电化学法:让餐厨垃圾变沃土

2016年06月27日08:00  来源:科技日报
 
原标题:电化学法:让餐厨垃圾变沃土

  新型餐厨垃圾脱盐除盐回收净化处理器

  近日,在北京举行的一个循环经济研讨会上,一台其貌不扬的智能机器引起了参会人员的极大兴趣,机器的全称是“新型餐厨垃圾脱盐除盐回收净化处理器”绰号“吃干榨净机器人”。

  这个看上去像一个汽车大小的长方形盒子,构造并不简单:一个不锈钢电解槽容器底部,带有一个螺旋桨刀片,容器上有孔。工作人员把果皮、菜叶、蛋壳及餐厨垃圾倒进去,按下开关,螺旋桨刀片开始快速转动,不一会机器安静下来,经过螺旋输送和固液分离后打开一看,容器空了,它后面的袋子里则有一团粘稠物,这就是餐厨垃圾经过了脱盐、除盐、废气净化、去除重金属等吃干榨净后的有机肥——堆肥。

  这个“大块头”,着实不简单,它自身拥有5项发明专利、12项实用新型专利。它通过氧化反应,将废气变成了次氯酸钠,也就是我们平时游泳池放置氯气杀毒的原理,由于次氯酸钠具有净化废水废气的功能,所以我们再也闻不到生化法和厌氧法处理餐厨垃圾时产生的臭鸡蛋味了。

  这台获得2015年北京市科学技术奖三等奖的“吃干榨净机”,是北京乐田园环保科技有限公司自主研发的专利产品,专用于餐厨垃圾的处理和净化。目前,这台“吃干榨净”的机器正在北京、内蒙古、河北等地区应用,并且即将推广到全国。今后,我们就再也不用担心地沟油重上餐桌了。

  “放错了地方的资源”

  一分钟前还是佳肴,一分钟后就成了垃圾。由于饮食文化和聚餐习惯,餐厨垃圾成了中国独有的现象,并且每天产生巨量的餐厨垃圾。

  餐厨垃圾,又称泔水,是居民在生活消费过程中形成的生活废物,极易腐烂变质,散发恶臭,传播细菌和病毒。餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等,从化学组成上,有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐。

  餐厨垃圾的主要特点是有机物含量丰富、水分含量高、易腐烂,其性状和气味都会对环境卫生造成恶劣影响,且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物质。

  “餐厨垃圾除了污染环境、影响市容外,还会危害人体健康。由于餐厨垃圾中含有肉类蛋白以及动物性的脂肪类物质,牲畜在直接吃食未经有效处理的餐厨垃圾后,容易发生‘同类相食’的同源性污染,“蛋白质同源”并可能促使某些致命疾病的传播。”课题负责人,北京乐田园环保科技有限公司总经理杨东海说。

  虽然处置不当会产生严重的后果,但餐厨垃圾也并非一无是处。杨东海表示,餐厨垃圾具有废物与资源的双重特性,可以说是典型的“放错了地方的资源”。

  据了解,餐厨垃圾内含大量的营养物质,主要成分是油脂和蛋白质,油脂可以作为制取生物柴油的适合原料。固渣除盐后用作天然有机肥,将餐厨垃圾“无害化”“资源化”的净化处理,是增加资源利用率的有效途径。

  目前,我国高度重视餐厨垃圾处理工作,国家先后出台《关于组织开展城市餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点工作的通知》和《关于加强地沟油整治和餐厨垃圾废弃物管理的意见》,指出要加强对我国餐厨废弃物的管理和专项整治,推进其资源化利用和无害化处理。

  传统餐厨垃圾处理方式有弊端

  据了解,我国餐厨垃圾处理起步比较晚,由于我国餐厨垃圾成分复杂,决定了使用单一的现有处理技术难以完成高效的处理。我国餐厨垃圾处理方式主要有填埋、焚烧、饲料化、堆肥、热解和厌氧发酵等,目前资源化利用处理技术路线为生化法和厌氧法,将餐厨垃圾中有机物经过厌氧发酵转换成沼气。

  “餐厨垃圾无害化、资源化处理是今后餐厨垃圾处理的主要发展方向。”杨东海说。

  由于餐厨垃圾含水率较高,焚烧、热解就不适用,微生物好氧处理不彻底,产生废气,能耗大,并且培养微生物存在菌种安全性等问题;蚯蚓堆肥由于受地域限制,难以进行规模化推广。堆肥技术成熟,但是占地面积大,并且产生二次污染,处理不彻底,推广困难。

  “餐厨垃圾厌氧发酵工艺是现在唯一资源化处理工艺;同时也存在诸多相应的问题。”杨东海认为,“厌氧法虽然采用的较多,但餐厨固渣中含盐高,作为有机肥使用会造成土地板结等缺点。”

  目前国内大多数餐厨垃圾处理厂采用的是厌氧发酵技术。厌氧发酵技术产生的沼气出路主要有3种:发电并网、车用燃气、压缩天然气。小型城市可以实现沼气发电并网,大城市实现较为困难;车用燃气纯度要求高,相应的沼气净化设施可能比较复杂;压缩天然气需要铺设管道,成本较高。

  “出路没理顺,一些处理厂生产的沼气只能用来‘烧火炬’,白白浪费掉了。‘吃干榨净’、变废为宝,而我们做到了。”杨东海说。

  随着国家对循环经济可持续发展,以及专项资金支持餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点城市的推进,对餐厨垃圾的规范、处理和发展提出了更高的标准,餐厨垃圾无害化资源化回收处理,迫切需要研究开发更高水平的资源化无害化回收服务技术。我们提倡“用循环经济原理处理处置餐厨垃圾。”

  “吃干榨净”的电化学法

  在北京市科委创新基金的支持下,经过系统性的研发,科研团队就当前餐厨垃圾处理技术存在问题进行攻关,采用电化学方法攻克了餐厨垃圾脱盐、除盐及重金属离子净化等多项关键技术,自主研发了“吃干榨净机”,有效解决了餐厨垃圾脱盐及重金属离子、油水分离、废气、废水有害物的净化技术难题。

  杨东海告诉记者,采用电化学方法对餐厨垃圾资源化集中处理,可以减少餐厨垃圾收运和填埋过程中的二次污染重金属离子和废气问题。“可以减少和防止餐厨垃圾被用来饲养“垃圾猪”和提炼“地沟油”而危害人们的身体健康,减少由于餐厨垃圾不合理处置而可能引起的环境污染及疫情传播,改善了群众的生活环境质量和城市市容。”

  与目前采用的生化厌氧法相比,电化学法具有显著优势。同比能耗降低30%,运行费用降低30%,固渣除盐用作天然有机肥达到了循环经济和资源化,形成产业闭环,实现高度资源化进而实现盈利,这样一个日处理量200吨的餐厨垃圾处理工厂,不但不需要财政的补贴资金,还可获得每年2000万的收入。

  “本成果解决了传统的生化法和厌氧发酵行业的发展关键共性几个技术难题:本设备将废水、废气和有机肥一并自动处理达标排放和回收,因已除盐直接可作有机肥使用,即资源化回收且无公害,采用电化学的方法打破了传统的生化、厌氧办法技术的单一,实现了餐厨垃圾处理产品的升级换代,有对时代颠覆性的技术突破革新,成果提高了行业的水平。”

  另外,使用该电化学方法,还具有节能的优势。杨东海介绍,电化学法反应过程中会生成一些具有强氧化作用的中间产物,这些具有强氧化性的活性中间体,可以除去垃圾中的臭味,并可以降低垃圾所含水分中的COD和BOD,减少废水污染。又可将餐厨垃圾中的有机物、病菌和重金属净化干净,吃干榨净资源化,因此不需再投入运行成本就可净化达标。

  据了解,电化学法每公斤用电量为0.19度,而生化厌氧法为每公斤0.25度,这足以改变人们认为电化学会比生化法、厌氧法用电量多的揣测,同时节省生化、厌氧法需添加各种微生物菌的成本,可见电化学方法运行成本优于前二者。

  “电化学法不需要增加废水、废气及重金属离子等设备的成本投入,仅需电化学处理投入成本,远远低于生化厌氧法的投资。”杨东海说,“这一点我们在北京电影学院等多家单位进行了实践,效果十分显著。”

  餐厨垃圾处理迎来升级革命

  近年来,政府大力支持餐厨垃圾处理产业的发展,鼓励社会资金投入,通过制定优惠的政府财政补贴、土地政策以及金融支撑政策,鼓励民间资本投入垃圾处理设施的建设和运营。这让杨东海看到发展的希望。

  “我国很多餐厨垃圾处理建设存在滞后。”杨东海认为,主要原因是当前生化、厌氧法含盐高,不能回收,而一些生化厌氧法餐厨处理存在重金属排放不能达到国标要求造成的。

  杨东海认为,本项新技术突破性地解决了餐厨垃圾处理中的几个难题:固渣可回收资源化可持续发展,减少地方补贴,吸引民间投资热情;废气废水、重金属离子不需加大投入就可一举四得,一并净化达标,做到了“吃干榨净”可回收再利用。“运行成本和设备投资及稳定化方面,均优于生化、厌氧法。”

  杨东海算了一笔账:当前全国每天有14.53万吨餐厨垃圾需要处理回收,且每年以4%速度在增长,建设规模在800座/全国,如果采用我们的电化学方法,每天按200吨处理规模的工厂,每年全国工厂可产生利润160亿,同时可减少生化法财政补贴150亿,可供26250万亩良田用上这种天然有机肥,对环保做出巨大贡献,防止地沟油重上餐桌。

  2016年第十三个五年规划纲要明确将加快建设城市餐厨废弃物资源化利用和无害化处理系统,实施循环经济引领计划。“这项技术成果正在向河北、浙江、江苏、内蒙古等全国餐厨垃圾试点城市推广。”杨东海告诉记者,他们正在与浙江湖州洽商共建一座日处理100吨的餐厨垃圾处理厂,“预计今年还会有几个大型处理工厂签订合同。”

  (本版文字由本报记者申明采写)

(责编:王艺锭、熊旭)

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