餐厨垃圾与处理方案

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学号:2012031235本科生毕业论文（设计）（2016届）论文题目:餐厨垃圾及其处理方案学院：化学化工学院专业：化学班级：12级化学(2)班作者姓名：刘林芳指导教师：仵博万完成日期：2016年4月20日15 诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在指导老师的指导与帮助下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据及结果绝对真实有效，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人一力承担。本人签名：2016年4月20日15 目录摘要4Abstract:4引言41餐厨垃圾的概述51.1餐厨垃圾的定义51.2餐厨垃圾的特征51.2.1危害性51.2资源性52国内外餐厨垃圾的处理现状62.1国内餐厨垃圾的处理现状62.2国外餐厨垃圾的处理现状63餐厨垃圾的主要处理技术73.1填埋处理73.2焚烧处理73.3肥料化处理83.3.1好氧堆肥83.3.2厌氧消化93.4饲料化处理103.5能源化处理114餐厨垃圾处理工艺比较114.1餐厨垃圾处理技术比较分析114.2推荐采用工艺技术125参考文献13致谢1415 餐厨垃圾及其处理方案（指导老师：仵博万学生：刘林芳专业：化学班级：12化学（2班））（陇东学院化学化工学院甘肃庆阳745000）摘要：人们生活水平的提高，餐饮业迅速崛起，餐饮垃圾也随之增加。针对餐厨垃圾具有含水率、盐分含量、有机物含量高，易腐变质等特点，分析国内外餐厨垃圾的主要处理技术，且对不同技术进行对比分析，结合社会效益、环境效益和经济效益，找出餐厨垃圾资源化、无害化的处理技术。关键词：餐厨垃圾；资源化；无害化Foodwasteandtreatmentoptions(Instructor:WuBowanStudents:LiuLinfangSpecialty:ChemicalClass:12Chemical(Class2))(Chemistryandchemicalengineeringcollege,LongdongUniversity,QingyangGansu745000)Abstract:Thepeopleislivingstandardsimprove,therapidoftherestaurantindustry,foodwastealsoincreases.Forfoodwastehasamoisturecontent,saltcontent,highorganiccontent,perishableandothercharacteristics,analyzesthemainfoodwastetreatmenttechnologiesathomeandabroad,andcomparativeanalysisofdifferenttechnologies,combinedwithsocial,environmentandeconomicbenefits,identifyfoodwasteresourcerecovery,harmlessprocessingtechnology.Keywords:foodwaste;resources;harmless引言：随着经济和城市化进程的加快，城市生活垃圾的排放量越来越大，其餐厨垃圾废弃物所占比例日渐上升，占到城市生活垃圾的37%~62%。餐厨垃圾处理不当极易引起变质、腐败滋生有害微生物及蚊蝇，产生大量毒素，并散发出恶臭气味，严重污染水体和大气环境。因此，餐厨垃圾的有效处理，不仅有利于保护人类健康，也能够大大减少餐厨垃圾造成的环境污染，具有重要的社会效益和环境效益。15 1餐厨垃圾的概述1.1餐厨垃圾的定义[1]餐厨垃圾是指家庭、学校、机关公共食堂以及餐饮行业产生的剩饭、剩菜、蔬菜根叶、瓜果的皮核、废弃动物组织等厨余垃圾和废弃食用油脂。餐厨垃圾的主要成分包括蛋白质、淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质。与其他垃圾相比,具有含水率高、有机质比例高、油脂成分高、盐分高等特点,容易腐烂发酵、滋生细菌,具有典型的资源和废物双重特性。1.2餐厨垃圾的特征1.2.1危害性餐厨垃圾的危害主要表现在以下两个方面：（1）污染水体与大气。在餐厨垃圾中，废弃食用油脂的污染最为严重，它在水体中经过复杂的生物化学反应，产生一系列组成复杂的醛、酸等恶臭性物质，这些物质是污染地下水和大气的罪魁之一；（2）传播疾病，危害人体健康。餐厨垃圾露天存放会招致蚊蝇鼠虫的大量繁殖，其是疾病传播的主要媒体。废弃食用油脂被不法分子加工成劣质食用油即“地沟油”、“泔水油”，人们若长期食用这些问题油脂，不但会导致慢性中毒，而且还容易患上肝癌、胃癌、肠癌等疾病。1.2资源性餐厨垃圾是由多种混合物组成，例如：米面、水、果皮、油等等，其中主要是以蛋白质、糖类、动物脂肪为主，具有较高的油脂、盐分的含量。从化学组成成分来看，主要是有脂类、蛋白质、纤维素等，相比其它的垃圾物，具有含水率高、盐分油脂含量高、有机物含量高等多个方面的优势，因此也具备较大的回收利用价值。15 2国内外餐厨垃圾的处理现状[2-7]2.1国内餐厨垃圾的处理现状在国内，最早推行餐厨垃圾处理机的厂商有美国的艾默生电气和通用公司；之后又有美国擎通集团垃圾处理机介入。同时国内一些厂家也开始研发各自的产品，如江苏省某制造有限公司自行研制开发生产的厨房垃圾粉碎机，主要利用锤头在高速旋转时产生的惯性力将垃圾击碎，再通过齿板、齿田的相对运动进行再次切割、研磨，粉碎后的垃圾随下水道冲走，处理技术的成熟度还有待于提高。又如中国万家电器集团有限公司研制的万家SLC370型食物垃圾处理机，采用湿法厌氧发酵处理垃圾，将餐厨的食物垃圾粉碎成极小颗粒，进入排水系统，经短期发酵后形成淤泥状肥料。该方法仅局限于家庭内就地处理食物性垃圾，所以处理规模小。近年来，国内一些大中型城市纷纷探索餐厨垃圾资源化利用新模式并初步形成了北京模式、上海模式、宁波模式、西宁模式等餐厨垃圾资源化利用模式。在餐厨垃圾处理方法方面，我国使用较多的有蚯蚓堆肥、容器式堆肥。2.2国外餐厨垃圾的处理现状早在20世纪40年代，美国就成功地研制开发出家庭食物垃圾处理机，解决了家庭食物垃圾堆存的烦恼。如今美国家庭普遍使用这种机器，在美国，餐厨垃圾产生量较大的单位设置垃圾粉碎机和油脂分离装置，餐厨垃圾经粉碎机粉碎后进入油脂分离装置，碎料排入下水道，油脂则送往相关加工厂（如制皂厂）加以利用；餐厨垃圾产生量较小的单位，则将其混入有机垃圾中进行处理（因为美国生活垃圾分类收集的比例很高，厨房垃圾进行分门别类放置）。近时期的发展则是倾向于采用堆肥工艺制成肥料或加工成动物饲料进行资源化回收利用。目前韩国把餐厨垃圾列为可燃垃圾，焚烧的垃圾中餐厨垃圾占30％～50％。但由于餐厨垃圾的燃烧导致二恶英增加、能源浪费等一系列问题，韩国政府将限制餐厨垃圾焚烧处理。同时由于餐厨垃圾填埋而引起的渗滤液和气味等问题，韩国全国于2005年起所有填埋场不再接受餐厨垃圾。韩国通常利用微生物菌种集中处理餐厨垃圾来制造饲料。日本主要通过制定相关法律、法规对餐厨垃圾的产生和处理过程进行管理，15 则重点着手于非传统方式的餐厨垃圾资源化技术研究。3餐厨垃圾的主要处理技术[8-14]3.1填埋处理餐厨垃圾的填埋处理，是目前中国处理餐厨垃圾采用的直接处理方式。餐厨垃圾直接倒入垃圾填埋场与其它家庭垃圾混合填埋。在此过程中的优点是简单、运行成本低、加工能力强大。缺点是占用了大量的土地资源，花费了大量的土地收购成本。餐厨垃圾具有含水量高、有机物含量高的因素，垃圾填埋场会产生大量的渗滤液、有害气体，并直接影响地下水和空气等自然资源，形成二次污染，危害人体健康。此外，餐厨垃圾直接填埋，所含的能量造成浪费，这些资源没有得到有效利用。当前的土地资源紧缺，产量越来越多的餐厨垃圾已不适合填埋处理。3.2焚烧处理在餐厨垃圾的焚烧过程中产生的能量可以用于发电，从而达到废弃物转化为可以方便使用的资源。该工艺的优点是处理能力强，减少废弃物的效果好。产生的热可以通过涡轮机做功发电，实现废弃物的资源利用。由于焚烧发电对餐厨垃圾的热值具有较高的要求，但是餐厨垃圾的水分含量通常在80％至90％之间，这样的过高的水分含量导致热值非常低，如果在这种条件下使用的焚烧技术处理，将大大增加餐厨垃圾的前期处理成本。与此同时，由于不完全燃烧可能产生的气体排放到环境中，将会损害人体健康。由于考虑到环境效益，餐厨垃圾的焚烧处理的可行性很低。3.3肥料化处理3.3.1好氧堆肥餐厨垃圾的好氧堆肥技术是在有氧的条件下，好氧微生物（主要是菌类）对有机物进行降解的过程。15 通过自身的活动，微生物能够将部分已经吸收了的有机物氧化成为无机物，并且也提供微生物活动生长所必须的能量，另外一部分则被合成为新的细胞质，以此促进微生物不断生长，产生出更多的生物体，有机物在这一过程中逐渐地被降解，并且最终腐熟。好氧堆肥技术已经比较成熟，广泛应用于国外。其工艺流程图如下图1：餐厨垃圾机械分拣机械脱水填埋高温堆肥油水分离污水处理营养土或肥料达标排放筛上物物筛下物高油脂废水固体沼气图1处好氧堆肥处理工艺流程图此工艺的优点是采用了相对简单的技术，好氧堆肥技术处理的产品可以用来作为农业产品，实现废弃物再利用。但好氧堆肥技术主要适合于腐烂，有机质含量较高，含水率一般在50%到60%的餐厨垃圾。此外，堆肥所需要占用的土地较大，且加工周期长，从而增加了经营成本。同时，好氧堆肥技术处理在非密闭的环境中进行，产生的气味影响周围的环境，导致二次污染。由于高水分的餐厨垃圾在堆肥过程中的存在较难处理的弊端。好氧堆肥技术处理餐厨垃圾并不适用于土地稀缺，人口较多的城市。3.3.2厌氧消化餐厨垃圾的厌氧消化处理是指在厌氧条件下，微生物将有机垃圾进行分解成甲烷和二氧化碳的过程，15 运输进厂的餐厨垃圾首先进入固液分离系统，其上层油脂进入油水分离系统，固体部分泵入消化罐内，进行厌氧发酵。发酵过程产生的沼气经净化处理后输入热电联产单元利用，产生的部分热能用来预加热反应物料和维持发酵罐温度，发酵过程产生的残渣进入脱水环节，脱水后的发酵残渣与外加的园林垃圾进行联合堆肥，达到脱臭、进一步脱水以及资源化的目的，残渣最终形成堆肥产品进行综合利用。脱水产生的废水大部分经处理达到三级标准后排入城市污水管网。其工艺图如下图2预处理油水分离废水残渣缓冲罐厌氧消化消化残渣离心脱水滤饼废水餐厨垃圾絮凝液生物气冷凝液图2厌氧消化工艺流程图厌氧发酵技术的优点是减少餐厨废弃物效率较高，回收、处理效果较好，产生的沼气可用于发电等。厌氧发酵过程中发酵后无异味，不产生二次污染，公众接受程度较高。该技术较为成熟，已经越来越广泛的应用在国外，案例较多。3.4饲料化处理饲料化处理技术主要是采用高温加热等手段加热餐厨废弃物，经过烘干处理，杀毒灭菌，除去盐分等程序，可以最终生成蛋白饲料添加剂、沼气、再生水等可利用物质。其工艺流程图如下图3：15 餐厨垃圾称重破碎筛分脱水工业油酸或工业用油油脂加工铁质金属玻璃塑料烘干细破碎设备冷筛分系统蛋白饲料成品回收图3饲料化工艺流程该过程包括破碎筛分系统、固液分离系统、饲料产生系统、冷却筛分系统、细碎系统。该处理技术具有加工的机械化程度高、占地面积小、资源利用程度高的优势。缺点是蛋白饲料添加剂重新进入食物链，最终返回到人身体之中的风险将无法预测。目前国家有关部委正在评估有关餐厨垃圾饲料化产物利用的风险问题，该处理技术前景并不朗。3.5能源化处理餐厨垃圾的能源化处理是在近几年迅速兴起的，主要包括焚烧法、热分解法、发酵制氢等。15 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，产生的热能可转换为蒸汽或者电能，从而实现能源的回收利用，但餐厨垃圾的含水率高，热值较低，燃烧时需要添加辅助燃料，从而造成投资大的问题，同时尾气处理也是一个难题。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、油和碳的形式，然后再进行利用，热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；氢作为一种高质量的清洁能源，是普遍认为的最有潜力的替代能源，很多学者对此做了研究。4餐厨垃圾处理工艺比较4.1餐厨垃圾处理技术比较分析结合目前对餐厨垃圾的主要处理技术介绍，并充分考虑上述技术应用的实际情况，对主要技术比较够得出下表1餐厨垃圾主要处理技术一览表1参数名称处理技术好氧堆肥处理厌氧消化处理饲料化处理无害化程度较高高高减量化程度较高高较高资源化程度较高高高技术安全性较好好好技术先进性先进先进一般技术可靠性好好好占地面积大较大较小投资金额（万元/吨）12~3530~5010~25运营成本（元/吨）80~12045~150200~500产品质量较好好好产品应用多多较多4.2推荐采用工艺技术经过上述几种处理工艺流程比较，结合各种技术的优缺点，推荐采用餐厨垃圾综合处理技术：厌氧消化技术、好氧堆肥技术和生物柴油制取技术。才可以实现餐厨垃圾的资源化和无害化处理。其综合流程图如下图4：15 餐厨垃圾收集分选、破碎湿热处理固液分离废液油水分离生物发酵杂物生物发酵油脂生物柴油饲料原理污水处理厂干燥、调理水油水混合物固性残余物胶粒发电沼气水图4综合工艺流程理由如下：废弃油脂：废弃油脂从餐厨垃圾中分离出来，经过油水分离器的方式通过在预处理阶段。这些油脂可以回收的“地沟油”、废食用油混在一起，通过化学处理转变为生物柴油或其他化工原料，可以实现更好的经济效益。处理产品（沼气）：发酵后产生沼气含有甲烷、二氧化碳、硫化氢等气体。甲烷气体是可燃的，浓度通常为60％-75％，进入热电联供燃气涡轮机发电后，剩余的热量被用于废弃物处理设备本身。沼液利用：发酵后产生沼气后的沼液通过脱氮、盐、硫工序，可以用于有机肥在农业灌溉、景观绿化等领域。沼渣利用：脱水后剩余的残渣经过好氧堆肥的肥料可视为成品出售。好氧堆肥过程中通常要加入秸秆等材料，以减少水分和补充营养素。15 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首先，感谢我的指导老师仵博万老师，这篇论文综述中的每个思路，都离不开仵老师细心的指导。仵老师对工作的勤恳和热情，触动我很快对我这个论文写作产生兴趣。在这段时间里，我从仵老师身上不仅学到了许多的专业知识，更感受到仵老师工作中的兢兢业业，生活中的平易近人。此外，仵老师严谨的教学态度和忘我的工作精神值得我去学习。其次，非常感谢在我的毕业季中，给予我极大的帮助的老师和同学们，使我对整个毕业论文的思路有了总体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我有了很大的收获。感谢多年来传授我知识的老师们，更要感谢那些对我学习上支持和鼓励的人。同时感谢所有关心帮助过我的同学、老师和学校。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的同学和老师给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！以后的学习生活中我将以加倍的努力对给予我帮助的学校、老师及同学们以回报。姓名：刘林芳2016年4月20日15