不同餐廚泔水中生物質(zhì)垃圾沉降性能分析

黃明琴　程俊偉

(1.遵義師范學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院， 貴州　遵義　563000； 2.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都　610031)

不同餐廚泔水中生物質(zhì)垃圾沉降性能分析

黃明琴程俊偉

(1.遵義師范學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院， 貴州遵義563000； 2.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都610031)

摘要：以炒菜類、面食類、火鍋類3種不同餐廚泔水作為研究對象，通過對比沉降分層后3類泔水的組成、成分、總固體(TS)、揮發(fā)性固體(VS)分布情況，闡明3類不同餐廚泔水的沉降趨勢及性能。試驗結(jié)果表明，沉降分層后，懸浮層、中間層和沉積層各層的TS、VS含量如下：面食類泔水TS為28.30%、11.24%、30.15%， VS為93.14%、88.87%、93.10%；炒菜類泔水TS為35.15%、8.09%、34.04%， VS為95.04%、87.66%、91.30%；火鍋類泔水TS為38.83%、21.33%、34.72%， VS為94.69%、90.52%、91.73%。比較3類泔水沉淀同層VS顯示，懸浮層VS以炒菜類泔水最高，中間層VS以火鍋類泔水最高，沉積層VS以面食類泔水最高。同類泔水懸浮、沉積兩層與中間層的TS比較顯示，火鍋類泔水由于其較高的油脂含量，其3分層的TS最為接近，沉降性能較差；炒菜類泔水3分層的TS差異最大，沉降性能最好。

關(guān)鍵詞：泔水; 沉降; TS; VS

餐廚泔水垃圾成分復(fù)雜，生物質(zhì)含量高，易腐，含各種細(xì)菌、病原菌等，若直接用作家畜飼料，易使病菌及毒素進(jìn)入食物鏈，導(dǎo)致瘋牛病、口蹄疫等疾病的產(chǎn)生與蔓延，進(jìn)而危害人體健康。餐廚垃圾的產(chǎn)量也十分巨大，據(jù)不完全統(tǒng)計，僅全國100多個大中型中心城市餐飲業(yè)，每天產(chǎn)生的泔水量就接近300多萬t，而水分占到垃圾總重量的 80% ～ 90%，因此，餐廚垃圾的收集和運輸也是一個重大難題。另外，餐廚垃圾處理通常以生物降解法為主，但是由于其自身的物化特性存在差異，不同類別泔水經(jīng)自然沉降后的分層物也具有很強(qiáng)地域性，因此生物質(zhì)的利用比率和降解效率也不盡相同。

目前，國內(nèi)外很多研究只是簡單的將餐廚泔水的沉降作為泔水特性試驗研究的一種預(yù)處理方式。例如徐棟對杭州市中餐飯館、中餐集體食堂和西餐餐飲9個采樣點泔腳垃圾進(jìn)行特性調(diào)查, 以攪拌、冷藏和沉降作為預(yù)處理方式，結(jié)果表明杭州市泔腳垃圾含水率可達(dá)60%以上,VS/TS均超87%, pH為4.64～6.98,呈酸性或弱酸性，有機(jī)成分高，脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物含量分別為16.98%～38.92%，6.58%～11.65%和 46.27%～68.28%，經(jīng)驗證沉降后的檢測數(shù)據(jù)更有準(zhǔn)確性和代表性；潘麗愛以某大學(xué)餐廳產(chǎn)出的餐廚垃圾作為研究對象，經(jīng)攪拌、粉碎、沉降后分別從黏度、容重、水分、蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、總碳、pH值等方面對泔水特性及成分含量做了研究，結(jié)果顯示餐廚的容重為1.045×103kg/m3，沉降后的黏度為1.807 Pa.s，需用高黏度泵來輸送；Clarkson等發(fā)現(xiàn)餐廚垃圾沉積層中的纖維素較難降解，因此必須在發(fā)酵之前加大對沉積層的攪拌速率，增大表面積，以提高餐廚泔水的自然降解性能?；蛘呔蛢H僅是對泔水沉降后單一類別的生物質(zhì)垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵論證，如Converti等對餐廚泔水進(jìn)行靜置沉降24 h預(yù)處理后，選取其中易于降解的懸浮蔬菜廢物進(jìn)行中溫和高溫厭氧發(fā)酵，結(jié)果表明泔腳沉降后的懸浮物在6.0g COD的負(fù)荷下各溫度均能確保半纖維素水解物的最高甲烷生產(chǎn)率(60 mmol/L·d)和最高沼氣甲烷含量(60%)，驗證了沉降懸浮物的可回收利用性。常國璋等選取餐廳泔水經(jīng)沉降后分離出的米飯、熟肉等較難降解物為研究對象，探索了米飯、熟肉外加餐巾紙后的原料不同配比下的厭氧發(fā)酵，確定了m(米飯)：m(餐巾紙)：m(熟肉)=4：4：2為餐飲廢棄物厭氧發(fā)酵的最佳配比。

對餐廚泔水生物質(zhì)沉降性能的針對性研究十分稀少。已有的研究包括確立了30 ℃和12 h分別為餐廚泔水的最佳沉降溫度和時間[10]；餐廚泔水在沉降過程中淋溶作用對垃圾沉降速率的影響最大，自然狀態(tài)最小，沉降速率與孔隙率關(guān)聯(lián)密切[11]；利用沉降后所分層的懸浮于水面的上浮物和比重較重的下沉物設(shè)計了餐廚垃圾自動分揀系統(tǒng)裝置，該分揀系統(tǒng)主要是以水作為清洗液，以餐廚垃圾的自重和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)餐廚垃圾的分揀，自動卸料，成本低，實用性強(qiáng)[12]；以流化床反應(yīng)器對餐廚泔水進(jìn)行降解發(fā)酵，證明了經(jīng)沉降后不同分選層之間VS的去除率有很大差別[13]。

綜上所述，目前國內(nèi)外在對餐廚泔水沉降性能的研究上，缺乏有關(guān)沉降后可降解生物質(zhì)比例分布、不同類別泔水沉降特性對比和沉降分層物歸類等問題的研究，也沒有實質(zhì)性解決由于餐廚泔水本身的隨機(jī)性所帶來的數(shù)據(jù)監(jiān)測誤差。本試驗采用炒菜類、面食類、火鍋類3種不同泔水，分別研究其經(jīng)沉降后懸浮層、中間層和沉積層的特性，尤為解決餐廚垃圾“機(jī)械(功能)-生物(結(jié)構(gòu))”整合分揀難題[12]，為實際工程設(shè)計和運用提供可借鑒的基礎(chǔ)試驗依據(jù)。

1試驗材料與試驗設(shè)計

試驗所用泔水有3類：炒菜類、面食類、火鍋類，分別取自相關(guān)餐飲食店。在7個月內(nèi)隨機(jī)分別采集這3類泔水各20組用于沉降試驗。以1 000 ml量筒作為沉降器具，單個沉降試驗所用樣品質(zhì)量恒定為900 g；對原樣泔水進(jìn)行TS、VS和成分測定，TS和VS測定采用稱重法[14]；隨后進(jìn)行攪拌(轉(zhuǎn)速控制在300 r/min)，待均勻后靜置自然沉降24 h，測定沉降分層后在總質(zhì)量一致前提下上、中、下層TS、VS占原樣泔水的分布情況，并用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和K-S正態(tài)檢驗，當(dāng)其顯著性大于0.05時，就認(rèn)為滿足條件，該數(shù)據(jù)的分布屬于正態(tài)分布函數(shù)，并求出置信區(qū)間，在置信區(qū)間內(nèi)對合理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2試驗結(jié)果與分析

2.13類原樣泔水TS和VS比較及置信檢驗

表1和圖1顯示了3類原樣泔水的TS和VS顯著性水平均大于0.05，即均滿足正態(tài)分布函數(shù)的要求，在95%置信水平內(nèi)，泔水的TS和VS上下限存在明顯的梯度分布，差值較為接近，漸近顯著性水平均大于0.3，回歸性較強(qiáng)，減小了誤差范圍。結(jié)果表明火鍋類泔水的有效總固體含量34.03%為最高，面食類25.35%為最小，標(biāo)準(zhǔn)差顯著性分析顯示3類泔水之間的TS、VS值雖然相近，但始終保持有10%以上的絕對偏差，直觀的闡明了不同類別餐廚泔水的生物質(zhì)貢獻(xiàn)比率。另外，火鍋類泔水存在油脂含量較高的問題，不容易被降解消化[15]。

表1　原樣泔水TS/VS Kolmogorov-Smirnov 檢驗

注a. 檢驗分布為正態(tài)分布 b. 根據(jù)數(shù)據(jù)計算得到

圖1　原樣泔水TS和VS

2.2沉降分層后上層懸浮物(去除油脂外)的TS和VS比較分析

由圖2和表2可知經(jīng)SPSS軟件Kolmogorov-Smirnov 及置信檢驗，沉降后上層懸浮物的TS和VS也均符合正態(tài)分布函數(shù)。樣品成分記錄顯示，面食泔水上層物質(zhì)主要有辣椒、胡蘿卜絲等大塊蔬菜，炒

菜類泔水上層主要含肉類塊狀物，火鍋類泔水的上層主要包括肉、魚骨等體積較大物。分離后的上層火鍋類泔水TS和VS檢測值漸進(jìn)度低至0.3～0.4，數(shù)據(jù)較為分散，依靠標(biāo)準(zhǔn)偏差顯著性分析其明顯低于其他兩類泔水，且3類泔水上層懸浮物的VS以炒菜類泔水為最高，回歸度也最好。

圖2　沉降后上層懸浮物TS和VS值

參數(shù)面食類TS炒菜類TS火鍋類TS面食類VS炒菜類VS火鍋類VSN202020202020正態(tài)參數(shù)a,b均值28.2935.1538.8293.1495.0494.68標(biāo)準(zhǔn)差6.3124.9875.6884.1072.1152.458最極端差別絕對值.142.181.087.124.115.107Kolmogorov-SmirnovZ.633.808.389.556.513.480漸近顯著性(雙側(cè)).817.531.998.916.955.97595%置信區(qū)間 下限25.3432.8136.1691.2194.0493.53 上限31.2537.4841.4995.0696.0395.83

注a. 檢驗分布為正態(tài)分布 b. 根據(jù)數(shù)據(jù)計算得到

2.3沉降分層后中層泔水的TS和VS比較分析

圖3和表3顯示了中層泔水在95%置信水平內(nèi)，出現(xiàn)了明顯低于上層懸浮物的TS比例分布，這樣的結(jié)果主要是由于面食類和炒菜類的中層泔水除去大量的水分外，幾乎不存在大塊生物質(zhì)固體，以殘渣和碎末居多，水質(zhì)也以半透明狀態(tài)為主，生物質(zhì)固體利用率較低，漸進(jìn)顯著性也只有0.2，樣品之間反差較大，不易歸類?；疱侇惖闹袑鱼锼烊氩糠痔赜械乃嵝杂椭|(zhì)呈現(xiàn)淡黃渾濁狀，其TS含量偏高，不適于生物質(zhì)固體物的提取，因此3類餐廚泔水沉降后的中層泔水生物質(zhì)固體含率較少，單位體積內(nèi)生物質(zhì)固體的可利用率不高。

圖3　沉降后中層泔水TS和VS值

參數(shù)面食類TS炒菜類TS火鍋類TS面食類VS炒菜類VS火鍋類VSN202020202020正態(tài)參數(shù)a,b均值11.248.0821.3388.8687.6690.51標(biāo)準(zhǔn)差2.7463.8066.3585.5074.9495.773最極端差別絕對值.130.232.176.162.154.181Kolmogorov-SmirnovZ.5791.036.786.725.690.809漸近顯著性(雙側(cè)).890.233.567.669.728.53095%置信區(qū)間下限9.956.3018.3586.2885.3487.81 上限12.529.8624.3091.4489.9793.21

注a. 檢驗分布為正態(tài)分布 b. 根據(jù)數(shù)據(jù)計算得到

2.4沉降分層后下層沉積物的TS和VS比較分析

經(jīng)SPSS軟件Kolmogorov-Smirnov 及置信檢驗，圖4和表4展示了沉降后的下層沉積物TS和VS水平正態(tài)分布情況，炒菜類泔水下層和上層的TS基本一致，面食類下層的生物質(zhì)固體含率比上層高，火鍋類下層TS比上層低。根據(jù)成分記錄顯示，面食類下層沉積物主要是面渣、面條、菜渣和肉末等碎屑狀物質(zhì)，炒菜類下層主要有米粒和肉末，火鍋類下層是菜渣、肉渣和豆腐渣等小碎屑，3類泔水沉降后下層沉積物的固體均無大體積物，有效作用面積增大，揮發(fā)性有機(jī)固體含量可保持在90%以上，以面食類泔水VS含量最大，生物質(zhì)降解率會較高。并且，下層生物質(zhì)TS和VS標(biāo)準(zhǔn)差值分布更具梯度化，面食類TS和炒菜類VS優(yōu)勢明顯，漸進(jìn)線性回歸緊密，說明樣間差異較小，回收率穩(wěn)定。

圖4　沉降后下層沉積物TS和VS值

2.5同類泔水不同分層TS分布對比

對沉降后同類泔水的各分層之間TS分布情況進(jìn)行統(tǒng)計，并以95%置信區(qū)間的上下限均值來計，如圖5所示。圖5顯示在單個樣品沉降質(zhì)量恒定900 g前提下，3類泔水的TS分布趨勢比較接近，上、下兩層的TS含量總和是原樣TS沉降分配的主要部分；在TS沉降分布中，炒菜類和火鍋類泔水的上層TS最高，面食類泔水以下層TS為最高；基于上文提到的各類泔水的成分特性，炒菜類泔水米粒碎末眾多，體積較小，使懸浮于中層的碎屑物大多數(shù)沉淀于下層中，使中層泔水TS含量在沉降分布中明顯較低；火鍋類泔水中層的部分碎屑由于油脂的關(guān)系粘結(jié)在一起，導(dǎo)致中層泔水TS含量尤為突出， 達(dá)到21.33 %，因此就3類泔水的沉降能力而言，面食類和炒菜類要高于火鍋類泔水。

表4　下層沉積物TS/VS Kolmogorov-Smirnov 檢驗

注a. 檢驗分布為正態(tài)分布 b. 根據(jù)數(shù)據(jù)計算得

圖5　同類泔水的各分層之間TS分布情況

3結(jié)論

(1) 在3類餐廚泔水對比試驗中，以標(biāo)準(zhǔn)差作為統(tǒng)計差異顯著性分析標(biāo)準(zhǔn)，面食、炒菜、火鍋3類原樣泔水的TS含量分別為25.38%、31.43%、34.03%，VS含量分別為92.72%、94.31%、92.39%，可利用生物質(zhì)固體組分比例都較大，應(yīng)予以提取利用。火鍋類泔水的TS最高，與其本身油脂含量高有關(guān)。

(2) 沉降分層后，懸浮層物質(zhì)以大塊蔬菜、肉塊、魚骨等體積較大物為主，沉積層以面渣、菜渣、肉末和米屑等小碎屑為主，物料分布與本身體積相關(guān)。

(3) 沉降分層后，面食類泔水3分層TS為28.30%、11.24%、30.15%，炒菜類泔水3分層TS為35.15%、8.09%、34.04%，火鍋類泔水3分層TS為38.83%、21.33%、34.72%。3類泔水樣品懸浮層和沉積層TS含量均超過其原樣本身，中間層TS含量明顯減小，而且，火鍋類泔水由于其較高的油脂含量，其3分層的TS最為接近，沉降性能較差，炒菜類泔水3分層的TS差異最大，沉降性能最好；面食類泔水3分層VS為93.14%、88.87%、93.10%，炒菜類泔水3分層VS為95.04%、87.66%、91.30%，火鍋類泔水3分層VS為94.69%、90.52%、91.73%，3類泔水沉降后的VS值仍然保持在較高的水平。其中，懸浮層VS以炒菜類泔水最高，中間層VS以火鍋類泔水最高，沉積層VS以面食類泔水最高。

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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

作者簡介：黃明琴，女，1987年生，碩士，研究方向：環(huán)境工程。E- mail:hmq18382406484@163.com

中圖分類號：X705

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A