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      基于情景分析的城市餐廚垃圾處理方案研究

      2013-06-28 15:08:34李笑寒陳子惟劉詠妍徐琳瑜
      中國環(huán)境管理 2013年2期
      關(guān)鍵詞:餐廚垃圾處理重慶市

      李笑寒 陳子惟 劉詠妍 徐琳瑜

      (北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100875)

      1.引言

      隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快,城市生活垃圾的排放量越來越大,其餐廚垃圾廢棄物所占比例日漸上升,占到城市生活垃圾的37%~62%。餐廚垃圾處理不當(dāng)極易引起變質(zhì)、腐敗滋生有害微生物及蚊蠅,產(chǎn)生大量毒素,并散發(fā)出惡臭氣味,污染水體和大氣環(huán)境。因此,對餐廚垃圾的處理和管理成為城市生活垃圾處理中的一大難題。目前世界各國對食品安全和環(huán)境保護均十分重視,加大力度打擊危害人們健康的不法行為,人們也越來越關(guān)注自身的身體健康與食品安全。餐廚垃圾的有效處理,不僅有利于保護人類健康,也能夠大大減少餐廚垃圾造成的環(huán)境污染,具有重要的社會和環(huán)境效益。

      餐廚垃圾是指除居民日常生活以外的食品加工、飲食服務(wù)、單位供餐等活動中產(chǎn)生的廚余垃圾和廢棄食用油脂[1]。根據(jù)來源不同,餐廚垃圾主要分為餐飲垃圾和廚余垃圾。前者產(chǎn)生自飯店、食堂等餐飲業(yè)的殘羹剩飯,具有產(chǎn)量大、來源多、分布廣的特點;后者主要指居民日常烹調(diào)中廢棄的下腳料,數(shù)量不及餐飲垃圾龐大。餐廚垃圾處理不當(dāng)會造成環(huán)境污染,而如果用餐廚垃圾飼養(yǎng)豬等家畜,也會對人類健康造成嚴重威脅。基于餐廚垃圾的環(huán)境資源效益及其可能對環(huán)境造成的危害,目前國內(nèi)外對餐廚垃圾的管理及處理都十分重視,其中餐廚垃圾的處理場所是目前學(xué)者研究的一個方向。餐廚垃圾傳統(tǒng)上是作為生活垃圾的一種,與其他生活垃圾一同在垃圾處理場進行處理。后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),餐廚垃圾由于其組成特殊,需要單獨進行處理才能減少對環(huán)境造成的污染,因此國內(nèi)相繼出現(xiàn)一些專門處理餐廚垃圾的垃圾處理場。但是隨著人口的增多,許多餐廚垃圾處理場并不能夠完全處理每天其所在范圍內(nèi)的所有餐廚垃圾,所以未能得到有效處理的餐廚垃圾對環(huán)境存在著潛在的威脅。歐美和日本等發(fā)達國家主要通過制定相關(guān)法律、法規(guī)對餐廚垃圾的產(chǎn)生和處理過程進行管理[2-3]。而在餐廚垃圾處理方法方面,我國使用較多的有蚯蚓堆肥[4]、容器式堆肥;日本則重點著手于非傳統(tǒng)方式的餐廚垃圾資源化技術(shù)研究[5-6];美國餐廚垃圾的處理方式更多的是進行資源化利用[7-8];韓國通常利用微生物菌種集中處理餐廚垃圾來制造飼料[9]。餐廚垃圾處理多樣化的同時也帶來了新的問題,就是如何根據(jù)不同地區(qū)的不同自然、社會、經(jīng)濟等發(fā)展?fàn)顩r與資源條件來進行處理方案的篩選。吳婧[10]等人根據(jù)層次分析法對陜西省淳化縣農(nóng)戶生活垃圾處理方案進行了比選,最終確定了最優(yōu)的處理方案。(可見,一些規(guī)劃中使用的決策方法應(yīng)用到垃圾處理方案選擇中,同樣是可行的。)

      本文選擇重慶市為研究區(qū),針對其特殊飲食習(xí)慣和餐廚垃圾組成,以未能被垃圾處理場有效處理的餐廚垃圾為對象,分別以制定法律、法規(guī)和設(shè)計餐廚處理場(2種不同處理場所)提出3種處理方案情景,并對優(yōu)選方案進行成本效益核算,以期能夠為重慶市餐廚垃圾的有效處理提供依據(jù)。

      2.城市餐廚垃圾處理方案的情景分析

      我國餐廚垃圾具有“四多一雜一難”的特點,即:量多、水多、油多、鹽多、組分復(fù)雜、分類困難,因此,對于國外的一些處理方法我們難以直接照搬,還需要結(jié)合國情進行創(chuàng)新,以求達到較好的處理效果。重慶是中國中西部內(nèi)陸地區(qū)唯一的直轄市,經(jīng)濟發(fā)達,餐飲業(yè)十分繁榮,造成重慶的餐廚垃圾數(shù)量龐大。其特殊的飲食文化及飲食習(xí)慣,使重慶市餐廚垃圾處理的結(jié)構(gòu)具有特殊性。餐廚垃圾中蛋白質(zhì)和鈉的含量較高,同時其餐廚垃圾油脂含量達90%以上,熱量偏高,在高溫條件下,很容易腐爛變質(zhì),產(chǎn)生臭味。雖然現(xiàn)有餐廚垃圾處理場每天能處理餐廚垃圾900t,但主城區(qū)剩余700t需要由產(chǎn)生單位自行處理,因而存在隨意傾倒的現(xiàn)象。因此,完善餐廚垃圾的回收機制,將每天產(chǎn)生的餐廚垃圾全部進行無害化處理是重慶市餐廚垃圾當(dāng)前亟須解決的問題。針對這一問題,可通過減少餐廚垃圾產(chǎn)生來源以及提高餐廚垃圾處理能力兩個方面來尋找解決方案,并從環(huán)境效益、社會效益及經(jīng)濟效益的角度來設(shè)定解決方案。

      2.1 情景方案1

      從環(huán)境效益角度考慮,由于餐廚垃圾的不正確堆放、收集的時間不及時、運輸?shù)难b置密封性不夠等情況極容易造成污染和二次污染,并且處理餐廚垃圾產(chǎn)生的廢液、廢渣雖然可以通過填埋等方式處理,但也會對環(huán)境造成一定的污染??梢哉J為,餐廚垃圾的產(chǎn)生、收集、運輸和處理都存在著環(huán)境隱患。因此,為了使環(huán)境效益最大化,筆者認為從源頭減少餐廚垃圾的產(chǎn)生是解決目前餐廚垃圾問題的方法之一,由于重慶市飲食文化的特殊性,小吃等行業(yè)產(chǎn)生的餐廚垃圾數(shù)量可觀,為餐廚垃圾的源頭減少提供了一定的空間??紤]到政府的立法職能及監(jiān)管能力,可以將制定相關(guān)法規(guī)、加強監(jiān)管力度作為從源頭減少餐廚垃圾的備選方案。

      2.2 情景方案2

      從社會效益角度考慮,由于重慶人民喜食高油量、辛辣食物,重慶市餐廚垃圾油量、蛋白質(zhì)的含量高,有效處理之后會產(chǎn)生可利用的能源,并且餐廚垃圾處理機構(gòu)的設(shè)立也會帶動當(dāng)?shù)匕l(fā)展,擴大餐廚垃圾處理的服務(wù)半徑,具有明顯的社會效益。為使餐廚垃圾能夠得到最大程度的有效資源化的處理,需根據(jù)當(dāng)?shù)夭蛷N垃圾特點,對餐廚垃圾進行生物化學(xué)等方法的處理,這就要求有較為完備的處理設(shè)施。因此,筆者認為,另建一個餐廚垃圾處理廠是能夠滿足社會效益最大化的解決方案。

      2.3 情景方案3

      從經(jīng)濟效益角度考慮,由于重慶市特殊的飲食文化,重慶市餐廚垃圾具有產(chǎn)生量大、產(chǎn)生場所分散、夜間產(chǎn)生量可觀的特點,造成了餐廚垃圾的收集和運輸都存在著較大的困難,同時對環(huán)境也會造成一定的污染。餐廚垃圾的就地處理不僅能夠解決收集、運輸難的問題,提高餐廚垃圾的回收率,還能大大減少運輸與收集費用,因此餐廚垃圾就地處理具有最大的經(jīng)濟效益。在餐廚垃圾產(chǎn)生量大的小吃街等地,設(shè)置餐廚垃圾小型處理站,進行餐廚垃圾的無害化處理,是能夠滿足經(jīng)濟效益最大化的可選方案。

      3.處理方案的綜合效益評價

      利用層次分析法對上述三種情景方案進行分析篩選,選擇能夠解決重慶市剩余700t餐廚垃圾問題的綜合效益最優(yōu)的方案。

      重慶市剩余700t餐廚垃圾最佳處理方案層次模型見圖1。

      3.1 構(gòu)造判斷矩陣并進行一致性檢驗

      選用1~9標(biāo)度法進行成對比較,同時參考相關(guān)領(lǐng)域?qū)<乙庖?,確定各因素之間的相對重要性,并賦予相應(yīng)分值,構(gòu)造出A-B、B1-Ci、B2-Ci、B3-Ci和B4-Ci 5個判斷矩陣(i = 1,2,3) 。利用MATLAB軟件求得各判斷矩陣特征值分別為(0.7123, 0.1574,0.2507,0.6354),(-0.2294,-0.6882,-0.6882),(0.8468,0.2565,0.4660) , (0.8468,0.2565,0.4660)和(0.1760,0.5891,0.7887);特征向量分別為4.0488,3.0000,3.0092,3.0092和3.1632。經(jīng)計算,各判斷矩陣均滿足判別式CR=CI/RI= 0 < 0.1,均通過一致性檢驗。

      圖1 重慶市剩余700t餐廚垃圾最佳處理方案層次分析模型

      3.2 計算結(jié)果及分析

      將上述判斷矩陣結(jié)果進行總權(quán)重計算與排序,可獲得未有效處理餐廚垃圾處理方案比選結(jié)果(表1) 。由表可知,建設(shè)餐廚垃圾小型處理站總排序第一,是三種餐廚垃圾處理方案中最佳的方案。

      表1 重慶市餐廚垃圾處理方式的價值指標(biāo)體系及權(quán)重

      4.優(yōu)化方案成本效益分析

      通過現(xiàn)場調(diào)查和查閱文獻,本文從節(jié)省成本和環(huán)境收益兩方面著手,對選擇的方案“建設(shè)餐廚垃圾小型處理站”進行經(jīng)濟核算。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查所獲得的重慶市小吃街及其周邊居民區(qū)餐廚垃圾日產(chǎn)量,建議在人流量較大、小吃街密布和居民集中的三個城區(qū)(渝中區(qū)、沙坪壩區(qū)、渝北區(qū))分別設(shè)置包括粉碎機一臺、機械推壓式壓榨機一臺、生化處理機兩臺,餐廚垃圾日處理量約40噸的“餐廚垃圾小型處理站”,其成本和收益分析詳見表2。從表2中可以看出設(shè)備和處理成本過高是目前餐廚垃圾處理站的主要限制因子,可以通過設(shè)立相關(guān)政策協(xié)助處理站的建立。如果因為資金缺乏,也可以縮減處理站規(guī)模(日處理量20噸,見表2),或單獨購置生化處理機,雖然處理效率較低,但仍能極大程度地降低餐廚垃圾的環(huán)境危害。

      表2 餐廚垃圾小型處理站成本效益表

      根據(jù)上述分析可知,無論是從政府收益還是環(huán)境保護方面,設(shè)立餐廚垃圾小型處理站都有較高的綜合效益。餐廚垃圾小型處理站的設(shè)立,不僅可以優(yōu)化目前的垃圾處理機制,減少餐廚垃圾在堆積和運輸過程中所帶來的二次污染,還可以增加政府收益,提高公民意識。

      5.結(jié)論

      城市中餐廚垃圾處理是環(huán)境管理的重要內(nèi)容。而餐廚垃圾的組成成分及處理模式與地理位置及當(dāng)?shù)氐娘嬍澄幕嬖诿芮械南嚓P(guān)性。重慶市的餐廚垃圾排放時序長、空間分布散、垃圾成分中熱量高,適合就地處理模式。綜合考慮資源環(huán)境效益、經(jīng)濟成本和收益及方案實施難度4個指標(biāo),建設(shè)餐廚垃圾小型處理站是綜合效益最優(yōu)的方案,有利于收集小吃街上難以收集并對環(huán)境造成較大污染的餐廚垃圾。且由于餐廚垃圾小型處理站中的粉碎機、機械推壓式壓榨機、生化處理機等設(shè)施規(guī)模小、運行靈活,更適合餐飲業(yè)夜生活豐富的重慶市,提高重慶市餐廚垃圾有效處理率。在資金充足的情況下,進一步系統(tǒng)地加強相關(guān)法規(guī)、加強監(jiān)管力度,并增建餐廚垃圾處理場,能夠更好地改善重慶市餐飲環(huán)境,完善其城市環(huán)境保護與管理。

      [1] 唐敏,劉嬌嬌,唐燕秋等.重慶市餐廚垃圾現(xiàn)狀調(diào)查及處理對策研究[J].四川環(huán)境,2010,29(1):136~139.

      [2] 朱蕓,王丹陽,弓愛君等.餐廚垃圾的處理方法綜述[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程. 2011, 3(19):50~52.

      [3] 吳修文,魏奎,沙莎等. 國內(nèi)外餐廚垃圾處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程. 2011,(12):49~52.

      [4] 袁玉玉,曹先艷,牛冬杰等.餐廚垃圾特性及處理技術(shù)[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程,2006,6(14):46~49.

      [5] 王星,王德漢,張玉帥等. 國內(nèi)外餐廚垃圾的生物處理及資源化技術(shù)進展[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程,2005,2(13):25~29.

      [6] 方戰(zhàn)強, 吳堅, 鮑倫軍.餐廚垃圾處置方法探討[N].華南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,(1):70~74.

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      [8] Ruihong Zhang, Hamed M. El-Mashad, et al.Characterization of food waste as feedstock for anaerobic digestion[J].Bioresource Technology. 2007,98(4):929~935.

      [9] Hang-Sik Shin1 & Jong-Ho Youn.Conversion of food waste into hydrogen by thermophilic acidogenesis [J].Biodegradation. 2005,16(1): 33~44.

      [10]吳婧,韓兆興,王逸匯等. 陜西省淳化縣農(nóng)戶生活垃圾處理方案的比選與分析[N]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2008,24(1):43~46.

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