史東曉，湯曉艷，陸祥昕，徐 剛，陸燕中，呂 清

（1. 常州市環(huán)境衛(wèi)生管理中心，江蘇 常州 213171；2. 維爾利環(huán)保科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇常州 213171）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國民生活質(zhì)量提高，人們對于餐飲行業(yè)的需求逐年增大，隨之產(chǎn)生了大量的餐廚垃圾。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，近年來我國餐廚垃圾產(chǎn)生量逐年上升，2020 年達(dá)到1.28×108t 左右［1］。餐廚垃圾含水率高，有機(jī)物質(zhì)含量高，富含氮、磷、鈣及各種微量元素，鹽分含量較高，易攜帶病原菌及病原微生物，易腐爛變質(zhì)滋生蚊蟲，具有資源和危害的雙重屬性［2-3］。

當(dāng)前餐廚垃圾的主要處理技術(shù)有機(jī)械破碎、衛(wèi)生填埋、焚燒發(fā)電、厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵等［4］。其中機(jī)械預(yù)處理+厭氧消化由于無害化程度高、工藝穩(wěn)定，受到很多大型餐廚垃圾處理廠的青睞［5］。預(yù)處理后約產(chǎn)生7%～15%的有機(jī)殘?jiān)?，主要通過填埋的方式處置。因餐廚有機(jī)殘?jiān)袡C(jī)質(zhì)含量高，富含多種營養(yǎng)元素，其填埋處置不僅污染周邊環(huán)境且造成資源浪費(fèi)。

本研究以常州市餐廚廢棄物綜合處置項(xiàng)目（一期）為例（其處理工藝為機(jī)械預(yù)處理+厭氧消化，在餐廚垃圾處理方面極具代表性），探討三相分離機(jī)械預(yù)處理后產(chǎn)生的有機(jī)殘?jiān)Y源化利用情況，主要包括：①有機(jī)殘?jiān)M(jìn)入?yún)捬跸瘑卧黾诱託猱a(chǎn)量；②有機(jī)殘?jiān)曫B(yǎng)昆蟲生產(chǎn)蛋白飼料，通過分析、比選出三相有機(jī)殘?jiān)^為經(jīng)濟(jì)的資源化利用方式。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

有機(jī)殘?jiān)∽猿Ｖ菔胁蛷N廢棄物綜合處置項(xiàng)目（一期）預(yù)處理工藝出渣；蠅蛆幼蟲由常州維爾利餐廚廢棄物處理有限公司提供；養(yǎng)蟲輔料使用破碎后的細(xì)糠（稻殼），取自常州雪堰鎮(zhèn)大米加工廠；長方形不銹鋼養(yǎng)殖盤，規(guī)格為2.1 m×0.9 m×0.2 m，由常州金源機(jī)械設(shè)備有限公司提供。

本項(xiàng)目三相分離的有機(jī)殘?jiān)考s占總進(jìn)料量的7.5%，含水率高，約為78%～80%，有機(jī)質(zhì)含量高，雜質(zhì)含量相對較低，其組分分析見表1。有機(jī)殘?jiān)鐖D1 所示。

表1 有機(jī)殘?jiān)砘再|(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of organic residues

圖1 有機(jī)殘?jiān)麱igure 1 Organic residues

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

1）有機(jī)殘?jiān)M(jìn)行厭氧消化。餐廚垃圾收運(yùn)到餐廚垃圾處理廠后經(jīng)過機(jī)械預(yù)處理分離出有機(jī)殘?jiān)?、有機(jī)液相和油脂。有機(jī)殘?jiān)盥裉幹?；有機(jī)液相泵送至厭氧進(jìn)水罐，進(jìn)行厭氧消化處理，厭氧消化產(chǎn)生沼氣用于發(fā)電，沼液至污水處理廠處理達(dá)標(biāo)排放；油脂可作為工業(yè)原料售賣。本實(shí)驗(yàn)是將有機(jī)液相單獨(dú)厭氧消化與有機(jī)殘?jiān)陀袡C(jī)液相混合厭氧消化進(jìn)行對比，研究兩種不同進(jìn)料方式的沼氣產(chǎn)量及厭氧消化后物料處理的難易程度。

本次選取2019 年1—6 月、2020 年1—6 月和2021 年1—6 月餐廚垃圾厭氧消化進(jìn)料情況作為分析數(shù)據(jù)，其中2019 年1—6 月數(shù)據(jù)為有機(jī)殘?jiān)M(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)（有機(jī)殘?jiān)M(jìn)料量15 t/d，2019 年9月停止殘?jiān)M(jìn)厭氧消化系統(tǒng)）的運(yùn)行數(shù)據(jù)，2020年1—6 月和2021 年1—6 月進(jìn)料均為有機(jī)殘?jiān)贿M(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)（前期投加殘?jiān)绊懸蛩叵?/p>

2）昆蟲養(yǎng)殖。從餐廚垃圾處理工程接收餐廚有機(jī)殘?jiān)?，卸于飼料存放池中，通過麩皮等調(diào)節(jié)有機(jī)殘?jiān)淖罴押手?0%左右，并添加有益菌種適度發(fā)酵，減少臭氣產(chǎn)生量?？刂起B(yǎng)殖區(qū)溫度（28～30 ℃）、濕度（50%～70%），用有機(jī)殘?jiān)鳛轱曫B(yǎng)昆蟲（蠅蛆幼蟲）的飼料。

采用整體車間進(jìn)行蠅蛆養(yǎng)殖，需有效控制溫度，防止熱量散失及冷空氣侵入，造價(jià)低，使用方便。養(yǎng)殖車間設(shè)有多層養(yǎng)殖架，用于放置養(yǎng)殖槽，考慮養(yǎng)殖槽強(qiáng)度與散熱面積，物料厚度8 ～10 cm。

有機(jī)殘?jiān)ㄟ^螺旋輸送機(jī)投入養(yǎng)殖槽后，將蠅蛆幼蟲加入到養(yǎng)殖盤中，經(jīng)過5 d 的養(yǎng)殖后，送入篩分單元，并通過篩分分離出蠅蛆成蟲、蟲糞和廢渣。

3 結(jié)果與討論

3.1 項(xiàng)目工藝概況

常州市餐廚廢棄物綜合處置項(xiàng)目（一期）于2015年建成投產(chǎn)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理餐廚垃圾200 t/d，采用機(jī)械預(yù)處理+厭氧消化工藝，其工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程示意Figure 2 Process flow schematic

餐廚垃圾經(jīng)收運(yùn)車輛收集后運(yùn)輸至處理廠，稱質(zhì)量后卸料進(jìn)入預(yù)處理車間內(nèi)的接收料斗，在料斗中實(shí)現(xiàn)初步的固液分離。接收料斗中的餐廚垃圾經(jīng)螺旋輸送機(jī)提升進(jìn)入自動(dòng)分選機(jī)，自動(dòng)分選機(jī)的主要功能是對餐廚垃圾中的塑料、織物等固渣進(jìn)行分離，同時(shí)食物殘?jiān)粷{化處理產(chǎn)生有機(jī)粗漿料，分離出的固渣外運(yùn)處置。漿化后的有機(jī)粗漿料被泵送至擠壓分離設(shè)備，分離出的漿料呈流動(dòng)漿料狀，自流至除砂池，與料斗瀝水在除砂池內(nèi)混合后進(jìn)行沉砂處理。經(jīng)除砂除雜后的漿液泵送至高溫蒸煮罐，通過直噴蒸汽將溫度提升至80 ℃。蒸煮后的漿液經(jīng)過濾后進(jìn)入三相提油機(jī)，三相提油機(jī)將漿液中的油脂、有機(jī)殘?jiān)约坝袡C(jī)液相分離。有機(jī)殘?jiān)膺\(yùn)處置。有機(jī)液相泵送至厭氧進(jìn)水罐，進(jìn)行后續(xù)的厭氧消化處理，厭氧消化產(chǎn)生沼氣除進(jìn)入鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于前端物料加熱外，其余均用于發(fā)電。發(fā)電自用，剩余電量上網(wǎng)。厭氧消化產(chǎn)生的沼液送至污水處理廠處理。三相提油機(jī)分離出的粗油脂含水雜率在3%以下，可直接作為工業(yè)原料外售。

3.2 有機(jī)殘?jiān)鼌捬跸Y源化利用方式分析

機(jī)械預(yù)處理后三相提油機(jī)分離出的有機(jī)殘?jiān)袡C(jī)質(zhì)含量高，與有機(jī)液相混合進(jìn)入?yún)捬跸磻?yīng)可提升厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的能力。通過對比厭氧消化進(jìn)料理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，可反映出有機(jī)殘?jiān)M(jìn)入?yún)捬跸耷昂笳託猱a(chǎn)量的變化及厭氧消化后沼液狀況，具體理化性質(zhì)及沼氣產(chǎn)量見圖3～圖4、表2～表4，其中2019年、2020年、2021年數(shù)據(jù)均取自1—6月。

表4 厭氧消化沼氣產(chǎn)量Table 4 Anaerobic digestion biogas production

圖4 2019 年、2020 年、2021 年沼氣產(chǎn)量Figure 4 Biogas production in 2019，2020，2021，respectively

表2 日平均厭氧消化進(jìn)料理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of daily average anaerobic digestion feed

圖3 2019 年、2020 年、2021 年厭氧消化反應(yīng)前后理化性質(zhì)指標(biāo)變化Figure 3 Changes of physical and chemical properties before and after anaerobic digestion in 2019，2020，2021，respectively

通過圖3、表2 和表3 可以看出，添加了有機(jī)殘?jiān)膮捬跸M(jìn)料的TS、COD、TN 和NH3-N 的含量都高于未添加殘?jiān)奈锪?。添加了有機(jī)殘?jiān)膮捬跸蟪隽系腡S、COD、TN 和NH3-N 含量也較未添加殘?jiān)奈锪嫌兴?，?dǎo)致物料后端處理難度加大。如表4所示，添加有機(jī)殘?jiān)膮捬跸磻?yīng)沼氣產(chǎn)量平均提升了14.28 m3/t，經(jīng)濟(jì)效益相對更高。有機(jī)殘?jiān)c液相共同厭氧消化可以提升沼氣產(chǎn)量，但同時(shí)也增加了系統(tǒng)負(fù)荷，導(dǎo)致后端污水處理系統(tǒng)的處理難度加大。

表3 日平均厭氧消化出料理化性質(zhì)Table 3 Physical and chemical properties of daily average anaerobic digestion effluent

3.3 有機(jī)殘?jiān)ハx養(yǎng)殖資源化利用方式分析

經(jīng)過三相提油機(jī)分離的有機(jī)殘?jiān)矢撸袡C(jī)物含量高，富含氮、磷、鉀、鈣及各種微量元素，非常適合飼養(yǎng)昆蟲，通過養(yǎng)殖昆蟲來消耗預(yù)處理產(chǎn)生的餐廚有機(jī)殘?jiān)?，可將原本的廢棄物轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)蛋白飼料［6］。眾多研究表明，餐廚垃圾經(jīng)昆蟲處理后減量化效果明顯，同時(shí)生成昆蟲生物體、蟲糞等高附加值產(chǎn)物，經(jīng)濟(jì)效益顯著。劉響響等［7］對餐廚垃圾飼養(yǎng)蠅蛆的效益進(jìn)行了分析，蠅蛆生物轉(zhuǎn)化率平均為16%，產(chǎn)生的蟲糞符合有機(jī)肥相關(guān)指標(biāo)要求?，F(xiàn)階段，昆蟲產(chǎn)品主要作為畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料銷售，蟲糞可作為有機(jī)肥用于改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。利用有機(jī)殘?jiān)桂B(yǎng)蠅蛆工藝見圖5。

圖5 有機(jī)殘?jiān)ハx養(yǎng)殖工藝示意Figure 5 Process schematic of breeding insects with organic residues

本次實(shí)驗(yàn)喂養(yǎng)的蠅蛆品種為紅頭蒼蠅，其具有個(gè)體大、產(chǎn)卵量大、壽命長、對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。餐廚有機(jī)殘?jiān)邮蘸蟠娣旁诹铣刂?，加入一定量的麩皮調(diào)節(jié)有機(jī)殘?jiān)手?0%，然后將有機(jī)殘?jiān)湃腽B(yǎng)殖槽，再將蠅蛆幼蟲放入養(yǎng)殖槽。經(jīng)過5 d 的養(yǎng)殖后，將養(yǎng)殖槽中物料送入篩分單元，通過篩分分離出蠅蛆成蟲、蟲糞和廢渣。蠅蛆鮮蟲經(jīng)過清洗后售賣，蟲糞和廢渣混合物進(jìn)行堆肥處理。平均1 t 餐廚有機(jī)殘?jiān)莛B(yǎng)殖出蠅蛆鮮蟲0.2 t、產(chǎn)出蟲糞0.27 t（不含廢渣）。

3.4 有機(jī)殘?jiān)鼌捬跸c昆蟲養(yǎng)殖的對比分析

3.4.1 有機(jī)殘?jiān)鼌捬跸慕?jīng)濟(jì)分析

通過表4 厭氧消化后沼氣產(chǎn)量對比可知，每200 t中含有15 t有機(jī)殘?jiān)倪M(jìn)料可比單獨(dú)液相進(jìn)料平均多產(chǎn)生14.28 m3/t 的沼氣。沼氣的發(fā)電效率為1.8 kWh/m3（曼海姆MWM800KW 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，單位體積沼氣發(fā)電量為1.8～2.2 kWh），市電基準(zhǔn)價(jià)格為0.73元/kWh，發(fā)電成本為0.12元/kWh，則摻雜有機(jī)殘?jiān)a(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益見表5。

表5 有機(jī)殘?jiān)M(jìn)行厭氧消化日收益Table 5 Daily income from anaerobic digestion of organic residues

3.4.2 有機(jī)殘?jiān)ハx養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)分析

有機(jī)殘?jiān)壡B(yǎng)殖的運(yùn)行成本見表6。通過對有機(jī)殘?jiān)B(yǎng)殖蠅蛆實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，1 t 有機(jī)殘?jiān)s能養(yǎng)殖出蠅蛆鮮蟲0.2 t，產(chǎn)出蟲糞0.27 t。蠅蛆養(yǎng)殖的運(yùn)行成本約3 300 元/t，當(dāng)前蠅蛆售價(jià)約4 600元/t（市場售價(jià)為4 000～6 000元/t），蟲糞約500元/t（市場售價(jià)為300～800 元/t），則餐廚有機(jī)殘?jiān)B(yǎng)蟲產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益見表7。

表6 有機(jī)殘?jiān)壡B(yǎng)殖運(yùn)行成本Table 6 Operating costs for fly maggot feeding with organic residues

表7 有機(jī)殘?jiān)B(yǎng)蟲日收益Table 7 Daily income from breeding insects with organic residues

3.4.3 有機(jī)殘?jiān)Y源化利用的經(jīng)濟(jì)效益對比

有機(jī)殘?jiān)鼌捬跸c昆蟲養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益對比見表8。

表8 有機(jī)殘?jiān)鼌捬跸c昆蟲養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益對比Table 8 Comparison of economic benefits between anaerobic digestion of organic residues and breeding insects with organic residues

4 結(jié)論

通過將有機(jī)殘?jiān)c有機(jī)液相混合進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，每200 t 中含有15 t 有機(jī)殘?jiān)倪M(jìn)料可比單獨(dú)液相進(jìn)料平均多產(chǎn)生14.28 m3/t 的沼氣。通過有機(jī)殘?jiān)桂B(yǎng)蠅蛆實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，15 t 有機(jī)殘?jiān)梢责B(yǎng)出蠅蛆成蟲3 t、產(chǎn)出蟲糞4 t。將兩種資源化利用方式對比后發(fā)現(xiàn)，有機(jī)殘?jiān)糜诶ハx養(yǎng)殖所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益約為厭氧消化的2倍，所以有機(jī)殘?jiān)糜诶ハx養(yǎng)殖也是一種較為經(jīng)濟(jì)的處置方式。同時(shí)，用于昆蟲養(yǎng)殖可以減少有機(jī)殘?jiān)M(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)，減輕系統(tǒng)負(fù)荷，降低后端污水處理難度。另外，通過昆蟲養(yǎng)殖有機(jī)殘?jiān)梢缘玫饺炕幹?，響?yīng)國家碳減排政策，減少餐廚垃圾對于生態(tài)環(huán)境的污染。當(dāng)前利用有機(jī)殘?jiān)B(yǎng)殖昆蟲的技術(shù)已經(jīng)日趨完善，未來預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生更大的收益。