食物垃圾处理技术探析

汤瑛 浙江省嵊州市环境保护监测站，浙江 嵊州 312400

食物垃圾处理技术探析

汤瑛 浙江省嵊州市环境保护监测站，浙江 嵊州 312400

目前食物垃圾的处理方法有多种，传统的处理方法如填埋、焚烧、堆肥等和一些新兴的处理方法如小型生化处理机、食物垃圾粉碎机等各有弊端。利用微生物固态发酵技术，使处理后的食物垃圾转化成微生物蛋白饲料，对食物垃圾环境污染的综合治理和资源的可持续利用具有十分重要的意义。

食物垃圾；固态发酵；微生物蛋白饲料

食物垃圾主要是指食品工业废弃物、家庭及饮食业在清洗、烹饪过程中扔掉的食物、吃剩的残渣剩菜和因保管不善而变质的食物。食物垃圾的主要特征是BOD值高，如直接排放，对环境将造成很大的危害；生物分解速度快、易腐败，并产生令人厌恶的臭气。若用食物垃圾直接喂养生猪，可能造成人畜之间疫病的交叉传染。

目前，国内绝大多数城市存在着对食物垃圾管理无序、任意处置等问题，食物垃圾已经成为垃圾收集、运输和填埋处理的主要污染源。因此，规范管理、合理处置食物垃圾并使之资源化极为重要，不但可消除垃圾臭味，避免环境污染，减少垃圾处理成本，还可以减少环境污染，增加社会资源，促进社会经济发展。1.传统的食物垃圾处理技术

1.1 食物垃圾的传统处理方法

食物垃圾的传统处理方法有填埋、焚烧和堆肥，这些处理方法存在占地面积大,二次污染严重, 建设投资和运行费用较高等问题，在今后食物垃圾处理中所占比例会不断减少。

1.2 直接饲喂牲畜

单位食堂和餐馆的食物垃圾被养猪户拉走直接饲喂牲畜的现象屡见不鲜。若用食物垃圾直接喂养生猪，可能造成人畜之间疫病的交叉传染；同时食物垃圾也是“泔水油”的源头，危害百姓健康[1]。

2.新兴的食物垃圾处理技术

2.1 小型生化处理机

国内外目前对食物垃圾的生物处理和处置，应用比较多的是小型生化处理机，与传统方法相比，小型生化处理机减少了对周围环境的污染；50～70℃的发酵温度能够杀灭垃圾中的有害细菌和寄生虫；食物垃圾经处理后减量达80%以上。但是，生化处理机能耗大，垃圾处理后再利用率很低(只有10%～20%)，菌种生态安全及毒理评价尚需一段时间的检验，上述因素使得大面积应用生化处理机存在一定的难度和风险。

2.2 食物垃圾粉碎机

目前家庭食物垃圾粉碎机一般安装在厨房水槽下，将食物垃圾粉碎研磨后，细小颗粒随流水一起排入污水系统。由于食物垃圾有机质含量高，当粉碎进入下水道后，必然增加城市污水处理厂的处理负荷。若直接排到自然水域中，易导致水体富营养化，使水体中的藻类及浮游生物大量繁殖，造成水体的溶解氧下降，其他水生生物大量死亡，从而使水体生态环境遭到破坏。

2.3 生物发酵制蛋白饲料技术

近年来，利用农副产品下脚料及食品加工业的废渣废液，通过微生物发酵生产单细胞蛋白饲料，取得了一系列的研究成果。目前对食物垃圾的发酵研究多是对其中的废液进行液态发酵。液态发酵原料需经过较复杂的加工，好氧发酵过程中氧气的传递需消耗较大的能量，而且使用液体培养基和较大的生物反应器，因此生产率较低。

3.生态化的垃圾处理技术——固态发酵技术的应用

固态发酵技术通过微生物的代谢活动对有机废弃物和秸秆、蔗渣等粗物质进行分解和转化，使饲料中不易被牲畜和家禽利用的大分子物质转变成为易于消化吸收的小分子物质，同时，微生物自身的菌体蛋白提高了饲料的蛋白质含量，这样就达到了垃圾处理的减量化、无害化、资源化。

3.1 固体发酵的特点

固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程，是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固体基质中，用一种或几种微生物进行的一个生物反应过程。

由于固态发酵具有节水、节能的独特优势，属于清洁生产技术，与液态发酵相比具有独特的优势：固态发酵的微生物是在接近自然条件的状况下生长的，有可能产生一些通常在液体培养中不产生的酶和其他代谢产物；微生物生长和代谢所需的氧大部分来自于气相，因此，固态发酵的气体传递速率比液态发酵高得多；发酵结束时培养基是湿物料状态，产物浓度高；使用浓缩的培养基和较小的固态发酵生物反应器，因此生产率高，提取工艺简单可控，没有大量有机废液产生，能耗小。

3.2 固态发酵生产微生物蛋白饲料的菌种

利用固态发酵技术生产蛋白饲料的关键是筛选和培养具有优良特性的菌种。现代微生物发酵多为纯种发酵，即用纯的单一菌种不断地发现许多重要生化过程是单株微生物不能完成或只能微弱地进行的，必须依靠两种或多种微生物共同培养来完成，即混合发酵。混合的多种菌种，增加了发酵中许多基因的功能，通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用。如真菌和酵母菌的混合培养，真菌可分解纤维素和淀粉，而酵母菌主要利用糖原，菌群的协同作用提高了对底物的利用效率及产品的蛋白质含量和营养功能，达到了更好的发酵效果。

3.3 固态发酵生产微生物蛋白饲料的工艺

利用固态发酵技术生产微生物蛋白饲料的一般工艺流程如图1所示[2]。

固态发酵原料经分类筛选、蒸汽灭菌等预处理后，将经过筛选和扩大培养后的菌种接入进行发酵，发酵后的原料经干燥后成为成品。固态发酵原料固含物量大，所以需要较大数量的微生物菌群参与发酵，一般要求达到发酵原料的10%以上，因此菌种需要逐级扩大培养，达到预定的菌种浓度后即成为接种液。预处理后的原料添加无机氮源、营养盐后，与接种液搅拌混合，进入发酵生产过程。传统发酵通常采用发酵池或酿酒制曲的曲盘等，但这种反应器机械化程度低，劳动强度大，无法控制发酵条件，因而限制了其应用范围，目前已开发应用的固态发酵反应器有转鼓式、水平桨式搅拌反应器等。固态发酵反应器要有良好的搅拌、通气、散热、冷却系统，能够进行无菌操作，控制发酵过程中的温湿度和水分等。

3.4 食物垃圾经固态发酵后容易达到饲料标准

我国饲料工业产品标准主要有卫生标准和营养物标准两大类。在以食物垃圾为原料生产饲料的过程中先经高温预处理，杀死病原菌和其他杂菌，使产品满足卫生要求。从食物垃圾成分和仔猪、生长肥育猪配合饲料营养成分标准的对比可以看出，食物垃圾组分中除粗蛋白含量有可能达不到标准外（但也远高于目前饲料工业的主要原料—玉米），其余指标均能够达到配合饲料标准，即食物垃圾是很好的饲料原料[3]。同时食物垃圾中含有促进微生物生长的营养成分，因此，在适宜的外界条件下，通过微生物对食物垃圾的发酵分解及其自身的生长繁殖，可以较容易地使食物垃圾中的蛋白质含量得到提高，达到饲料标准[4]。

4.总结

目前，利用微生物处理食物垃圾生产微生物蛋白饲料的研究相对较少，未形成成熟的技术工艺，且只限于液态发酵处理食物垃圾废液。随着固态发酵工艺理论的成熟和新型固态发酵反应器的研制和应用，利用农牧产品发酵生产微生物蛋白饲料已经可行。目前世界范围内的蛋白质资源短缺问题日益严重，而微生物菌体的蛋白质含量很高，且微生物代生时间短，在最佳环境条件下生长速率惊人，故微生物是一种理想的蛋白质资源。同时，食物垃圾中富含大量糖类、纤维素等可再生生物资源，因此利用固态发酵技术处理食物垃圾，开发新的廉价蛋白饲料，具有独特的优势和广阔的前景，既可解决当前世界蛋白饲料严重短缺的问题，又可使食物垃圾减量化、无害化、资源化，是一种值得推广的垃圾处理方法。

[1] 苏维洲,高雁,孙震，等.餐饮废弃食物(泔水)加工再生为蛋白质饲料的探讨[J].饲料工业,.2003(11)

[2] 刘英杰,付婉霞.食物垃圾微生物处理技术的研究进展[J].节能环保研究探讨.2005(5): 13-15

[3] 中国饲料工业协会.饲料工业标准汇编2002[M].北京:中国标准出版社.2002

[4] 付婉霞，孙丽娟，刘英杰. 利用食物垃圾生产微生物蛋白饲料的发展前景[J]. 环境卫生工程.2006,14(3): 21-24

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.005