食用菌废弃物（精选5篇）
食用菌废弃物 篇1
食用菌培养基废弃物(Edible Fungi Residue,EFR)是指食用菌栽培过程中收获产品后剩下的培养基废料,俗称废菌棒或菌渣。食用菌产业是种植业中仅次于粮食、棉花、油、水果、 蔬菜的第六大类产业。近年来,我国食用菌产业发展迅猛,现已成为世界上第一食用菌生产大国。目前,我国食用菌每年的总产量占世界总产量的60%以上,出口量占亚洲出口总量的80%,占全球贸易的40%。平均每生产1t食用菌,会产生1.65t的废菌棒［１］,如何有效地利用废菌棒资源,使其变废为宝,对食用菌产业的可持续发展具有重大意义,同时也有利于低碳环保经济社会的发展。
生物质热解是指生物质在隔绝空气或通入少量空气的条件下,生成炭、可冷凝液体和气体产物的过程［２］。生物质热解是一个非常复杂的热化学转化过程,易受到温度、升温速率、 粒径、催化剂等诸多因素的影响。目前,国内外学者对于生物质热解反应开展了大量的研究［３－１２］,而对于废菌棒有关热解方面的研究甚少。本研究以废菌棒为原料,在固定床反应器中研究温度对废菌棒产物的影响,并寻找最佳工艺条件。
1实验部分
1.1原料
以废菌棒为原料,实验前用粉碎机将原料粉碎并过筛,使粒径控制在0.15~0.3mm。对原料进行工业分析、元素分析和成分分析,结果见表1。 工业分析参考国家标准GB/T 28731—2012《固体生物质燃料工业分析方法》;元素分析和高位热值分析分别采用德国Elemental Vario MICRO及IKA200仪器进行分析;成分分析参考NREL法。
1.2生物质热解反应机理
生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素3种主要组成物以及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物组成［１３］。生物质中的这3种组分通常被假设为独立地进行热分解,其中,半纤维素的热解温度为225~350℃,纤维素为325~375℃,木质素为250~500℃。半纤维素和纤维素热解主要产生挥发分,而木质素则主要产生炭。生物质热解主要分为4个阶段。
(1)干燥阶段:当热解温度低于150℃时,生物质主要发生脱水反应,水分被完全蒸发出来,见式(1):
(2)预炭化阶段:当热解温度为150~250℃,生物质中的纤维素和半纤维素开始分解,生成碳的氧化物、碳氢化合物和H２,还有水蒸气。最后,剩下一些饱和含易挥发物的残炭,见式(2):
(3)炭化阶段:当热解温度为500~600℃,含有机化合物的蒸气进一步热分解成CH４、C２H６、C２H４、C２H２、H２、 CH３COOH、CH３OH等。
(4)煅烧阶段:当热解温度高于500~600℃ 时,残炭完全释放出所含挥发物,同时残炭开始氧化。这时,气体中含有大量轻烃化合物和一氧化碳,氢气含量继续增加,随着残炭量的减少,气体产量达到最大值。
焦油裂解:
CO２还原:
水蒸气还原:
CO变换:
甲烷化:
1.3实验方法
1.3.1废菌棒固定床热解实验方法
每次准确称取5g原料,平铺于石英舟中,当固定床反应器的温度达到设定值后,用高纯N２气吹扫整个反应系统,将体系内的空气完全排出,维持一段时间后,将载有一定量原料的石英舟迅速推入固定床反应器的高温区,整个过程都在N２气氛下进行,热解反应产生的热气体进入到自制冷凝装置中, 以二氯甲烷冰水浴对其进行吸收,吸收热气体中的水蒸汽和焦油,利用湿式气体流量计计量产气量,铝箔气袋收集产生的气体。气体利用气相色谱仪(岛津GC-2014)进行定量分析, 焦油采用气-质联用仪(GC-MS)(Agilent 7890N/5975N型)进行组分分析。
实验中固定热解反应时间为30min,实验温度分别为600、700、800和900℃,常压,整个实验过程中N２气体流量稳定在20mL/min。
1.3.2热重分析方法
采用热重分析仪(NETZSCH STA 409PC/PG型,德国耐驰公司),升温速率为20℃/min,目标温度为900℃,整个实验过程中气氛为高纯N２,纯度为99.999%,N２流量稳定在40mL/min。
2结果与讨论
2.1废菌棒的热重分析
常压条件下,废菌棒在热解最终温度900℃下的热重分析曲线见图1。从DTG曲线可以明显看出有3个失重峰:(1)初始阶段:室温~200℃,出现1个小失重峰,该阶段主要为废菌棒中的水分析出过程;(2)第二阶段:温度范围为200~430℃, 因大量挥发分析出而产生了1个较大的失重峰,Skodras等［１４］认为在主峰前出现的肩状峰为半纤维素的失重峰,大失重峰则是纤维素热分解失重造成的;(3)第三阶段:430℃ 以后,失重减缓,该拖尾峰代表木质素的热解反应过程［１５－１７］。
2.2固定床热解实验分析
2.2.1产物分析
图2为废菌棒在600~900℃下热解反应所得气、液、固产量图。从图2中可以看出,随着温度的升高,燃气产量逐渐增加,固体残余量和液体产量逐渐减少。这说明升高温度有利于提高反应物的转化率,在600~900℃,升高温度有利于气体产物的生成和液体产物的减少,可能是由于随着温度的升高, 液体产物中低沸点的物质汽化成为气体产物或者高的热解温度促进了液体产物中大分子物质进行二次裂解的缘故。而在高温区800~900℃,燃气和液体增加量减少,可能是由于800℃后大分子二次裂解反应趋于完全,因此燃气和液体基本不增加。该高温区内,固体减少趋势变缓,这是因为高温可以将反应物转化近乎完全,继续升高温度,反应物转化率不会明显提高。从图2中可以看出800℃是适当的反应温度。
2.2.2气体组分分析
图3为废菌棒热解反应气体产物的组分含量图。从图中可以看出:产物中主要组分为CO和CO２,其次为H２和CH４, 并含有少量C２H６和C２H４;随着温度的升高,CO含量减少, CO２含量增多,H２含量先增加后减少,而CH４含量先减少后增加,其他气体由于含量较低,变化不明显。随着温度的升高,CO含量逐渐减少,可能是由于煅烧阶段发生了(4)和(5) 反应导致的。相反,随着温度升高,CO２含量增加,一方面是由于预炭化阶段,纤维素和半纤维素热分解不断产生CO２,促使CO２含量增加;另一方面是由于煅烧阶段,发生了(3)和(6) 反应造成的。H２的含量先增加后减少,一方面是因为炭化阶段,有机化合物蒸气不断热裂解导致;另一方面是煅烧阶段发生了(5)和(6)反应,从而导致H２的含量不断增加,后来由于在煅烧阶段发生了反应(7),从而出现H２减少的趋势。而CH４的含量出现先减少后增加的趋势,是因为炭化阶段CH４不断发生热裂解反应生成小分子物质,再加上煅烧阶段不断发生反应(7),从而造成CH４含量先减少后增加。各温度下燃气产物的低位热值数据见表2。
从表2可以看出,随着温度的升高,燃气的低位热值先升高后降低,总体变化幅度并不大,在800℃出现一个最大值。
综上,根据气体各组分含量变化和低位热值变化,废菌棒在800℃左右进行热解反应较为合理。
2.2.3焦油组分分析
图4为废菌棒分别在600℃ (a)、700℃ (b)、800℃ (c)、 900℃(d)下热解产生焦油的组分图。由图可见,本实验收集到的焦油多为沸点较高的成分,可能是由于热解反应产生的气体流速过快,在二氯甲烷冰水浴中停留时间较短,导致焦油中低沸点物质不能迅速冷凝下来。可以看出随着温度的升高,焦油组分并无太大变化,但在800℃时,焦油的组分最多, 而且相对含量最大,可能是800℃时反应趋于完全,此时焦油中组分含量达到最大值。进一步印证废菌棒在800℃左右进行热解反应较为合理。
3结论
(1)升高温度有利于提高燃气产量,降低固体残余量和液体产量,温度超过800℃以后,气体产量增加趋势减弱,根据反应结果和经济性综合考虑,热解温度选择800℃较为合理。
(2)废菌棒热解产气中产物中主要组分为CO和CO２,其次为H２和CH４,并含有少量C２H６和C２H４。随着温度的升高,CO含量减少,CO２含量增多,H２含量先增加后减少,而CH４含量先减少后增加,其他气体由于组分较少,变化不明显。根据气体热值公式计算各温度下产气的低位热值,结果显示:随着温度的升高,燃气的低位热值先升高后降低,总体变化幅度并不大,在800℃出现一个最大值。根据气体各组分含量变化和低位热值变化,实验得出废菌棒在800℃左右进行热解反应较为合理。
(3)升高温度,焦油组分并无太大变化,但发现在800℃ 时,焦油组分最多,而且相对含量最大。
(4)热重分析结果得出,废菌棒在900℃ 下的热重分析曲线可以明显看出有3个失重峰。初始阶段:室温~200℃ 之间,出现1个小失重峰,该阶段主要为废菌棒中的水分析出过程;第二阶段:200~430℃,因大量挥发分析出而产生了一个较大的失重峰,在主峰前出现的肩状峰为半纤维素的失重峰, 大失重峰则为纤维素热分解失重造成的;第三阶段:430℃ 以后,失重减缓,该拖尾峰代表木质素的热解反应过程。
食用菌废弃物 篇2
杨敬是长宁县委、县政府2011年引进人才,主要从事食用菌研发工作。在考察了筠连县田园养牛专业合作社酸草村肉牛集中养殖场牛粪质量、筠连县会彬种植专业合作社筠连镇白鹤村5组(吴会彬)食用菌基地产销及拟建食用菌基地的筠连镇犀牛村2组(文小均)环境情况后,他认为肉牛是筠连县优势特色产业,筠连县田园养牛专业合作社完全可以利用肉牛养殖废弃物(牛粪)发展高品质食用菌,建议在酸草建立食用菌制种基地,在白鹤、犀牛等地建立出菇的商品基地,利用牛粪种植食用菌变废为宝。
目前,筠连县田园养牛专业合作社已聘请杨敬为食用菌顾问,请他指导利用养殖废弃物(牛粪)发展优质食用菌,以解决合作社年产1296吨牛粪的污染问题。
食用菌废弃物 篇3
随着人民生活水平的提高, 人们要求食用药疗保健蔬菜, 尤其是无污染、营养丰富、食用价值高且对人体有着医疗保健作用的绿色天然食品倍受青睐。这些天然食物的生物活性成分及其药理作用的研究也有望成为新的研究热点。芦笋含有多种活性成分并具有抗癌[2]、提高免疫力[3]、降血脂[4]、抗衰老[5]等药理功能, 这为芦笋的精深加工、活性成分提取及综合利用提供了广阔的发展空间, 具有非常良好的市场前景。
芦笋的食用部分是其中上部的嫩茎, 而中下部分因无法食用, 通常在芦笋加工过程中被废弃, 废弃部分一般占到整株的二分之一。将芦笋废弃部分加以合理利用, 让废弃部分变废为宝, 是亟待研究的课题。本实验着眼于芦笋食用与废弃部分, 比较两部分总黄酮含量的差异, 为芦笋废弃部分的再利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 仪器与材料
超声波清洗器 (昆山市超声仪器有限公司) ;UC-2401型紫外可见光光度计 (岛津公司) 。芦丁对照品 (上海源叶生物科技有限公司) ;其他试剂均为国产分析纯。
1.2 标准曲线绘制
本研究中芦笋食用部分与废弃部分总黄酮的提取采用水醇超声提取, 以总黄酮为提取指标。
以芦丁标准品采用紫外分光光度法进行测定[6]。精密称取7.800mg芦丁标准品, 溶于30%乙醇中, 定容至50mL, 准确吸取标准芦丁溶液 (0、0.5、1、2、3、4、5、6、7mL) , 移入10mL容量瓶, 各加入约30%乙醇1mL, 再加入5%亚硝酸钠溶液各0.3mL, 摇匀放置5min, 加入10%硝酸铝溶液各0.3mL, 摇匀放置6min, 加入1mol/L氢氧化钠溶液2mL, 用30%乙醇稀释至刻度, 摇匀放置15min后在510nm处测定吸光度。以质量浓度 (mg/mL) 为横坐标, 吸光度 (A) 为纵坐标, 得回归方程为Y=0.1011X+0.007, 相关系数r=0.999, 线性关系良好。
1.3 超声提取工艺
称取芦笋的食用部分原料5g, 分别用各浓度乙醇 (0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%) 按照不同料液比 (1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30) 浸渍24h, 在不同超声温度 (30℃、40℃、50℃、60℃、70℃) 下超声提取不同时间 (0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h) 后, 提取液用0.45μm微孔滤膜滤过, 取1mL滤液同芦丁标准曲线项下方法处理, 在510nm处测定吸光度。在测定某一因素对芦笋总黄酮提取的影响时, 固定其他因素及水平。
称取芦笋的废弃部分原料10g, 同上述芦笋食用部分处理后, 取0.5mL滤液同芦丁标准曲线项下方法处理, 在510nm处测定吸光度。
1.4 正交试验
在单因素试验基础上, 以乙醇浓度、料液比、提取温度、提取时间为影响因素, 采用正交试验确定各因素不同水平对提取芦笋食用部分与废弃部分总黄酮含量的影响, 采用正交表L9 (34) 进行试验方案设计, 见表1、表2。
称取食用部分与废弃部分的芦笋各6g, 共18组, 按照L9 (34) 正交表的条件进行提取。提取液用0.45μm微孔滤膜滤过, 取1mL滤液同芦丁标准曲线项下的方法处理, 在510nm处测定吸光度, 计算提取率。结果见表3、表4。
1.5 验证最佳提取工艺条件
(1) 芦笋食用部分总黄酮提取工艺。
经直观比较分析表3, 以总黄酮的提取率为评定指标, 在所选因素水平范围内, 对于芦笋食用部分总黄酮含量的影响, 各因素的作用为提取温度 (A) >提取时间 (B) >料液比 (C) >乙醇浓度 (D) 。确定理论上最佳提取条件为A3B2C1D1, 但该最佳条件不在芦笋废弃部分正交试验的9组中, 因而需验证。
称取食用部分的芦笋6g, 按照A3B2C1D1条件进行5组平行试验。提取液用0.45μm微孔滤膜滤过, 取1mL滤液同芦丁标准曲线项下的方法处理, 在510nm处测定吸光度, 计算提取率。结果见表5。
经验证得芦笋食用部分在A3B2C1D1条件下的提取率低于在正交试验中的A3B3 C2D1时的提取率。确定最佳提取条件A3B3C2D1。
(2) 芦笋废弃部分总黄酮提取工艺。
经直观比较分析表4, 以总黄酮的提取率为评定指标, 在所选因素水平范围内, 对于芦笋废弃部分总黄酮含量的影响, 各因素的作用为乙醇浓度 (D) >提取温度 (A) >料液比 (C) >提取时间 (B) 。确定理论上最佳提取条件为D1A2C1B3, 该最佳条件不在芦笋废弃部分正交试验的9组中, 因而需验证。
称取废弃部分的芦笋6g, 按照D1A2C1B3条件进行5组平行试验。提取液用0.45μm微孔滤膜滤过, 取1mL滤液同芦丁标准曲线项下的方法处理, 在510nm处测定吸光度, 计算提取率。结果见表6。
经验证得芦笋废弃部分在D1A2C1B3条件下的提取率高于在正交试验中D1A2C3B2条件下的提取率。确定最佳提取条件D1A2C1B3。
2 芦笋食用部分与废弃部分总黄酮含量比较
用SPSS软件对分别在最佳条件下超声提取的芦笋食用与废弃部分总黄酮含量进行独立样本T检验。结果见表7、表8。
从表中得到P>0.05, 即两组数据没有显著性差异, 说明芦笋食用与废弃部分总黄酮含量没有显著性差异。
3 讨论
黄酮类化合物广泛存在于自然界的植物中, 属植物次生代谢产物, 是一类重要的天然有机化合物。许多黄酮类成分对心血管系统有作用, 能降低血管脆性及异常通透性, 具有抗病毒、抗真菌、抑菌作用[7], 同时具有平喘、止咳、祛痰药理活性及抗自由基和抗氧化作用[8]。
本实验在最佳超声提取条件下得到芦笋食用与废弃部分中的总黄酮含量, 经SPSS独立样本T检验后, 得到芦笋植株两部分中总黄酮含量没有显著性差异, 但是本实验结果仅为超声粗提得到的结果, 并不能完全真实说明两部分中总黄酮的含量差异。故下一步的研究需将芦笋食用与废弃部分总黄酮进行分离精制, 在总黄酮纯度较高条件下对比二者的差异, 得到更加可靠严谨的实验数据与结论。
参考文献
[1]孙春燕, 赵伯涛, 郁志芳, 等.芦笋的化学成分及药理作用研究进展[J].中国野生植物, 2004, 23 (5) :1-4.
[2]汲晨锋, 季宇彬, 岳磊.芦笋皂苷诱导肿瘤细胞凋亡作用及机制初步研究[C].第十届全国生化与分子药理学术会议论文摘要汇编, 2007.
[3]周利亘, 王春辉, 王君虹, 等.芦笋的活性成分及其生物学功能[J].安徽农学通报, 2006, 12 (2) :23-25.
[4]冯翠萍, 常霞, 卢耀环.芦笋皮对实验性高脂症大鼠血脂水平的影响[J].山西农业大学学报:自然科学版, 2001, 21 (3) :265-267.
[5]苗明三, 顾丽亚, 方哓燕, 等.芦笋多糖对衰老模型小鼠的影响[J].中国中药杂志, 2004, 29 (7) :673-675.
[6]王欣, 夏新奎, 徐固华.微波辅助萃取诸葛菜中的总黄酮研究[J].安徽农业科学, 2007, 35 (22) :6705-6706.
[7]玄红专, 胡福良.黄酮类化合物抑制微生物活性及其作用机制[J].天然产物研究与开发, 2010, 22 (1) :171-175.
食用菌废弃物 篇4
随着人们生活水平的不断提高, 食用油的需求量也越来越大, 废弃食用油的量占食用油消费总量的20%~30%。有数据显示, 现在我国年均消费食用油量约为2100万吨[1], 预计到2015年, 江苏省总人口将达到8000万, 届时, 每年将产生废弃食用油24~37万吨。而江苏省对于废弃食用油综合利用的研究起步较晚, 大部分地市没有完善的回收可再利用体系, 致使每天产生的大量废油脂只有很少的部分被回收再利用, 大部分废油脂通过非法途径进入流通领域。回收并利用废弃食用油, 使其成为一种可再生能源, 能从根本上解决废油脂再流入食用油市场的问题, 真正做到变废为宝, 利国利民。
我国废弃食用油回收模式大致分为“收运处”一体化模式、第三方物流回收模式以及“PPP”模式。江苏省各地废弃食用油回收模式建设进度不一, 采用一体化模式的苏州以及采用第三方物流回收模式的南京废弃油脂回收工作运行较为良好, 而镇江、徐州等地暂未形成有效回收模式。
1 我国主要废弃食用油回收处理模式
从2011年到2014年, 我国共有83个城市先后被选为餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点城市。经过几年的运作, 各试点城市中采用“收运处”一体化模式的数量最多, 如目前模式运作较为成熟的苏州、深圳、西宁等。其次是第三方物流回收模式, 如上海、南京等。采用“PPP”模式的城市数量较少, 但该模式因其特殊优势, 为越来越多城市公共建设项目所采用。
1.1“收运处”一体化模式
“收运处”一体化模式是指废弃物的收集、运输和处置全部由一个企业或组织来负责。代表城市如下:
深圳的餐厨垃圾处理工作采用“收运处”一体化模式, 以政府为主导, 拨转款用于餐厨垃圾处理基础设施建设, 号召群众将餐厨垃圾分类存放, 指定特许企业对垃圾进行收集运输和处理。与相同模式下的其他城市相比, 深圳的特点在于依托现有城区生活垃圾转运站、环卫工具房等基础设施, 建设可辐射一定范围的小型一体化处理站, 采取就近就地、分区处理的方法处理餐厨垃圾[2]。
天津在采取“收运处”一体化模式时, 创新性地在餐饮企业安装的油水分离机中加装了一个装置, 每生产一定数量的废弃油脂, 就会自动滴入两滴蓖麻油, 混入了蓖麻油的原料异味大, 无法再回流到餐桌, 也就从源头上杜绝了“地沟油”[3]。
在“收运处”一体化模式中, 废弃油脂的收集、运输和处理工作全由同一家企业承担, 风险较高。但由于没有中间商的介入, 回收工作效率和废弃油脂回收率较高, 商业保密工作较为容易, 同时由于不存在信息不对称问题, 回收成本也较低。
1.2 第三方物流回收模式
第三方物流回收模式是指由第三方企业专门负责原料的回收并进行初加工及储存, 废弃油脂处理企业负责加工的模式。第三方收运企业与政府/废弃食用油处理企业签订合同, 在规定时间内为处理企业提供合同约定好的逆向物流服务。目前日本等再废弃食用油处理方面做得较好的国家都是采取这样的模式。
1.2.1 政府招标确定第三方运输单位
大连等城市的废弃油脂回收模式为第三方物流回收模式, 政府通过招标确定了某公司拥有该市餐厨垃圾运输经营权的企业, 该企业的收运行为受环卫部门的监督与核查。
1.2.2 废弃油脂处理企业指定第三方运输单位
上海、南京等城市处理废弃油脂处理模式为第三方物流模式, 与大连不同的是, 第三方企业受的是废弃油脂处理企业的委托从事油脂回收活动。
在第三方物流回收模式中, 收运企业和废弃油脂处理企业共担风险, 因此对双方企业都有降低风险, 减少不确定性的特点。但由于信息的不对称性, 容易造成生产商争抢原料或者第三方企业乱抬价的现象, 回收成本较大, 且废弃油脂回收率相对较低。
1.2.3 PPP模式
PPP (Public—Private—Partnership) 模式是指政府、私人营利性企业和非营利性企业基于某个项目而形成的相互合作关系的形式。通过这种合作形式, 合作各方可以达到与其单独行动相比更为有利的结果[4]。
2014年9月2日, 重庆市巴南区政府向市环卫集团购买餐厨垃圾收运服务, 同时移交现有从事餐厨垃圾收运的工作人员、收运车辆和设备, 由市环卫集团自行统一管理调配使用, 标志着其在废弃油脂回收活动中首次使用PPP模式[5]。
该种废弃油脂回收模式下由于政府与企业风险共担, 因此企业承担风险较小。政府的监管和运作职责分开, 使得工作效率得以提升。同时“PPP”模式使得企业和政府人员及设备能够共享, 降低了运作成本。但风险工单也同时意味着合作前期合同框架、风险分担原则、推出机制和纠纷处理机制的制定十分困难。 (表1)
2 江苏省废弃食用油原料回收模式现状及策略建议
在打击废弃油脂重回餐桌的违法行为上, 江苏省及各地市出台了一系列政策措施, 以规范餐厨垃圾回收流程, 保障废弃油脂资源化利用。2010年3月1日, 苏州市开始实施《苏州市餐厨垃圾管理办法》;次年江苏省率先颁布国内第一部关于餐厨废弃物管理的省政府规章———《江苏省餐厨废弃物管理办法》, 并于同年6月1日起正式施行;2012年2月24日, 江苏省常州市市政府出台《关于加强餐厨废弃物管理工作实施意见》;2012年5月, 《南京市餐厨废弃物管理工作意见》出台;2014年4月, 《徐州市餐厨废弃物管理办法》开始施行, 促进资源节约和环境整治。目前江苏省针对废弃食用油回收的法律数量虽然较多, 但标准较粗, 规定不明确, 难以执行。
江苏省废弃食用油回收现状不容乐观, 废弃食用油回收模式建设进度不一且尚不完善, 大部分城市暂未形成有效的回收模式, 其中包括已被选为餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点城市的徐州和镇江, 造成该现状的原因包括整个社会回收再利用废弃资源的意识不高以及废弃食用油回收基础设施建设不完善等。虽然江苏省已有部分地市在废弃食用回收工作上取得一定成绩, 如苏州和省会南京已基本形成具有自身特色的回收模式, 其中采用“收运处”一体化管理的苏州模式在全国范围内已有一定知名度, 采取第三方物流回收模式的南京也取得较好成绩, 但依然存在一系列不足, 如废弃油脂来源单一、废弃食用油溯源困难等问题。
基于上文中对我国现有发展较好的废弃油脂回收模式的对比分析, 结合江苏省相关工作开展现状, 本文针对江苏省现有废弃食用油回收工作中存在的不足提出以下策略建议:
2.1 加强废弃食用油回收再利用宣传力度
目前江苏省很多地市未形成有效回收模式, 重要原因之一是企业和群众并未将废弃食用油当做可再生资源, 在这点上江苏省在构建和完善废弃食用油回收模式时可学习深圳模式, 充分号召群众将餐厨垃圾分类存放, 并对表现优异的企业和个人进行奖励, 将废弃食用油再生利用的意识灌输到位。
2.2 加快废弃食用油回收基础设施建设
完备的基础设施是废弃食用油回收的先决条件, 基础设施包括分类垃圾箱、油水分离器、收集器具、餐厨垃圾运输车辆、人员配备、餐厨垃圾收集站及处理厂等。对于暂未形成有效回收模式的城市, 加快废弃食用油回收基础设施建设迫在眉睫。对于已形成相应回收模式的城市, 吸收其他地市回收模式中的有点是改进的动力之一, 如在油水分离器中加入蓖麻油, 或者进一步缩小回收范围等。
2.3 扩大餐饮回收渠道
目前江苏省废弃食用油回收的主要对象为饭店等餐饮企业, 基本未涉及家庭废弃食用油的回收, 我国人口众多, 若能将该部分废油充分利用, 其回收数量相当可观。家庭废油回收渠道的建设主要是通过加大宣传力度提高居民的环保意识, 从而将生活中的废弃油脂收集, 或有专人上门回收, 或定时定期集中送到某个地点集体回收, 实现废油的再利用。
2.4 加强废弃食用油的溯源信息系统建设
目前的德国, 每桶废弃油脂都有自己独特的编码, 通过编码可以查到有关该油的任何信息。信息的可追溯性能够有效地规范废弃食用油的运输、生产与使用, 有助于消除食品安全隐患, 提高废弃食用油的回收效率, 打击违法犯罪分子。
2.5 完善法律法规体系
目前江苏省针对废弃食用油回收的法律数量虽然较多, 但标准较粗, 规定不明确, 难以执行。法律体系的建设包括两方面:惩罚法律及褒扬法律。惩罚法律建设应包括明确地沟油犯罪的量刑、加强一般犯罪和轻微犯罪的处罚力度、明确对于废油私自处理的惩罚措施等, 以提高废油的回收效率。同时, 也要加强褒扬法律的建设。地方政府可以规定对于开展废油回收用于生物柴油制造的企业在税收、政策、市场准入等积极鼓励, 促进废油回收商、炼油商的回收积极性。对于举报废油非法处理的公众, 应该给予一定的奖励。只有通过奖惩结合的法律法规体系建设, 废油回收与利用产业才能有序健康长远发展。
3 实证分析———以苏州市为例
2011年, 苏州被选为全国首批餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点城市, 经过近四年的努力, 该市废弃食用油的收集、运输、资源化利用和无害化处理体系已基本建成并自成体系, 回收工作走在全国前列。据相关数据显示, 2010年至2014年5月, 苏州市累计处理餐厨垃圾67.65万吨、地沟油6.67万吨, 生产生物柴油3.9万吨, 沼气1761万立方。2010年至目前, 苏州市区已有5000多家餐饮单位签订了收运处协议, 实际日平均收运量约350吨。
尽管苏州模式有效推进了废弃食用油的资源化利用, 但依旧存在一系列不足, 具体如下:
(1) 基础设施建设不够完善。目前苏州市垃圾分类分为“可回收垃圾”和“其他垃圾”, 且目前油水分离装置并未在餐饮企业及家庭中使用, 以上情况会导致进入废弃油脂处理终端的垃圾中掺杂大量原生垃圾。
(2) 家庭废弃食用油并未被纳入回收系统。截至2014年5月, 共有5000余家餐饮企业与政府签订收运处协议, 但家庭废弃油脂的回收工作并未展开。日本全国油脂事业协同组合联合会曾做过统计, 结果表明, 一般家庭的废弃食用油产生量约占消耗的食用油总量的4.2%左右。该部分废弃油脂在回收系统中的空白为目前苏州模式的缺憾之一。
(3) 缺乏具有可操作性的法律规范。首先, 惩罚措施的缺失导致地沟油重回餐桌的现象依旧存在, 其次, 苏州市规定餐饮企业应将餐厨垃圾免费交给最终处理企业, 政府针对配合企业免除垃圾处理费, 但餐饮企业若将废弃油脂买给不法回收商则可以挣得可观利润, 相比之下政府的奖励激励力度较小, 奖励机制的不足导致部分废弃食用油去向不明。
针对苏州模式的不足, 文章上文提出的江苏省废弃食用油原料回收策略建议将可能在一定程度上改善现状。
首先, 基础设施建设包括垃圾分类种类和垃圾桶数量的增加, 若将垃圾分类细化至餐厨垃圾、建筑垃圾、园林绿化垃圾、农贸市场有机垃圾和日常生活垃圾等, 进入废弃油脂处理终端的其他垃圾将大幅度减少。同时油水分离器的普及能大大降低废弃油脂收运处企业的压力, 尤其是针对废弃油脂量大的餐饮企业效果更明显。
其次, 将苏州市家庭废弃油脂纳入废弃食用油回收体系中将缓解废弃食用油处理企业“吃不饱”的现状。截止2014年年底, 苏州全市常住人口已达到1359万人, 据相关数据计算可知, 苏州市废弃食用油约为4.42万吨~6.82万吨, 那么家庭废弃食用油的量约达到1856吨~2864吨。苏州现有废弃食用油回收率在33%左右, 若将该部分废弃油脂有效利用起来, 预计每年可增加废弃食用油回收量在600到950吨, 原料回收总量将提升3.6%到5.7%。
最后, 奖惩机制的合理设置将对废弃食用油非法行为造成威慑, 同时也能够鼓励更多企业和家庭加入废弃油脂收集行动中来。惩罚机制可包括罚金制度、废弃油脂不按规定处理影响餐饮企业登记评定等。奖励机制可包括企业税收优惠、居民天然气奖励等, 取之于民用之于民, 奖惩结合才能更加有效地推进废弃食用油的原料回收体系的建设。 (表2)
4 结语
废弃食用油的回收再利用已经是一个世界趋势, 也是未来能源行业发展的新星。目前江苏省各地市废弃食用油回收再利用情况发展不一, 本文在对比分析目前我国废弃食用油三大回收模式的基础上, 分析了江苏省目前废弃食用油回收模式的建设情况, 并针对不足提出几点改善建议, 最后以苏州市为例对政策建议实施后的效果进行预测分析。结果表明, 文中所提建议可减少废弃食用油进入终端处理企业时夹带的原生垃圾、可在一定程度上提高废弃油脂回收总量、减少地沟油流向不法分子手中的几率。
摘要：文章总结了我国现有废弃食用油的主要回收模式, 并从企业风险、油脂回收率、工作效率、保密性和回收成本方面进行对比。基于此, 对江苏省废弃食用油回收工作进行现状分析, 并从宣传力度、基础设施建设、渠道建设、溯源信息系统建设和法律法规等方面提出了相应建议。最后以苏州市为例, 就所提建议的实施效果进行预测并做对比分析。
关键词：江苏省,废弃食用油,回收模式
参考文献
[1]贺政纲, 甘俊伟, 廖伟.基于不同回收主体的报废汽车回收模式分析与选择[J].生态经济, 2013 (01) .
[2]徐兵, 吴明.双渠道闭环供应链的三种回收模式的建模分析[J].数学的实践与认识, 2012 (11) .
食用菌废弃物 篇5
关键词：废弃食用油,逆向物流,政府奖惩,第三方回收,契约模型
0 引言
随着环境、能源、食品安全问题的日益严峻, 废弃食用油回收的再利用越来越受到人们的重视。现有相关文献主要研究废弃油脂的资源化利用、法律体系建设和回收模式建设等, 如文献[1-2]探讨了北京市餐厨垃圾的处理现状及发展趋势, 文献[3]以日本为例说明了废弃食用油若合理利用可变废为宝, 文献[4]认为废弃食用油变身生物柴油在技术和经济上都具有可行性, 但由于缺少回收系统和质量标准等问题暂时还无法达到工业化生产的水平。学者V[5]以巴西区中心为实例, 证实了利用废弃食用油制成生物柴油在经济上是可行的。文献[6-7]针对废弃食用油重回餐桌案例进行原因分析, 并在借鉴各国治理“地沟油”成功案例的基础上针对我国相关事件提出了法律对策。近年来, 废弃食用油的逆向回收模式研究成为热点, 文献[8]认为设置餐厨垃圾反向回收体系可以促进其回收, 文献[9]以邯郸市为例, 分析了餐厨垃圾逆向回收模式中的激励政策、法律构建、运输路径和要素选址问题。学者P[10]研究了技术和经济因素对生物燃料供应链系统绩效的影响。学者Kim[11]分析了不确定市场需求、市场价格、供应链和加工技术对美国东南部地区的生物燃料供应链的影响。文献[12]以北京市为例, 针对生活废弃物回收链提出了建议, 分别是加强生活废弃物逆向回收的宣传, 完善其政策和法律体系, 建立具有现代化、规模化和专业化的回收企业。
奖惩机制作为一种良好的激励手段被广泛运用于供应链模型研究中, 众多学者的研究证明奖惩机制对于提高废弃物逆向回收率有积极作用[13,14,15,16,17,18,19], 但笔者发现, 现有文献大部分针对废弃电子产品回收时政府奖惩机制的作用, 而很少有文献针对废弃食用油逆向回收机模式下政府奖惩机制的研究。而政府是逆向供应链中重要利益相关者之一, 其法律法规对回收再制造的影响不容忽视, 本文将针对废弃食用油逆向回收的特点, 结合政府奖惩机制建立相关模型, 力争对废弃油脂的回收利用有一定积极作用。
1 问题描述
第三方回收模式为当前废弃食用油回收模式中最为普及的方式, 国内成功例子主要有上海、南京等地, 国际范围内, 包括日本等在废弃食用油回收再利用方面做得较好的国家大多采取该模式。该模式可概括为回收商以价格C从废弃油脂产生者 (如食堂、餐饮企业等) 手中回收废弃食用油, 以价格pn卖给制造商, 制造商再加工成产成品 (如生物柴油) 后以价格pm售出。政府的作用为制定最低回收率θ0, 和奖惩系数γ, 对未达到最低要求的企业处以γ (θ0-θ) 的罚金, 对超额完成任务的企业给予γ (θ0-θ) 的奖励, 以此激励回收商努力提高回收率。
为了探讨逆向供应链环境下, 政府如何设置奖惩机制才能提高回收商对废弃食用油的回收率, 本文设置了政府奖惩力度、目标回收率、废弃食用油回收率、产成品售价等参数, 设置不同博弈模型并进行分析, 分别得到集中控制和分散控制情况下的废弃油脂回收率和产成品售价。
1.1 基本假设
本文为了便于研究, 得出具体结论, 做出以下合理假设:
假设1:利用和不利用废弃食用油生产出的柴油品质无差异。即利用废弃食用油再加工制造生产出的生物柴油在价格、品质、市场需求、市场进入方式、消费者认可度等因素上无差别。
假设2:利用废弃食用油生产柴油比不利用废弃油脂的单位柴油生产成本低。从现实情况来看, 利用废弃食用油生产生物柴油能够减少化石燃料的消耗, 降低了产成品的可变成本, 因此该假设是合理的。
假设3:不同废弃油脂再加工成为生物柴油的单位成本一样。不同废弃食用油, 如家庭废弃用油、油炸食品店废弃用油等在废弃油脂的含量、所含残渣等特性上不一致, 导致单位处理成本不一致。但该参数不影响本文的契约设置, 同时为简便计算, 本文合理假设不同废弃油脂再加工成为生物柴油的单位成本一样。
假设4:所有废弃油脂均能被再加工制造, 且市场需求能够得到满足。假设所有废弃油脂均是有价值的, 都可以再加工利用, 且由于利用废弃物进行再制造在成本上具有优势, 因此假设柴油的生产制造优先使用废弃油脂。同时设定柴油的市场需求能够得到满足, 即不存在缺货现象。
假设5:制造商和回收商均为风险中性, 以实现利益最大化为最终目标。该假设合理简化了模型, 避免了风险偏好问题。
1.2 符号说明
θ为废弃食用油的回收率, 其中0燮θ燮1, cn为不含废弃食用油的柴油的单位生产成本, cm为对废弃食用油再加工制成柴油的单位成本, R (θ) 为废弃食用油的固定回收成本, D (θ) 为柴油的市场需求量, Um为制造商收益, Ur为回收商收益, Umr为制造商和回收商整体收益。对于废弃食用油的固定成本, 本文参考多篇文献, 假设R (θ) =mθ2, 其中m为废弃食用油回收的难度系数。同时假设柴油需求量, D (θ) =α-βpm其中α为市场的潜在需求, β为需求量对产成品价格的敏感系数, β>0, 价格越高, 需求量越小, 该假设满足市场经济规律。那么可以得到, 废弃食用油的回收量为θ (α-βpm) 。柴油的单位生产成本为θcm+ (1-θ) cn=cn-θ (cn-cm) , 用△表示使用废弃食用油制成柴油节约的单位成本, 即△=cn-cm, 那么柴油的单位生产成本为cn-θ△。那么需保证△>c, pn>c这是制造商和回收商回收废弃油脂的基本动力。
2 模型建立
2.1 无政府奖惩机制模型分析
2.1.1 集中控制情况下无政府奖惩契约模型分析
集中控制情况下, 将制造商和回收商看成一个理想化的“超组织”进行决策[19], 目标函数为制造商和回收商整体收益最大化, 制造商和回收商自觉选择使该整体收益最大的产成品售价及最优回收率, 模型可简化为:
最优产成品价格满足:
回收商最优回收率满足:
结合公式 (2) 和 (3) , 可以得到最优产成品售价和最优回收率。
2.1.2 分散控制情况下无政府奖惩契约模型分析
分散控制情况下, 制造商和回收商为独立的经济个体, 各自追求自身利益最大。制造商首先根据市场行情对回收商给出废弃食用油的回收价pn, 回收商选择使自身收益最大的回收率θ, θ为回收公司的私有信息, 制造商不知。在该契约关系中, 制造商处于主导地位, 目标函数为制造商收益最大。本文参考文献[15]的方法, 采用逆向归纳法进行求解, 该方法的求解分为两步:首先对供应商的回收率进行求解, 并将回收率的表达式带入制造商的收益函数中, 其次对制造商的产成品销售价进行求解。通过以上两步骤可得出供应商最优回收率和制造商最优销售价格。
由函数式 (7) 可得
将式 (9) 带入制造商收益式 (6) 中, 并对pm求导, 同时结合式 (9) , 可以求得:
2.2 考虑政府奖惩机制的模型分析
2.2.1 集中控制情况下考虑政府奖惩契约模型分析
政府对制造商和回收商组成的整体设置一定的奖惩系数γ和最低回收率θ0, 若回收商对废弃食用油的回收率达到政府设置的最低要求, 则该整体组织可得到奖励γ (θ-θ0) , 否则会被处以罚款γ (θ0-θ) 。政府奖励或惩罚的数额在制造商和回收商之间如何分配不影响供应链整体收益以及最优产成品价格和最优回收率, 制造商和回收商共享收益, 共担风险。在2.1的基础上, 本小节的模型具体为max Umr= (α-βpm) [pm-θc- (cn-θ△) ]-mθ2+γ (θ-θ0) (12)
产成品最优价格满足:
回收商最优回收率满足:
从上述模型可以求出, 考虑政府奖惩机制模型下, 在集中控制契约中, 制造商的最优产成品零售价以及回收商的最优回收率分别为:
2.2.2 分散控制情况下考虑政府奖惩契约模型分析
在分散控制情况下, 政府对回收商设置一定的奖惩系数γ和最低回收率θ0, 力求提高回收商回收废弃油脂的积极性。在2.1.2的基础上, 本小节的模型具体如下:
本小节依然采用上文中的逆向推导方法求出回收商最优回收率和产成品最优售价。
2.3 对比分析
通过对比分析以上几种情形下模型得出的产成品售价及废弃食用油回收率表达式, 可以得出以下结论:
命题1:分散控制情况下产成品售价比集中控制情况下产成品售价高。
证明:以无政府奖惩机制模型为例进行分析, 集中控制情况下产品的最终售价为式 (4) , 记为pm1, 分散控制模式下产品的最终售价为式 (10) , 记为pm2, 那么
已知市场需求D (θ) =α-βpm>α-βcn>0, 可得
即式 (25) 中分子大于0。下面再来看分母的情况。由于, 所以函数式 (5) , 且△-c>0, 因此:
由于β>0, 可由式 (23) 推导得
又已知产成品价格pm>0, 因此
, 结合式 (24) 可得
那么2m (α+βcn) -2αβ (pn-c) (△-pn) >0, 即:
此时再来看式 (10) , 由式 (24) 可得分母大于0, 那么分子也大于0, 同时结合β>0, 可得:
结合式 (22) (24) 和 (26) 可知, 式 (21) 的结果大于0, 即其他模式下证明同上, 此处略, 命题1得证。
命题2:政府奖惩机制下的产成品售价小于无奖惩机制时的产成品售价。
证明:
集中控制情况下:
假设无奖惩机制时、政府对供应链进行奖惩时的的产成品售价分别记为p0和p1, 那么
, 结合式 (24) , 以及β>0, γ>0, △-c>0可得。
分散控制情况下:
假设无奖惩机制时、政府对制造商进行奖惩时以及对回收商进行奖惩时的的产成品售价分别记为p0、p1和p2, 那么结合式 (26) 以及β>0, γ>0, pn-c>0可得:
命题2证明完毕。
命题3:政府奖惩机制下的废弃食用油回收率比无奖惩机制时的回收率高。
证明:
集中控制情况下:
假设无奖惩机制和有奖惩机制时回收率分别记为θ0和θ1, 那么, 结合式 (24) 以及γ>0可得。
分散控制情况下:
假设无奖惩机制、政府对对回收商进行奖惩时的回收率分别记为θ0和θ1, 那么
结合式 (26) 、m>0、β>0以及γ>0可得
命题3证明完毕。
命题4:政府实施奖惩机制的力度越大, 回收率越高。
证明:假设集中控制情况下, 回收商回收率为θ1, 分散控制情况下, 政府对回收商进行奖惩时的回收率为θ2, 分别对政府奖惩力度γ求导为:
根据上文所述内容, 可轻易求得命题4证明完毕。
3 算例分析
为了更直观的表现上文的模型结论, 本章节通过算例来分析几种模型下最优产成品价格和最优回收率的关系。本文针对各参数作出如下设定:
结果如表1所示。
从表1中的计算结果可以直观看出与分散控制相比, 集中控制情况下, 产成品价格下降。政府实施奖惩机制有利于降低产成品价格, 提高回收率。
4 结语