不同餐厨泔水中生物质垃圾沉降性能分析

黄明琴　程俊伟

(1.遵义师范学院资源与环境学院， 贵州　遵义　563000； 2.西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都　610031)

不同餐厨泔水中生物质垃圾沉降性能分析

黄明琴程俊伟

(1.遵义师范学院资源与环境学院， 贵州遵义563000； 2.西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都610031)

摘要：以炒菜类、面食类、火锅类3种不同餐厨泔水作为研究对象，通过对比沉降分层后3类泔水的组成、成分、总固体(TS)、挥发性固体(VS)分布情况，阐明3类不同餐厨泔水的沉降趋势及性能。试验结果表明，沉降分层后，悬浮层、中间层和沉积层各层的TS、VS含量如下：面食类泔水TS为28.30%、11.24%、30.15%， VS为93.14%、88.87%、93.10%；炒菜类泔水TS为35.15%、8.09%、34.04%， VS为95.04%、87.66%、91.30%；火锅类泔水TS为38.83%、21.33%、34.72%， VS为94.69%、90.52%、91.73%。比较3类泔水沉淀同层VS显示，悬浮层VS以炒菜类泔水最高，中间层VS以火锅类泔水最高，沉积层VS以面食类泔水最高。同类泔水悬浮、沉积两层与中间层的TS比较显示，火锅类泔水由于其较高的油脂含量，其3分层的TS最为接近，沉降性能较差；炒菜类泔水3分层的TS差异最大，沉降性能最好。

关键词：泔水; 沉降; TS; VS

餐厨泔水垃圾成分复杂，生物质含量高，易腐，含各种细菌、病原菌等，若直接用作家畜饲料，易使病菌及毒素进入食物链，导致疯牛病、口蹄疫等疾病的产生与蔓延，进而危害人体健康。餐厨垃圾的产量也十分巨大，据不完全统计，仅全国100多个大中型中心城市餐饮业，每天产生的泔水量就接近300多万t，而水分占到垃圾总重量的 80% ～ 90%，因此，餐厨垃圾的收集和运输也是一个重大难题。另外，餐厨垃圾处理通常以生物降解法为主，但是由于其自身的物化特性存在差异，不同类别泔水经自然沉降后的分层物也具有很强地域性，因此生物质的利用比率和降解效率也不尽相同。

目前，国内外很多研究只是简单的将餐厨泔水的沉降作为泔水特性试验研究的一种预处理方式。例如徐栋对杭州市中餐饭馆、中餐集体食堂和西餐餐饮9个采样点泔脚垃圾进行特性调查, 以搅拌、冷藏和沉降作为预处理方式，结果表明杭州市泔脚垃圾含水率可达60%以上,VS/TS均超87%, pH为4.64～6.98,呈酸性或弱酸性，有机成分高，脂肪、蛋白质和碳水化合物含量分别为16.98%～38.92%，6.58%～11.65%和 46.27%～68.28%，经验证沉降后的检测数据更有准确性和代表性；潘丽爱以某大学餐厅产出的餐厨垃圾作为研究对象，经搅拌、粉碎、沉降后分别从黏度、容重、水分、蛋白质、脂肪、糖类、总碳、pH值等方面对泔水特性及成分含量做了研究，结果显示餐厨的容重为1.045×103kg/m3，沉降后的黏度为1.807 Pa.s，需用高黏度泵来输送；Clarkson等发现餐厨垃圾沉积层中的纤维素较难降解，因此必须在发酵之前加大对沉积层的搅拌速率，增大表面积，以提高餐厨泔水的自然降解性能。或者就仅仅是对泔水沉降后单一类别的生物质垃圾进行厌氧发酵论证，如Converti等对餐厨泔水进行静置沉降24 h预处理后，选取其中易于降解的悬浮蔬菜废物进行中温和高温厌氧发酵，结果表明泔脚沉降后的悬浮物在6.0g COD的负荷下各温度均能确保半纤维素水解物的最高甲烷生产率(60 mmol/L·d)和最高沼气甲烷含量(60%)，验证了沉降悬浮物的可回收利用性。常国璋等选取餐厅泔水经沉降后分离出的米饭、熟肉等较难降解物为研究对象，探索了米饭、熟肉外加餐巾纸后的原料不同配比下的厌氧发酵，确定了m(米饭)：m(餐巾纸)：m(熟肉)=4：4：2为餐饮废弃物厌氧发酵的最佳配比。

对餐厨泔水生物质沉降性能的针对性研究十分稀少。已有的研究包括确立了30 ℃和12 h分别为餐厨泔水的最佳沉降温度和时间[10]；餐厨泔水在沉降过程中淋溶作用对垃圾沉降速率的影响最大，自然状态最小，沉降速率与孔隙率关联密切[11]；利用沉降后所分层的悬浮于水面的上浮物和比重较重的下沉物设计了餐厨垃圾自动分拣系统装置，该分拣系统主要是以水作为清洗液，以餐厨垃圾的自重和曲柄滑块机构来实现餐厨垃圾的分拣，自动卸料，成本低，实用性强[12]；以流化床反应器对餐厨泔水进行降解发酵，证明了经沉降后不同分选层之间VS的去除率有很大差别[13]。

综上所述，目前国内外在对餐厨泔水沉降性能的研究上，缺乏有关沉降后可降解生物质比例分布、不同类别泔水沉降特性对比和沉降分层物归类等问题的研究，也没有实质性解决由于餐厨泔水本身的随机性所带来的数据监测误差。本试验采用炒菜类、面食类、火锅类3种不同泔水，分别研究其经沉降后悬浮层、中间层和沉积层的特性，尤为解决餐厨垃圾“机械(功能)-生物(结构)”整合分拣难题[12]，为实际工程设计和运用提供可借鉴的基础试验依据。

1试验材料与试验设计

试验所用泔水有3类：炒菜类、面食类、火锅类，分别取自相关餐饮食店。在7个月内随机分别采集这3类泔水各20组用于沉降试验。以1 000 ml量筒作为沉降器具，单个沉降试验所用样品质量恒定为900 g；对原样泔水进行TS、VS和成分测定，TS和VS测定采用称重法[14]；随后进行搅拌(转速控制在300 r/min)，待均匀后静置自然沉降24 h，测定沉降分层后在总质量一致前提下上、中、下层TS、VS占原样泔水的分布情况，并用SPSS软件进行数据统计分析和K-S正态检验，当其显著性大于0.05时，就认为满足条件，该数据的分布属于正态分布函数，并求出置信区间，在置信区间内对合理数据进行分析。

2试验结果与分析

2.13类原样泔水TS和VS比较及置信检验

表1和图1显示了3类原样泔水的TS和VS显著性水平均大于0.05，即均满足正态分布函数的要求，在95%置信水平内，泔水的TS和VS上下限存在明显的梯度分布，差值较为接近，渐近显著性水平均大于0.3，回归性较强，减小了误差范围。结果表明火锅类泔水的有效总固体含量34.03%为最高，面食类25.35%为最小，标准差显著性分析显示3类泔水之间的TS、VS值虽然相近，但始终保持有10%以上的绝对偏差，直观的阐明了不同类别餐厨泔水的生物质贡献比率。另外，火锅类泔水存在油脂含量较高的问题，不容易被降解消化[15]。

表1　原样泔水TS/VS Kolmogorov-Smirnov 检验

注a. 检验分布为正态分布 b. 根据数据计算得到

图1　原样泔水TS和VS

2.2沉降分层后上层悬浮物(去除油脂外)的TS和VS比较分析

由图2和表2可知经SPSS软件Kolmogorov-Smirnov 及置信检验，沉降后上层悬浮物的TS和VS也均符合正态分布函数。样品成分记录显示，面食泔水上层物质主要有辣椒、胡萝卜丝等大块蔬菜，炒

菜类泔水上层主要含肉类块状物，火锅类泔水的上层主要包括肉、鱼骨等体积较大物。分离后的上层火锅类泔水TS和VS检测值渐进度低至0.3～0.4，数据较为分散，依靠标准偏差显著性分析其明显低于其他两类泔水，且3类泔水上层悬浮物的VS以炒菜类泔水为最高，回归度也最好。

图2　沉降后上层悬浮物TS和VS值

参数面食类TS炒菜类TS火锅类TS面食类VS炒菜类VS火锅类VSN202020202020正态参数a,b均值28.2935.1538.8293.1495.0494.68标准差6.3124.9875.6884.1072.1152.458最极端差别绝对值.142.181.087.124.115.107Kolmogorov-SmirnovZ.633.808.389.556.513.480渐近显著性(双侧).817.531.998.916.955.97595%置信区间 下限25.3432.8136.1691.2194.0493.53 上限31.2537.4841.4995.0696.0395.83

注a. 检验分布为正态分布 b. 根据数据计算得到

2.3沉降分层后中层泔水的TS和VS比较分析

图3和表3显示了中层泔水在95%置信水平内，出现了明显低于上层悬浮物的TS比例分布，这样的结果主要是由于面食类和炒菜类的中层泔水除去大量的水分外，几乎不存在大块生物质固体，以残渣和碎末居多，水质也以半透明状态为主，生物质固体利用率较低，渐进显著性也只有0.2，样品之间反差较大，不易归类。火锅类的中层泔水混入部分特有的酸性油脂，水质呈现淡黄浑浊状，其TS含量偏高，不适于生物质固体物的提取，因此3类餐厨泔水沉降后的中层泔水生物质固体含率较少，单位体积内生物质固体的可利用率不高。

图3　沉降后中层泔水TS和VS值

参数面食类TS炒菜类TS火锅类TS面食类VS炒菜类VS火锅类VSN202020202020正态参数a,b均值11.248.0821.3388.8687.6690.51标准差2.7463.8066.3585.5074.9495.773最极端差别绝对值.130.232.176.162.154.181Kolmogorov-SmirnovZ.5791.036.786.725.690.809渐近显著性(双侧).890.233.567.669.728.53095%置信区间下限9.956.3018.3586.2885.3487.81 上限12.529.8624.3091.4489.9793.21

注a. 检验分布为正态分布 b. 根据数据计算得到

2.4沉降分层后下层沉积物的TS和VS比较分析

经SPSS软件Kolmogorov-Smirnov 及置信检验，图4和表4展示了沉降后的下层沉积物TS和VS水平正态分布情况，炒菜类泔水下层和上层的TS基本一致，面食类下层的生物质固体含率比上层高，火锅类下层TS比上层低。根据成分记录显示，面食类下层沉积物主要是面渣、面条、菜渣和肉末等碎屑状物质，炒菜类下层主要有米粒和肉末，火锅类下层是菜渣、肉渣和豆腐渣等小碎屑，3类泔水沉降后下层沉积物的固体均无大体积物，有效作用面积增大，挥发性有机固体含量可保持在90%以上，以面食类泔水VS含量最大，生物质降解率会较高。并且，下层生物质TS和VS标准差值分布更具梯度化，面食类TS和炒菜类VS优势明显，渐进线性回归紧密，说明样间差异较小，回收率稳定。

图4　沉降后下层沉积物TS和VS值

2.5同类泔水不同分层TS分布对比

对沉降后同类泔水的各分层之间TS分布情况进行统计，并以95%置信区间的上下限均值来计，如图5所示。图5显示在单个样品沉降质量恒定900 g前提下，3类泔水的TS分布趋势比较接近，上、下两层的TS含量总和是原样TS沉降分配的主要部分；在TS沉降分布中，炒菜类和火锅类泔水的上层TS最高，面食类泔水以下层TS为最高；基于上文提到的各类泔水的成分特性，炒菜类泔水米粒碎末众多，体积较小，使悬浮于中层的碎屑物大多数沉淀于下层中，使中层泔水TS含量在沉降分布中明显较低；火锅类泔水中层的部分碎屑由于油脂的关系粘结在一起，导致中层泔水TS含量尤为突出， 达到21.33 %，因此就3类泔水的沉降能力而言，面食类和炒菜类要高于火锅类泔水。

表4　下层沉积物TS/VS Kolmogorov-Smirnov 检验

注a. 检验分布为正态分布 b. 根据数据计算得

图5　同类泔水的各分层之间TS分布情况

3结论

(1) 在3类餐厨泔水对比试验中，以标准差作为统计差异显著性分析标准，面食、炒菜、火锅3类原样泔水的TS含量分别为25.38%、31.43%、34.03%，VS含量分别为92.72%、94.31%、92.39%，可利用生物质固体组分比例都较大，应予以提取利用。火锅类泔水的TS最高，与其本身油脂含量高有关。

(2) 沉降分层后，悬浮层物质以大块蔬菜、肉块、鱼骨等体积较大物为主，沉积层以面渣、菜渣、肉末和米屑等小碎屑为主，物料分布与本身体积相关。

(3) 沉降分层后，面食类泔水3分层TS为28.30%、11.24%、30.15%，炒菜类泔水3分层TS为35.15%、8.09%、34.04%，火锅类泔水3分层TS为38.83%、21.33%、34.72%。3类泔水样品悬浮层和沉积层TS含量均超过其原样本身，中间层TS含量明显减小，而且，火锅类泔水由于其较高的油脂含量，其3分层的TS最为接近，沉降性能较差，炒菜类泔水3分层的TS差异最大，沉降性能最好；面食类泔水3分层VS为93.14%、88.87%、93.10%，炒菜类泔水3分层VS为95.04%、87.66%、91.30%，火锅类泔水3分层VS为94.69%、90.52%、91.73%，3类泔水沉降后的VS值仍然保持在较高的水平。其中，悬浮层VS以炒菜类泔水最高，中间层VS以火锅类泔水最高，沉积层VS以面食类泔水最高。

参考文献

王丹阳,弓爱君,张振星，等.北京市餐厨垃圾的处理现状及发展趋势 .环境卫生工程,2010,18(1):24 - 26.

吴文伟,邢汝明.城市泔水管理的探讨.环境与园林,2003,5(2)：66-68.

杨菊平,余杰.重庆市餐厨垃圾理化性质及处理处置方法的研究.环境卫生工程,2011,19(6):60-62.

易龙生,饶玲华,王鑫，等.餐厨垃圾理化性质及其厌氧发酵产气潜力分析[ J] .中南大学学报(自然科学版),2012,4(43):4-7．

徐栋.泔脚垃圾特性调查及其厌氧发酵的优化研究.杭州:浙江工商大学,2011.

潘丽爱,张贵林,石晶，等.餐厨垃圾特性的试验研究.粮油加工,2009(9):154-156.

Clarkson W W,Xiao W. Bench scale anaerobic bioconversion of news print and office paper. Water Science and Technology, 2000, 43 (3) : 93-100.

Converti A, Del Deborghi A, Zilli M,et al. Anaerobic digestion of the vegetable fraction of municipal refuses: mesophilic versus thermophilic conditions. Bio Process Eng，1999，21(4):371-376.

常国璋,席新明.不同原料配比对餐饮废弃物高温厌氧发酵的影响. 西北农林科技大学学报,2012,40(1):123-128.

[10] 张护,王爱华.不同存放时间和温度对泔水质量影响的研究.饲料工业,2008(3):27-29.

[11]杨勇,薛强,李国敏.城市生活垃圾室内沉降仪研制与特性试验.仪器仪表学报,2010,31(6)：1394-1398.

[12] 曹昌勇,徐礼飞.餐厨垃圾自动分拣系统结构设计研究.九江学院学报,2013(4):34-37.

[13]Han S K,Shin H S. Performance of an innovative two-stage process converting food waste to hydrogen and methane. Air & Waste Manage Assoc, 2004, 54 (2) : 242-249.

[14]毛惟德,孔明耀,季斌，等.CJ/T51-2004城市污水水质检验方法标准.北京:中国标准出版社,2005.

[15]周洪波,陈坚,赵由才,等.长链脂肪酸对厌氧颗粒污泥产甲烷毒性研究.水处理技术,2002,28(2):47-51.

Study on settlement property of different kitchen swill

Huang Mingqin1，Cheng Junwei2

(1.College of Resources and Environment,Zunyi Normal College,Zunyi 563000；2.Faculiy of Geosciences and Environmental Engineering，Southwest Jiaotong Univesrsity，Chengdu 610031，China)

Abstract:in this paper, composition, mass ratio, total solid (TS) and volatile solid (VS) of the 3 kinds of swill: pasta, hotpot and fried food were examined to reveal their settlement property. After precipitating, the swill was divided into 3 layers: suspension, middle and sediment. The TS and VS in each layer of each kind of swill were distributed as below: in suspension, middle, and sediment layer of pasta swill, TS was 28.30%,11.24% and 30.15%, and VS was 93.14%,88.87% and 93.10%; in such layer of fried food swill, TS was 35.15%, 8.09% and 34.04%, and VS was 95.04%, 87.66% and 91.30%; in that of hotpot swill, TS was 38.83%,21.33% and 34.72%, and VS was 94.69%, 90.52% and 91.73%. The highest VS in suspension, middle and sediment layer respectively came from swill of fried food, hotpot and pasta. The hotpot swill contained more grease, and TS contents in the 3 layers of it were almost the same, which meant a poorer precipitation capability. While the precipitation capability of the fried food swill was the best since the TS in the 3 layers showed the biggest difference.

Keywords:different kitchenware; precipitation; TS;VS

收稿日期：2015-12-07；2015-02-14修回

作者简介：黄明琴，女，1987年生，硕士，研究方向：环境工程。E- mail:hmq18382406484@163.com

中图分类号：X705

文献标志码：A