餐厨废弃物发电技术应用研究

程 蓓

(安徽电气工程职业技术学院，安徽 合肥 230051)

0 引言

餐厨垃圾，俗称泔水，是居民在生活消费过程中形成的生活废物，极易腐烂变质，散发恶臭，传播细菌和病毒。餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等;从化学组成上分析，餐厨垃圾成分有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等[1]。

餐厨垃圾的利用方法非常多，比如利用微生物发酵成有机肥，或是加工成生物燃油，或通过厌氧发酵制成沼气。目前，我国一些城市已运用先进技术从餐厨废弃物中的油脂里提炼出生物柴油。1 t地沟油大约能提炼0.9 t的生物柴油，而剩余10%的原料又可生成植物沥青、环保建材和船舶燃料等。此外，生物柴油还可再次加工转化成洗涤剂等。利用地沟油大力发展高附加的生物柴油;利用先进技术，降低地沟油制取生物柴油的成本，是地沟油资源化利用的重点[2]。

随着对餐厨废弃物资源利用的拓展，利用餐厨垃圾直接或间接发电成了新的利用途径。餐厨垃圾发电可以根据发电方式和应用区域范围分成以下几种形式。

1 直接焚烧发电

餐厨垃圾可以直接焚烧发电。焚烧是将垃圾放在焚烧炉中，在高温下将垃圾中的有机物彻底氧化分解，达到减量化的目的，产生的热能可用于发电、取暖等。焚烧对垃圾的含水量有很高要求，一般要求入炉垃圾含水量为50%左右，湿基低位发热量5 000 kJ/kg左右[3]。

餐厨垃圾由餐余垃圾和厨余垃圾构成，一般含水量在75% ～88%。因此，入炉前必须对其进行预处理，以降低含水量和提高低位发热量。可通过充分的挤压淋漏和焚烧炉的部分余热烟气对入炉前的餐厨垃圾进行加热干燥，使其含水量降至40%左右，挤压淋漏后的污水通过污水管道排出。干燥后的餐厨垃圾可减量至 2/3，低位热值约为4 900 kJ/kg。预处理过的餐厨垃圾焚烧后产生的热量通过余热锅炉加以利用，可驱动汽轮发电机组发电，发电效率约为30%，焚烧1 t餐厨垃圾可发电407 kW·h。

国外的垃圾发热量高，国外有垃圾处理公司可直接焚烧餐厨废油发电。中国垃圾的发热量低，可燃物少，不适合用于焚烧发电。即便是淋漏后的低位热值也较低，不能满足焚烧要求，必须投油助燃，增加了处置成本[4]。

2 掺入污泥中成为混合燃料焚烧发电

以污泥燃料焚烧为核心的污泥发电是一种很好的处理污泥的方法，污泥焚烧具有减容、减重率高，处理速度快，无害化较彻底，余热可用于发电，焚烧后产生的灰渣可以用于改良土壤、筑路、制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。污泥燃料燃烧所释放出的热能通过热回收系统和发电系统实现能量的转化。直接以脱水污泥为燃烧处理对象的焚烧炉，大多需要使用辅助燃料，可使用污泥与城市有机垃圾混合形成的污泥燃料。日本JFE公司是世界第四位的钢铁企业，据该公司称，该公司的污泥发电项目中，700 t污泥，只要掺加70 t的“餐厨垃圾”，就可以提高发电效力 10%[5]。

国外污泥发电技术成熟，国内处于成长阶段，方兴未艾。污泥燃烧发电建设投资高，且燃烧产生含重金属的飞灰，污泥焚烧处理处置方式是暂时性措施。污泥的生物质利用、能源化利用、有机质利用将作为以后的重点和突破点。

3 发酵产生沼气发电

利用生物技术对餐厨垃圾进行资源化处理是目前最先进的综合利用方法。将餐厅的食品废弃物和有机物质等生物质垃圾混合，在经过高温灭菌等无害化处理后，餐厨垃圾中的固体通过菌种发酵制成饲料蛋白添加剂，剩下的油水混合物经过分离后，将分离出的油脂经精炼系统，制成工业油脂;有机物则通过厌氧发酵产生沼气(每处理1 t餐厨废弃物可产生约70 m3沼气，产生的高热值沼气1年可发电约150 kW·h)，驱动沼气发电机组发电，并实现热电联产[6]。沼气是一种清洁的可再生能源，可用于发电和做燃料，且由于系统全封闭而无异味，因此，餐厨垃圾厌氧处理是未来的发展方向。图1是餐厨垃圾综合利用工艺示意图。

图1 餐厨垃圾综合利用工艺示意图

4 作为燃料驱动柴油发电机组发电

柴油发电机组是一种小型发电设备，以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电。利用“地沟油”可提炼出生物柴油，驱动柴油发电机组发电。

在奥地利的蒂罗尔州，1999年以来建立了一个油污中央收集系统，每年收集当地居民和饭店的废油达1 800 t。这些废油送到因斯布鲁克市附近一家污水处理厂，先除去废油中残剩的食物，然后将油用作专门为此改装的船用柴油发动机的燃料，驱动发电机，每年可向公共电网输入600万kW·h的生态电[7]。

在美国，已经有很多地方开始生物柴油发电机作为数据中心的备用电力，并且有更多的地区和国家也在考虑使用这一技术。由于政府对数据中心的碳排放量控制很严格，面对严重的环境压力和社会责任，越来越多的数据中心开始想办法来达到碳排放的标准。生物柴油来自于动物脂肪或植物油的提取，这种混合的燃料所造成的环境影响要比石油小得多。有关的数据表明，采用生物柴油后排放的气体中有毒有机物排放量仅为普通柴油的1/10，颗粒物为普通柴油的20%，CO和CO2排放量仅为石油柴油的10%，无硫化物和铅及有毒物的排放;混合生物柴油可将排放含硫物浓度从500 PPM(百万分之一)降低到5 PPM。

由于这项技术并不是很成熟，因此使用时候应该特别谨慎。不过，作为一项低碳节能的绿色技术，生物柴油发电机在数据中心的发展前景还是十分良好的。

5 餐馆自动化热电联产系统

餐馆产生的巨量废弃物，除送至专门的处理工厂进行处理外，还可以就地在餐馆和厨房进行处理，产生电能和热能。

美国餐馆业使用的主要是植物油，正在推广使用猫头鹰电力公司研制的自动化热电联产系统，这种设备能将“地沟油”直接转化为低碳排放的清洁、可再生能源。其突出特点是可直接安装在餐馆的后院，就地处理被废弃的植物油和油脂，并把它们转化为热能和电能，既节约了餐馆需要支付费用的电力、煤气或天然气，又节省了回收、运输和集中储存废油的费用。以缅因州历史最悠久的海滨餐厅比利杂烩楼为例，该餐馆为该州第一个安装自动化热电联产系统的餐馆。据估算，餐厅每年产生的废油，就地转化为电力和热能(提供热水)后，每年可以节约超过2.4万美元的能源开支，并减少21 t CO2的排放，换算下来，每加仑废油的回收利用价值为4.03美元，真可谓实实在在的变废为宝了[8]。

6 从废油中提取燃料氢可进行发电

科学家们正在研究从废油中提取燃料氢，提炼出的氢代替化石类汽车燃料或者进行发电。日本的一个研究小组2002年通过对液体内产生的气泡施加电磁波成功地制成了等离子体。目前正在研究，通过改造后的家用微波炉使废油产生等离子体。2011年9月，研究人员使用在天花板上安装了取氢管道的微波炉对放入废油和铜板的烧杯进行加热，实验中，微波炉内产生了等离子体，氢从油中被分离出来。如果把提炼氢的装置小型化，在不久的将来能把烧菜等产生的废油在家庭中转化为氢用作发电[9]。

7 结束语

有数据显示:100万人口每天产生100 t餐厨垃圾，一年就是36 500 t。经过加工处理，这批数量庞大的垃圾可“变”出生物柴油 1 500 t，可节煤3 500 t;“变”出优质蛋白质饲料4 300 t，节省土地约2.7×106m2;“变”出沼气约44万 m3，可发电88万kWh;废水经发酵后转化为有机液肥，可满足6.7×105m2蔬菜种植。

随着我国城市化进程的加快，餐饮业发展迅速，中国城市每年产生餐厨垃圾不低于6 000万 t。如果这些废弃油脂或垃圾都被顺利回收、变废为宝，不仅可有效堵截其回流餐桌，也为新能源产业发展开辟了一条新路。

[1]蒋萍，吴禄婵.宁波市容环卫处集中收运厨房废弃物:生态技术企业进行无害化处理[N].文汇报，2011－8－22.

[2]赵晶磊.餐厨垃圾变成资源[N].首都建设报，2012－03－26(2).

[3]方源圆，周守航，阎丽娟.中国城市垃圾焚烧发电技术与应用[J].节能技术，2010，28(1):76－80.

[4]沈超青，马晓茜.广州市餐厨垃圾不同处置方式的经济与环境效益比较[J].环境污染与防治，2010，(11).

[5]周海滨.日本公司向武汉建言“地沟油可以变废为宝”[N].武汉晚报，2010－07－20.

[6]蒋丽英.1吨餐厨垃圾21天产生65立方天然气[N].苏州日报，2011－07－02.

[7]于大波.“地沟油”变废为宝美英日各有绝招[OL].http://business.sohu.com/2011 －08 －23/n317048814.shtml，2011－8－23.

[8]于大波.美国:把餐厨废油“烹饪”成循环经济的“鲜美大餐”[OL].http://www.jjckb.cn/2011－08－23/content_328289.htm，2011 －08 －23.

[9]王建涛，李柯，禹静.生物制氢和氢能发电[J].节能技术，2010，28(1):56 －59.