餐廚垃圾處理研究現狀

時朝輝+張明

摘 要：該文介紹了餐廚垃圾的主要處理技術，闡述了各項技術在餐廚垃圾處理過程中的優缺點，并著重對好氧堆肥、好氧消化及厭氧消化等微生物技術處理餐廚垃圾的工藝流程及處理原理進行了對比分析，提出了餐廚垃圾處理過程中存在的問題和今后的研究發展方向。

關鍵詞：餐廚垃圾；處理工藝；好氧堆肥

中圖分類號 X705 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）09-0095-03

1 餐廚垃圾概述

作為城市有機生活垃圾的主要組成部分，餐廚垃圾是指居民家庭、餐飲行業以及企事業單位食堂在食品加工和用餐過程中產生的廢料和殘余，具有含水率高（高達60%～80%）、有機質占比高（占到干重的95%～98%）、含鹽量高、有害物質成分較少等特點[1]。近年來，餐廚垃圾排放量逐年升高，由其引發的污染在城市環境污染問題中日趨顯著，對城市衛生環境及居民的日常生活產生了一定的影響，如何合理安全地處置餐廚垃圾，已成為整個社會所關心的問題。

餐廚垃圾在處理上一般遵循無害化、減量化及資源化三大原則，目前在處理技術上，國內外主要采用焚燒法、衛生填埋法以及生物處理方法來對餐廚垃圾進行處理。焚燒法、衛生填埋法等傳統餐廚垃圾處理方法通常處理不夠徹底，容易引起二次污染，進一步增加環境負擔。相比于其他垃圾，餐廚垃圾含有大量的淀粉、蛋白質等有機物，營養物質較為豐富，有害物質含量少，其中有機組分的生物降解率可高達80%，具有很大的回收利用價值。利用生物處理方法來對餐廚垃圾進行降解，不僅處理較為徹底，不會引發二次污染問題，而且在一定程度上對資源實現了回收利用，被公認為是目前比較具有發展前景的處理方法之一。

2 餐廚垃圾處理工藝與方法

2.1 焚燒法 焚燒法是將餐廚垃圾放在特殊設計的焚燒爐中，在1000℃以上高溫條件下將垃圾有機成分徹底氧化分解，從而達到減量化目的的方法。焚燒法處理能力強，垃圾減量化程度可達50%～80%，焚燒產生的能量可以用于發電、供暖等，焚燒余下的殘渣在高溫下加入SiO2等輔料可用于生產水泥、瓷磚等建筑材料。我國通常將餐廚垃圾混入生活垃圾一同進行焚燒處理，資源化利用程度不高，餐廚垃圾含水率高達60%～80%，高含水量導致熱值非常低，而焚燒發電對餐廚垃圾的熱值具有較高要求，使用焚燒技術處理將大大增加餐廚垃圾的前處理成本。同時，不完全燃燒會產生二噁英、氮氧化物、二氧化硫等有害氣體及粉塵，破壞生態環境，危害人類健康。此外，焚燒場建設投資額較大，資金占用周期長，管理要求較高。垃圾焚燒技術簡便快捷實現了無害化、減量化、資源化的要求，在很多發達國家被廣泛采用已有百余年歷史，是目前發達國家進行垃圾處理的主要手段。近年來，我國焚燒技術的可接受度并不是很高，廢棄物焚燒項目爭議引起民眾的信任缺失，無論是從技術還是社會影響角度，焚燒技術用于餐廚垃圾處理項目的可行性很低。

2.2 衛生填埋法 衛生填埋法是目前發展中國家普遍采用的處理餐廚垃圾的主要方法之一，是指將垃圾埋入地下，通過各類微生物自身代謝將生物大分子充分降解為小分子的生化過程。衛生填埋技術簡單，運行成本低，適合各種垃圾，國內大多數地區將餐廚垃圾直接倒入垃圾填埋場與其他家庭垃圾進行混合填埋。但垃圾填埋場會產生大量的滲濾液、有害氣體，容易污染地下水，形成二次污染，危害人體健康，為了防止填埋過程中產生的滲濾液污染土壤和地下水，填埋場需要建設相應的收集和處理系統。此外，填埋場占用了大量土地資源，使用壽命有限，且資源回收利用率基本為零，大量可利用資源被浪費。

2.3 生物方法處理餐廚垃圾

2.3.1 好氧堆肥 好氧堆肥是在好氧情況下，利用自然界中廣泛分布微生物的作用使餐廚垃圾中可生物降解有機質轉化為有利于土壤性狀改良并對作物生長有益且容易吸收利用的高肥力腐殖質的微生物學過程。餐廚廢棄物有機質占比高，C/N比較低，N、P、K等元素含量較高，營養成分豐富，適合作為堆肥原料進行處理[2]。好氧堆肥過程大致可分為升溫、高溫及降溫腐熟三大過程，堆肥初期淀粉、糖類等易分解有機物被利用，微生物大量生長繁殖，釋放大量熱量導致短期內堆體溫度快速上升至55℃以上，進入高溫階段；隨后易降解物質逐漸減少，加之氧化過程消耗了大量氧氣，造成局部厭氧環境，復雜的有機物如纖維素等開始被降解，同時蟲卵及病原菌在高溫環境下失活，堆體開始逐漸形成腐殖質；持續一段時間后，較易分解的有機物大部分被分解，微生物活動逐漸減弱，溫度也隨之降低，腐殖質不斷積累，堆肥進入腐熟階段。好氧堆肥法主要工藝流程如圖1所示。好氧堆肥工藝技術的優點是簡單成熟，運行成本低，便于推廣[3]，資源利用程度高，堆肥產物可作為有機肥料用于家庭蔬果及花卉種植。缺點是堆肥過程中持續的高溫階段雖然可以殺死病原菌和蟲卵，但整個堆肥過程無害化不夠徹底，不能很好地解決有害物質及重金屬的污染問題，堆肥過程周期較長且占地面積較大；此外，堆肥處理過程無封閉設置，衛生條件相對較差，容易產生惡臭從而引發二次污染。

2.3.2 厭氧消化 厭氧消化是指無氧或缺氧條件下，利用兼性微生物或厭氧微生物的自身代謝將餐廚垃圾中的復雜有機物降解為小分子無機物，以實現餐廚廢棄物減量化及無害化的過程。厭氧消化通常不設通風系統，通過接種下水管道污泥、牲畜糞便或者利用餐廚垃圾自身孳生的微生物進行發酵過程，發酵過程一般分為水解發酵、產酸脫氫和產甲烷三大步驟[4]，主要工藝流程如圖2所示。通過控制消化條件及程度可衍生出各種產物，目前研究方向多集中于沼氣、氫氣等新型能源物質的生產。厭氧消化自動化程度較高，密封條件易于控制惡臭氣體的散發，此外，處理產物能回收得到大量甲烷氣體，固體成分經厭氧消化可得到土壤有機肥或肥力改良劑，產品多樣化且經濟價值較高；但厭氧消化工藝技術相對較為復雜，消化過程反應器內生物量啟動時間較長，且微生物對環境較為敏感，餐廚垃圾的高油脂高鹽分這一特點使得該工藝無法持續穩定地降解餐廚垃圾。

2.3.3 好氧消化 好氧消化法主要是利用自然界中降解能力較強的復合微生物菌種或微生物制劑對餐廚垃圾進行分解，其原理與好氧堆肥基本相似，主要借助生化處理設備對餐廚廢棄物中的有機物進行降解，其中90%以上的有機質轉化為水蒸氣及無害氣體如CO2等，從而達到源頭減量目的，主要工藝流程如圖3所示。好氧條件下，餐廚廢棄物中的可溶性有機小分子物質通過微生物的細胞壁和細胞膜被吸收利用，不溶性的大分子有機物則先附著在微生物體外，首先被微生物所分泌的胞外酶分解為可溶性小分子物質，再滲入細胞被利用。微生物通過氧化、還原和生物合成等一系列自身生命活動，一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物質，并釋放出大量能量用于自身生長繁殖，另一部分有機物轉化為生物體所必須的營養成分，合成新的細胞物質，微生物不斷生長繁殖，產生更多的生物體，繼續進行一系列的生化作用。相比其他處理方法，使用生化處理設備降解餐廚垃圾的優點是時間短，自動化程度更高，同時餐廚垃圾及時得到處置，在源頭上得到了有效的控制，避免了餐廚垃圾清運時可能產生的二次污染問題，節約了大量的運輸費用[5]。缺點是機器投入資金較大，且單臺設備處理量十分有限。

2.3.4 固態發酵制備蛋白飼料 固態發酵制備蛋白飼料是指通過物理方法將餐廚廢棄物破碎、篩分、脫水、烘干后，在一定條件下，利用微生物代謝活動對餐廚廢棄物進行固態發酵，將大分子有機物轉化為易吸收的小分子物質，與此同時，單細胞高蛋白微生物得以繁殖，提高成品飼料中氨基酸及蛋白質含量的過程，主要工藝流程如圖4所示。該工藝簡單，機械化程度高，生產出的成品蛋白飼料可替代傳統的大豆、魚粉等蛋白飼料，產品附加值高，對餐廚垃圾資源化利用高；但從食品安全性角度來講，餐廚廢棄物制備蛋白飼料技術上存在蛋白同源性問題，可能會引發安全隱患[6]，對動物及人類的生命安全造成威脅。

2 結語

近年來，餐廚垃圾的有效處置問題得到了社會及民眾的廣泛關注，我國多數城市深刻認識到餐廚垃圾對城市環境和居民日常生活帶來的危害，開始逐步探尋對餐廚垃圾進行資源化利用的方法。北京、上海、杭州等城市設置餐廚垃圾分類收集點，并出臺《餐廚垃圾管理辦法》等相關政策法規[7]，但大多數城市監管方法仍未制定，有關餐廚垃圾資源回收處置的技術也缺少相應標準。

餐廚垃圾的處理可以簡單概括為源頭減量、分類收集、資源化利用三步走，政府為餐廚垃圾的處理提供政策保障，完善各項法律法規，積極推動餐廚垃圾的循環再利用，同時不斷開發餐廚廢棄物新處理工藝，因地制宜尋找適合自己的處理模式和方法。目前我國餐廚垃圾處置仍處于初始階段，政府應在出臺相應政策規范的同時積極扶持餐廚垃圾處理產業，還要加強后續監管，構建健全的餐廚垃圾處理模式，同時綜合已有技術逐步嘗試新的模式方法，開發新技術，最終達到餐廚垃圾減量化、資源化和無害化的目的。

參考文獻

[1]叢利澤.餐廚垃圾的微生物處理與資源化初步研究[D].廈門：廈門大學，2007.

[2]袁玉玉，曹先艷，牛冬杰，等.餐廚垃圾的特性及處理技術[J].環境衛生工程，2006，14（6）：46-49.

[3]王磊，胡超，石憲奎，等.中國餐廚垃圾處理技術現狀與展望[J].廣東化工，2013，40（16）：76-77.

[4]Lee DY，Ebie Y，Xu KQ，et al. Continous H2 and CH4 production from high-solid food waste in the two-stage thermophilic fermentation process with the recirculation of digester sludge[J].Bioresource Technol，2010，101：42-47.

[5]路葵.城市生活垃圾的生物處理技術[J].上海化工，2000，19：4-8.

[6]張璇.青島市餐廚垃圾處理工藝及運行管理研究[D].青島：青島理工大學，2015.

[7]康會杰，袁飛.城市餐廚垃圾收集、運輸及處理一體化模式的探討[J].資源節約與環保，2015（05）：64-65. （責編：張宏民）