西安市食物垃圾收運系統及處理方式研究

楊向平++楊鑫越++金穎++王夢欣++陳博宇

摘 要：本文主要研究因目前西安市食物垃圾處理不當而造成的資源浪費與環境污染問題，通過對國內外食物垃圾處理方式以及居民所持態度進行相關調查，利用層次分析法對現存的垃圾處理技術進行綜合評價，采取機械生物處理（MBT）技術作為處理方法。最終對食物垃圾的收集、運輸、處理提出一套系統的方案，為相關部門提出建議，實現食物垃圾資源的最大化利用。

關鍵詞：食物垃圾；機械生物處理（MBT）技術；層次分析法

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0214-02

西安市生活垃圾組分監測數據顯示，食物垃圾約占生活垃圾總量的40%。目前西安市日產生活垃圾7000噸以上，由此估算全市食物垃圾日產量約為2800噸。相對于其他垃圾，食物垃圾具有普遍性、資源性、污染性等特點，如果不能妥善處理，將會導致嚴重的水體污染、土壤污染和空氣污染。與此同時，西安市食物垃圾的收運處理系統仍存在收集不完全、運輸體系不完善、處理方式不恰當等亟待解決的問題。

1 食物垃圾的收集

本文將西安市的食物垃圾分為居民生活廚余垃圾、高校餐余垃圾、飯店餐余垃圾和街邊餐余垃圾。據了解，西安市的居民生活廚余垃圾主要由物業人員使用垃圾收運車從居民區垃圾桶運到垃圾壓縮站進行壓縮填埋處理；西安各高校、飯店每日餐余垃圾由西安周邊養殖戶收購直接用于養殖；街邊餐余垃圾一般直接倒于下水道、街邊處或者不經分類和其他垃圾混合收運。對街邊餐余垃圾收集的缺失，不僅會導致垃圾二次分類成本的增加，造成水體污染，而且會增加地溝油提煉的可能性，增大其流入餐桌的風險[1]。問卷調查顯示，超過九成的受訪者會在街邊食用食物，20%以上的受訪者表示經常在街邊進食，這表明街邊餐余垃圾是食物垃圾中不可忽視的重要組成部分。96%的被調查者愿意將在街邊食用后的食物垃圾分類投放在垃圾桶中，故若在街邊專設食物垃圾箱，存在可行的客觀條件。所以針對西安市食物垃圾收集現狀，提出高校、飯店餐余垃圾定點回收；設置街邊餐余垃圾桶，鼓勵市民將產生于街邊的食物垃圾進行專門放置，定點定向回收的建議[2]。

2 食物垃圾的運輸

當前西安的食物垃圾主要有廚余垃圾和非廚余垃圾，本文針對不同類型的食物垃圾制定不同的運輸方案[3]。

2.1 廚余垃圾運輸方式

由于廚余垃圾的特殊性，建議實行單獨循回收運，或由專門人員將廚余垃圾集中運輸，形成獨立的收運體系。系統主要由專用廚余垃圾收集桶（筒）、專用全封閉結構收運車組成，使用真空吸污泵吸入餐廚垃圾，無需人工搬運，整個運輸過程對環境不產生二次污染。

2.2 非廚余垃圾運輸方式

非廚余垃圾有移動容器式收集和固定容器式收集兩種方式。移動容器收集操作法是指將收集容器和裝滿的垃圾一起運往轉運站或垃圾處理廠，卸空后將空容器送回原處或下個集裝點；固定容器操作法就是指用垃圾車到各容器集裝點裝載垃圾，容器倒空后固定在原地不動，車裝滿后運往轉運站或處置場。固定容器收集法的一次行程中，裝車時間是關鍵因素。

影響收運的主要因素有：清運操作方式；收集清運車輛數量；裝載量及機械化裝卸程度；清運次數、時間及勞動定員；清運路線等，結合兩種方法的收運時間和費用出發，對于西安市來講，當運輸距離小于12.04km采用移動容器式收集運輸合理；當運行距離大于12.04km時，采用固定容器收集運輸合理。

3 食物垃圾的處理

食物垃圾經分類收集和運輸后，需進行集中處理。而對于食物垃圾處理方（包括西安市地方政府和垃圾處理廠）而言，如何根據西安市食物垃圾生產現狀選擇恰當的處理方法以實現經濟效益、環境資源效益、技術效益和社會效益的整體共贏具有重大意義。目前，國內外較為先進的食物垃圾處理技術和方法主要有微生物菌體蛋白固態發酵法、厭氧消化技術和機械生物處理（MBT）技術。為實現上述目標，本文采取層次分析法（AHP）對以上三種方法建立評價指標體系，從而選出最佳方法對西安市食物垃圾進行處理[4]。

3.1 微生物菌體蛋白固態發酵法、厭氧消化技術和機械生物處理技術（MBT）概況

微生物菌體蛋白固態發酵法，即通過微生物（主要是復合菌種）對食物殘渣進行固態發酵，充分利用其中剩余的營養成分從而將其生產成為高蛋白飼料。此類方法具有周期短、產率高、能耗低的特點，同時對專業食品處理技術和反應條件有嚴格要求；有學者對該種方法在食物垃圾處理上的應用進行過廣泛研究，且在日本已投入使用。其優點在于可減少食物殘渣中營養成分的浪費，同時可緩解蛋白飼料不足的現狀；局限在于餐廚垃圾飼料化可能具有潛在食物鏈風險。

厭氧消化技術，即在無氧條件下，利用兼性及厭氧微生物的代謝作用將復雜有機物分解為小分子有機物及無機物，并在此過程中實現對食物垃圾的減容減量及資源化利用。目前該種方法已在歐美部分國家的食物垃圾處理應用及國內有機廢物處理領域積累了較為成熟的經驗。其優點在于自動化程度高、人力資本較少、易控制惡臭散發、經濟價值高；局限性則在于處理技術較為復雜，且消化時間不持續、反應器狀態不穩定以及產生沼渣處理問題。機械生物處理技術（MBT），即將機械過程與生物過程結合起來處理原始垃圾，通常作為焚燒、填埋等其他簡易處理方式的預處理技術。目前已在許多發展中國家投入使用，其優點在于可提高食物垃圾中資源的可回收率、同時可增加填埋及焚燒處理的生物穩定性。MBT技術的局限性則在于其不能單獨作為食物垃圾處理的方式，處理不徹底[5]。

3.2 西安市食物垃圾處理方法的AHP評價

3.2.1 評價指標體系

食物垃圾處理方法的綜合評價涉及到諸多因素，本文主要將其劃分為四個指標作為準則層，即經濟指標（主要包括垃圾處理成本、投資收益、經濟效益等因素）、環境指標（主要包括環境污染程度、資源回收率等因素）、技術指標（主要包括技術可行性及管理水平等因素）和社會指標（主要包括居民滿意度等因素）；目標層為食物垃圾處理方法；微生物菌體蛋白固態發酵法、厭氧消化技術、機械生物處理技術三種方法作為方案層，并分別用方法一、方法二、方法三表示，建立評價指標體系[6]。

3.2.2 層次分析法（AHP）確定各層權向量及組合權向量

（1）準則層權向量及一致性檢驗。比較準則層是對目標層食物垃圾處理方法的影響，取兩個因素和，公司做投資決策時，最看重的是技術指標，其次是環境指標，再次是社會指標，最后是經濟指標。利用1-9尺度和成對比較法確定其對目標層的影響之比，全部比較結果組成以下成對比較矩陣：

調用EIG函數求出輸入矩陣的特征值與特征向量。由公式：

得

隨機一致性比率

由于，則可認為的不一致程度在其容許范圍內，故可用向量作為準則層的權向量。

最后，利用MATLAB輸出歸一化后的權向量為：

（2）方案層權向量。通過查閱相關資料，三種方法對于經濟指標的優越性排序為：機械生物處理技術>微生物菌體蛋白固態發酵法>厭氧消化技術，由1-9尺度和成對比較法可得矩陣：

利用MATLAB軟件進行一致性檢驗并得到歸一化后的權向量分別為：

三種方法對于環境指標的優越性排序為：微生物菌體蛋白固態發酵法>厭氧消化技術>機械生物處理技術，由1-9尺度和成對比較法可得矩陣：

利用MATLAB軟件進行一致性檢驗并得到歸一化后的權向量分別為：

三種方法對于技術指標的優越性排序為：機械生物處理技術>微生物菌體蛋白固態發酵法>厭氧消化技術，由1-9尺度和成對比較法可得矩陣：

利用MATLAB軟件進行一致性檢驗并得到歸一化后的權向量分別為：

三種方法對于社會指標的優越性排序為：厭氧消化技術>微生物菌體蛋白固態發酵法>機械生物處理技術，由1-9尺度和成對比較法可得矩陣：

利用MATLAB軟件進行一致性檢驗并得到歸一化后的權向量分別為：

（3）組合權向量。對于微生物菌體蛋白固態發酵法，它在三個準則層中權重記為向量：

，

而三個準則對于目標的權重又可表示為

，

所以微生物菌體蛋白固態發酵法在目標中的組合權向量應為向量與向量之積；同理，厭氧消化技術和機械生物處理技術在準則層中中的權重分別記為和，故方法2、3在目標中的組合權向量應分別為與向量之積和與向量之積，得

綜上所述，組合權量，且通過一致性檢驗，所以處理食物垃圾的最佳方法為機械生物處理技術。

4 結論及建議

綜上所述，將西安市的食物垃圾分為廚余垃圾和非廚余垃圾，對于廚余垃圾，由專用廚余垃圾收集桶（筒）收集，使用真空吸污泵吸入并用全封閉結構收運車運輸；對于非廚余垃圾，建議高校、飯店餐余垃圾定點回收，并使用移動容器和固定容器兩種方式進行回收。特別的，為全面收集街邊非廚余垃圾，鼓勵市民將產生于街邊的食物垃圾分類放置，設立街邊餐余垃圾桶對其進行專門收集，定點定向回收。最后，運用機械生物處理（MBT）技術對食物垃圾進行處理，實現其綜合效益的最大化。

參考文獻

[1]賈子利.北京市生活垃圾分類及處置方式研究[D].北京林業大學，2011.

[2]林麗.中國國情下厭氧消化技術處理城市混合收集生活垃圾可行性研究[D].西南交通大學，2009.

[3]李鵬.農業廢棄物循環利用的績效評價及產業發展機制研究[D].華中農業大學，2014.

[4]王濤.成都市餐廚垃圾收運系統及優化研究[D].西南交通大學，2010.

[5]劉振國.西安市餐廚垃圾規范化管理和對策[J].生物技術世界，2013（3）：26.

[6]徐棟，沈東升，馮華軍.廚余垃圾的特性及處理技術研究進展[J].科技通報，2011（1）：130-135.