餐廚垃圾處理工藝及資源化技術進展

譚燕宏

（營口職業技術學院，遼寧 營 口115000）

1 引言

餐廚垃圾是來自家庭、餐飲單位剩余食物的通稱，是城市生活垃圾的重要組成部分。隨著國家經濟的飛速發展，城市化進程的逐漸加快，餐廚垃圾的產量呈現逐年上升的趨勢。在國內的大型城市中如北京、上海、深圳等，餐廚垃圾的日產量已達數千噸，全國餐廚垃圾的年產量達到千萬噸，單純填埋的話，將會占用大量土地，產生的垃圾滲濾液和填埋氣體也需要后期處理，耗費大量人力，物力。餐廚垃圾目前在很多城市尚未進行規范化管理，最主要的危害是城市餐飲企業的垃圾多被養殖戶收集，作為養殖飼料直接使用，未經任何處理進入人類食物鏈；同時地溝油被收集起來重新煉制成為廉價食用油，在市場上再次流通，危害人民群眾的身體健康。因此，餐廚垃圾處理向無害化、減量化、資源化發展迫在眉睫。

2 餐廚垃圾概況

2．1 餐廚垃圾性質

餐廚垃圾主要包括米和面粉類食物殘余、蔬菜、油脂、骨頭等（表1），化學組成以淀粉、纖維素、蛋白質、脂類和無機鹽等為主（表2）。其特點是粗蛋白和粗纖維等有機物含量較高，BOD值高，易腐敗、發酵并產生惡臭；含水率高達80%～90%，不便收集運輸，處理不當容易產生滲瀝液等二次污染物；油類和鈉鹽含量較其他生活垃圾高，對資源化產品品質影響較大。

表1 餐廚垃圾組分 %

表2 餐廚垃圾成分

2．2 餐廚垃圾無害化處理的必要性

餐廚垃圾在存放、收集、轉運及垃圾填埋過程中，由于其含水率和有機物含量較高，極易在較短時間內腐爛發臭和滋生蚊蠅等，極大的污染了周圍環境。另外，城市垃圾的處置方法通常有焚燒和填埋，如果將城市生活垃圾進行焚燒，由于餐廚垃圾的水分含量常常高達90%左右，發熱量為2 100～3 100 H／kg，和其它垃圾一起進行焚燒，不但不能滿足垃圾焚燒發電的發熱量要求（即5 000kJ／kg以上），反而會致使焚燒爐燃燒不充分而產生二惡英；如果對垃圾進行填埋，同樣會因為混入的餐廚垃圾水分含量高而不宜處理。而且焚燒、填埋都會導致大量有機物的浪費，因此餐廚垃圾有必要進行單獨處理。

3 餐廚垃圾資源化處理工藝

餐廚垃圾由于其自身的特點，不適合傳統的垃圾處理方法，目前餐廚垃圾處理方式主要以資源化為導向。

3．1 加工飼料

餐廚垃圾中含有大量的有機營養成分，其飼料化具有相當的優勢。但由于餐廚垃圾中各類動物的肉、骨、內臟混合在一起無法準確分選開，存在食物鏈污染風險及“生物倫理”和“變異”問題。出于安全衛生考慮禁止將餐廚垃圾直接作為動物飼料，必須經過處理，消除病毒污染后制成飼料進行利用。飼料化可分為生物法和物理法。生物法是利用微生物菌體處理餐廚垃圾，利用微生物的生長繁殖和新陳代謝，積累有用的菌體、酶和中間體，經烘干后制成蛋白飼料。通過對有機生活垃圾發酵底物提取蛋白質進行研究，可得到淡黃色氨基酸晶體，提取率達80%以上，產品可作為飼料添加劑使用。物理法是直接將餐廚垃圾脫水后進行干燥消毒，粉碎后制成飼料。脫水方法分為常規高溫脫水、發酵脫水、油炸脫水。物理法相對生物法工藝簡單，成本低，但存在較大的食物安全隱患。

3．2 好氧堆肥

好氧堆肥技術是指有機物在有氧條件下，在好氧微生物（主要是菌類）的作用下，將高分子有機物降解成為無機物的過程。好氧堆肥的技術比較成熟，在國外的應用比較廣泛。該工藝的優點是技術比較簡單，好氧處理后的產物可作為農產品使用，實現了垃圾的再利用。但是好氧堆肥技術主要應用于綠色植物垃圾及秸稈等富含組織結構的垃圾處理，對于餐廚垃圾這樣不含有組織結構的垃圾處理沒有技術上的優勢。此外，好氧堆肥對進料純度要求高，占地面積大；高溫好氧堆肥需要大量熱能，運行成本高。用餐廚垃圾堆肥，由于肥料的使用期帶有季節性，容易因供需失衡造成積壓，而且多數好氧堆肥工藝中以堆肥微生物的生命活動釋放的能量自行調節堆料溫度，一般堆制周期較長，堆肥效果不理想。

3．3 厭氧消化

厭氧工藝是指利用垃圾生產沼氣并將其轉化為電能與燃氣，對厭氧消化罐中產出的殘渣進行二次發酵堆肥處理。相對于直接好氧堆肥來說，可減小占地面積，且肥料的數量少，產品多元化。餐廚垃圾經厭氧發酵降解后產生的沼氣可通過熱電聯產發電機組中轉化為電能和熱能，電能可接入電網供生產生活實用，熱能在供應垃圾處理設備自身使用后可補充市政供熱設施部份熱能需求，實現經濟利益與社會效益共贏的局面。發酵后產生的沼液經過脫氮，脫鹽，脫硫處理后可作為液態有機肥料在農業灌溉園林種植等領域廣泛使用。沼渣經過好氧堆肥后也可作為肥料使用，從而實現垃圾的減量化，資源化處理。

厭氧發酵技術的優點是垃圾的減量化，資源化處理效果好，產生的沼氣發電可作為新能源補充現有常規能源。厭氧發酵過程中無臭氣逸出，發酵后不會產生二次污染，社會大眾的接受程度較高。

由于餐廚垃圾的厭氧降解過程主要是在密閉的反應器（發酵罐）中進行的，因此反應器的運行參數會直接影響到厭氧發酵的過程。按照反應器運行的技術參數，厭氧工藝可分為：中溫工藝與高溫工藝（按照反應器內溫度劃分）；濕法工藝與干法工藝（按照垃圾中干物質含量劃分）；單相工藝與兩相工藝（按照厭氧降解階段劃分）；序批次工藝與連續式工藝（按照進料方式劃分）。

3．3．1 中溫工藝與高溫工藝

參與厭氧降解過程的菌類對溫度的適應范圍不同，不同的厭氧菌在不同的溫度范圍內放可達到最佳活性。為使得厭氧菌能夠達到最佳活性，反應器內的溫度被控制在一定的范圍內。表3內列出了中溫工藝與高溫工藝的相互比較。

3．3．2 濕法工藝與干法工藝

根據進入反應器中的垃圾中干物質含量的高低，可將厭氧工藝劃分為濕法工藝與干法工藝。由于進料垃圾中的干物質含量高于40%時，厭氧降解會因為含水率過低而受到抑制，因此在工程上進料垃圾的干物質含量不超過40%。表4給出了這兩種工藝的對比。

表3 中溫與高溫工藝比較

表4 濕法與干法工藝比較

3．3．3 單相工藝與兩相工藝

有機物厭氧降解的詳細過程至今仍未被科學家們所破解，但是大體上厭氧降解的過程可劃分為四個階段，即水解階段，酸化階段，乙酸化階段和產甲烷階段。從參與各階段的厭氧菌的最適宜環境條件看，這四個階段又可進一步簡化為水解酸化階段和產甲烷階段。

傳統的單相工藝中，水解酸化階段和產甲烷階段在同一反應器內進行，不同的厭氧菌無法達到發揮各自最佳活性的最適宜環境條件，整個降解過程的時間較長，產氣率較低。此外由于水解酸化菌的種類較多，生長速率較高，反應器內容易出現酸化現象，導致后續的產氣階段受到抑制。使用兩相工藝時，水解酸化階段與產甲烷階段在獨立的反應器內進行，獨立的反應器可以同時滿足不同菌類的最適宜生長環境條件，增強了厭氧降解過程的穩定性，同時提高了沼氣的產氣量。表5列舉了單相工藝和兩相工藝的特點。

表5 單相和兩相工藝比較

3．3．4 序批次工藝與連續式工藝

序批次工藝是指垃圾周期性進入反應器內，并在反應器內停留至降解完全，之后將反應器內厭氧降解后產物清出的整個過程。該工藝中還包括了反應器的清潔與消毒。連續式工藝是指垃圾連續進入反應器內進行厭氧降解的過程，厭氧降解后產物連續的排出反應器，不需要對反應器清潔消毒。表6中可見此兩種工藝的相互比較。

表6 序批次工藝和連續式工藝比較

3．4 生物柴油

生物柴油是指以動植物油脂為原料，通過酯交換生產的柴油，也稱之為再生燃油。而地溝油可通過酸－堿兩步法、分離反應法、完全催化法等工藝制得生物油。生物柴油具有良好的環保性，使用生物柴油可使硫化物的排放量減少30%，溫室氣體減少60%。我國目前生物柴油生產專利達30多種。生物柴油可作為石化柴油的替代燃料，是一種優質的可再生替代能源。既實現了廢棄資源的重新利用，產生較好的經濟回報，又能夠從源頭上消除地溝油的生產，使得地溝油不再回到人們的餐桌上，保證食品安全，避免人們的身體健康受到危害。

4 餐廚垃圾資源化處理環境、經濟、社會效益分析

4．1 環境效益

餐廚垃圾資源化集中處理后，可防止這部分垃圾對環境造成的二次污染．餐廚垃圾的統一收運與集中處理處置，可以降低餐廚垃圾對環境產生的不良影響，從而帶來環境效益

4．2 經濟效益

餐廚垃圾集中處理的直接收益為沼氣發電和銷售粗肥，因此并無顯著的直接經濟效益。間接經濟效益主要是通過減少餐廚垃圾污染對社會造成的經濟損失而表現出來。可充分利用餐廚垃圾中的資源，按某市年產餐廚垃圾7．5萬t計，全部資源化利用，按每噸可產生97．8m3沼氣計算，則可產生沼氣733．5萬m3，其中甲烷含量可達65%，年產甲烷476．8萬t，每立方米甲烷可發電3．2kW·h，年可發電量達1 533萬kW·h，發電效益375．6萬元；年生產有機肥0．42萬t，可產生堆肥效益252萬元。隨著法律法規的健全與完善，餐廚垃圾不允許填埋和直接飼養動物，因此各餐廳、賓館等將不得不自行處理。餐廚垃圾資源化利用，可減少各餐廳等分散處理餐廚垃圾所增加的投資和運行管理費用，減輕其負擔。

4．3 社會效益

餐廚垃圾資源化集中處理，減少餐廚垃圾收運和填埋過程中的二次污染，有效保護環境；減少和防止餐廚垃圾被用來飼養“垃圾豬”和提煉“地溝油”而危害人們的身體健康；減少由于餐廚垃圾不合理處置而可能引起的環境污染及疫情傳播，改善了群眾的生活環境質量和城市市容；促使城市環境衛生和投資環境的改善，樹立良好的政府形象；促進城市循環經濟水平的提高，建成節約型城市。

5 結語

餐廚垃圾處理作為一個新生事物在中國還并不成熟，雖然厭氧發酵技術在國內科研較多，但針對餐廚垃圾的厭氧發酵處理在實際的工程應用上幾乎是一片空白，只有通過引進國外先進技術工藝并加以消化吸收改造，才能夠在較短的時間內趕上國際領先水平并伺機超越。引進先進成熟經驗技術，與中國實際情況相結合，進一步消化吸收改進，走符合中國國情的餐廚垃圾厭氧處理道路，真正實現餐廚垃圾無害化，資源化，減量化處理，改善人民生活環境，保證人民身體健康，共同創建清潔、美好、幸福的和諧社會。

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