淺談家庭廚余垃圾處理器技術及其對排水系統的影響

林艷雯

（廣州市設計院集團有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

廚余垃圾主要指日常生活中容易變質腐爛、發出強烈惡臭，甚至會傳染病毒與細菌的一類垃圾，在結構上，其富含水分、蛋白質、脂類，以及多種無機鹽[1]。

餐廚廢棄物中蘊含的養分較多，若處理不及時、流入自然界，則容易在適當高溫和微生物的影響下，出現變質腐爛等現象，一方面會污染周邊環境，在處理和填埋垃圾的過程中會因土地資源被占用而浪費資源，并且還容易滋生蚊蟲；另一方面，容易引起排水管道堵塞，增大了城市環衛系統的壓力。

1 家庭廚余垃圾的特征

1.1 生化特征

家庭廚余垃圾蘊含較多的鹽、油脂和較高濃度的有機物，這是其較為突出的生化特性。與此同時，其內部70%～80%的含水率為采集、搬運和管理造成了較大的困難。廚余垃圾內部蘊含較高的有機物，在其固體物質中，有機物含量占比約為93%，同時蘊含較多的營養成分，如氮磷鉀等。不僅如此，廚余垃圾還含有較高的鹽類與油脂類，現有科研結果顯示，在廚余垃圾干燥物中，粗脂肪占比可以達到28.82%，氯化鈉占比高達1.239%。此外，若廚余垃圾未得到及時的處理，在快速發臭腐爛的同時容易形成病毒，并引起病菌的傳染。

1.2 處理目標

家庭廚余垃圾的處理目標主要是減量化和資源化，要根據處理目標的不同要求使用不同的處理技術。家庭廚余垃圾的資源利用化期望獲得毫無雜物、健康肥料成分較高的產物，而減量化則期望降低家庭廚余垃圾的外排量。故家庭廚余垃圾處理技術通常綜合考慮減量化與資源利用化兩種主要目標，但有時候兩種主要目標并不能很好地結合，因此造成了工藝技術適用范圍局限，所以人們在設計家庭廚余垃圾裝置時，常常對處理主要目標有所偏重。

1.3 處理尺度

處置廚余垃圾的處理場所并不是唯一的，通常可在社區和末端廢物肥處置廠、厭氧發酵制備廠中處置。需探究堆肥有害重金屬物質濃度，對比分析了4類處置工藝技術：①將垃圾內部蘊含的塑料成品、惰性玻璃等去除后，粉碎垃圾。②通過篩選混合后的垃圾，確定有機物堆肥，確保所選對象具有容易發酵的特點。③混合垃圾堆肥。④分類收集，居民將生活廢棄物中的有機質獨立區分開來。經研究證明，如果廚余垃圾更早被獨立區分開，其堆肥處置產物中殘留的有色重金屬污染物質濃度就會更低。與混合垃圾相比，廚余垃圾造成的重金屬污染濃度較低。家庭在堆肥處理廚余垃圾的過程中，得到的有機肥料具有較高的資源化價值[2]。

2 小型餐廚垃圾處理設備的研究目的與意義

全球平均一年就會產生約4.9億t的廚余垃圾，僅中國一年就會產生1.5億t的廚余垃圾，而且廚余垃圾的數量仍以很快的速率在逐年增長。目前，中國較為完善的廢棄物處置模式是填埋、堆肥、焚燒，但是上述廢棄物處置模式在清理廚余垃圾的時候存在一定的安全隱患，另外中國的市場環境和技術水平并未完全成熟，很多垃圾處理廠引入的是外來新技術，而且缺乏資金的保障與科技的控制，目前已經基本處在半停產狀態，并且上述措施無法對垃圾處理產生立竿見影的作用。

對廚余垃圾處理器進行研究，可減小廚余垃圾對環境造成的污染，同時避免垃圾處理回收過程中可能造成的二次污染以及回收處置的困難等[3]。因此，根據中國居民的實際生活確定具體的研發方案將有重要的社會意義。

3 小型餐廚垃圾處理設備的發展現狀

3.1 餐廚垃圾處理技術的發展現狀

餐廚廢棄物蘊含高濃度的有機質，應及時應用現代生物處理技術對其進行處理，可通過發酵、堆肥等方式實現無害化、能源化餐廚垃圾的目的，這是當前較為有效、安全的處理途徑。整體來看，較為常見的生物處理工藝主要包括好氧堆肥、厭氧發酵與垃圾堆肥，前兩者是中國目前工藝最完善的、在國內使用最普遍的兩種生態處理工藝，在生物處理后，能夠得到一些附加值較高的產物，包括生物氣、有機肥等。

3.2 餐廚垃圾處理設備的發展現狀

3.2.1 大型生產線的發展現狀

在處理廚余垃圾時經常應用自動化設備生產線，從實踐操作情況來看，餐廚廢棄物處置廠、餐廚垃圾站等發揮了重要作用，并且在整個處理過程中，涉及的工藝途徑也較多。經過處理后，得到的終端產品包括蛋白質養殖飼料、生物有機肥、沼氣等。生物有機肥和飼料能夠供應農業，從而獲得更健康、優質的農作物；沼氣能夠轉換為熱力、電力等，并且因為工廠處理量較大，在分解期間，可以通過統一加工處理廢油的方式得到生物柴油，其特性與石化汽油一樣，并且更環保、更潔凈。在20世紀80年代，部分發達國家便開始分析和研究再利用和無害化處理廚余垃圾，且通過積極建設規范化處理廠的方式做到了專業化處理餐廚垃圾，實現了標準化管理的目標。

國內近年來對廚余垃圾的無害化和資源化使用越來越關注。在國家政策的引導下，全國各地積極建設廚余垃圾處理設施，經過不斷努力后，已形成一定規模，山東省投入15.28億元在“十二五”期間建設了17項相關設施；北京市在奧運會時期建設了南宮廢物水處理站，日處理量達200 t，廚余垃圾經處置后，可用作堆肥等加工原料[4]。

3.2.2 小型餐廚垃圾處理設備的發展現狀

從實際運營來看，因生產線規模較大，所以暴露出了一些問題。小型餐廚垃圾處理裝置可實現就地解決，有效縮短運輸時間，從而解決大規模生產線能耗高、運營費用高、占地面積大、無法持續運行等問題。

隨著餐廚垃圾處理設備的不斷發展，小型設備基本可實現機械化作業目標，多數小型設備具有運行簡易、結構小巧等特征。在處理廚余垃圾后，因為出料量和出料成分有所差異，故而可將處理設備劃分為兩大類：一類為減量型處理設備，在廚余垃圾的預處理中混入生物催化劑，通過攪拌讓廢物中的細菌活性化，將垃圾分解為二氧化碳和水；另一類是資源型處理設備，其既能確保垃圾的資源性質，又可實現減量化目標，不僅如此，在可控堆肥、高效菌種的條件下，也可實現動態處理目標。

從國外方面來看，美國在廚余垃圾的處理上引入的是原位處理方式，將垃圾埋在家中或院子中進行降解處理。日本在社區配備了家庭生化處理設備，住戶需要把餐廚垃圾送至社區處理設備處置；在高速發酵工藝處理設備中，日本學者又引入了新生態科學技術，以此開發出一種新的復合劑，即固體活性生物復合劑，在-5～100℃中，可高速降解廚余垃圾，將垃圾轉化為少量灰質、水和二氧化碳，降解效率高達95%。

從國內方面來看，我國學者深入分析了生活垃圾中復合微生物菌劑的利用條件和效果，并開發了一款高為1.3 m、直徑為0.5 m的新型翻轉式堆肥反應裝置，該設備具備自控程度高、進料簡易便捷、混合均勻等多項優勢。北京九次方公司生產的商用類餐廚垃圾處理設備（140 cm×70 cm×120 cm）處置容量為300 kg，利用物理原理對廚余垃圾進行粉碎、深度脫水等處理，大大降低泔水的含水量和容積，并完成了油水分離，同時還對分解出的油和渣集中資源化利用；在垃圾處理成本上，每噸垃圾的處理成本為5萬～8萬元左右，源頭的減量率在70%～85%，有效降低處理成本和物流耗損。

4 餐廚垃圾處理設備目前存在的問題

就目前餐廚垃圾處理設備的使用狀況來看，無論是大規模生產線設備還是小處理裝置均面臨存在的問題。

4.1 大型餐廚垃圾處理生產線存在的問題

大型的餐廚垃圾生產線對餐廚廢棄物等有機垃圾能實現徹底的無害化處置，且資源回收與再利用效益較高，但面臨著如下困難。

（1）從采集到處置的時間較長。首先必須回收散落在各處的餐廚廢棄物，之后再統一加以處置，運輸成本高，且由于廚余垃圾水分高，運輸中常會出現遺灑、滲漏等情況，進而引發污染環境的情況。在搬運廚余垃圾時，一般還會出現許多有害細菌，需要采取烘干、高溫蒸煮等方式滅菌，故而提高了設施運營成本。

（2）垃圾集中處理的要求較高。一旦缺乏處理廚余垃圾的原材料，將導致處理工廠無法正常運作。對于生產線而言，處理的廚余垃圾無論是20 t還是200 t，其開機后的運營時間與成本基本相同，而實際產量卻相差懸殊，且隨著開機頻率不斷增加，損失也越來越大。在地方政府建設的大型生產線上，常會因為投入的廚余垃圾規模較大，進而導致停工情況發生。

（3）大型工廠還面臨著設備費用高、占用面積大、處理時間長、維護費和管理費高問題。

4.2 小型餐廚垃圾處理設備存在的問題

盡管小型餐廚垃圾處理設備相較于大規模餐廚垃圾處理生產線占地面積大幅縮小，裝置的運作費用和能耗大大減少，運送時效提高，但在目前的應用過程中還是面臨著若干問題。

（1）廚余垃圾處理程度不高，這是因為相應的處理裝置導致可處理的容積受到一定限制，因為裝置內可投入的廚余垃圾有限，所以若投入的垃圾過多，裝置會在第一時間排出，因此垃圾腐熟度無法達到預期程度，這對后續處理會產生一定的影響[5]。

（2）設備不具備較強的廚余垃圾微生物菌種處理能力。由于我國幅員遼闊，且各地文化、生活習慣等具有很大差異，因此不同區域的廚余垃圾的成分和性質不同，這導致微生物處理方式有所差異。另外，我國至今尚未開發出可廣泛運用且具有高效果的廚余垃圾處理菌劑。

（3）油水分離裝置得不償失。一般油脂處理回收裝置的處理量達到50～200 t以上方可產生經濟效益，因此比較適合大型的集中處理廠使用，但現階段，在小型處理裝置上加裝油水分離裝置是一件得不償失的事情[6]。

5 新型餐廚垃圾處理器的發展方向

基于廚余垃圾處理的問題和特殊性，在處理設備的開發與升級上，近年來開始朝著自動化、小型化方向不斷前進。小型化設備可以根據不同的廚余垃圾產生場景，得到最佳的餐廚廢棄物處理方案，能夠最大限度采用低能耗、零排放的技術實現廚余垃圾資源化處理和再利用。

生物厭氧發酵處理是近年來餐廚垃圾處理設備的首選技術方法，但在發酵過程中生成的氨基酸等有機物質經過細菌的分解后形成的臭味使人們對于將小型設備設置于室內餐飲業廚房、家庭廚房望而卻步。粉末活性炭對水體的色、氣味有較好的吸附去除效果，內置活性炭吸附層可有效去除臭味，有助于小型餐廚垃圾處理設備的推廣使用。

目前，碳源不足已成為全國城市污水處理廠面臨的重點問題之一，在2021年10月1日實施的《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）明確提出城鎮已建污水收集和集中處理設施的分流制排水系統不應設置化糞池。城市污水處理廠的初沉池、沉砂池等基本可去除粉碎后廚余垃圾的所有非水溶性成分，而溶解性成分氨氮、COD等可在一定程度上解決城市污水處理廠中碳、氮成分比較少的問題，處理水量對污水處理的影響基本可忽略不計[7]。

6 結語

廚余垃圾的處理應當以源頭減量為手段，以資源回收利用為技術路徑，以節能減排為宗旨。在來源上，應該做到家庭廚余垃圾、餐飲場所廚余垃圾的減量化；在處理產業模式上，應促進無害化副產品的使用，如處理后的出料可用作家畜和寵物飼料，以及花草樹木等的養料；在政策上，我國要制定與健全各種法律政策和規章制度，以實現資源回收再利用的目標。