餐飲垃圾固廢處理技術研究進展

王瑛，錢躍言

（1.煤科集團杭州環保研究院有限公司，浙江杭州311201；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

安全與環保

餐飲垃圾固廢處理技術研究進展

王瑛1，錢躍言2

（1.煤科集團杭州環保研究院有限公司，浙江杭州311201；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

餐飲固廢垃圾由于其產量大、腐敗變質產生有毒有害氣體和傳染病菌，對人和環境構成巨大威脅。采用高效且經濟的固廢處理技術不僅能有效解決餐飲固廢垃圾占地面積大的問題，而且也能顯著改善其對環境的污染情況。本文綜述了餐飲垃圾固廢處理技術的相關工藝研究，并對各個工藝的處理效果進行了對比，對未來餐飲垃圾固廢處理技術進行了展望。

餐飲垃圾；環境污染；固廢處理；循環經濟

0 引言

隨著居民生活水平的不斷提高，為了滿足人們對飲食的高消費需求，餐飲業也迅速發展起來了，然而伴隨產生的大量餐飲固廢對人們的生活環境造成了巨大影響。據報道，我國餐飲垃圾每年產量不低于6000萬t[1-2]，由于這些垃圾所產生的水污染、固廢污染、傳染病等已經誘發了越來越嚴重的環境和健康問題，因此，對餐飲垃圾進行高效經濟的處理，不僅需要較為行之有效的技術體系，更需要政府及社會的良好溝通與配合、探討科學高效的實施管理辦法，以推動餐飲垃圾處理指標體系的建立和完善。

餐飲垃圾中的固體物質主要為有機物，成分主要是蛋白質、油脂、糖類等，同時也含有大量鹽類和金屬物等[3]，在采用傳統的垃圾焚燒技術和簡單填埋處理餐飲固廢時，不僅會產生硫化物、二噁英等有毒有害氣體，而且因填埋產生的垃圾滲濾液會使得土壤變質，導致鹽堿化[4]。目前，較為成熟的餐飲固廢處理技術主要從餐飲垃圾的資源化利用及無害化處理方面著手。在垃圾資源化利用方面，常采用高溫法將餐飲垃圾干燥制成濃縮的油脂和牲畜飼料物等，同時高溫也能有效對餐飲垃圾進行滅菌，防止傳染病的發生；將餐飲垃圾進行好氧堆肥處理，使之發酵后作為肥料使用，而在密閉空間中將其發酵可制沼氣等均可實現餐飲垃圾的資源化利用[5]；在無害化處理方面，通過濕法水解將餐飲垃圾進行分解制取油脂，使之完全轉化；也可利用微生物菌種馴化培養，將垃圾進行生物降解使之轉化成無污染物質，從而降低餐飲垃圾對環境的污染。

然而，餐飲垃圾的處理依靠單一的資源化利用或者無害化處理工藝并不能實現垃圾的高效處理，其處理過程中的產物常造成二次污染，因此，結合國家對固廢污染物的處理要求，有必要采用更加高效的處理工藝或者是多種工藝組合的形式對餐飲固廢垃圾進行深度處理。

1 餐飲固廢垃圾資源化處理工藝

餐飲固廢垃圾的資源化處理工藝可依據不同工藝方法得到的產物分為可再生能源、畜牧農業產品、工業生產產品等。下面分別介紹。

1.1 餐飲固廢垃圾處理工藝制取可再生能源

餐飲垃圾中含有大量動植物油脂，堆埋處理極易腐爛產生有毒有害氣體，而通過將油脂結合醇類進行酯交換反應可得到生物柴油。根據統計，每噸餐飲垃圾可濃縮產生20 kg以上油脂，通過將每噸油脂進行酯化反應生產生物柴油[6]。目前常用的酯化反應工藝主要有超臨界甲醇法[7]、酸堿催化法[5]、生物酶法[8]。其中利用超臨界甲醇法制取生物柴油是通過將餐飲垃圾中的油脂與低碳醇反應，通過酯交換法得到脂肪酸單烷基酯生物柴油，這種方法可對油脂進行充分溶解，在超臨界狀態下油脂擴散速率高，與酸堿催化劑接觸反應更充分，并且多采用集成化裝置進行，便于控制，其中產生生物柴油受到穩定時間、反應溫度、進料流量的影響。李琪等[9]對比了間歇式和連續式超臨界甲醇法制取生物柴油，如圖1所示，并考察了在酯交換反應體系中穩定時間、反應溫度、物質配比對生物柴油產量的影響，結果表明連續式超臨界甲醇法具有更高的生物柴油產量，在優化反應條件后得出，當反應器中反應溫度為280℃，壓力為14 MPa，醇油物質的量之比為42∶1時，產物產率在反應120 min后達到45%，并逐漸趨向于穩定。但超臨界甲醇法在推廣使用過程中也存在一些問題，比如需要在高溫高壓下進行反應，危險系數大，生物質柴油產率不高，難以穩定運行等缺點，在其工業化應用過程中需要進一步克服這些問題。不同于超臨界甲醇法，生物酶法采用的催化劑是具有生物活性的酶，在酯交換反應過程中不需要苛刻的反應條件，催化劑易于回收，產物易于分離，對餐飲垃圾中的油脂品質要求不高。而使用廣泛的酯交換反應酶催化劑有很多，目前商業化報道的也多達5種以上，常根據反應工藝的條件進行選用。

圖1 連續化反應裝置流程

此外，利用微生物發酵法也可將餐飲垃圾轉化為甲烷沼氣，應用于生活生產中。該工藝過程常采用密閉環境厭氧發酵法，在控制密閉環境中溫度、pH、氨氮、含水含鹽量等指標來實現沼氣的高產量。通過研究發現，在厭氧發酵法中理想的操作條件是：pH在6.8～7.2，溫度在30℃～60℃下，厭氧環境中的微生物甲烷菌生長最好，制得的沼氣含量也較高。段妮娜等[10]采用污泥+餐廚垃圾聯合干法于厭氧環境中制取甲烷，在全混凝反應器中通過半連續運行20 d后發現，體系的甲烷產氣率和產氣量隨著餐廚垃圾添加比例的增大而提高，有機質的降解率也隨之增大，但體系中的pH、氨氮含量、游離氨氮等都下降，這是因為污泥和餐廚垃圾混合后能降低抑制性物質的濃度，提高系統穩定性。餐飲垃圾在厭氧發酵過程中也會產生氫氣，這是根據垃圾中的厭氧菌發酵情況而產氫量不同。而厭氧發酵產氫是根據厭氧酸化過程決定的，該過程與菌種類型、金屬離子、基質種類等因素有關。魏自民等[11]采用濕熱水解技術處理餐飲垃圾，考察了不同濕熱預處理溫度和時間下厭氧產氫的影響，餐飲垃圾經過90℃濕熱預處理30 min后對油脂脫除量為37.5 mL/kg，比產氫量最高達到242.1 mL/g，最大產氫速率達到12.46 mL/h，累積產氫率達0.88 mol/mol，這說明采用濕熱預處理能有效提高有機物的溶解性和可生化處理效率。在結合考慮厭氧發酵產氫量、綜合能耗、產氫速率等因素后，得出最優濕熱預處理條件是溫度為90℃，處理時長為30 min。

1.2 餐飲固廢垃圾處理工藝制取畜牧農業產品

餐飲固廢垃圾中的有機物蛋白質是優良的牲畜飼料，將蛋白質通過一定的工藝條件提取出來可生產這些飼料并應用在農業生產中，達到垃圾回收利用和資源化的目的。一般提取蛋白質的工藝采用微生物發酵的方式，通過控制發酵時間、溫度、原料初始含水率等可以有效提高蛋白質的產量。李鋒等[12]利用餐廚固廢垃圾作為原料，通過大規模固態發酵工藝培養混合高效菌種，將餐廚垃圾轉化為菌體蛋白飼料，利用正交實驗對菌種培養條件的發酵時間、溫度、含水率、初始菌種量等進行調控，結果發現在發酵時間為2 d，發酵溫度為30℃，基質初始含水率70%，初始菌種添加量0.03125%時，所得產物初始粗蛋白質質量分數為28.74%，該含量已達到蛋白質飼料標準要求。蔡靜等[13]以餐廚垃圾為原料，以酵母菌、黑曲霉和枯草芽苞桿菌為混合發酵菌種，通過正交實驗對混合菌種制取蛋白飼料的工藝條件進行優化，結果表明，當混合菌種中釀酒酵母、枯草芽孢桿菌和黑曲霉的比例為1∶1∶2，接種量1.0%，尿素添加量1.0%，30℃發酵48 h下，對比原來的工藝條件，粗蛋白含量提高了58.7%，氨基酸含量均大幅度增加，維生素含量也有所增加，微生物指標等均符合國標，具有良好的安全性。

1.3 餐飲固廢垃圾處理工藝制取工業生產產品

餐飲垃圾中不僅含有大量的有機質，而且在大量堆積過程中也含有過量的重金屬污染物，包括鐵、銅、錳、鉛等，這些重金屬離子通過垃圾滲濾液進入到江河中，在被動植物吸收后會通過生物鏈進入到人體的肝臟器官中，當逐漸富集到一定量后會引起內臟器官的病變直至引發癌癥。為了將這些危害人體健康的重金屬離子從餐飲垃圾中脫除，目前常采用焚燒飛灰水泥窯煅燒法將其去除，通常的過程是將餐飲垃圾過水清洗，在經過脫水壓縮成固態物后進入水泥窯工藝段焚燒，將有機物質完全分解后，重金屬以晶態的形式形成礦物結構，在將其通過水解螯合絮凝等使得重金屬固定及絮凝沉淀，使得可溶性重金屬離子形成穩定的化合物，在經過進一步的分析提純，可制得基礎化工原材料，比如分析純級別的氯化鐵、硫酸銅等化學試劑。

2 餐廚固廢垃圾VOCs去除及污水處理技術

2.1 餐廚固廢垃圾VOCs去除技術

餐廚固廢垃圾在堆埋過程中由于微生物發酵不僅會產生大量腐殖質，而且也產生了具有危害性質的惡臭揮發性有機物（VOCs）[14-15]，這些VOCs主要是一些含硫、含氨等有機廢氣[16]，這些廢氣在國家廢氣排放標準中均有明確的限制指標，若排放超標對人體健康會構成重大威脅。因此，越來越多的學者專注于研究VOCs的污染根治研究，并對VOCs各種污染影響因素進行了研究。餐廚垃圾中VOCs的產生主要是由于氨基酸蛋白質的熱解、糖類分解、硫胺素的熱降解、油脂自氧化降解等，這些過程產生的廢氣隨著餐廚固廢垃圾釋放到空氣中造成污染。為了有效去除惡臭氣體的污染，常用的處理工藝有物理法、化學法和生物法。但是物理法和化學法由于需要消耗的化學藥品和能耗均較高，存在占地面積大，危險系數高等特點，推廣使用范圍有限。生物法在惡臭廢氣處理中應用較多，常用的生物法有填料過濾法、洗滌法、生物滴濾法、曝氣式生物法、天然植物液體去除法等。梅瑜等[17]采用紋翼多面球和空心多面柱作為組合填料，生物滴濾塔為反應器對甲苯和乙醇混合廢氣進行高效去除，結果表明，采用這種生物填料處理混合廢氣在運行8 d完成掛膜，穩定運行時對甲苯和乙醇的去除負荷分別為97.14 g·（m3·h）-1和113.10 g·（m3·h）-1。當空床停留時間為21.11 s，甲苯和乙醇最大去除復合分別為97.14 g·（m3·h）-1和113.10 g·（m3·h）-1。而該系統最佳液氣比為6.82 L·m-3。在以氫氧化鈉溶液清洗填料層堵塞，運行3 d可恢復對甲苯和乙醇的去除效果，停運10 d后繼續運行，凈化性能可迅速恢復。狄彥強等[18]利用Fenton試劑法降解還原性氣體異味的反應器，利用Fenton法處理餐廚垃圾異味主要成分為苯、乙酸乙酯、苯乙烯等并進行降解，以苯為典型代表物，優化得出該實驗的最佳反應條件為：pH=3，FeSO4·7H2O2投加量為1 g/L，30%的雙氧水添加量為10 mL/L，紫外光源輔助，結果表明，Fenton試劑法處理單一異味氣體的效果較理想，在處理180 min后去除率能達到90%以上，該法在處理氣態異味污染物方面具有廣闊的應用前景。

2.2 餐廚固廢垃圾污水處理技術

餐廚垃圾廢水主要來源于餐廚垃圾儲運和處理過程中所產生的廢水，這些廢水的COD、氨氮、總磷等指標均較高，一般這些廢水呈中性或酸性。這些廢水具有有機質含量高、可生化性強、處理難度大等特點，一般這些廢水先經過混凝預處理后以生物厭氧技術作為主要手段對廢水進行高效處理。該技術多通過設計不同反應體系、厭氧發酵過程、反應參數等指標來調控餐廚垃圾廢水的處理效率。吳健等[19]采用了A/O-MBR體系處理高COD和高氨氮餐廚廢水，控制缺氧池和好氧池的水力停留時間比為1:4，污泥停留時間為30 d，回流比為200%，在運行140 d后COD、氨氮、總氮平均去除率分別達到95.68%、99.78%、79.43%，當硝化液回流比達到300%時，上述三者指標分別達到95.35%、99.77%、95.01%。當廢水中活性污泥濃度保持在9～13 g/L時，膜污染速率減緩且TMP增長速率也減緩。黃振興等[20]采用中試厭氧膜生物反應器（AnMBR）應用在處理高濃度餐廚廢水中，分別控制不同污泥停留時間（50 d、30 d、20 d）并考察運行效能，結果表明MBR在各個不同污泥停留時間下均有較好的穩定性，當消化罐內pH保持在7.2左右，膜出水COD去除率達到96%以上。對比在三種不同停留時間的工況下的效能可知，30 d的處理過程獲得最佳處理效能，有機負荷達到9.7 kg/COD·（m3·d）-1。

3 總結與展望

餐飲固廢垃圾含有大量有機質和微量元素物質，通過一定的方法將這些有機質轉化成經濟適用的可再生能源，能有效解決環境問題。餐飲固廢垃圾制取的沼氣、乙醇燃料、氫氣、生物蛋白、堆肥等有效解決了固廢垃圾的資源化、無害化利用，通過一些工藝技術去除餐飲垃圾產生的惡臭廢氣和廢水也減輕了其造成的環境污染，但這些工藝的應用也存在著一些問題。

目前常用的餐飲固廢垃圾的生物厭氧發酵處理技術制取的甲烷沼氣、乙醇、氫氣等可再生能源的具體反應機理尚不明確，比如在厭氧發酵過程中這些厭氧菌種是否共存，各菌種適宜的生長條件等均需要具體研究，而在生產畜牧農產品時其蛋白質的產量并不高，通過組合工藝——濕熱水解+厭氧發酵過程產生的生物蛋白雜質較多，需要繼續優化反應工藝或者開發新工藝條件；而在處理餐廚垃圾廢水和廢氣時，由于常規的生物法并不能高效處理，處理周期較長，如何將生物法和化學法進行聯用以期解決二次污染和反應低效的問題是今后需要重點研究的課題。

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Progress on Food Waste by Solid Waste Management

WANG Ying1，QIAN Yue-yan2
（1.CCTEG Hangzhou Environmental Research Institute，Hangzhou，Zhejiang 311201，China；2.Zhejiang Chemical Industry Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

Itposes a huge threat for food waste to people and the environmentdue to its food waste production,spoilage of produce toxic or harmful gases and infectious pathogens.The economic and efficiency solid waste management can not only effectively solve the problem of food waste garbage covering a large area,but also can significantly improve the pollution of the environment.This paper reviewed the research process of food waste solid waste treatment technology,and compared the treatment effect of each process on the treatment ofsolid waste.The food waste technology was prospected.

food waste;environmental pollution;solid waste management；circular economy

1006-4184（2017）8-0033-04

上海有機所在溫和條件下制備四氟乙烯并用于有機合成

10.1002/anie.201705734）。

2017-03-08

王瑛（1967-），女，浙江金華人，大學本科，學士學位，高級職稱，主要從事環境保護治理和環境影響評價等工作。E-mail: mkhzhbwy@163.com。

最近，中國科學院上海有機化學研究所有機氟化學重點實驗室胡金波課題組成功實現了在溫和條件下快速小量制備四氟乙烯，并用于有機合成中。他們以實驗室常見易得的三氟甲基三甲基硅烷（Me3SiCF3）為原料（一般采用2.5～3.0 mmol量），以碘化鈉為催化劑（5 mol%），以四氫呋喃為溶劑，在70℃溫度下，經過0.5 h反應高效制得四氟乙烯。由于制備溫度較低，反應體系中沒有觀察到六氟丙烯和八氟異丁烯等副產物。研究工作在線發表于《德國應用化學》（Angew.Chem.Int.Ed.，

（來源：http://www.cas.cn/syky/201708/t20170811_4611060.shtml）