餐厨垃圾直接堆肥的危害分析

2010-09-06 09:10:58   来源:中国生物能源网作者:韩杰荣浏览:0评论 0 
因为城市生活垃圾中易腐有机物主要来自于餐厨过程而且类别繁多,一般我们将城市生活垃圾中易腐有机物统称为餐厨垃圾。餐厨垃圾中易腐有机物的含量为40%-50%,主要包括厨余垃圾、餐饮业垃圾、食品行业尾料等,主要以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等物质为主,具有含水率高,油脂、盐分含量高,易腐烂、发酵、发臭等特点。餐厨垃圾中易腐有机物水分和油脂含量高,如果与其他生活垃圾混合焚烧会大大降低焚烧的热能利用,同时其中的脂类物质在重金属的催化条件下成为产生二恶英的重要因子;而填埋处理则会产生大量沼气及渗滤液,对环境造成二次污染,因此目前的易腐有机物大多采取生物处理。
餐厨垃圾有机物含量高,碳/氮比合理、营养元素全面,和常用的有机肥生产原料指标接近,因此,也有一些研究方法和处理思路将餐厨垃圾做为堆肥原料加以处理。经过我们实验研究,认为餐厨垃圾直接堆肥的危害不亚于直接填埋,本文注重讨论餐厨垃圾直接堆肥所产生的危害问题。
一、餐厨垃圾直接堆肥应用原理及优点
餐厨垃圾直接堆肥是指在人工控制的条件下,利用好氧微生物作用使有机固体废物稳定化的过程。堆肥能否成功的关键是微生物菌种的选择,堆肥物料碳/氮比的调节,水分、温度、氧气与酸碱度的适当控制。
持支持观点的人们认为餐厨垃圾直接堆肥处理有以下优点:
处理方法简单、堆肥产品中能保留较多的氮,可用于农业或制作动物饲料。能有效地实现生活垃圾的资源化、减量化和无害化。堆肥场地的重复使用减少垃圾填埋所产生的征地问题;能有效地使垃圾中的有机物稳定下来,降低有害物质的生成减少对自然环境的污染并得到堆肥产品(一种能改善土壤结构提高水保持能力、抗腐蚀、能提高土壤中微生物活动能力的有机肥料),存在一定经济收益,建设投资较省,单位处理能力投资约为20-45万元(t/d)。
二、餐厨垃圾直接堆肥的不可行性
对餐厨垃圾直接堆肥的处理方法,我们在经过仔细的调研究,是持反对态度的,下面从不同的侧面来讨论不可行的问题:
2.1传统堆肥方式占用场地太大
以天津市河东区为例,堆肥经过7d一次发酵达到无害化后,再将其清理出仓,运至二次发酵区,进行6-12个月的进一步腐熟,最终产品是粗堆肥。日处理规模为590t/d,日产垃圾堆肥200t,工程占地面积19. 4万㎡。其中可堆肥物占38. 76 %,约为228.7 t/ d,共需建造一次发酵仓(长193. 16 m ,宽18 m,堆高2. 5 m,钢筋砼排架结构,采用静态强迫通风好氧发酵工艺)186个,二次堆肥发酵时间需要半年,所占场地面积更是无法想象。
因此近年来,大型反应器、强制通风静态垛和条垛堆肥等都受到极大限制,堆肥设备正向小型化、移动化和专用化趋势发展。
2.2新型堆肥方式能耗过高,所产肥料成本过高,没有市场竞争力
作为规模化处理工厂,新型堆肥工艺大大减少了一次和二次堆肥的时间和占地面积。为了提高效率,新型堆肥工艺采用了半烘干后发酵及添加EM菌等新工艺措施。但是仅烘干一项,将含水率为80~90%餐厨垃圾原料烘干到含水率为40~50%堆肥料,所需要能耗惊人。传统的二效蒸发,烘干每吨餐厨垃圾原料需要耗费228kg新鲜蒸汽,需要费用约为45元;而采用新型工艺的MVR系统,烘干1吨餐厨垃圾原料需要耗电16kWh左右,每吨费用约为9元。在这样的工艺下生产出来的有机肥,成本极高,基本上没有市场竞争力。
2.3直接堆肥产生的渗滤液和臭气处理成本高昂
根据好氧堆肥有关资料,垃圾好氧堆肥产生的废气中主要污染物为CO2,也伴随着厌氧过程的发生,其主要废气污染物有CH4NH3H2S。直接堆肥处理200吨餐厨垃圾CO2日产量为800 kg/ dCH4 的排放量为58 kg/ dNH3H2S的排放量分别为7kg/ d2kg/ d。在正常工况下,餐厨垃圾堆肥场界处H2S超标,应至少设置 500 m的卫生防护距离。处理200吨餐厨垃圾平均每天可产生13.667t渗滤液,COD10000mg/LBOD6000mg/L。垃圾堆肥渗滤液是一种高浓度有机废水, 并含有丰富的微生物, 具有良好的可生化性。但是垃圾堆肥渗滤液中的COD、硝酸盐等盐类、部分金属离子等理化指标均不能满足排放要求,需要加以处理。以现有的生物除臭和污水处理工艺,处理200吨规模堆肥场所产生的二次污染,总投入和日运行费用都是相当不经济的。
2.4餐厨垃圾中的油脂对于堆肥过程有很强的抑制性
餐厨垃圾中油脂主要以可浮油、分散油、乳化油、溶解油、固相内部油脂等5 种形式存在。众所周知,现有除油工艺不能完全去除餐厨垃圾中的油脂,餐厨垃圾的含油脂比例一般在11-18%之间,根据清华大学的实验,实验室内的最高除油率约在75%左右,然而目前最好的除油工艺只能去除7-12%的油脂。同时经实验,餐厨垃圾高含量油脂会抑制微生物的生长,除油后堆肥样本的 pH 较高, 这是由于减少了餐厨垃圾中的油脂含量,从而降低了油脂酸化对堆肥品质的影响。
2.5餐厨垃圾中的高盐分去除成本过高,而不去除又会造成严重后果
根据中南大学和深圳职业技术学院的实验,水洗、脱水后样本中含盐量明显减少,含盐率由(1. 38±0. 02)%降为(0. 57±0. 05) %;有机质含量、含水率等指标相差不大。餐厨垃圾含盐率由 ( 0. 84±0. 11) %降至 (0. 22±0. 02) %,含盐量明显降低,同时渗滤液中有机物含量较小。同样,未经过水洗预处理的餐厨垃圾堆肥产品含盐量 (1. 38±0. 02)%(与样品的含盐量一致),而经过水洗后,堆肥中含盐量降为(0. 57±0. 05)%。而我们在实验中发现,餐厨垃圾中的高盐分同样也会抑制微生物的生长,只有少数耐盐菌群可以生存,而耐盐菌群的对有机质的生化效果较差,这严重制约了好氧堆肥工艺的处理效果。
华南农业大学在堆肥后肥料的盆栽试验中,选用肥料与珍珠岩、泥炭的混合物作为试验基质,植物为黑麦草。试验发现,当采用堆肥时,种子发芽率为23.33%,平均株高12.63 cm;采用泥炭:珍珠岩为11时,种子发芽率93.33%,平均株高6.68 cm。研究认为,餐厨垃圾堆肥的高盐分抑制了种子发芽,高养分促进了已出芽种子的生长,使得黑麦草株高表现出明显优势。由此可见,高盐分成为餐厨垃圾堆肥成品应用的限制因素。
2.6餐厨垃圾中复杂成份用直接堆肥无法实现完全降解
经实验,好氧堆肥7d11d后,淀粉、油脂、脂肪、蛋白蛋、纤维素的降解率相差不大,分别为98%70%42%57%13%。没有充分降解的多种物质会携带大量未经灭活的菌群。其中大量的有害菌,在包装、运输、施用后继续发挥作用,成为事实上的疾病传播渠道。
三、餐厨垃圾肥料的含盐论证分析
3.1堆肥肥料盐分含量计算
随着国家对有机废弃物的资源化利用方式进行不断研究,餐厨垃圾近来采用生物堆肥的方式进行处理,不仅机械处理能力较高,而且还生产出有机肥料,在一定程度上缓解了城市环境压力问题,但是,针对餐厨垃圾这种特殊的物料,具有高含盐率的特性,生产有机肥料存在盐分问题,如果一旦施用土地,可能会导致土壤的盐碱化问题。
如用餐厨垃圾资源化再生处理技术,每天以处理1t餐厨垃圾为例进行计算最终肥料的含盐率。根据对城市餐厨垃圾物理特性调查与相关测定,得出如下数据结论:初始餐厨垃圾的含水率为75%,最终肥料的含水率为25%(依据《微生物肥料行业标准(NY 227-94)
现做如下的规定:
按照理论值计算餐厨垃圾在生产肥料的过程中不存在固体质量的损失;餐厨垃圾原始的盐分按照质量百分比为1.4%
根据以上两条规定进行计算,最终计算生产的肥料含盐率质量百分比为4.24%,如果按照肥料密度为0.9t/m3进行换算,最终肥料的含盐率达到38.88g/liter,远远高于国外肥料的盐分测定标准(参照表2)。
3.2 理论依据
根据我国土壤盐碱地的耐盐承受能力表1进行分析:
1      盐碱地分类指标
名称
程度
全盐含量(%)
名称
程度
全盐含量(%)
 
盐碱地盐化标准
轻度
0.4-0.7
 
盐碱地分级指标
轻度
0.1-0.2
中度
0.7-1.2
中度
0.2-0.4
重度
1.2以上
重度
0.4-0.6
备注:在1m厚土层内全盐含量
备注:我国大多数以30cm土壤耕层含盐量
2 End-Use Test Values Recommended for Compost (肥料的最终测试标准)
Test Parameter
German
Austrian
WERL(USA)
Salt(盐)
<2.5g/liter
<2g/liter
<2mmhos/cm
根据:COMPOST QUALITY STANDARDS & GUIDELINES   Prepared for:New York Stste Association of Recyclers Dec 2000(《堆肥质量标准以及指导方针》由纽约可再生循环部200010月出台)
3.3结果分析
根据表1分析结果可以得出:如果直接采用餐厨垃圾进行资源化利用,最终生产肥料盐分质量百分比为4.24%,一旦长期施用土地中,可能导致土壤出现不同程度的盐碱化。因此,利用餐厨垃圾进行直接生产肥料,存在含盐率超标问题,需经其它处理措施将盐分降低再进行资源化利用。
四、结论
1、从理论方面来看,餐厨垃圾直接堆肥只是原理可行,但现行技术却无法解决其重要技术难题,同时也是极为不经济的一种处理方法,形成了环保产业并不环保的事实与不良影响,所以不建议采用。
2、从餐厨垃圾成分方面分析,餐厨垃圾中盐分、油脂对堆肥品质产生影响。堆肥的品质在一定程度上受到餐厨垃圾中油脂含量、盐分含量等因素影响,高盐分的堆肥产品将抑制植物的生长,如果长期使用还会导致土壤的盐碱化。因此,如何降低盐分在堆肥产品中的含量以及其对植物的影响还有待进一步的研究。
3、从经济角度来说,餐厨垃圾生产过程要达到无害化和达标排放,堆肥过程场地占用、除臭技术、污水排放、细菌灭活等硬件条件和工艺技术都需要极大的建设投入,抬高了堆肥产品的成本,然而市场对于有机肥的需求价格是一定的,造成了堆肥产品不具备市场竞争力,不建议大规模推广。
4、相关的政策法规是开展合理而科学的环保工作基础,对于我国这样一个法制尚不健全的国家而言,加快餐厨垃圾处理环节的立法工作有利于防止次生环境污染和重复建设。
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