餐厨垃圾及其处理方案

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 2 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 3 目录 摘要 4 Abstract 4 引言 4 1 餐厨垃圾的概述 5 1 1 餐厨垃圾的定义 5 1 2 餐厨垃圾的特征 5 1 2 1 危害性 5 1 2 资源性 5 2 国内外餐厨垃圾的处理现状 6 2 1 国内餐厨垃圾的处理现状 6 2 2 国外餐厨垃圾的处理现状 6 3 餐厨垃圾的主要处理技术 7 3 1 填埋处理 7 3 2 焚烧处理 7 3 3 肥料化处理 8 3 3 1 好氧堆肥 8 3 3 2 厌氧消化 9 3 4 饲料化处理 10 3 5 能源化处理 11 4 餐厨垃圾处理工艺比较 11 4 1 餐厨垃圾处理技术比较分析 11 4 2 推荐采用工艺技术 12 5 参考文献 13 致 谢 14 4 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 Food waste and treatment options Instructor Wu Bowan Students Liu Linfang Specialty Chemical Class 12 Chemical Class 2 Chemistry and chemical engineering college Longdong University Qingyang Gansu 745000 Abstract The people is living standards improve the rapid of the restaurant industry food waste also increases For food waste has a moisture content salt content high organic content perishable and other characteristics analyzes the main food waste treatment technologies at home and abroad and comparative analysis of different technologies combined with social environment and economic benefits identify food waste resource recovery harmless processing technology Key words food waste 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 5 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 6 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 则重 7 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 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 8 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 9 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 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 10 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 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 11 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 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 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 35 30 50 10 25 运营成本 元 吨 80 120 45 150 200 500 产品质量 较好 好 好 产品应用 多 多 较多 参 数 名 称处 理 技 术 12 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 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 13 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 5 参考文献 1 戚建强 孙红军 李红 餐厨垃圾处理技术进展探讨 J 绿色科技 2012 01 127 129 2 胡新军 张敏 余俊锋 张古忍 中国餐厨垃圾处理的现状 问题和对策 J 生态学报 2012 v 3214 4575 4584 3 蓝俞静 刘玉德 绳以健 石文天 张媛 刘洋 餐厨垃圾处理设备的现状与发展趋势 J 北京工商大学学报 自然科 学版 2012 v 30 No 11006 76 79 4 吴修文 魏奎 沙莎 王军 袁修坤 国内外餐厨垃圾处理现状及发展趋势 J 农业装备与车辆工程 2011 No 24512 49 52 62 5 王星 王德汉 张玉帅 陆日明 国内外餐厨垃圾的生物处理及资源化技术进展 J 环境卫生工程 2005 02 25 29 6 王向会 李广魏 孟虹 马琳 赵国珏 国内外餐厨垃圾处理状况概述 J 环境卫生工程 2005 02 41 43 7 华云 王丽莉 张波 我国餐厨垃圾处理现状及主要处理技术应用情况 J 城市管理与科技 2009 v 1102 60 63 8 张韩 李晖 韦萍 餐厨垃圾处理技术分析 J 环境工程 2012 v 30S2 258 261 282 9 刘玉德 绳以健 石文天 蓝俞静 刘洋 餐厨垃圾处理设备研究 J 北京工商大学学报 自然科学版 2011 v 29 No 10406 69 72 10 张存胜 厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气的研究 D 北京化工大学 2013 11 潘丽爱 生物降解法餐厨垃圾处理技术的实验研究 D 吉林大学 2006 12 王磊 胡超 刘伟 康兆雨 高乐 石宪奎 中国餐厨垃圾处理技术现状与展望 J 广东化工 2013 v 40 No 25816 76 77 13 刘永海 冯晓霞 魏富奎 家庭餐厨垃圾处理方法及设备的研究 J 机械研究与应用 2010 No 10703 9 10 13 14 王续瑛 餐厨垃圾综合处理工艺分析研究 D 华南理工大学 2013 15 伍建军 梁灿钦 林锦权 餐厨垃圾处理技术现状与发展 J 东莞理工学院学报 2012 v 19 No 6903 68 72 16 尼姝丽 王述洋 梁素钰 餐厨垃圾循环处理的产业化分析 J 能源研究与信息 2011 v 27 No 10301 7 12 31 17 朱芸 王丹阳 弓爱君 周陆军 张振星 刘茜宇 餐厨垃圾的处理方法综述 J 环境卫生工程 2011 v 19 No 8703 50 52 18 刘军 刘涛 代俊 冯晓军 厌氧消化处理餐厨垃圾工艺 J 中国资源综合利用 2011 v 29 No 29809 54 57 19 王妮娜 郑立柱 餐厨垃圾资源化处理技术 J 广州环境科学 2011 v 26 No 10303 20 22 14 20 袁玉玉 曹先艳 牛冬杰 赵由才 餐厨垃圾特性及处理技术 J 环境卫生工程 2006 06 46 49 21 丛利泽 餐厨垃圾的微生物处理与资源化的初步研究 D 厦门大学 2007 22 沙涛 迟子芳 餐厨垃圾处理设备的现状与发展趋势研究 J 环境科学与管理 2015 v 40 No 21308 41 43 23 张鹏 餐厨垃圾处理装置研究 D 长春理工大学 2013 24 郭涛 朱华伦 杜蕾蕾 沈柄国 万辉 何东平 餐厨垃圾处理中油脂和水分的去除 J 粮油加工 2008 No 36511 71 73 25 黎敏 餐厨垃圾处理技术及其应用探讨 J 资源节约与环保 2013 No 13403 78 26 李笑寒 陈子惟 刘咏妍 徐琳瑜 基于情景分析的城市餐厨垃圾处理方案研究 J 中国环境管理 2013 v 502 17 20 27 绳以健 刘玉德 高春青 餐厨垃圾处理设备可靠性分析 J 农业机械 2013 No 75523 78 84 28 农传江 徐智 汤利 张发宝 餐厨垃圾特性及处理技术分析 J 环境工程 2014 v 32S1 626 629 692 29 魏世锋 我国餐厨垃圾处理技术浅析 A 中国沼气学会 中国农村能源行业协会 沼气发展战略和对策研讨会文集 C 中国沼气学会 中国农村能源行业协会 2010 3 30 张存胜 厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气的研究 D 北京化工大学 2013 31 潘丽爱 生物降解法餐厨垃圾处理技术的实验研究 D 吉林大学 2006 32 王梅 餐厨垃圾的综合处理工艺及应用研究 D 西北大学 2008 33 裴占江 餐厨垃圾厌氧消化效率研究 D 沈阳农业大学 2015 34 杨林海 有机垃圾干式厌氧发酵处理试验研究 D 兰州理工大学 2013 35 王晓伟 餐厨垃圾饲料化工艺恶臭污染物排放特性研究 D 沈阳航空航天大学 2013 15 致 谢 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