家用型餐廚垃圾處理器的研究報告

陳 艷 毛繹如

(1.浙江經(jīng)貿職業(yè)技術學院，浙江 杭州 310018；2.杭州市長壽橋小學六(7)班，浙江 杭州 310003)

1 家庭餐廚垃圾的情況

1.1 高含水量、高有機質含量

家庭餐廚垃圾具有高含水量、高有機質含量的特征。餐廚垃圾的含水率一般在70%～80%，收集、運輸和處理都帶來很大的難度。垃圾滲水對地表水和地下水也造成污染。有機質含量高，氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素含量較高，易腐敗，但是作為肥料的再利用價值高。

1.2 以減量和資源化為目標

家庭餐廚垃圾平均占生活垃圾的60%以上，收集、運輸、處理的量都不小，因此在源頭進行垃圾處理，第一要達成的目標是減量，減少家庭餐廚垃圾的排出量。第二是資源化，因為餐廚垃圾含有大量的有機質，經(jīng)過處理可以作為家庭園藝的有機肥料使用，最終也達到減量的目的。

2 國內現(xiàn)有餐廚垃圾處理的情況

2.1 填埋

我國餐廚垃圾量大，收集、運輸途中對環(huán)境產(chǎn)生污染。填埋占據(jù)容積量大，而且垃圾滲水對地表水和地下水也造成污染。

2.2 機械研磨性處理

目前我國偶爾可見的餐廚垃圾處理器都是進口大型處理設備，適用于食堂、大型餐廳等。

大型餐廚垃圾處理器，主要是機械研磨性。通過高速旋轉的刀片將各種餐廚垃圾切碎成微小顆粒，再沖入下水道，這種垃圾處理器在國外有相當?shù)钠占奥剩贿m宜在我國大規(guī)模地普及，其理由是：

(1)將餐廚垃圾的顆粒排入下水系統(tǒng)后，容易加重污水的污染程度，有時還會引起下水管網(wǎng)的堵塞，也增加了城市市政污水處理廠的壓力。

(2)我國人民的餐飲習慣，餐廚垃圾中的油脂含量相對較高，尤其當動物脂肪在低溫下就會在排水管道內凝結成塊，日積月累容易造成管道堵塞，并且很難清理，使得城市的排水能力大大降低。

(3)我國的餐飲由于許多城市雨水和污水管還未完全分離，使用這種方法會造成對自然水體的污染。

3 家用生化型餐廚垃圾處理器的總體設計

圖1 處理技術工藝流程圖

3.1 預處理

首先進行粉碎等預處理。粉碎后的垃圾可進行固液分離。餐廚垃圾在經(jīng)過了分選、粉碎后仍然含有一些顆粒較小，但是在厭氧反應器中不能夠被降解掉的固體物質，如細砂等。這些固體物質進入反應器后通過內部攪拌，會磨損反應器和攪拌器，降低設備使用壽命。長時間運行時，還會在反應器底部形成堆積，降低反應器的有效使用體積。通過固液分離可使得這部分固體物質從垃圾中分離出去，只剩下可降解物質進入反應器，從而提高厭氧發(fā)酵罐的工作效率，保證產(chǎn)氣穩(wěn)定，進而保證整個厭氧裝置的高效穩(wěn)定運行。

3.2 微生物生化處理

微生物處理是該種處理技術的核心技術，微生物處理技術微生物菌的發(fā)酵原理是以餐廚垃圾作為培養(yǎng)基(調整碳氮比為25：1)、按照一定比例投入復合菌種，在一定的PH值、發(fā)酵溫度、含水率的條件下，進行短時間的好氧發(fā)酵，促進微生物菌分裂增殖速度達到對數(shù)級，實現(xiàn)轉化蛋白的作用，降低含水率，使微生物菌在此時生成芽孢體，進入休眠狀態(tài)，能夠很好地保存產(chǎn)物。

微生物菌種個數(shù)達到108cfu/g以上，微生物處理技術選取自然界具有新陳代謝活力、增殖、作用能力強的天然復合微生物菌種，包括芽胞菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等十幾種菌種，以一定的比例加入發(fā)酵，復合菌協(xié)同作用，增速繁殖，保證了發(fā)酵產(chǎn)品中的菌數(shù)。原料經(jīng)過微生物的生長代謝已經(jīng)發(fā)生了分解轉化，故不存在蛋白同源性問題。應將大分子蛋白位點經(jīng)過微生物發(fā)酵全部轉變小分子蛋白位點，即全部轉變成為小分子蛋白和小肽等更容易被吸收的蛋白，而不再是原來的動物源性蛋白和植物源性蛋白。

為保證標準化操作，進入生化處理設備中的餐廚垃圾首先需要加入調整材調節(jié)其含水率，再配以一定比例的微生物原菌后，一般要經(jīng)過幾個小時的發(fā)酵及干燥，經(jīng)干燥冷卻后的物料含水率≤13%以下。經(jīng)滅菌和穩(wěn)定熟化后的物料，通過出料口排入密封的皮帶輸送機中，然后輸送至后處理。

3.3 后處理

后處理由斗式提升機、半成品倉、成品倉以及分級篩、均混設備和自動計量設備組成。

熟化物料經(jīng)帶式輸送機和斗式提升機進入半成品倉，經(jīng)初步篩選去除木塊、塑料等物質后，通過磁選截留篩下物內的鐵質金屬后進入成品倉，并完成裝袋。篩上物則無利用價值，直接送去填埋。

4 家用型餐廚垃圾處理器的優(yōu)點

4.1 一次發(fā)酵堆肥，環(huán)保又實現(xiàn)了資源再利用

本項目中，餐廚垃圾通過微生化分解發(fā)酵堆肥，經(jīng)過機器出來的物質，可以直接作為家庭園藝的有機肥料，形成了良好的資源循環(huán)再利用。大處理量，一次可處理10L以下食物垃圾，操作簡單，使用方便，帶自動清洗系統(tǒng)；大漏斗，減少倒運次數(shù)。低噪音，振動小。

4.2 耗電量小

以普通家庭為例，如平均每日產(chǎn)生固體性餐廚垃圾5kg，處理10kg餐廚垃圾約用時10min，耗電約0.25度，每月30天計，用電量約為0.25×30=7.5度。本項目中，垃圾分解過程借助了微生化的作用，相比較其他原理的處理器，例如干燥式廚余垃圾處理器，要省電。自帶過載保護系統(tǒng)，保護電機，延長設備壽命。

4.3 除臭功能

生化型垃圾處理器因為有獨特的發(fā)酵過程，必定會產(chǎn)生臭味，因此配置了除臭功能。在餐廚垃圾里放入活性炭等碎片，在排氣口通過白銀催化劑來除臭。

4.4 體積合適，適宜家用

本項目設計的處理器采用不銹鋼整體拉砂面板，高檔大方。擬安裝在廚房，可以在水槽下方，也可以單獨放置。

5 總結

本項目所研究的家用生化型餐廚垃圾處理器，系統(tǒng)結構包括斜齒圓柱齒輪磨輥粉碎、餐廚垃圾脫水和壓縮、菌劑噴淋、攪拌發(fā)酵、出料等，結構緊湊合理，創(chuàng)新性高。針對城市餐廚和果蔬類生物質垃圾特點，進行機械與人工輔助分選結合的垃圾破袋和分選裝置的優(yōu)化設計方法，合理設計動靜刀具的形狀、徑向間隙等，實現(xiàn)高效破袋分選過程的低能耗。針對餐廚和果蔬類生物質垃圾多組分、多物性、形狀體積各異的特點，在現(xiàn)有多功能雙軸螺旋垃圾給料技術研發(fā)的基礎上，研制物料低速破碎、中速均質、高速漿化、離心及篩分除雜的一體化預處理技術與設備，功率消耗低、運行經(jīng)濟。研究加熱脫油和沉淀及油水離心分離方法，對油脂分離回收工藝各環(huán)節(jié)的設備與運行參數(shù)進行合理匹配、選型、優(yōu)化，實現(xiàn)系統(tǒng)的安全、高效、低耗運行。研究預處理過程物料的優(yōu)化輸送技術和精確控制方法，保證高固體厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)高效運行。研究生物質垃圾預處理過程除臭關鍵技術，采用物理、生物相結合的除臭控制方法，提出合理除臭方法和工藝，減少系統(tǒng)的臭氣排放，保護作業(yè)環(huán)境。設備可以在較短的時間內實現(xiàn)餐廚垃圾的減量化處理，過程無污染，無氣味釋放，產(chǎn)物環(huán)保，可以作為家庭園藝的化肥使用，具有較大的經(jīng)濟和社會價值，產(chǎn)品和技術創(chuàng)新性高。