中国家用电器研究院
测试计量技术研究所

试析家庭食物垃圾处理器的推广价值

2017-07-07 09:11来源:家电科技作者:北达资源中学 王兆雄网址:http://www.jiadiantech.org浏览数:490 

摘要:食物垃圾处理器,又称废弃食物处理器、厨余垃圾处理器等。是指安装在洗涤槽排水口,用于将食物垃圾处理成细小颗粒并和水一起排入到下水道的器具。食物垃圾处理器通过碾碎、研磨,将果皮、烂菜叶、剩菜剩饭、甚至鱼刺和猪骨头等家庭废弃食物垃圾彻底碾碎,最终形成浆状物质排入污水系统。

本课题对家庭生活垃圾进行分类计量,并对使用食物垃圾处理器处理厨余垃圾的情况进行统计分析,力求考证食物垃圾处理器的推广价值。调查结果显示,目前城市居民家庭中的垃圾以厨余垃圾为主。食物垃圾处理器的使用,不仅能够解决垃圾分类、大幅降低家庭及社区垃圾清运数量、极大改善家庭及社区环境卫生。同时,传统的垃圾填埋方式不但占用大量的土地资源,而且还会对土壤和地下水造成严重污染。通过使用家用食物垃圾处理器可以使生活垃圾的处理前移,在家庭就完全处理,并通过现有的排污管线送到污水处理厂,可节约大量土地,保护环境。

关键词食物垃圾处器厨余垃圾 垃圾分类 推广 环保

1、研究背景

随着人们生活水平的提高,生活垃圾产生量正在以每年8%-10%的速度快速递增。但另一方面,我国垃圾无害化处理率不足6%,环卫清运能力仅达60%有许多大城市,每天产生的生活垃圾都达到300t以上,其中厨余垃圾占比约为50%

家庭餐厨垃圾的主要组成有菜根菜叶、果皮果核、肉食、骨头、剩饭剩菜等等,主要化学成分有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等,同时含有少量氮、磷、钾、钙、镁、铁等微量元素

从家庭和环境卫生角度来看,厨余垃圾的含水率高(75%左右),其收集、运输和处理都有很大难度。有机物含量高(占干物质质量的93%左右),极易变质腐败,不仅散发恶臭,还会孳生和招引蚊蝇、老鼠、蟑螂等害虫,污染环境。同时,细菌、酵母菌等活菌含量也非常高,包括大量沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肝炎病毒等多种致病微生物,易造成多种疾病的传播。

从其处理方式来看,由于厨余垃圾的热值在2100kJ/kg左右,不能满足垃圾焚烧发电的热值要求,如果与其他垃圾一起焚烧会导致燃烧不充分而产生二恶英等物质;而堆肥和填埋不仅会占用大量土地,而且处理周期长,还会产生大量沼气及渗沥液,渗沥液可通过地表径流和渗透等作用污染地表水和地下水;同时,在一个精心设计的填埋场里,约有66%的沼气可以作为燃料重新使用,但是剩余的34%将进入大气层,而沼气对全球变暖的影响约为二氧化碳的25倍

北京市从2010年起开始在全市逐步推行垃圾分类,到2014年6月,纳入统计的2927个试行垃圾分类的小区,共产生生活垃圾20万吨,但厨余垃圾分出量不到实际产生量的10%

在笔者居住的小区,虽然设置了分类回收的垃圾桶,居民家中也发放了两个垃圾桶,以鼓励居民进行垃圾分类,但是据笔者观察,由于缺乏有效监督和相应的奖惩措施,垃圾分类执行情况不佳,居民扔在垃圾桶中的垃圾袋内,可见厨余垃圾和其他垃圾混放。垃圾桶周围的地面斑驳污秽,一到夏天,更是臭气熏天,苍蝇蚊子乱飞。北京市政府参事、垃圾对策专家王维平表示,他曾翻看过北京市某小区的470多个分类垃圾桶,发现98%的桶内垃圾没按规定放置,废纸、剩饭、塑料袋等全都混放在一块儿。

图一、笔者家中的食物垃圾处理器

今年1月份,笔者家安装了一台贝克巴斯牌食物垃圾处理器。笔者查阅资料了解到,食物垃圾处理器是通过小型直流或交流电机驱动刀盘,利用离心力将粉碎腔内的食物垃圾粉碎后排入下水道。粉碎腔具有过滤作用,自动拦截食物固体颗粒。刀盘设有两个或者四个可360度回转的冲击头,没有利刃,安全、耐用、免维护。

食物垃圾处理器其最早由美国威斯康辛州的JohnHammes于1927年发明,并于上世纪四十年代在西方国家得到规模化应用。

使用一段时间后,笔者发现,不仅家庭垃圾总量大幅减少,而且厨房的环境卫生也得到了极大的改善。笔者想,如果这类机器在小区里,甚至是全国的城市中进行推广,是不是能够让厨余垃圾造成的上述问题得以有效解决呢?

不过在安装之初,笔者的姥姥总认为,食物垃圾处理器费水又费电,并对下水道能否保持通畅表示担忧,因此曾经强烈地反对。

那么,食物垃圾处理器处理器有多大的推广价值,是否还存在费水费电的问题?对于家庭下水道、小区排污以及污水处理企业会产生哪些影响呢?为此笔者进行了相应的实验,并开展了相关调查

图二:京东商城上的产品介绍网页上的剖面图

研究目的:检验食物垃圾处理器的在现实生活中的作用,探究其推广价值。为城市垃圾分类及处理建言献策。

2、研究材料及方法

2.1研究材料的收集

 从8月28日-9月14日,每天对笔者家庭中的垃圾进行分类收集

2.2研究工具

1)贝克巴斯(BECBAS)DM500 食物垃圾处理器

2)精确度为0.01g的电子称

3)华为荣耀6Plus手机(使用秒表计时功能)

2.3研究流程

1)选择试验样品,并安装;

2)了解相关标准;

3)每天记录样机运行情况;

4)采集数据;

5)数据分析。

2.4资料的收集:

向有关专家及机构进行咨询、查阅相关书籍、报刊、资料及网络信息等,了解别人的研究方法及研究结果。在自己的研究中进行借鉴和对比。


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图三:与中国家用电器研究院专家通过邮件进行沟通


图四:同济大学城市污染控制国家工程研究中心提供的研究报告封面

2.5实验方法

1)设计垃圾分类统计表格,打印后用冰箱贴固定在冰箱门上

2)在家庭中设置收集分类垃圾的器具

3)每天晚上临睡前,将所有垃圾分类收集后进行称重并记录

4)每天将厨余垃圾使用食物垃圾处理器进行处理,对处理时间使用手机秒表功能计时并记录

2.6记录和分析

将数据录入电脑中的excel表格,对数据进行统计分析,以便对于家庭生活垃圾及处理情况有更加清晰的了解。

3、研究结果

3.1笔者家庭生活垃圾的构成

笔者家庭中的生活垃圾以厨余垃圾为主,从8月28日-9月14日,共产生垃圾34949.36g,其中厨余垃圾18748.2g,占垃圾总量53.64%。瓜果皮核、菜根菜叶是出现频率最高的厨余垃圾成分。

注:可回收垃圾:可被小贩回收的物品,包括纸箱、易拉罐、饮料瓶等。

  不可回收垃圾:小贩不回收,但不一定没有回收利用价值的物品。包括废纸、各种商品的包装、空玻璃瓶等。

9月4日,厨余垃圾数量最多,达1772.1g,占当日生活垃圾总量的65.08%。其成分中除日常都有的果皮果核、菜根菜叶等外,还有当日的中药渣。

9月10日,厨余垃圾所占比重最高,占当日生活垃圾总量的83.63%。不过当日厨余垃圾总量仅为624.1g,其成分为主要为瓜果皮。

3.2实验期间食物垃圾处理器的耗电量

从8月28日-9月14日,笔者家中食物垃圾处理器工作总时长为633秒,日平均工作时长33.32秒,其中9月4日工作时间最长,为63秒,共处理垃圾1772.1g。9月6日和9月10日工作时间最短,为20秒,但厨余垃圾处理量分别为465.6g和624.1g。由此可知,使用食物垃圾处理器处理厨余垃圾的速度并不均衡。

GB/T 22802-2008《家用废弃食物处理器》国家标准中要求,猪肋骨的研磨速度不小于0.8g/s,混合负载的研磨速度不小于8g/s。也就是说,不同硬度的厨余垃圾,食物垃圾处理器的研磨速度会有差异,那么同等重量不同硬度的厨余垃圾,研磨时间也会有所差异。不过对比9月4日和9月10日的厨余垃圾成分,均为瓜果皮,菜根菜叶等。而笔者观察发现,食物垃圾处理器的研磨速度也与厨余垃圾的形状、冲水量大小等有一定关系。垃圾形状越细碎,研磨速度越快,对于圆弧形瓜皮,研磨速度要大大放缓,有时候甚至无法研磨,需要停机后取出瓜皮切割成小块后重新研磨。同时,冲水量加大,也有助于研磨速度的提升。针对这一问题,还有待于今后继续深入研究。

查看贝克巴斯(BECBAS)DM500 食物垃圾处理器铭牌,可知其功率为500瓦,根据计算公式E = P*t(其中E是用电量,单位为kWh(度),P是额定功率,单位为W(瓦特),t是工作时间,单位为h(小时))

可计算出,8月28日-9月14日,笔者家中的食物垃圾处理器共耗电0.08792度,日均耗电0.004527度。按照北京市三档阶梯电价计算, 8月28日-9月14日,笔者家使用家庭食物垃圾处理器电费支出如下表。可知,不论按照哪档电价计算,产生的费用都可以忽略不计。

表一:实验期间食物垃圾处理器运行所需电费(元)

按照第一阶梯电价计算电费
按照第二阶梯电价计算电费
按照第三阶梯电价计算电费

耗电量
总耗电量
0.043
0.047元
0.069

日平均耗电量
0.002
0.002
0.004


 注:
第一阶梯电价0.4883元/度【100-240(含)度/户·月】

 第二阶梯电价0.5383元/度【241-400(含)度/户·月】

  第三阶梯电价0.7883元/度【400以上度/户·月】

4、分析与讨论

4.1使用食物垃圾处理器对家庭生活垃圾清运量的影响

笔者的家庭为比较典型的3口之家,用餐情况具有一定的代表性。早餐时间匆忙,比较简单,中午除周末外不在家用餐,因此,厨余垃圾的产生主要是家庭成员傍晚回家后食用的水果果皮果核,准备晚餐时产生的蔬菜茎叶根和晚餐后的剩饭剩菜、鱼刺骨头及食物残渣。个别时候会有中药渣等成分。

按照日均厨余垃圾986.75g计算,

986.75g*365=360163.75g

由于使用厨余垃圾处理器,笔者家全年可减少厨余垃圾约360.164kg。不过由于实验时间正值夏末,厨余垃圾中,含水率较高的瓜果皮所占比重较大,因此,全年日平均厨余垃圾产生量应相对降低。此外,外出就餐也会降低厨余垃圾的产生量。

据笔者从北京市市政市容管理委员会了解到,2014年,北京市共产生厨余垃圾11万吨。以垃圾清运成本每吨75元计,按照这一数值计算,若在北京市推广使用食物垃圾处理器,当普及率分别达到10%时,20%、50%及100%时,如表一,厨余垃圾减少量分别为1.1万吨、2.2万吨、5.5万吨及11万吨,可节约的清运成本分别为82.5万元、165万元、412.5万元及825万元。如果再加上处理成本,则节约更加可观。

表二:北京市食物垃圾处理器不同普及可减少的垃圾清运量及费用(年)

普及率



10%
20%
50%
100%
垃圾减少量(万吨)
1.1
2.2
5.5
11
节约清运成本(万元
82.5
165
412.5
825

同济大学城市污染控制国家工程研究中心的研究也表明,2010年7-8月,上海居民生活垃圾中,厨余垃圾所占比重为81.5%,前期文献中这一数值为55%-65%,厨余垃圾的人均日产量为1.23kg。若食物垃圾处理器普及率为100%,上海垃圾总量将减少81.5%。而其二期研究中为期9个月的监测数据推算,如按照上海常住人口1700万来计算,使用食物垃圾处理器每天可减少生活垃圾不少于1070.6吨,

根据同济大学城市污染控制国家工程研究中心的调研结果进行估算可知,当食物垃圾处理器普及率达1%、5%、10%、100%时,如表三,每日生活垃圾减少量分别为130、650、1300、13000吨,每天直接减少的垃圾焚烧厂处理费用分别为9.11万、45.13万、89.86万、277.5万元,每天直接降低垃圾填埋场处理费用分别为1.39万、6.95万、13.9万、138.98万元。

表三:上海食物垃圾处理器不同普及率及可减少的相关费用(日)

普及率



1%
5%
10%
100%
生活垃圾减少量(吨)
130
650
1300
13000
垃圾焚烧处理费(万元)
9.11
45.13
89.86
277.5
垃圾填埋场处理费(万元)
1.39
6.95
13.9
138.98

4.2对于家庭环境卫生的影响

笔者一直负责家中垃圾的清除,在夏季,为了防止瓜果皮核在高温天气腐败,散发恶臭,污染环境,每晚都要将垃圾扔到小区的垃圾桶。即使这样,也难免会有汤汤水水从塑料袋中漏出,污染地面;同时,在饭后刷碗前,为了避免食物残渣堵塞下水道,就必须小心地将渣水进行分离。

小区里,垃圾桶周围苍蝇乱飞,散发出的恶臭让人们匆匆掩鼻而过,湿乎乎的餐厨垃圾把纸板、塑料等回收价值高的干净垃圾也弄得脏兮兮,而运送垃圾的环卫车则一路滴着臭水前行……这其实是我们非常熟悉的生活场景。虽然笔者的家里干净了,但是小区的垃圾桶由于汇集了大量的厨余垃圾,往往成为居民生活中离不开,却又非常厌恶的场所。每天早上上学,笔者都会绕开小区苍蝇蚊子乱飞的垃圾桶。

如果食物垃圾处理器能够普及,上述问题将迎刃而解。

4.3使用食物垃圾处理器对于家庭下水道的影响

在安装食物垃圾处理器之前,笔者家的下水道经常堵塞,不时需要使用物理或者化学方法进行疏通,但是自从1月份安装了食物垃圾处理器后,笔者家的下水道就再未堵塞过。

分析以前下水道堵塞的原因,主要是在进行洗菜和洗碗时渣水分离不彻底,这些成分漏入下水道后经过浸泡发酵,体积会再度膨胀,堆积多了后就会造成堵塞。而根据GB/T 22802-2008《家用废弃食物处理器》标准中对于食物垃圾处理器研磨率及研磨细度的要求:“猪肋骨的研磨率为不小于60%,混合负载的研磨率为100%”、“研磨后细度不小于6.4mm的残渣所占质量分数应小于7%”,因此不会造成堵塞。

同时,由于食物垃圾处理器在研磨厨余垃圾时需要倒入一定量的水,排出了厨余垃圾残渣呈浆状,也不会堵塞小区排污系统。同济大学城市污染控制国家工程研究中心对使用食物垃圾处理器的小区下水管道排污情况进行了连续9个月的监控,未发现小区管网有堵塞现象。

4.4使用食物垃圾处理器对于用水用电的影响

贝克巴斯(BECBAS)DM500 食物垃圾处理器说明书中要求,在器具工作期间要同时用水将打磨的残渣冲入下水道。笔者家中使用洗菜水、洗碗水冲刷,因此,对于用水量不做统计。因消耗电能所产生的电费见表二,也可以忽略不计。

GB/T 22802-2008《家用废弃食物处理器》标准要求,猪肋骨的研磨速度不小于0.8 g/s,混合负载的研磨速度不小于8g/s。笔者家中的厨余垃圾以植物性垃圾为主,本次实验结果显示,贝克巴斯的研磨速度为可达29.72g/s

国外有研究表明,使用食物垃圾处理器仅增加家庭用水量的2.2%,基本可以忽略。运行所需用电及污染也不明显。使用处理器后普通家庭的电耗增加仅相当于一个75w的灯泡使用10分钟。(Nissonet al.1990,Waste Mabagement Research Unit 1994Ketzenberger 1995,New York City DEP 1997,Wainberg,et al.2000,The PlumbingFoundation City of NY 2001.

同济大学城市污染控制国家工程研究中心的研究则表明,使用食物垃圾处理器后居民人均用水量仅增加4.45%,几乎不会对居民用水量造成影响。折合水费,每人每天为0.02元。而每人每天耗电量为0.119度,折合电费0.073元。因此,使用中产生的水电成本几乎可以忽略不计。

4.5使用食物垃圾处理器解决垃圾分类难题降低污水处理的难度

食物垃圾处理器可以起到干湿垃圾分离的作用,可以大幅度解决垃圾分类的难题。同时,可以大幅降低居民生活垃圾的含水率,同时显著提高居民生活垃圾的热值。

上述研究表明厨余垃圾已经占生活垃圾的50%,如果每户家庭都用上食物垃圾处理器,将彻底解决食物垃圾的分类难题,如果该产品普及率达到20%,也将减少10%的垃圾分类和处理问题,从而降低人工分检的压力,减少劳动力的浪费。

同济大学城市污染控制国家工程研究中心的实验表明,如果上海食物垃圾处理器普及率达到100%,垃圾的含水率将降低47%,地位热值提高12067,则能显著提高垃圾焚烧性能,降低填埋和焚烧的渗滤液产生,减少收集、运输、处理成本。

关于使用食物垃圾处理器对污水处理的影响的影响。国外的发展历程显示,

上世纪60年底,随着环保思潮的兴起,由于担心使用该产品可能会对城市排水系统及污水处理产生影响而被一些国家禁止使用。到90年代,随着个发达国家城市污水处理系统区域完善,而垃圾处理日益成为各国政府头疼的问题,食物垃圾处理器重新得到了各发达国家的重视和认可。

   使用食物垃圾处理器处理厨余垃圾,必然造成排放污水成分有所改变。由于一些常见菜(如西红柿)和剩饭菜中的调味剂(如食醋)呈酸性,因此粉碎后的厨余垃圾浆水也呈微酸性,同时,其中的总悬浮物、COD、BOD、总氮、氨氮等成分均有不同程度的增加。

同济大学城市污染控制国家工程研究中心的研究表明,当食物垃圾处器理普及率不超过10%时,上海城市污水厂的污染物进水浓度指标仍在污水厂设计水质浓度允许范围之内,但普及率大于10%时,污水有机负荷将对污水处理系统造成冲击。

因此,使用食物垃圾处理器必然会对污水水质产生影响,但是,是否会对污水处理的最终效果产生影响,或是否会对城市污水系统产生冲击则要根据不同地域的实际情况进行科学评估。

5、建议

食物处理器经过几十年的发展,在国外家庭拥有率很高,尤其是在美国,家庭拥有率高达80 %,年销量超过1000万台。

家用废弃食物处理器作为一种新兴的厨房环保家电,不仅本身带给消费者一个健康舒适的厨房环境,促进了家人健康,更为重要的是通过使用食物垃圾处理器可以大量节约土地资源,减少污染,节能减排,创造循环经济,并产生良好的环境效益,因此,废弃食物处理器使用的社会效益远大于经济效益,

2012年3月1日,我国首部以立法形式规范垃圾处理行为的地方性法规《北京市生活垃圾管理条例》正式实施,其中明确规定“提倡有条件的居住区、家庭安装符合标准的厨余垃圾处理器。”上海也出台了《上海市城市生活垃圾分类设施设备装置导则(试行)》旨在有效推进生活垃圾分类,促进生活垃圾源头减量,鼓励“在区域排污管道具备条件的地区,新建的全装修住宅内,应配置厨余果皮(湿垃圾)粉碎机;其他具备条件的住宅,同时鼓励安装厨余果皮(湿垃圾)粉碎机”。

但是,目前,我国家用废弃食物处理器市场尚未形成规模,初步估算,一年的市场销量低于30万台,这个数字对于我国家庭的总体数量来说是非小的。为提高产品的普及率,建议国家采用激励政策,鼓励消费者的选购和安装食物垃圾处理器。

6、体会和收获

虽然笔者负责家里垃圾的清理,但是主要是完成从家里的小垃圾桶到社区的大垃圾桶的垃圾清运工作,因此对于垃圾如何进行分类并不十分清楚。而由于实验中还要完成家庭垃圾收集的工作,因此对于垃圾分类有了初步的认识,并逐渐养成了垃圾分类投放的习惯。

垃圾分类是一个系统工程,涉及垃圾的分别回收、分别加工利用、分别处理等诸多环节,需要政府、公众和企业密切配合,需要全面、综合地考虑问题,在制度建设、工作重心、管理方法、社会行为等方面下功夫。而对与公众的引导、教育也有一个较长的过程。笔者了解到,在垃圾分类发展较好的日本,垃圾分类常识是每一位在日本生活的人的必修课,每一个日本孩子更是从小就开始学习垃圾如何进行分类。他们有一套完整的奖惩机制,比如家庭主妇们都会把所购食物的托盘洗干净送回超市,如果扔掉托盘,则需要交纳垃圾处理费,而另一方面,送回托盘则可以获得超市的奖励。而我们的相关教育目前还仅限于街头的分类垃圾箱,和发到家里的两个垃圾桶。到底哪类物品属于哪一类垃圾,还缺乏应有的教育和引导。

从这一点来说,食物垃圾处理器的推广,也有助于垃圾分类理念的确立。

7参考文献

GB/T 22802-2008《家用废弃食物处理器》3.1

推广使用食物垃圾处理器  徐艳梅北京观察  2013年第3期 43

中国餐厨垃圾处理方式_存在问题及对策 陈建湘,方勇,杨友强 广东化工2015年第9期第42卷 175-176

北京市餐厨垃圾处理现状及发展趋势 王丹阳 龚爱君 张振星 毛亚南,周陆军 环境卫生工程 2010年2月第18卷第一期  24-25

高压蒸汽灭菌工艺处理餐厨垃圾  曾宪兴,宫本水,王富升 环境卫生工程,2007,15:55-56

餐厨垃圾的危害及综合治理对策  李小卉 研究与探讨2006,11:24-25

食物垃圾处理器10%居民使用 即可取得显著效果  张盖伦 中国食品报 2014年12月29日地004版

食物垃圾粉碎机对城市生活污水水质的影响研究 宁波大学建筑工程环境学院  2009年9月20日

食物垃圾处理器应用的环境经济损益研究  杨(王易)、李江华段妮娜、董滨、何群彪  住宅科技 2011.01:53-57

《浦东新区食物垃圾处理器试点小区的使用情况和环境影响评估报告》浦东新区推进生活垃圾分类促进源头减量领导小组办公室 同济大学城市污染控制国家工程研究中心

家庭处于管道破碎试验研究 程国玲,刘方婧,段怡彤,李永峰 哈尔滨商业大学学报(自然科学版)29卷第一期 2013年2月