食物垃圾處理技術探析

湯瑛 浙江省嵊州市環境保護監測站，浙江 嵊州 312400

食物垃圾處理技術探析

湯瑛 浙江省嵊州市環境保護監測站，浙江 嵊州 312400

目前食物垃圾的處理方法有多種，傳統的處理方法如填埋、焚燒、堆肥等和一些新興的處理方法如小型生化處理機、食物垃圾粉碎機等各有弊端。利用微生物固態發酵技術，使處理后的食物垃圾轉化成微生物蛋白飼料，對食物垃圾環境污染的綜合治理和資源的可持續利用具有十分重要的意義。

食物垃圾；固態發酵；微生物蛋白飼料

食物垃圾主要是指食品工業廢棄物、家庭及飲食業在清洗、烹飪過程中扔掉的食物、吃剩的殘渣剩菜和因保管不善而變質的食物。食物垃圾的主要特征是BOD值高，如直接排放，對環境將造成很大的危害；生物分解速度快、易腐敗，并產生令人厭惡的臭氣。若用食物垃圾直接喂養生豬，可能造成人畜之間疫病的交叉傳染。

目前，國內絕大多數城市存在著對食物垃圾管理無序、任意處置等問題，食物垃圾已經成為垃圾收集、運輸和填埋處理的主要污染源。因此，規范管理、合理處置食物垃圾并使之資源化極為重要，不但可消除垃圾臭味，避免環境污染，減少垃圾處理成本，還可以減少環境污染，增加社會資源，促進社會經濟發展。1.傳統的食物垃圾處理技術

1.1 食物垃圾的傳統處理方法

食物垃圾的傳統處理方法有填埋、焚燒和堆肥，這些處理方法存在占地面積大,二次污染嚴重, 建設投資和運行費用較高等問題，在今后食物垃圾處理中所占比例會不斷減少。

1.2 直接飼喂牲畜

單位食堂和餐館的食物垃圾被養豬戶拉走直接飼喂牲畜的現象屢見不鮮。若用食物垃圾直接喂養生豬，可能造成人畜之間疫病的交叉傳染；同時食物垃圾也是“泔水油”的源頭，危害百姓健康[1]。

2.新興的食物垃圾處理技術

2.1 小型生化處理機

國內外目前對食物垃圾的生物處理和處置，應用比較多的是小型生化處理機，與傳統方法相比，小型生化處理機減少了對周圍環境的污染；50～70℃的發酵溫度能夠殺滅垃圾中的有害細菌和寄生蟲；食物垃圾經處理后減量達80%以上。但是，生化處理機能耗大，垃圾處理后再利用率很低(只有10%～20%)，菌種生態安全及毒理評價尚需一段時間的檢驗，上述因素使得大面積應用生化處理機存在一定的難度和風險。

2.2 食物垃圾粉碎機

目前家庭食物垃圾粉碎機一般安裝在廚房水槽下，將食物垃圾粉碎研磨后，細小顆粒隨流水一起排入污水系統。由于食物垃圾有機質含量高，當粉碎進入下水道后，必然增加城市污水處理廠的處理負荷。若直接排到自然水域中，易導致水體富營養化，使水體中的藻類及浮游生物大量繁殖，造成水體的溶解氧下降，其他水生生物大量死亡，從而使水體生態環境遭到破壞。

2.3 生物發酵制蛋白飼料技術

近年來，利用農副產品下腳料及食品加工業的廢渣廢液，通過微生物發酵生產單細胞蛋白飼料，取得了一系列的研究成果。目前對食物垃圾的發酵研究多是對其中的廢液進行液態發酵。液態發酵原料需經過較復雜的加工，好氧發酵過程中氧氣的傳遞需消耗較大的能量，而且使用液體培養基和較大的生物反應器，因此生產率較低。

3.生態化的垃圾處理技術——固態發酵技術的應用

固態發酵技術通過微生物的代謝活動對有機廢棄物和秸稈、蔗渣等粗物質進行分解和轉化，使飼料中不易被牲畜和家禽利用的大分子物質轉變成為易于消化吸收的小分子物質，同時，微生物自身的菌體蛋白提高了飼料的蛋白質含量，這樣就達到了垃圾處理的減量化、無害化、資源化。

3.1 固體發酵的特點

固態發酵是以氣相為連續相的生物反應過程，是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度的水不溶性固體基質中，用一種或幾種微生物進行的一個生物反應過程。

由于固態發酵具有節水、節能的獨特優勢，屬于清潔生產技術，與液態發酵相比具有獨特的優勢：固態發酵的微生物是在接近自然條件的狀況下生長的，有可能產生一些通常在液體培養中不產生的酶和其他代謝產物；微生物生長和代謝所需的氧大部分來自于氣相，因此，固態發酵的氣體傳遞速率比液態發酵高得多；發酵結束時培養基是濕物料狀態，產物濃度高；使用濃縮的培養基和較小的固態發酵生物反應器，因此生產率高，提取工藝簡單可控，沒有大量有機廢液產生，能耗小。

3.2 固態發酵生產微生物蛋白飼料的菌種

利用固態發酵技術生產蛋白飼料的關鍵是篩選和培養具有優良特性的菌種。現代微生物發酵多為純種發酵，即用純的單一菌種不斷地發現許多重要生化過程是單株微生物不能完成或只能微弱地進行的，必須依靠兩種或多種微生物共同培養來完成，即混合發酵。混合的多種菌種，增加了發酵中許多基因的功能，通過不同代謝能力的組合，完成單個菌種難以完成的復雜代謝作用。如真菌和酵母菌的混合培養，真菌可分解纖維素和淀粉，而酵母菌主要利用糖原，菌群的協同作用提高了對底物的利用效率及產品的蛋白質含量和營養功能，達到了更好的發酵效果。

3.3 固態發酵生產微生物蛋白飼料的工藝

利用固態發酵技術生產微生物蛋白飼料的一般工藝流程如圖1所示[2]。

固態發酵原料經分類篩選、蒸汽滅菌等預處理后，將經過篩選和擴大培養后的菌種接入進行發酵，發酵后的原料經干燥后成為成品。固態發酵原料固含物量大，所以需要較大數量的微生物菌群參與發酵，一般要求達到發酵原料的10%以上，因此菌種需要逐級擴大培養，達到預定的菌種濃度后即成為接種液。預處理后的原料添加無機氮源、營養鹽后，與接種液攪拌混合，進入發酵生產過程。傳統發酵通常采用發酵池或釀酒制曲的曲盤等，但這種反應器機械化程度低，勞動強度大，無法控制發酵條件，因而限制了其應用范圍，目前已開發應用的固態發酵反應器有轉鼓式、水平槳式攪拌反應器等。固態發酵反應器要有良好的攪拌、通氣、散熱、冷卻系統，能夠進行無菌操作，控制發酵過程中的溫濕度和水分等。

3.4 食物垃圾經固態發酵后容易達到飼料標準

我國飼料工業產品標準主要有衛生標準和營養物標準兩大類。在以食物垃圾為原料生產飼料的過程中先經高溫預處理，殺死病原菌和其他雜菌，使產品滿足衛生要求。從食物垃圾成分和仔豬、生長肥育豬配合飼料營養成分標準的對比可以看出，食物垃圾組分中除粗蛋白含量有可能達不到標準外（但也遠高于目前飼料工業的主要原料—玉米），其余指標均能夠達到配合飼料標準，即食物垃圾是很好的飼料原料[3]。同時食物垃圾中含有促進微生物生長的營養成分，因此，在適宜的外界條件下，通過微生物對食物垃圾的發酵分解及其自身的生長繁殖，可以較容易地使食物垃圾中的蛋白質含量得到提高，達到飼料標準[4]。

4.總結

目前，利用微生物處理食物垃圾生產微生物蛋白飼料的研究相對較少，未形成成熟的技術工藝，且只限于液態發酵處理食物垃圾廢液。隨著固態發酵工藝理論的成熟和新型固態發酵反應器的研制和應用，利用農牧產品發酵生產微生物蛋白飼料已經可行。目前世界范圍內的蛋白質資源短缺問題日益嚴重，而微生物菌體的蛋白質含量很高，且微生物代生時間短，在最佳環境條件下生長速率驚人，故微生物是一種理想的蛋白質資源。同時，食物垃圾中富含大量糖類、纖維素等可再生生物資源，因此利用固態發酵技術處理食物垃圾，開發新的廉價蛋白飼料，具有獨特的優勢和廣闊的前景，既可解決當前世界蛋白飼料嚴重短缺的問題，又可使食物垃圾減量化、無害化、資源化，是一種值得推廣的垃圾處理方法。

[1] 蘇維洲,高雁,孫震，等.餐飲廢棄食物(泔水)加工再生為蛋白質飼料的探討[J].飼料工業,.2003(11)

[2] 劉英杰,付婉霞.食物垃圾微生物處理技術的研究進展[J].節能環保研究探討.2005(5): 13-15

[3] 中國飼料工業協會.飼料工業標準匯編2002[M].北京:中國標準出版社.2002

[4] 付婉霞，孫麗娟，劉英杰. 利用食物垃圾生產微生物蛋白飼料的發展前景[J]. 環境衛生工程.2006,14(3): 21-24

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.005