餐廚廢棄物發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究

程 蓓

(安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051)

0 引言

餐廚垃圾，俗稱(chēng)泔水，是居民在生活消費(fèi)過(guò)程中形成的生活廢物，極易腐爛變質(zhì)，散發(fā)惡臭，傳播細(xì)菌和病毒。餐廚垃圾主要成分包括米和面粉類(lèi)食物殘余、蔬菜、動(dòng)植物油、肉骨等;從化學(xué)組成上分析，餐廚垃圾成分有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和無(wú)機(jī)鹽等[1]。

餐廚垃圾的利用方法非常多，比如利用微生物發(fā)酵成有機(jī)肥，或是加工成生物燃油，或通過(guò)厭氧發(fā)酵制成沼氣。目前，我國(guó)一些城市已運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)從餐廚廢棄物中的油脂里提煉出生物柴油。1 t地溝油大約能提煉0.9 t的生物柴油，而剩余10%的原料又可生成植物瀝青、環(huán)保建材和船舶燃料等。此外，生物柴油還可再次加工轉(zhuǎn)化成洗滌劑等。利用地溝油大力發(fā)展高附加的生物柴油;利用先進(jìn)技術(shù)，降低地溝油制取生物柴油的成本，是地溝油資源化利用的重點(diǎn)[2]。

隨著對(duì)餐廚廢棄物資源利用的拓展，利用餐廚垃圾直接或間接發(fā)電成了新的利用途徑。餐廚垃圾發(fā)電可以根據(jù)發(fā)電方式和應(yīng)用區(qū)域范圍分成以下幾種形式。

1 直接焚燒發(fā)電

餐廚垃圾可以直接焚燒發(fā)電。焚燒是將垃圾放在焚燒爐中，在高溫下將垃圾中的有機(jī)物徹底氧化分解，達(dá)到減量化的目的，產(chǎn)生的熱能可用于發(fā)電、取暖等。焚燒對(duì)垃圾的含水量有很高要求，一般要求入爐垃圾含水量為50%左右，濕基低位發(fā)熱量5 000 kJ/kg左右[3]。

餐廚垃圾由餐余垃圾和廚余垃圾構(gòu)成，一般含水量在75% ～88%。因此，入爐前必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，以降低含水量和提高低位發(fā)熱量?？赏ㄟ^(guò)充分的擠壓淋漏和焚燒爐的部分余熱煙氣對(duì)入爐前的餐廚垃圾進(jìn)行加熱干燥，使其含水量降至40%左右，擠壓淋漏后的污水通過(guò)污水管道排出。干燥后的餐廚垃圾可減量至 2/3，低位熱值約為4 900 kJ/kg。預(yù)處理過(guò)的餐廚垃圾焚燒后產(chǎn)生的熱量通過(guò)余熱鍋爐加以利用，可驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，發(fā)電效率約為30%，焚燒1 t餐廚垃圾可發(fā)電407 kW·h。

國(guó)外的垃圾發(fā)熱量高，國(guó)外有垃圾處理公司可直接焚燒餐廚廢油發(fā)電。中國(guó)垃圾的發(fā)熱量低，可燃物少，不適合用于焚燒發(fā)電。即便是淋漏后的低位熱值也較低，不能滿(mǎn)足焚燒要求，必須投油助燃，增加了處置成本[4]。

2 摻入污泥中成為混合燃料焚燒發(fā)電

以污泥燃料焚燒為核心的污泥發(fā)電是一種很好的處理污泥的方法，污泥焚燒具有減容、減重率高，處理速度快，無(wú)害化較徹底，余熱可用于發(fā)電，焚燒后產(chǎn)生的灰渣可以用于改良土壤、筑路、制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。污泥燃料燃燒所釋放出的熱能通過(guò)熱回收系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。直接以脫水污泥為燃燒處理對(duì)象的焚燒爐，大多需要使用輔助燃料，可使用污泥與城市有機(jī)垃圾混合形成的污泥燃料。日本JFE公司是世界第四位的鋼鐵企業(yè)，據(jù)該公司稱(chēng)，該公司的污泥發(fā)電項(xiàng)目中，700 t污泥，只要摻加70 t的“餐廚垃圾”，就可以提高發(fā)電效力 10%[5]。

國(guó)外污泥發(fā)電技術(shù)成熟，國(guó)內(nèi)處于成長(zhǎng)階段，方興未艾。污泥燃燒發(fā)電建設(shè)投資高，且燃燒產(chǎn)生含重金屬的飛灰，污泥焚燒處理處置方式是暫時(shí)性措施。污泥的生物質(zhì)利用、能源化利用、有機(jī)質(zhì)利用將作為以后的重點(diǎn)和突破點(diǎn)。

3 發(fā)酵產(chǎn)生沼氣發(fā)電

利用生物技術(shù)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行資源化處理是目前最先進(jìn)的綜合利用方法。將餐廳的食品廢棄物和有機(jī)物質(zhì)等生物質(zhì)垃圾混合，在經(jīng)過(guò)高溫滅菌等無(wú)害化處理后，餐廚垃圾中的固體通過(guò)菌種發(fā)酵制成飼料蛋白添加劑，剩下的油水混合物經(jīng)過(guò)分離后，將分離出的油脂經(jīng)精煉系統(tǒng)，制成工業(yè)油脂;有機(jī)物則通過(guò)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣(每處理1 t餐廚廢棄物可產(chǎn)生約70 m3沼氣，產(chǎn)生的高熱值沼氣1年可發(fā)電約150 kW·h)，驅(qū)動(dòng)沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)[6]。沼氣是一種清潔的可再生能源，可用于發(fā)電和做燃料，且由于系統(tǒng)全封閉而無(wú)異味，因此，餐廚垃圾厭氧處理是未來(lái)的發(fā)展方向。圖1是餐廚垃圾綜合利用工藝示意圖。

圖1 餐廚垃圾綜合利用工藝示意圖

4 作為燃料驅(qū)動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電

柴油發(fā)電機(jī)組是一種小型發(fā)電設(shè)備，以柴油等為燃料，以柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。利用“地溝油”可提煉出生物柴油，驅(qū)動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

在奧地利的蒂羅爾州，1999年以來(lái)建立了一個(gè)油污中央收集系統(tǒng)，每年收集當(dāng)?shù)鼐用窈惋埖甑膹U油達(dá)1 800 t。這些廢油送到因斯布魯克市附近一家污水處理廠，先除去廢油中殘剩的食物，然后將油用作專(zhuān)門(mén)為此改裝的船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，每年可向公共電網(wǎng)輸入600萬(wàn)kW·h的生態(tài)電[7]。

在美國(guó)，已經(jīng)有很多地方開(kāi)始生物柴油發(fā)電機(jī)作為數(shù)據(jù)中心的備用電力，并且有更多的地區(qū)和國(guó)家也在考慮使用這一技術(shù)。由于政府對(duì)數(shù)據(jù)中心的碳排放量控制很?chē)?yán)格，面對(duì)嚴(yán)重的環(huán)境壓力和社會(huì)責(zé)任，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)中心開(kāi)始想辦法來(lái)達(dá)到碳排放的標(biāo)準(zhǔn)。生物柴油來(lái)自于動(dòng)物脂肪或植物油的提取，這種混合的燃料所造成的環(huán)境影響要比石油小得多。有關(guān)的數(shù)據(jù)表明，采用生物柴油后排放的氣體中有毒有機(jī)物排放量?jī)H為普通柴油的1/10，顆粒物為普通柴油的20%，CO和CO2排放量?jī)H為石油柴油的10%，無(wú)硫化物和鉛及有毒物的排放;混合生物柴油可將排放含硫物濃度從500 PPM(百萬(wàn)分之一)降低到5 PPM。

由于這項(xiàng)技術(shù)并不是很成熟，因此使用時(shí)候應(yīng)該特別謹(jǐn)慎。不過(guò)，作為一項(xiàng)低碳節(jié)能的綠色技術(shù)，生物柴油發(fā)電機(jī)在數(shù)據(jù)中心的發(fā)展前景還是十分良好的。

5 餐館自動(dòng)化熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

餐館產(chǎn)生的巨量廢棄物，除送至專(zhuān)門(mén)的處理工廠進(jìn)行處理外，還可以就地在餐館和廚房進(jìn)行處理，產(chǎn)生電能和熱能。

美國(guó)餐館業(yè)使用的主要是植物油，正在推廣使用貓頭鷹電力公司研制的自動(dòng)化熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，這種設(shè)備能將“地溝油”直接轉(zhuǎn)化為低碳排放的清潔、可再生能源。其突出特點(diǎn)是可直接安裝在餐館的后院，就地處理被廢棄的植物油和油脂，并把它們轉(zhuǎn)化為熱能和電能，既節(jié)約了餐館需要支付費(fèi)用的電力、煤氣或天然氣，又節(jié)省了回收、運(yùn)輸和集中儲(chǔ)存廢油的費(fèi)用。以緬因州歷史最悠久的海濱餐廳比利雜燴樓為例，該餐館為該州第一個(gè)安裝自動(dòng)化熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的餐館。據(jù)估算，餐廳每年產(chǎn)生的廢油，就地轉(zhuǎn)化為電力和熱能(提供熱水)后，每年可以節(jié)約超過(guò)2.4萬(wàn)美元的能源開(kāi)支，并減少21 t CO2的排放，換算下來(lái)，每加侖廢油的回收利用價(jià)值為4.03美元，真可謂實(shí)實(shí)在在的變廢為寶了[8]。

6 從廢油中提取燃料氫可進(jìn)行發(fā)電

科學(xué)家們正在研究從廢油中提取燃料氫，提煉出的氫代替化石類(lèi)汽車(chē)燃料或者進(jìn)行發(fā)電。日本的一個(gè)研究小組2002年通過(guò)對(duì)液體內(nèi)產(chǎn)生的氣泡施加電磁波成功地制成了等離子體。目前正在研究，通過(guò)改造后的家用微波爐使廢油產(chǎn)生等離子體。2011年9月，研究人員使用在天花板上安裝了取氫管道的微波爐對(duì)放入廢油和銅板的燒杯進(jìn)行加熱，實(shí)驗(yàn)中，微波爐內(nèi)產(chǎn)生了等離子體，氫從油中被分離出來(lái)。如果把提煉氫的裝置小型化，在不久的將來(lái)能把燒菜等產(chǎn)生的廢油在家庭中轉(zhuǎn)化為氫用作發(fā)電[9]。

7 結(jié)束語(yǔ)

有數(shù)據(jù)顯示:100萬(wàn)人口每天產(chǎn)生100 t餐廚垃圾，一年就是36 500 t。經(jīng)過(guò)加工處理，這批數(shù)量龐大的垃圾可“變”出生物柴油 1 500 t，可節(jié)煤3 500 t;“變”出優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料4 300 t，節(jié)省土地約2.7×106m2;“變”出沼氣約44萬(wàn) m3，可發(fā)電88萬(wàn)kWh;廢水經(jīng)發(fā)酵后轉(zhuǎn)化為有機(jī)液肥，可滿(mǎn)足6.7×105m2蔬菜種植。

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，餐飲業(yè)發(fā)展迅速，中國(guó)城市每年產(chǎn)生餐廚垃圾不低于6 000萬(wàn) t。如果這些廢棄油脂或垃圾都被順利回收、變廢為寶，不僅可有效堵截其回流餐桌，也為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展開(kāi)辟了一條新路。

[1]蔣萍，吳祿嬋.寧波市容環(huán)衛(wèi)處集中收運(yùn)廚房廢棄物:生態(tài)技術(shù)企業(yè)進(jìn)行無(wú)害化處理[N].文匯報(bào)，2011－8－22.

[2]趙晶磊.餐廚垃圾變成資源[N].首都建設(shè)報(bào)，2012－03－26(2).

[3]方源圓，周守航，閻麗娟.中國(guó)城市垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28(1):76－80.

[4]沈超青，馬曉茜.廣州市餐廚垃圾不同處置方式的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益比較[J].環(huán)境污染與防治，2010，(11).

[5]周海濱.日本公司向武漢建言“地溝油可以變廢為寶”[N].武漢晚報(bào)，2010－07－20.

[6]蔣麗英.1噸餐廚垃圾21天產(chǎn)生65立方天然氣[N].蘇州日?qǐng)?bào)，2011－07－02.

[7]于大波.“地溝油”變廢為寶美英日各有絕招[OL].http://business.sohu.com/2011 －08 －23/n317048814.shtml，2011－8－23.

[8]于大波.美國(guó):把餐廚廢油“烹飪”成循環(huán)經(jīng)濟(jì)的“鮮美大餐”[OL].http://www.jjckb.cn/2011－08－23/content_328289.htm，2011 －08 －23.

[9]王建濤，李柯，禹靜.生物制氫和氫能發(fā)電[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28(1):56 －59.