餐廚垃圾處理現狀及資源化利用進展

畢少杰， 洪秀杰， 韓曉亮， 高亞梅 , 晏 磊 , 王偉東 , 王彥杰

(1. 黑龍江八一農墾大學 生命科學技術學院, 黑龍江 大慶 163319; 2. 大慶市農業委員會， 黑龍江 大慶 163000)

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餐廚垃圾處理現狀及資源化利用進展

畢少杰1， 洪秀杰2， 韓曉亮2， 高亞梅1, 晏 磊1, 王偉東1, 王彥杰1

(1. 黑龍江八一農墾大學 生命科學技術學院, 黑龍江 大慶 163319; 2. 大慶市農業委員會， 黑龍江 大慶 163000)

文章綜述了目前國內外餐廚垃圾的處理現狀以及不同的處理方式所存在的主要問題，主要包括堆肥、生產生物柴油、厭氧發酵產氫氣或產沼氣等。最后，對我國餐廚垃圾資源化利用在能源或資源領域的發展前景提出了建議。

餐廚垃圾； 肥料化； 飼料化； 厭氧發酵

餐廚垃圾是人們餐后的殘余廢物及烹調過程中的廢棄成分(如菜葉和蔬菜的去皮物等)，主要來源于飯店、家庭、企事業單位食堂等。主要成分為米飯、面食、肉骨、蔬菜和油脂等。其化學組成為蛋白質、脂肪、碳水化合物、揮發性脂肪酸、無機鹽、微量無素和水分等。

隨著人口的增長、居民生活水平的提高和我國經濟條件的改善，餐廚垃圾數量呈逐年遞增的趨勢，中國年產餐廚垃圾量6000萬t，一些大城市如上海、北京、重慶、廣州等餐廚垃圾的產量均超過1000 t·d-1，每年的增速在10%以上[1]。在一些二線城市如沈陽、蘭州、無錫等餐廚垃圾的產量均超過100 t·d-1。在我國，城市家庭餐廚垃圾多是隨著生活垃圾混合后置于垃圾箱中，不能做好單獨分類，造成資源浪費，還使處理的難度增加。而對于餐廚垃圾產生量大而集中的地點如大型飯店、學校及單位食堂，大多被當作豬飼料用來直接飼喂；其中一部分餐廚垃圾還被非法用來提煉地溝油。2012年，中國固廢網統計報道[2]中國餐廚垃圾的處理能力為8200 t·d-1，其中僅10%為有效處理。

餐廚垃圾具備產生量大、含水量高、有機物含量高的特點[3]。因此，餐廚垃圾的資源化利用日益受到重視，前景看好。餐廚垃圾資源化利用不僅能夠降低生活垃圾的處理成本，還能夠產生有用的能源或資源，對于經濟、社會的可持續發展具有重要意義。

1 餐廚垃圾的處理現狀

國內外餐廚垃圾的處理技術主要是焚燒、填埋、機械破碎、脫水飼料化、真空油炸飼料化等。

1.1 焚燒

焚燒是在高溫條件下將垃圾燃燒，一般所需要溫度1000 ℃以上，可將垃圾中的有機成分氧化分解，焚燒后固體減量50%～80%。焚燒產生的熱量可以回收，用來發電和供暖。但燃燒所要達到的熱值為5000 KJ·kg-1。餐廚垃圾含水量高，很難達到該燃燒值。因此常采用添加燃料(如煤炭)的輔助燃燒法，采用該措施會產生大量的粉塵和有害氣體，污染環境，破壞生態，浪費資源，經濟性差。同時，焚燒場的投資較大，維護費用也很高。一種高效、環保、產值高的先進技術——高溫等離子電弧汽化發電技術正得到一些先進國家(如日本、加拿大和美國)的應用[4]。

1.2 填埋

填埋是將垃圾埋入一些天然的或人為挖掘的土坑內，通過微生物的作用降解其中的生物大分子。但在填埋過程中會產生滲濾液，如不建設滲濾液處理系統，會造成土壤和地下水的污染。填埋后會產生沼氣，污染大氣，并有可能引起爆炸。同時，資源無法實現再利用，大量土地還要被占用，用地緊張的國家和地區不適合于采用此方法。如韓國在2008年的衛生填埋率僅為20%，而在1994年衛生填埋率曾高達81%[5]，目前已頒布法令禁止餐廚垃圾填埋處理[6]。通過垃圾有機物含量來限制填埋處理垃圾在歐盟、美國和日本等國家均有了相關政策。

1.3 垃圾粉碎處理

垃圾粉碎處理是采用食物垃圾處理機將家庭中產生的餐廚垃圾粉碎成直徑較小的顆粒后排入下水道。最終通過污水處理系統來處理粉碎后的食物垃圾。該種處理方法簡單，操作容易，但沒有實現資源化有效利用，容易堵塞管道，還增加了城市污水處理系統的負荷。目前有的國家很多地區已禁止使用該方法處理食物垃圾。

1.4 飼料化

日本政府將餐廚垃圾無害化處理后得到的飼料稱為“Ecofeed”(生態飼料)[7]。生態飼料的制備方法主要是： 1)微貯：通過乳酸菌發酵保證飼料的安全[8]； 2) 干飼料：通過抽真空、煮沸、高溫發酵或直接高溫處理進行干燥獲得干飼料[9]； 3)單細胞蛋白：通過酵母菌發酵獲得菌體蛋白[10]。該方法工藝簡單，投資小，回報率高。但存在潛在的食物鏈風險，疾病傳染率高，目前還缺乏相應的行業標準與生產規范。

2 餐廚垃圾的資源化利用進展

現階段國內外餐廚垃圾資源化利用的手段主要包括厭氧消化產甲烷、產氫及好氧堆肥等。

2.1 好氧堆肥

好氧堆肥處理是在有氧的條件下，將餐廚垃圾置于地面或專門的發酵裝置中，通過添加細菌、真菌等堆肥菌劑或在物料本身所含微生物的作用下分解有機物，經過高溫發酵后實現餐廚垃圾無害化、資源化的過程。餐廚垃圾含較高的有機質、易于降解、無毒、微生物可利用營養物質全面等特點使其適宜于堆肥化處理。傳統堆肥物料與餐廚垃圾所含營養成分對比見表1。由表可見，餐廚垃圾所含的有機質、氮、磷、鉀均高于多數的傳統堆肥原料指標，特別在目前國家出臺了有機肥的最新標準“中華人民共和國農業行業標準-有機肥料(NY525-2012)”中要求有機質含量需達到45%以上的要求下，采用高含量有機質的餐廚垃圾作為堆肥原料更突顯其優勢。

在目前倡導發展少施化肥，大力發展生態農業、有機農業的今天，利用餐廚垃圾生產有機肥有著良好的發展前景。該方法操作容易，成本較低，但餐廚垃圾的含水率高、鹽分含量高的特點限制了堆肥處理的應用；另外，堆肥發酵周期較長，若不在密閉的環境中發酵，還將產生惡臭性氣體，造成二次污染。目前國內外一些研究機構針對餐廚垃圾堆肥過程中存在的問題，開展了可實現快速發酵餐廚垃圾的處理機和耐高鹽、高油脂條件的堆肥菌劑的研究。餐廚垃圾通過添加菌劑和應用餐廚垃圾處理機可在8 h內實現無害化[11]。

表1 傳統堆肥物料與餐廚垃圾所含成分對比

注：堆肥物料營養成分含量均以干基計。

2.2 蚯蚓堆肥

蚯蚓堆肥是將蚯蚓引入到好氧堆肥過程中，通過蚯蚓自身的酶系統實現餐廚垃圾的無害化，可在很大程度上解決好氧堆肥過程中產生臭氣的問題，繁殖出來的蚯蚓可作為良好的藥材或飼料來應用。但蚯蚓堆肥過程中，環境條件的要求較高，要為蚯蚓的生長提供適合的環境條件。另外，餐廚垃圾高鹽、高油脂等特點的復雜性，也限制了蚯蚓堆肥處理措施的應用。

2.3 生產生物柴油

生物柴油是通過酯交換反應將動植物油脂轉為低碳酯類物質如脂肪酸甲酯[15]。生物柴油的生產是將餐廚垃圾生產出的地溝油與甲醇反應后蒸發提純獲得。工藝流程見圖1。生物柴油可以做為傳統柴油的有效補充，在現有的柴油機上均可使用，是一種優質能源。但其目前的生產成本及價格還無法與石化柴油相競爭，生物柴油的進一步發展還需要在垃圾收集、生物柴油生產、銷售及使用等環節得到國家的進一步支持。

圖1 生物柴油工藝流程

2.4 厭氧消化產氫

隨著石化燃料的日漸減少及其使用過程中對大氣造成的嚴重污染，利用餐廚垃圾進行生物制氫，生產出清潔能源氫氣，變廢為寶，不但可以緩解石化燃料日益枯竭的問題，還可以有效解決餐廚垃圾帶來的污染問題。餐廚垃圾成份復雜，含有較高的有機質，N，P，K及大量的微量元素，是較好的產氫原料。Lay[16]等研究脂肪類(雞皮和肥肉)、淀粉多糖類(土豆和米飯)、蛋白質類(瘦肉和雞蛋)等不同組成成分的餐廚垃圾，在相同的條件進行產氫發酵，結果顯示脂肪類、蛋白質類餐廚垃圾的產氫能力僅是淀粉類垃圾的產氫能力1/20。不同種類的餐廚垃圾產氫條件及產氫潛力見表2。可見，不同的餐廚垃圾產氫的能力差距較大，與底物的特性直接相關。

表2 不同餐廚垃圾產氫效果

2.5 厭氧消化產甲烷

沼氣是以甲烷為主的混合氣體，甲烷的體積分數一般為50%～70%，其余為CO2和少量其他氣體。甲烷能夠被用作燃料，有較高的經濟利用價值。餐廚垃圾厭氧消化是在密閉的厭氧發酵設備中，通過兼性和厭氧微生物的分解代謝作用將大分子的有機物轉化為甲烷的過程。將餐廚垃圾通過厭氧發酵可以產生甲烷氣體和沼液、沼渣，發酵環境密閉，不會對大氣環境產生污染，是一種環境友好型的處理方式。余益輝[21]等研究了固相餐廚垃圾厭氧發酵產甲烷特性，結果表明，餐廚垃圾的產甲烷潛力分別為567.57 mL·g-1TS。厭氧消化產沼氣技術雖可產生大量的沼氣能源，但工程前期的投入比較大，操作技術要求比較高。

3 結論和建議

餐廚垃圾的資源化利用對于生活垃圾的減量化、無害化和資源化發展具有極大的推動作用，通過資源化利用并形成產業，既能減少自然資源的消耗，緩解資源和能源與發展的供需矛盾，又能減少環境污染，改善環境質量，維護生態平衡，實現可觀的經濟效益，形成環境、資源、經濟、社會的良性循環，這對于我國循環經濟的建設和社會、經濟的可持續發展具有重要意義。

目前我國餐廚垃圾的資源化處理還存在一些問題。如由于經費不足，相關部門沒有能力對餐廚垃圾進行專業收運，餐廚垃圾收集難；餐廚垃圾含雜率高，致使多數餐廚垃圾處理設施不能正常運行；處理技術尚未成熟，堆肥產品品質低，厭氧消化沼渣沼液難處理等。

餐廚垃圾作為資源性廢棄物，不同處理方式均有利弊。在資源日趨緊張的今天，如何資源化利用是其發展的方向，填埋、焚燒等破壞資源的處理方式必將終結。倡導節約，減少餐廚垃圾的產生量；垃圾分類收集，因地制宜，多元化處理；政策支持，鼓勵資源化處理餐廚垃圾企業的快速發展；從而達到經濟效益、社會效益和生態效益的統一。

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Status and Development of Resource Processing Technologies of Food Waste /

BI Shao-jie1, HONG Xiu-jie2, HAN Xiao-liang2, GAO Ya-mei1, YAN Lei1, WANG Wei-dong1, WANG Yan-jie1/

(1. College of Life Science and Technology, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2. Commission of Agriculture of Daqing City, Daqing 163000, China)

The resource processing technologies of food waste, including composting, biodiesel production, and anaerobic fermentation producing hydrogen or biogas，were reviewed.The process characteristics and existing problems were also presented, and the future development dealing with food waste were prospected.

food waste； composting； feed stuff； anaerobic fermentation

2016-01-11

項目來源： 國家科技支撐計劃課題(2013BAD21B01；2012BAD12B05-3)； 黑龍江八一農墾大學學成、引進人才科研啟動計劃(XDB2015-26)； 黑龍江省高校科技創新團隊計劃項目(2012TD006)； 黑龍江省科技攻關項目(GZ11B108；GC12B306)； 黑龍江八一農墾大學研究生創新項目(YJSCX2015-Y55)

畢少杰(1990- ), 男, 碩士, 研究方向為生物質資源開發利用, E-mail: bishaojie1990@163.com

王彥杰，E-mail: wangyanjie1972@163.com

S216.4; X705

A

1000-1166(2016)02-0058-04