,本身就已经具较高的热值，相对于一般汽油的热值44MJ／kg来说，虽然具有定的差距的，但是足以证明其晓好的应用价值。

华东理工大学学生曾通过GC-MS对厨余焦油进行成分分析，结果如下：

1.丙烯1%；2.吡咯4.9%；3.甲苯6%；4.异己腈2.2%；5.二甲苯4.4%；6.壬烯1.3%；7.苯乙烯4.2%；8.壬烷1.1%；9.三甲苯1.7%；10.葵烯2.0%；11.葵烷1.8%；12.十一烯2.3%；13.十一烷2.5%；14.十二烯4.1%；15.十二烷2.0%；16.十三烯2.9%；17.十三烷2.1%；18.吲哚2.0%；19.十四烯4.0%；20.十四烷1.7%；21.十五烯2.1%；22.十五烷2.7%；23.十六烯1.6%；24.十六烷0.9%；25.十七烯3.5%；26.十七烷1.9%；27.十七腈12.6%；28.十九烯腈12.7%；29.十九腈6.4%；30.十六酰胺1.4%。

回转炉装置：

（因为尺寸问题故纵向，CAD图中为横向）

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