1、 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 餐厨垃圾造纸技术的研究 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 专 业 班 级： 印刷工程 学 号： 学 院： 轻工学院 二 XX年六月 八 日 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） I 摘 要 我国每天都有大量的餐厨垃圾产生，给城市垃圾清理工作带来了巨大压力。如何有效地利用大量废弃的 餐厨垃圾对日益严重的环境问题具有十分重要的意义。餐厨垃圾中有大量的剩饭剩菜，目前尚未有文献提出利用剩饭剩菜造纸的技术，本文研究了餐厨垃圾造纸技术，从技术层面展开了一种全新的尝试，为我国餐厨垃圾处理，废弃资源的回收利用打开了崭新的局面。 本文针对餐厨垃圾的剩菜剩饭部分，通过实验研究
2、其用于制浆造纸工业的可行性，在造纸过程中为提升纸张强度不断改良工艺，从原理预处理、打浆方式、漂白处理、增白处理、掺杂棉纤维、柔软处理几大方面着手，主要采用表观分析和微观分析的方法分析纸张性能。 经过一系列技术改进后，所得到的纸张外观 与普通书写用纸差距不大，强度较纯蔬菜纸已有很大提升。希望本文能为餐厨垃圾的有效利用及转化提供一定基础。 关键词： 餐厨垃圾；造纸；废弃纤维；棉纤维 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） Abstract Every day,a large amount of kitchen waste has been generated in our country.The ci
3、ty garbage clean-up work has brought enormous pressure. How to effectively use a lot of kitchen waste is very important to the increasingly serious environmental problems. Kitchen waste which has a large number of leftovers are yet to make use of paper-making. We studied on kitchen waste paper-makin
4、g technology,which is from the technical level to start a new attempt for our kitchen waste disposal, opening a new situation of recycling of waste resources. In this paper, we focused on the leftovers part of kitchen waste . Through experimental study, we found the feasibility for paper-making. In
5、the paper-making process,we tried to enhance paper strength,from the principle of pre-treatment, beating way,bleaching, increasing white handle, doping cotton fiber, soft handle. Apparent analysis and micro-analysis method have been used to analyze the performance of paper. After a series of technic
6、al improvements, the resulting paper appearance is little different from ordinary writing paper.Paper strength than pure vegetable has been greatly improved. We hope this paper will provide a basis for effective utilization and conversion of kitchen waste. Keywords: Kitchen waste; Papermaking; Waste
7、 fiber; Cotton fiber.哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪 论 . 1 1.1问题的提出 . 1 1.1.1 研究背景 . 1 1.1.2 餐厨垃圾的定义 . 1 1.1.3 餐厨垃圾的危害 . 1 1.2 餐厨垃圾处理技术 . 2 1.2.1 国外发展现况 . 3 1.2.2 国内发展现况 . 4 1.3 非木材纤维造纸技术 . 4 1.3.1 国外发展现况 . 4 1.3.2 国内发展现况 . 5 1.4 本文研究的意义 . 5 1.4.1 环保意义 . 5 1.4.2 经济意义 . 5 1.4.3 社会意义 .
8、 6 1.5 本文主要研究内容 . 6 2 实验原理 . 7 2.1 蔬菜纤维结构 . 7 2.1.1 形态特征 . 7 2.2.2 成分特点 . 7 2.2.3 脂质成分 . 7 2.3.4 木质素组成 . 8 2.2 纸张成型机理 . 8 2.3 除油原理 . 8 2.4 打浆原理 . 9 2.5 漂白原理 . 10 2.6 增白原理 . 10 2.7 增强机理 . 10 2.7.1 阳离子淀粉增强机理 .11 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 2.7.2 棉纤维增强机理 . 12 2.8 柔软剂原理 . 12 3 实验及结果分析 . 13 3.1 实验材料 . 13 3.2 实验药品与
9、仪器 . 13 3.3 除油处理 . 13 3.3.1 实验方法 . 13 3.4.2 结果与分析 . 14 3.4 打浆处理 . 14 3.4.1 实验方法 . 14 3.4.2 结果与分析 . 15 3.5 次氯酸钠漂白 . 16 3.5.1 实验方法 . 16 3.5.2 结果与分析 . 16 3.6 高岭土增白 . 17 3.6.1 实验方法 . 17 3.6.2 结果与分析 . 17 3.7 阳离子淀粉增强 . 18 3.7.1 实验方法 . 18 3.7.2 结果与分析 . 19 3.8 棉纤维增强 . 20 3.8.1 实验方法 . 20 3.8.2 结果与分析 . 20 3.9
10、 柔软剂 . 21 3.9.1 实验方法 . 21 3.9.2 结果与分析 . 22 3.10 小结 . 23 结 论 . 24 参考文献 . 25 致 谢 . 30 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 1 1 绪 论 1.1问题的提出 1.1.1 研究背景 随着国民经济快速向现代化推进 ,产业结构调整升级，第三产业地位的不断提高 ,餐饮业成为我们日常生活中不可缺少的一个重要部分。据不完全统计，我国大中型城市，平均每天产生 40 万吨餐厨垃圾。我们的人口仍在快速地增长，这意味着我们的垃圾数量将不断地攀升，但是我们的城市处理垃圾的强度却远不及增长的速度。因此，垃圾处理问题应得到大家的重视。餐厨垃
11、圾属于城市生活垃圾的一部分，我国餐厨垃圾占城市生活垃圾比重大约为 37%62%。本文针对餐厨垃圾的处理提出了一种新的方案，即利用餐厨垃圾造纸。 1.1.2 餐厨垃圾的定义 餐厨垃圾主要是指在日常食品加工和消耗过程中产生的，如米饭，菜叶，动物油和植物油，肉骨等各种有机物质组成的剩余的或废弃的混合物。 由于餐厨垃圾中细菌含量非常高，容易腐败变质、繁殖和吸引蚊子，苍蝇，老鼠，蟑螂等害虫，对环境污染危害大，需要进行严格有效的正确处理。但是，目前餐厨垃圾处理加工渠道并未规范管理，一些不正规的餐厨垃圾处理方式存在不少的隐患。 餐厨垃圾有机物质的比例通常可高达 95%以上，含水率高达 85%90%1，因此，
12、餐厨垃圾有良好的应用前景。餐厨垃圾资源化利用，不仅可以减少处理垃圾的成本，而且还产生有用的能源或资源，对整个社会的可持续发展具有重大意义。 1.1.3 餐厨垃圾的危害 餐厨垃圾对环境造成的污染是显而易见的。餐厨垃圾中液体含量大约为 76，这大大增加了餐厨垃圾收集和运输的难度。另外，由于餐厨垃圾营养素含量高的化学特性决定了它极易腐败变质的特点，如果不妥善收集和运输，就容易产生化学反应，滋生有害的微生物，散发臭味。这将严重影响垃圾聚集点附近居民的身心健康。 一些小餐馆直接把未经沉淀、隔离处理的 餐厨垃圾排入下水道，这些未经处理的餐厨垃圾由于含油量大，很容易在下水道粘附，使得排水管道的流动面积随着时
13、间的推移变得越来越小，最终造成堵塞。到了洪水季节，城市就会排水变得很困难，造成内涝。 喂食牲畜时，未经过规范化处理餐厨垃圾大多数会被用作牲畜饲料。在我国大部分省、市和欠发达的农村地区、城市郊区，有些饲养者喂养牲畜、家禽时，几乎全部使用餐厨垃圾。这已经是一个尽人皆知的传统。但是在成长的过程中吃了很多餐厨垃哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 2 圾的牲畜，餐厨垃圾有害物质会进入脂肪、肌肉和牲畜的其他内部组织并经历长期的积累。若食用了这样的肉类，人类 的肝、肾等具有免疫功能的器官将会受到不同程度的破坏。 更可怕的是，餐厨垃圾如果处理不当，将会给不法商贩以可乘之机。在利润的驱动下，一些不法商贩回收餐厨
14、垃圾的液相部分提取油脂。由于液相部分含有大量游离态脂肪，经过一些简单加热、过滤、蒸馏、调色处理后，可制成人眼难以辨认的、与市面上正规食用油外观别无二致的油，但这种粗造的油并未去除垃圾中的细菌和有害化学成分。这种油成本低廉，为了获取暴利，不法商贩无视相关法律法规，将制好的地沟油 卖给餐馆或流动食品摊点。若是吃了这种含大量致癌物质的油制成的食物，对人体造成的伤害 可想而知。 1.2 餐厨垃圾处理技术 目前，餐厨垃圾的处理方法一般有以下几种 : （ 1）填埋法与粉碎直排法 填埋法是最简便的一种餐厨垃圾处理方法。但只是简单填埋，餐厨垃圾容易腐烂发臭，滋生细菌，污染周围水体环境，还容易产生甲烷等气体而发
15、生爆炸。建立垃圾填埋场对环境影响最坏，这意味着我们将损失大部分资源而且未来将要为此承担环境责任 2。因此，在我国土地资源日益匮乏的今天，简单的垃圾填埋的处理方式越来越不适应我国国情。 粉碎直排法是将餐厨垃圾经过专门的设备处理粉碎后再排入下水道的处理方法。这种方法适合于家庭和小 型餐厅，但是若是餐厨垃圾含油量大，很容易在下水道粘附，堵塞排水管道，对城市排水不利。 （ 2）焚烧法 焚烧法是将在特制焚化炉中的垃圾用 1000 以上的高温氧化分解，固体物质可以减少 50 80，在焚烧产生的能量可被用来发电，供热等，剩下的灰烬中含有大量重金属和有毒物质，通常在高温下加入二氧化硅等材料进行烧结或玻璃化处理
16、，或生产水泥，砖等建材 3。由于城市生活垃圾的组成复杂，传统的焚烧会产生大量有害物质，破坏生态环境，危害人体健康 ;而大型焚烧厂的建设维护成本高，固体物质大部分不能回收利用，资源浪费严重。 （ 3）高温炭化处理法 在无氧、高温 400500 的条件下，蒸烧餐厨垃圾，再在 800 高温下二次加热20小时使二恶英完全分解，最后变成炭化物 4。 （ 4）堆肥法 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 3 好氧微生物在自然环境中能依靠氧气进行自身机体活动 ,它们可以将餐厨垃圾中的有机物分解成无机物，在转化过程中，微生物自身也在不断地繁殖，产生出更多的微生物去分解餐厨垃圾。 （ 5）厌氧发酵处理法 厌氧发酵
17、技术处理功耗低，二次污染少，可以生产清洁能源，例如燃料电池发电系统 5，生物制氢 6,7、甲烷发酵 8等，还能制作成生物降解性塑料 9,10。但 是，这项技术对温度和 pH 值有极为严格的要求。厌氧反应需 300 350 的温度才能实现，反应 pH值应在 68的范围内。但这种技术在我国的应用还不是很成熟，专利成果基本分布在日本和欧洲国家。 （ 6）炼化生物柴油法 炼化生物柴油法是将经过人工分拣固体废物的餐厨垃圾，进行高温蒸煮灭菌，再进行脱胶、脱色素、脱碳和除杂分离 11，分离出的废油脂经过加工处理得到工业上可以利用的各种油脂、柴油等产品 12。汽车使用生物柴油后，其尾气中的一氧化碳的排放量大大
18、减少，而且几乎不含有二氧化硫。在国际石油资源日益减少接近枯竭的大背景下，生物柴油技术产业前景不可估量。 1.2.1 国外发展现况 国外许多发达国家都非常重视提高垃圾的利用率，各国政府积极出台各种鼓励对垃圾进行回收利用的政策，不断研究和开发新技术，大力发展循环经济，减少垃圾的污染。例如，美国的垃圾资源利用率已达到 30%以上；德国的垃圾利用率达到 35%；英国的垃圾利用率达到 40%。 1994 年韩国垃圾的填埋率为 81%，而到 2008 年垃圾的填埋率仅为 20%13。日本政府努力发展循环型社会，促进发展经济与保护环境相结合，是循环经济立法最为完善的国家。 Shimizu S及 Kim D
19、H等人研究了餐厨垃圾中的微生物发酵产生氢气的技术，氢气燃烧生成水，不污染环境，所以可以看做是最有潜力的清洁能源，所以餐厨垃圾发酵制氢的技术，有着广阔的应用前景 14,15。许多研究学者都研究了清洁能源物质甲烷和氢气 ,17的生产。利用餐厨垃圾发酵技术还可制备出有机酸物质如乙酸、丁酸 18、乳酸 19,20等，以及制备醇类物质，如乙醇 21，或是生产出葡萄糖糖化酶 22等许多对生产生活产生巨大贡献的物质。在日本，人们将餐厨垃圾进行一系列加工，最后得到生态饲料 23。主要的制备方法为乳酸菌发酵法、脱水制 备干饲料法 24、发酵生产菌体蛋白法 25。 Niwagaba C26等人研究了餐厨垃圾中包含
20、的微生物可利用来进行好氧堆肥，最终得到高肥力的物质。 Scott M K27等人研究了蚯蚓是如何通过自身新陈代谢活动将有机物分解转化成营养物质，将有机物质快速转换为肥料，同时还能抑制臭哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 4 味产生。 Mahmood28等人认为这种办法可以降低重金属含量和碳氮比，提高堆肥肥效。但 Sim E Y S， Wu T Y 29等人认为这种办法仍有缺陷，因为蚯蚓的生长需要温度、湿度、 pH 值等，所以此项技术仍需不断改进提高。 Cyranoski D 30的报道里提到日本、美国和加拿大正在应用的高温等离子电弧汽化发电的技术进行高温炭化处理，避免了使用传统的煤炭燃料进行辅
21、助燃烧，这种技术的优点是高效、高产、无污染。 1.2.2 国内发展现况 近年来，国内的许多专家学者也在不断探究餐厨垃圾处理的新兴技术，并取得了飞速的进展。 2002 年，四川古衫油脂化学公司以餐厨废油为原料研制出各项指标均达到国际标准的高性能生物柴油。这种柴油燃烧后有害气体的排放量均少于零号柴油，而且燃烧性优于零号柴油，具有无可比拟的优势。 2008 年，北京嘉博文生物科技公司作 为奥运村餐厨垃圾处理服务商利用餐厨生产菌体蛋白 31，获得了卓越的效果。国内一些大中型城市逐渐形成了符合自身城市发展特点的餐厨垃圾处理模式，还有一部分城市和地区也相应出台了餐厨垃圾合理利用的管理办法，促进餐厨垃圾向无
22、害化资源化方向转变。 1.3 非木材纤维造纸技术 1.3.1 国外发展现况 用非木材资源生产出的纸浆具有许多优点，例如容易制浆，优异的纤维用以生产特种纸以及易生产出高品质的漂白纸浆 32。 R. Khiari33等人研究了木材和非木材纤维资源之间化学成分的区别，从而比较它们制浆特性的差异。 Sophnara De Lopez34等人利用烧碱 蒽醌法萃取了谷物秸秆内的半纤维素进行制浆，不但对工艺参数进行了优化，还讨论了谷物秸秆的黑液处理问题。 Jun Ai和 Ulrike Tschirner 35研究了苜蓿茎和柳枝稷的纤维长度和它们的制浆特性。 Giorgia Spigno， Tiziana P
23、izzorno36等人研究了葡萄茎秆中纤维素和半纤维素提取情况，从而判断葡萄酒厂的废弃葡萄藤是否可回收利用用于造纸。 K. Pahkala37等人分析了多种植物不同部分，发现芦苇叶子在去除叶子后能作为好的制浆原 料用以造纸。 A.Shatalov、 Helena Pereira38从芦苇形态上讨论了利用芦苇造纸的可行性并进行了制浆工艺的研究。 M Lpez, A Tijero39等人研究了潮汐藻类造纸的方法，因为大多数藻类的木质素没有嵌入植物细胞壁的纤维素里，而大部分蔬菜纤维的细胞壁内会有木质素嵌入。 W. D. Wan Rosli40等人研究了在三种变量下油棕榈叶纤维的特性以及对制浆的影响。
24、 Alejandro Rodrguez 41等人使用高沸点有机溶剂处理油棕搁果的果壳后进行制浆 Mousavi S M M, Hosseini S Z,ResalatiH42等人研究了农业残余物油菜秸秆造纸的技术，油菜秸秆中主要成分是纤维素（ 41.66%），木质素（ 16.00%），综纤维素（ 78.9%），丙酮可溶提取物（ 1.63%）哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 5 和灰分（ 3.46），采用碱 蒽醌法制浆可以得到强度好的纸张。 1.3.2 国内发展现况 近年来，我国的许多专家学者也对废弃纤维造纸技术进行不断的研究。程合丽 43等人研究了玉米秆纤维形态和制浆漂白特性，认为玉米秆的纤
25、维形态适合作为制浆造纸的纤维原料。邓丽娟 44等人研究了用水葫芦纤维的制浆造纸工艺， 并通过实验优化了工艺参数。郑书敏 45研究了用烟杆制浆造纸的工艺，许开绍等人则发现使用菠萝叶也可制浆造纸 46。王强 47研究了麦草在化学机械法制浆下较优的工艺条件，制出的麦草纸浆效果较好。除此之外，还有使用香蕉树杆、棉杆等非木材纤维造纸的实例。 从以上研究中可以看出，将非木材植物纤维资源用于制浆造纸的方面的例子不胜枚举，随着研究的逐步深入，工艺也在不断优化，这将为本文中餐厨垃圾造纸奠定一定的理论基础。 1.4 本文研究的意义 1.4.1 环保意义 我国由于森林砍伐导致水土流失严重，植被破坏导致沙漠化面积 也
26、在逐年增多。现如今我们正在面临更为严峻的形势，由于目前制浆造纸原料紧张，为了快速种植造纸原料，在我国南部地区已经开始大量种植桉树，此类树种会排斥其他植物生长，使得整片地区只有桉树一类树种，对土壤伤害极大。 餐厨垃圾中固体部分含有大量废弃植物纤维，这些废弃的植物纤维可以作为制浆造纸的原料，若能采用餐厨垃圾为原料进行造纸，将减轻原料紧张的压力，大大降低森林砍伐的速度，减轻环境压力，保卫地球环境。 1.4.2 经济意义 对餐厨垃圾的应用 前景 广阔，它不仅可以缓解环境压力，在增长社会经济效益方面也有着重要的意义。在 研究近年来对废弃纤维资源的相关文献和报道后，我们发现这些资源分布广泛，易于获取，成本低廉。 但从应用的角度看，对餐厨垃圾进行造纸这一转化的过程中必须努力保证较低的处理成本，否则就 只能 停留在理论，难以产生实际的经济效益。在实验过程中，我们致力于选择经济环保的方式造纸，实验中采用药品和实验仪器尽量选取造纸工业中常用的，对环境污染小的，为的就是努力将这项技术从实验室向工厂转化，为今后投入生产奠定基础。 另外，如今我国政府每年需花费不小的人力物力去处理餐厨垃圾，若是此项研究能够成功，并且投入 生产 ，将会为政府减轻不少 负担，呈现一个共赢的发展局面。
