餐厨垃圾好氧堆肥处理工艺及影响因素研究进展
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好氧堆肥作为餐厨垃圾处理的关键技术,从事相
关工作的科研人员 开 始 进 行 相 关 实 验 来 研 究 好 氧 堆
肥过程的基本规律。 任 连 海 等
肥 5 天后,利用水浴式供能堆肥装置堆体内部的温度
高于壁管式装置,温度可维持 8 天在 45 ℃ 以上;堆肥
周期均为 13 天;堆肥结束时,水浴式供能堆肥装置内
堆肥装置进行好 氧 堆 肥 操 作,结 果 发 现:两 种 供 能 方
日渐成熟、处理工艺成本低廉、安全可靠,在餐厨垃圾
处理行业中运用前景较为广泛
[ 7]
。
好氧堆肥的广泛应用促进了有关处理工艺与影
响因素研究 的 进 行, 近 几 年 来 也 取 得 了 许 多 重 要 的
1 好氧堆肥影响因素研究进展
RESEARCH PROGRESS ON INFLUENCING FACTORS AND TREATMENT TECHNOLOGY OF
AEROBIC COMPOSTING OF KITCHEN WASTE
Zhou Lei Huang Zhigang ∗ Ma Jianhang Gao Dongming
机盐、蛋白质、脂肪、纤维素等成分,具有含水率高、有
但经过合理、正当 的 处 理,餐 厨 垃 圾 也 可 以 成 为 为 人
机质 含 量 高、高 盐、高 油 脂、低 碳 氮 比 ( C / N) 、不 含 有
类所用的环保产品与清洁能源,在实现本身的营养价
牙签、塑料包装、餐 巾 纸 等 异 物
毒污染源等特点
风量主要影响物料的含水率与温度,且适宜堆肥的通
料各参数的监测 与 调 整。 主 要 影 响 好 氧 堆 肥 效 果 的
因素有:温度、添加剂、通风量、含油率、含盐率等。 这
风量为堆肥初期 2 L / min,高 温 阶 段 4 L / min,通 风 过
程可以提供充足的氧气,并且带出堆肥产生的其他气
些参数会直接影响 到 堆 肥 过 程 物 料 与 氧 气 的 接 触 程
analyzed and summarized the current research progress of aerobic composting treatment process and influence factors, put
forward some views and suggestions on the future development of aerobic composting process. Aerobic composting technology
通风量的选择需要充分考虑餐厨垃圾处理量、系统规
害化要求。 可见在堆肥工艺进行前,根据物料特点与
释放的情况下,保 证 所 需 氧 气 量 的 供 应,实 现 能 耗 与
数量对系统设定合 适 的 初 始 温 度 在 整 个 过 程 前 后 具
堆肥效果的等效平衡。
有重要的操作意义。
1. 3 添加剂与底物
30 ℃ 时,堆 料 因 无 法 维 持 高 温 期 而 不 能 达 到 无 害 化
这两种通风方式的特点,结合现有条件做出决定。 而
40 ℃ 可以缩短反应时间,物料降解率高,并 能 达 到 无
模、周边环境等因 素,做 到 系 统 内 部 产 生 的 热 量 及 时
会产生不同的效果。 韩 涛 等
标准,50 ℃ 时 堆 体 pH 值 过 低 不 利 于 堆 肥 的 进 行,
料的降解程度与产品的最终质量。 目前,科研工作者
小分子物质、二氧 化 碳,并 产 生 供 微 生 物 维 持 生 命 活
年全 国 餐 厨 垃 圾 产 生 量 约 为 10800 万 t, 增 长 率 为
04 26
收稿日期:2020-
动的能量的处理 方 法。 整 个 过 程 可 概 括 为 微 生 物 的
基金项目:“ 十三五” 国家重点研发计划课题 -中央厨房菜肴包装与加工剩余物处理技术与装备研发( 2018YFD0400804) 。
的物料 pH 值为 8. 7,高于壁管式装置内的 8. 3。 水浴
成果。
[ 8]
式均可以在短时 间 内 使 堆 肥 系 统 达 到 平 稳 状 态。 堆
初步探究了餐厨垃
式供能 堆 肥 装 置 内 物 料 的 C / N、 生 物 可 降 解 物 质
( BDM) 分别为 9. 2 和 18. 1% ,低于壁管式装置的 9. 2
与废气排放,最后影响到物料的降解效果。 通风量与
中与各种因素存 在 一 定 关 系。 而 根 据 有 关 好 氧 堆 肥
通风方式是通风操作的重要因素。 孟潇等 [ 11] 通过 进
的各类研究成果分析得知,好氧堆肥是否可以顺利地
行通风量对餐厨 垃 圾 好 氧 堆 肥 的 影 响 研 究,发 现:通
进行,正取决于对 堆 肥 参 数 的 设 定、堆 肥 过 程 中 对 物
环 境 工 程
498
2020 年第 38 卷增刊
餐厨垃圾好氧堆肥处理工艺及影响因素研究进展
周 磊 黄志刚 ∗ 马建行 高东明
( 北京工商大学 材料与机械工程学院,北京 100048)
摘要:基于餐厨垃圾的特点与好氧堆肥技术的原理,针对好氧堆肥的处理工艺及影响因素在当今的研究进展进行了 分
1. 2 通风量与通风方式
升温阶段时 间 较 短, 系 统 升 到 最 高 温 度 并 且 保 持 在
通风是物料与氧气间建立联系的重要环节,会直
6 天左右, pH 值在 4. 5 ~ 8. 0,C / N 先 急 剧 下 降,后 趋
接影响物料与氧气的接触程度、物料堆肥产生的热量
于稳定。 由实验结论可以看出,好氧堆肥在整个过程
和 30. 0% 。 供 能 方 式 的 不 同 会 直 接 影 响 供需 要 各 自 选 择 合 理 供 能
圾好氧堆肥过程参数变化规律及特点,发现餐厨垃圾
方式进行供能,来达到合适的初始温度。
在堆肥过程中先 进 入 升 温 阶 段,最 后 进 入 降 温 阶 段,
high product quality will be obtained, which a greater role will be played in the face of future difficulties and challenges in the
field of kitchen waste disposal. The goal of recycling, greenization and economization of kitchen waste will be achieved.
的温度可以给微生物创造良好的活动环境、促进微生
物的生长、保持微生物为降解物料所分泌有效成分的
式对 NH 3 与 H 2 S 排 放 影 响, 结 果 发 现: 以 通 风 量 为
3. 3 m 3 / ( m 3·h) 的 间 歇 式 通 风 既 能 有 效 控 制 NH 3 与
H 2 S 的排放、减少 营 养 元 素 损 失,又 能 满 足 堆 肥 的 无
于堆肥系统的初 始 温 度,初 始 温 度 不 同,堆 肥 操 作 也
统内部所需氧气量有限,对于部分场合使用设备强制
[ 9]
利用自制堆肥反应器
通风而言,会增加 设 备 的 能 耗;间 歇 通 风 的 特 点 正 好
来研究 初 试 环 境 温 度 对 堆 肥 过 程 的 影 响, 发 现 在
和强制通风相反。 所以在选择通风方式时,需要考虑
初始温度的设定作为堆肥前期工作的重要操作,
多数餐厨 垃 圾 存 在 成 分 比 例 不 协 调、 含 水 率 过
大多数堆肥装置无法自然获得理想的初始温度,需要
高、密度较大等问 题,在 后 期 堆 肥 时 会 使 堆 肥 系 统 由
环 境 工 程
500
2020 年第 38 卷增刊
好氧状态转 换 为 厌 氧 状 态, 降 低 好 氧 微 生 物 的 存 活
体与部分水分,防 止 其 影 响 堆 肥 效 果;在 通 风 量 的 研
度、微生物活性、降解程度,最终关系到产物成分与产
究基础上,张红玉等 [ 12] 设计实验,将厨余垃圾与玉 米
品质量。
秸秆按比例混合置 于 特 定 密 闭 发 酵 罐 来 研 究 通 风 方
1. 1 初始温度与供能方式
温度是影响物料降解效果的重要因素之一,适宜
析与总结,在此基础上对好氧堆肥工艺未来的发展提出了观点与建议。 好氧堆肥技术可以结合数学、化学等各优势 领
域的原理方法。 最后得到的堆肥工艺具有创新程度高、低耗能、可节省大量时间、产品质量高等特点,在面对未来 餐 厨
垃圾处理领域的困难挑战时发挥更大的作用,实现餐厨垃圾资源化、绿色化、经济化目标。
关键词:餐厨垃圾;好氧堆肥;处理工艺;影响因素
害化和堆肥产品 的 腐 熟。 通 风 方 式 会 受 到 现 有 设 备
活性。 此外,在合适的温度下也会防止有害物质的产
性能、场地环境等 因 素 的 共 同 影 响,强 制 通 风 可 使 物
生、抑 制 杂 菌 的 生 长。 对 于 反 应 温 度 而 言,多 数 取 决
料与氧气充分接 触,堆 肥 周 期 可 大 大 缩 短,但 堆 肥 系
第一作者:周磊( 1997-) ,男,硕士,主要研究方向为固体废弃物处理工艺与设备。 1225318130@ qq. com
∗通信作者:黄志刚( 1966-) ,男,博士,教授,主要研究方向为食品包装机械、包装材料加工。 huangzg@ btbu. edu. cn
环 境 工 程
2020 年第 38 卷增刊
Keywords: kitchen waste;aerobic composting;treatment process;influence factors
0 引 言
餐厨垃圾是食品加工生产过程中所产生的残渣
8. 5% 左右 [ 3] 。 而我国餐厨垃圾处理能力与方法仍处
于较低水平,若延 续 如 焚 化 直 排、场 地 填 埋 等 传 统 方
499
新陈代谢 过 程 [ 5] , 微 生 物 分 泌 的 胞 外 酶 将 不 溶 性 大
人为进行供能。 目前,供能方式也是堆肥影响因素的
分子物质分解为可溶性小分子物质,同已有的小分子
主要探究对象之一。 李兵等 [ 10] 设置两种供能方式 的
物质经过细胞膜 被 微 生 物 所 利 用 [ 6] 。 好 氧 堆 肥 技 术
can be combined with the principles and methods of mathematics, chemistry and other advantageous fields. Finally, the
composting process with the characteristics of high innovation degree, low energy consumption, large amount of time saving and
混合物,由蔬果果皮、剩饭、剩菜、碎骨等物质组成,部
式处理,餐厨垃圾 不 但 无 法 得 到 快 速 的 处 理,而 且 在
分还会存有少量餐厨垃圾在收集过程中掺入的木筷、
这些过程中易产 生 有 害 物 质,会 加 重 对 环 境 的 污 染,
,其 主 要 含 有 水、无
这也使餐厨垃圾失去了其本身可发掘出的利用价值。
[ 2]
[ 1]
。
随着社会生活水平的不断提升,餐厨垃圾与日俱
增形势 日 趋 严 峻。 据 相 关 数 据 统 计, 在 2012—2018
值和经济价值以 外,也 可 以 实 现 餐 厨 垃 圾 的 减 量 化、
绿色化、资源化的目标 [ 4] 。
好氧堆肥是微生物利用氧气将餐厨垃圾降解为
年 我 国 餐 厨 垃 圾 产 生 量 呈 现 出 快 速 增 长 趋 势,2018
( School of Material and Mechanical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)
Abstract: Based on the characteristics of kitchen waste and the principle of aerobic composting technology, this paper
关工作的科研人员 开 始 进 行 相 关 实 验 来 研 究 好 氧 堆
肥过程的基本规律。 任 连 海 等
肥 5 天后,利用水浴式供能堆肥装置堆体内部的温度
高于壁管式装置,温度可维持 8 天在 45 ℃ 以上;堆肥
周期均为 13 天;堆肥结束时,水浴式供能堆肥装置内
堆肥装置进行好 氧 堆 肥 操 作,结 果 发 现:两 种 供 能 方
日渐成熟、处理工艺成本低廉、安全可靠,在餐厨垃圾
处理行业中运用前景较为广泛
[ 7]
。
好氧堆肥的广泛应用促进了有关处理工艺与影
响因素研究 的 进 行, 近 几 年 来 也 取 得 了 许 多 重 要 的
1 好氧堆肥影响因素研究进展
RESEARCH PROGRESS ON INFLUENCING FACTORS AND TREATMENT TECHNOLOGY OF
AEROBIC COMPOSTING OF KITCHEN WASTE
Zhou Lei Huang Zhigang ∗ Ma Jianhang Gao Dongming
机盐、蛋白质、脂肪、纤维素等成分,具有含水率高、有
但经过合理、正当 的 处 理,餐 厨 垃 圾 也 可 以 成 为 为 人
机质 含 量 高、高 盐、高 油 脂、低 碳 氮 比 ( C / N) 、不 含 有
类所用的环保产品与清洁能源,在实现本身的营养价
牙签、塑料包装、餐 巾 纸 等 异 物
毒污染源等特点
风量主要影响物料的含水率与温度,且适宜堆肥的通
料各参数的监测 与 调 整。 主 要 影 响 好 氧 堆 肥 效 果 的
因素有:温度、添加剂、通风量、含油率、含盐率等。 这
风量为堆肥初期 2 L / min,高 温 阶 段 4 L / min,通 风 过
程可以提供充足的氧气,并且带出堆肥产生的其他气
些参数会直接影响 到 堆 肥 过 程 物 料 与 氧 气 的 接 触 程
analyzed and summarized the current research progress of aerobic composting treatment process and influence factors, put
forward some views and suggestions on the future development of aerobic composting process. Aerobic composting technology
通风量的选择需要充分考虑餐厨垃圾处理量、系统规
害化要求。 可见在堆肥工艺进行前,根据物料特点与
释放的情况下,保 证 所 需 氧 气 量 的 供 应,实 现 能 耗 与
数量对系统设定合 适 的 初 始 温 度 在 整 个 过 程 前 后 具
堆肥效果的等效平衡。
有重要的操作意义。
1. 3 添加剂与底物
30 ℃ 时,堆 料 因 无 法 维 持 高 温 期 而 不 能 达 到 无 害 化
这两种通风方式的特点,结合现有条件做出决定。 而
40 ℃ 可以缩短反应时间,物料降解率高,并 能 达 到 无
模、周边环境等因 素,做 到 系 统 内 部 产 生 的 热 量 及 时
会产生不同的效果。 韩 涛 等
标准,50 ℃ 时 堆 体 pH 值 过 低 不 利 于 堆 肥 的 进 行,
料的降解程度与产品的最终质量。 目前,科研工作者
小分子物质、二氧 化 碳,并 产 生 供 微 生 物 维 持 生 命 活
年全 国 餐 厨 垃 圾 产 生 量 约 为 10800 万 t, 增 长 率 为
04 26
收稿日期:2020-
动的能量的处理 方 法。 整 个 过 程 可 概 括 为 微 生 物 的
基金项目:“ 十三五” 国家重点研发计划课题 -中央厨房菜肴包装与加工剩余物处理技术与装备研发( 2018YFD0400804) 。
的物料 pH 值为 8. 7,高于壁管式装置内的 8. 3。 水浴
成果。
[ 8]
式均可以在短时 间 内 使 堆 肥 系 统 达 到 平 稳 状 态。 堆
初步探究了餐厨垃
式供能 堆 肥 装 置 内 物 料 的 C / N、 生 物 可 降 解 物 质
( BDM) 分别为 9. 2 和 18. 1% ,低于壁管式装置的 9. 2
与废气排放,最后影响到物料的降解效果。 通风量与
中与各种因素存 在 一 定 关 系。 而 根 据 有 关 好 氧 堆 肥
通风方式是通风操作的重要因素。 孟潇等 [ 11] 通过 进
的各类研究成果分析得知,好氧堆肥是否可以顺利地
行通风量对餐厨 垃 圾 好 氧 堆 肥 的 影 响 研 究,发 现:通
进行,正取决于对 堆 肥 参 数 的 设 定、堆 肥 过 程 中 对 物
环 境 工 程
498
2020 年第 38 卷增刊
餐厨垃圾好氧堆肥处理工艺及影响因素研究进展
周 磊 黄志刚 ∗ 马建行 高东明
( 北京工商大学 材料与机械工程学院,北京 100048)
摘要:基于餐厨垃圾的特点与好氧堆肥技术的原理,针对好氧堆肥的处理工艺及影响因素在当今的研究进展进行了 分
1. 2 通风量与通风方式
升温阶段时 间 较 短, 系 统 升 到 最 高 温 度 并 且 保 持 在
通风是物料与氧气间建立联系的重要环节,会直
6 天左右, pH 值在 4. 5 ~ 8. 0,C / N 先 急 剧 下 降,后 趋
接影响物料与氧气的接触程度、物料堆肥产生的热量
于稳定。 由实验结论可以看出,好氧堆肥在整个过程
和 30. 0% 。 供 能 方 式 的 不 同 会 直 接 影 响 供需 要 各 自 选 择 合 理 供 能
圾好氧堆肥过程参数变化规律及特点,发现餐厨垃圾
方式进行供能,来达到合适的初始温度。
在堆肥过程中先 进 入 升 温 阶 段,最 后 进 入 降 温 阶 段,
high product quality will be obtained, which a greater role will be played in the face of future difficulties and challenges in the
field of kitchen waste disposal. The goal of recycling, greenization and economization of kitchen waste will be achieved.
的温度可以给微生物创造良好的活动环境、促进微生
物的生长、保持微生物为降解物料所分泌有效成分的
式对 NH 3 与 H 2 S 排 放 影 响, 结 果 发 现: 以 通 风 量 为
3. 3 m 3 / ( m 3·h) 的 间 歇 式 通 风 既 能 有 效 控 制 NH 3 与
H 2 S 的排放、减少 营 养 元 素 损 失,又 能 满 足 堆 肥 的 无
于堆肥系统的初 始 温 度,初 始 温 度 不 同,堆 肥 操 作 也
统内部所需氧气量有限,对于部分场合使用设备强制
[ 9]
利用自制堆肥反应器
通风而言,会增加 设 备 的 能 耗;间 歇 通 风 的 特 点 正 好
来研究 初 试 环 境 温 度 对 堆 肥 过 程 的 影 响, 发 现 在
和强制通风相反。 所以在选择通风方式时,需要考虑
初始温度的设定作为堆肥前期工作的重要操作,
多数餐厨 垃 圾 存 在 成 分 比 例 不 协 调、 含 水 率 过
大多数堆肥装置无法自然获得理想的初始温度,需要
高、密度较大等问 题,在 后 期 堆 肥 时 会 使 堆 肥 系 统 由
环 境 工 程
500
2020 年第 38 卷增刊
好氧状态转 换 为 厌 氧 状 态, 降 低 好 氧 微 生 物 的 存 活
体与部分水分,防 止 其 影 响 堆 肥 效 果;在 通 风 量 的 研
度、微生物活性、降解程度,最终关系到产物成分与产
究基础上,张红玉等 [ 12] 设计实验,将厨余垃圾与玉 米
品质量。
秸秆按比例混合置 于 特 定 密 闭 发 酵 罐 来 研 究 通 风 方
1. 1 初始温度与供能方式
温度是影响物料降解效果的重要因素之一,适宜
析与总结,在此基础上对好氧堆肥工艺未来的发展提出了观点与建议。 好氧堆肥技术可以结合数学、化学等各优势 领
域的原理方法。 最后得到的堆肥工艺具有创新程度高、低耗能、可节省大量时间、产品质量高等特点,在面对未来 餐 厨
垃圾处理领域的困难挑战时发挥更大的作用,实现餐厨垃圾资源化、绿色化、经济化目标。
关键词:餐厨垃圾;好氧堆肥;处理工艺;影响因素
害化和堆肥产品 的 腐 熟。 通 风 方 式 会 受 到 现 有 设 备
活性。 此外,在合适的温度下也会防止有害物质的产
性能、场地环境等 因 素 的 共 同 影 响,强 制 通 风 可 使 物
生、抑 制 杂 菌 的 生 长。 对 于 反 应 温 度 而 言,多 数 取 决
料与氧气充分接 触,堆 肥 周 期 可 大 大 缩 短,但 堆 肥 系
第一作者:周磊( 1997-) ,男,硕士,主要研究方向为固体废弃物处理工艺与设备。 1225318130@ qq. com
∗通信作者:黄志刚( 1966-) ,男,博士,教授,主要研究方向为食品包装机械、包装材料加工。 huangzg@ btbu. edu. cn
环 境 工 程
2020 年第 38 卷增刊
Keywords: kitchen waste;aerobic composting;treatment process;influence factors
0 引 言
餐厨垃圾是食品加工生产过程中所产生的残渣
8. 5% 左右 [ 3] 。 而我国餐厨垃圾处理能力与方法仍处
于较低水平,若延 续 如 焚 化 直 排、场 地 填 埋 等 传 统 方
499
新陈代谢 过 程 [ 5] , 微 生 物 分 泌 的 胞 外 酶 将 不 溶 性 大
人为进行供能。 目前,供能方式也是堆肥影响因素的
分子物质分解为可溶性小分子物质,同已有的小分子
主要探究对象之一。 李兵等 [ 10] 设置两种供能方式 的
物质经过细胞膜 被 微 生 物 所 利 用 [ 6] 。 好 氧 堆 肥 技 术
can be combined with the principles and methods of mathematics, chemistry and other advantageous fields. Finally, the
composting process with the characteristics of high innovation degree, low energy consumption, large amount of time saving and
混合物,由蔬果果皮、剩饭、剩菜、碎骨等物质组成,部
式处理,餐厨垃圾 不 但 无 法 得 到 快 速 的 处 理,而 且 在
分还会存有少量餐厨垃圾在收集过程中掺入的木筷、
这些过程中易产 生 有 害 物 质,会 加 重 对 环 境 的 污 染,
,其 主 要 含 有 水、无
这也使餐厨垃圾失去了其本身可发掘出的利用价值。
[ 2]
[ 1]
。
随着社会生活水平的不断提升,餐厨垃圾与日俱
增形势 日 趋 严 峻。 据 相 关 数 据 统 计, 在 2012—2018
值和经济价值以 外,也 可 以 实 现 餐 厨 垃 圾 的 减 量 化、
绿色化、资源化的目标 [ 4] 。
好氧堆肥是微生物利用氧气将餐厨垃圾降解为
年 我 国 餐 厨 垃 圾 产 生 量 呈 现 出 快 速 增 长 趋 势,2018
( School of Material and Mechanical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)
Abstract: Based on the characteristics of kitchen waste and the principle of aerobic composting technology, this paper