廚余垃圾資源化利用的研究

高東臣 趙心怡

（常州市鐘樓區環境衛生管理處 江蘇常州 213000）

引言

隨著我國城鄉居民生活水平大幅度提高，生活垃圾的產量也以每年8%-9%的速率急劇增加[1]。廚余垃圾作為生活垃圾的重要組成部分，所占的比例也在逐年攀升，目前，我國生活垃圾中廚余垃圾的占比大約為40%～60%[2]。部分發達國家廚余垃圾占城市生活垃圾的比例平均占比在20%左右[3]。由此可見，廚余垃圾的資源化利用在全球范圍內都是亟待解決的一個問題。

1 緒論

1.1 研究背景

隨著我國城市人口數量的增長和經濟的快速發展，城鄉居民生活消費水平大幅度提高，直接導致生活垃圾的產量以每年8%-9%的速率急劇增加[1]。根據住建部發布的垃圾統計數據，我國每年的生活垃圾產生量在四億噸以上。

廚余垃圾作為城市生活垃圾的重要組成部分，所占的比例也在逐年攀升，目前，我國生活垃圾中廚余垃圾的占比大約為40%～60%，主要由家庭日常剩菜剩飯、瓜皮果殼等組成[2]。

表1 顯示了部分發達國家廚余垃圾占城市生活垃圾的比例[2][3]，平均占比在20%左右，由此可見，廚余垃圾的無害化、減量化、資源化處理在全球范圍內是亟待解決的一個問題。

表1 部分國家廚余垃圾占城市生活垃圾的比例（%）[1～3]

1.2 廚余垃圾的常規處理模式

目前，我國廚余垃圾大部分采用焚燒發電和衛生填埋兩種方式進行處理。對于焚燒發電這種處理模式來說，需要特別注意的是垃圾的熱值高低和焚燒產物的安全性問題。

眾所周知，垃圾的熱值高低會直接影響焚燒發電產生的經濟效益。大部分發展中國家產生的垃圾含水量很高，但熱值偏低。在中國，隨著天然氣的普及，食物經過深加工之后產生的可燃物比率正逐年上升，垃圾熱值也有了明顯增長。但是，與其他生活垃圾相比，廚余垃圾濕基熱值僅為2100 KJ/kg 左右，依舊遠低于大部分城市3344KJ/kg 的垃圾焚燒最低熱值限[4]。此外，如果廚余垃焚燒不充分或者含有過多雜質，都會在焚燒過程中產生二噁英等有害氣體，對環境造成巨大影響[5]。

如果大規模采用衛生填埋這種處理模式，則對填埋工藝和處理水準有很高的要求。近年來，由于廚余垃圾的逐年增加，全國各地垃圾填埋場的臭氣濃度已超標。這是由于我國飲食習慣多元化，廚余垃圾的組成成分復雜，在進行轉運、平鋪、壓實等填埋預處理過程中會產生污染，在填埋過程中也極易產生各種化學反應和微生物反應，從而產生大量易燃易爆炸的強刺激氣體和帶有惡臭和毒性的滲濾液，對大氣、土壤和水體造成二次污染。并且，許多惡臭物質還會危害人們的健康甚至生命。

比如氨氣，它是一種無色帶有強烈刺激性氣味的氣體，低濃度氨氣會對人體上呼吸道產生刺激和腐蝕作用，高濃度的氨氣還會損傷人體肺泡毛細血管，形成肺水腫。據統計，我國大部分城市生活垃圾填埋場所NH3的超標率為10.8%，超標倍數0-11.5 不等[6]，已經可以對人體產生巨大傷害。

1.3 國內外處理概況

由此可見，廚余垃圾不能照搬其他生活垃圾的處理模式，而應該以資源化為導向。如果將廚余垃圾進行前端處理利用，把處理全過程限制在產出場所，一方面可以減少常規廚余垃圾處理模式中收集、運輸、中轉、壓縮、堆放帶來的環境污染，并最大程度降低處理成本，另一方面可以提高廚余垃圾資源化利用的經濟價值。

早在上世紀40 年代，美國就成功研制出了初代家庭廚余垃圾處理機，產出物可用于家庭花卉、蔬果的綠化種植。如今在美國、日本、北歐等地使用家庭廚余垃圾處理設備已十分常見，一些城市甚至強制使用[7]。而目前，我國廚余垃圾前端處理技術還沒有得到大面積推廣應用，市場開發前景很大。

2 廚余垃圾前端處理技術類型

2.1 粉碎處理

廚余垃圾的粉碎處理技術含量相對較低，只需在廚房水池出水口與下水管道間安裝一臺小型粉碎機，將廚余垃圾粉碎處理后排入市政下水管網。該處理技術占地小、成本低、操作方便，但也有很大的局限性。一方面，我國廚余垃圾中油脂含量較高，粉碎過程無法消解油脂成分，容易造成下水管網堵塞，降低城市管網排水排污能力。

另一方面，我國廚余垃圾高有機物的特性會導致粉碎后廢水COD（化學需氧量）、BOD（生物需氧量）增加，直接增加了城市市政污水處理系統的壓力，容易造成水體污染。此外，該處理方式沒有任何具有經濟價值的產出物，不符合資源化利用的初衷，是對資源的浪費。

2.2 厭氧發酵

廚余垃圾厭氧發酵處理是一項較為成熟的處理技術，它是通過厭氧微生物將廚余垃圾進行分解，產生沼氣、有機肥料和土壤改良劑[8]，產物均具有較高的經濟價值，并且厭氧發酵全程在密閉發酵桶內進行處理，對環境的影響很小。但這種技術也存在一定缺陷：一是產生的沼氣收集利用水平較低，大量沼氣的囤積存在安全隱患；二是成本相對較高，厭氧菌種培育過程復雜，且需要長期投入；三是產出物滅菌不徹底，影響其經濟價值。

2.3 蚯蚓堆肥

蚯蚓堆肥是將傳統的堆肥法與蚯蚓處理相結合，通過蚯蚓分泌的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等[9]，將廚余有機物轉化為蚯蚓糞這種營養物質。這種堆肥法產生的副產物蚯蚓也可以回收利用，用作動物飼料或生物醫藥原材料。但是蚯蚓在處理過程中容易受到環境的影響，廚余垃圾的含油量和含鹽率都會影響蚯蚓的正常生長，必須通過人工控制來穩定產出物的質量。

2.4 好氧發酵

好氧發酵技術是一種在高溫條件下（45℃～65℃）運行的生物好氧降解技術，高溫不僅可以促進快速發酵，還可以殺死病原菌和蟲卵[10]，因此，與厭氧發酵相比，高溫好氧發酵具有更快的降解速度和更高的滅菌效率。好氧發酵技術處理規模可控性強，可適應各種場地，處理過程中可連續加料，處理全過程無污水排放，無需納污水管及化糞池，24 小時內廚余垃圾減量可達95%以上，處理效率高，能做到日產日清。該處理技術具有不排水、無異味、無噪音，高減量率、設備操作簡便等技術優勢，產出物為濃縮有機質，可用于綠色農業，實現資源循環利用。但同樣，該處理技術依舊長期需要依靠菌種，成本較高。

表2 廚余垃圾處理技術綜合比較

通過表格對比不難發現，各種廚余垃圾處理技術都有優缺點，但從減量化、資源化、無害化角度考慮，好氧發酵技術更適應當前國內廚余垃圾的處理需求，具有較大的推廣價值。

3 廚余垃圾好氧發酵處理技術研究

3.1 好氧發酵的影響因素

3.1.1 溫度

微生物的種群結構和代謝活力會隨溫度的變化而改變，因此，溫度是影響廚余垃圾好氧發酵效率的一個重要因素。在微生物反應過程中會釋放熱量，多數好氧發酵使用的微生物生命周期較長，可自行調節溫度，但由于需要不斷加入物料和菌種，導致溫度平衡破壞，因此，人工控溫很有必要。市場上現有的好氧發酵處理設備通常配備有溫度調節設備，可遠程控溫，正常情況下降溫度控制在45℃～65℃都可以保持設備的高效運轉，不影響產出物質量。

3.1.2 含水率

廚余垃圾含水率較高（70%～90%）的情況下，會使發酵過程中造成厭氧環境，菌種無法分解完全，從而造成惡臭。因此，使用厭氧發酵處理設備前必須對廚余垃圾進行適當的脫水處理，這只需要居民在投放廚余垃圾前將水分瀝出，基本就可以將含水率降低到60%左右。此外，也可以通過添加木屑等填充物來降低物料含水率。

3.1.3 供氧情況

厭氧發酵過程必須保證長期的通風供氧，通風不足會產生厭氧環境，造成惡臭，通風過多，則容易影響反應倉內的溫度，減低處理效率。最常見的測量方式為測定排氣中氧氣的含量，從而確定反應倉內氧氣的濃度，正常情況下，排氣中氧氣濃度應控制在14%～17%之間，如果超過范圍，應及時調節[11]。

3.1.4 酸堿度

我國廚余垃圾的酸堿度（pH 值）偏低，總體偏酸性，但一般微生物最適宜在中性或弱堿性環境下繁殖。為提高廚余垃圾的pH 值，一般可以加入石灰來進行適當調節。

3.1.5 菌種數量

正常情況下，廚余垃圾在自然環境下也可進行堆肥發酵，但反應速率偏低，只有加入適當比例的菌種才可以提高發酵速率。因此，在設備使用過程中需要實時監測菌種數量，及時添加新的菌種，維持高速發酵。

3.2 廚余垃圾好氧發酵處理的技術問題

雖然廚余垃圾好氧發酵技術已經較為成熟，但仍然存在一些關鍵的技術問題需要解決，主要包括以下幾點：

（1）國內廚余垃圾的數量和組成成分地域差異明顯，對于各類物質占廚余垃圾的比例數據嚴重不足，無法進行精準的實驗模擬和結果分析。

（2）廚余垃圾好氧發酵處理過程中的各項參數調控是相互關聯的，比如溫度、通風、攪拌等的調控參數，如何聯動調節仍舊缺乏研究的數據支持。

（3）居民廚余垃圾產量很乏，但廚余垃圾產出物的去向依舊比較單一，無非是用于盆栽和綠化養護，如何豐富產出物的后續產業，提高再生資源利用率值得研究。

結語

在垃圾分類的浪潮下，廚余垃圾作為城市生活垃圾中的一大組成部分已經被單獨分類，日常生活中廚余垃圾的分類投放、收集、運輸、處理，每一個環節都需要得到重視。

廚余垃圾具有量大、高含水率、高油、高鹽、高有機質的特點，不適合進行焚燒和填埋等常規生活垃圾處理模式，而應該以資源化為導向，充分利用廚余垃圾有機質含量高，有毒有害成分少的優點，通過適當的處理方式，實現資源回收再利用。通過四種廚余垃圾處理技術的對比，可以發現好氧微生物發酵技術更適合我國國情。它具有不排水、無異味、無噪音，操作簡單等優勢，通過控制溫度、氧氣、含水率、酸堿度和菌種數量，可以使廚余垃圾減量率達到95%，處理效率很高。

目前，對于廚余垃圾的處理我國尚處于起步階段，不僅需要政府政策上的支撐，還需要居民行動上的支持。我們需要加強日常的科普宣傳，同時還要建立一套后續產業、服務業體系，增強廚余垃圾產出物的經濟價值，并給予居民一定的經濟補償，從而最大程度上提高居民參與垃圾分類的積極性。