“無廢城市”背景下餐廚垃圾處理技術研究進展

摘要：餐廚垃圾處理技術是近年來國內固廢處理領域的研究熱點。本文綜述了我國餐廚垃圾處理技術現狀，并分析了幾種新型餐廚垃圾處理技術，為今后餐廚垃圾處理指明新方向。

關鍵詞：餐廚垃圾；處理技術；無廢城市

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.026

Abstract： Kitchen waste treatment technology is a research hotspot in domestic solid waste treatment field in recent years. This paper summarizes the current situation of kitchen waste treatment technology in China， analyzes several new kitchen waste treatment technologies， so as to point out a new direction for future kitchen waste treatment.

Keywords： kitchen waste; treatment technology; zero-waste city

現階段，我國經濟穩步發展，人民生活水平逐漸提高，餐廚垃圾產生量日益加大，已對周邊環境造成極大的影響，若沒有得到及時合理的處置，則會對自然界造成污染，危害人體健康。隨著“無廢城市”建設的推進，我國社會經濟發展正在向創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念轉型。餐廚垃圾含有豐富的有機質及礦物質，運用得當可實現資源的綜合利用，達到無害化、減量化、資源化的目的。本文介紹了我國餐廚垃圾處理技術現狀，同時分析了幾種餐廚垃圾處理新工藝，為今后餐廚垃圾處理提供新方向。

1 餐廚垃圾處理技術現狀

近年來，我國餐廚垃圾產生量呈快速上升趨勢，公開數據資料顯示，2021年我國餐廚垃圾產生量已達到1.27億t，同比增長5.8%。餐廚垃圾處理技術有衛生填埋、焚燒、飼料化、厭氧發酵、好氧堆肥、黑水虻生物處理等。衛生填埋、焚燒、飼料化等技術存在較多問題，不符合當下“無廢城市”創建和可持續發展的要求，我國現推廣使用的餐廚垃圾處理技術主要有厭氧發酵、好氧堆肥、黑水虻生物處理等。

1.1 厭氧發酵技術

厭氧發酵技術主要是通過厭氧微生物將餐廚垃圾中的復雜有機物分解為二氧化碳與水，同時產生副產品沼氣和有機肥。它是我國目前應用較多的餐廚垃圾處理工藝，其適用范圍廣，能夠產生清潔能源，資源化利用效率高，對周邊環境的影響較小，但其原理較為復雜，投資較大且回收期長，影響因素較多。影響因素主要有油脂、鹽分、pH、碳氮比（C/N）、溫度、氨濃度、接種馴化微生物、含水率等。

劉麗等[1]研究發現，餐廚垃圾厭氧發酵系統正常運行的pH可控制在6.0～7.5，其最適pH為6.7，過高的油脂含量會導致甲烷產量下降，主要原因是物料中油脂類過多會導致餐廚垃圾總體C/N過低，從而降低系統處理效率。在厭氧消化過程中，產氣量隨著鹽分的增加而逐漸減少，若氨氮濃度過高，則會對微生物繁殖生長造成較大的不利影響。因此，如何更好地控制鹽分、pH、油脂、C/N、溫度、氨濃度、接種馴化微生物等參數，使得整個厭氧發酵系統穩定高效運行成為現階段要突破的技術難點。為了優化厭氧發酵系統的菌群環境，李春艷[2]提出對餐廚垃圾進行厭氧消化分段處理，試驗結果表明，在分段處理的前提下，采用二段式發酵能夠快速消化餐廚垃圾，系統抗酸緩沖能力強，沼氣產量顯著提高。餐廚垃圾的含油率、含水率與含雜率等差異較大，石廣甫[3]采用干式+濕式協同厭氧產沼組合工藝對餐廚垃圾進行處理，將餐廚垃圾中的固相物質引入干式厭氧發酵系統，液相物質引入濕式厭氧發酵系統，從而避免混合物料一起厭氧發酵導致系統處理效率不高。為了平衡系統的C/N，減緩氨氮累積，提高系統抗沖擊能力，Chuenchart等[4]將餐廚垃圾和雞糞按照4∶1的比例進行高溫厭氧發酵，甲烷產量得到明顯提高，雞糞中氨氣能對系統中的酸起到明顯的緩沖作用。

1.2 好氧堆肥技術

好氧堆肥技術是處理餐廚垃圾、實現其資源化的主流工藝之一。通常，好氧堆肥系統溫度較高，維持在55 ℃左右，可以有效殺滅病原微生物，同時快速降解有機物，其堆肥時間短，投資相對較小，臭氣產生量少，可以產生有價值的產品。但是，好氧堆肥升溫時間長，受堆料接種菌群、堆料含水率、堆肥溫度、通風情況等影響較大，影響該技術的市場化推廣。餐廚垃圾成分復雜，微生物種類繁多，生長條件各異，單一的堆肥條件設置并不能讓所有微生物有效生長繁殖從而達到最佳堆肥效果。目前，復合菌劑的應用已成為好氧堆肥技術研究熱點。

胡亞冬等[5]從已成熟的餐廚垃圾堆體中篩選出高溫微生物菌群，復配復合菌劑，對餐廚垃圾進行好氧堆肥處理，試驗結果表明，與單獨投加常溫菌、單獨投加耐高溫菌相比，采用常溫菌與耐高溫菌復配的復合菌劑，好氧堆肥系統pH最快達到弱堿性，堆肥升溫最快，堆肥處理效果最佳。張瑞芳[6]研究表明，與單菌種好氧堆肥相比，采用復合菌劑進行好氧堆肥可以顯著提高餐廚垃圾的減重率，降低電導率，系統耐鹽性能好，同時油類物質含量降低，減重率可達84.37%。張永合等[7]采用二步法堆肥發酵工藝對餐廚垃圾進行處理。一步堆肥發酵時，系統溫度控制在52.5 ℃，物料含水率控制在60%，加入腐熟菌劑A1，堆肥時間控制在7 d；二步堆肥發酵時，系統溫度控制在57.5 ℃，加入腐熟菌劑A2，堆肥時間超過7 d。試驗結果表明，二步法堆肥發酵后，堆肥腐殖質化更為徹底，各種微生物繁殖活躍，處理后的肥料效力更強。

1.3 黑水虻生物處理技術

黑水虻生物處理技術是近年發展起來的餐廚垃圾減量化與資源化處置方法。然而，黑水虻養殖過程受物料鹽分、油脂、溫度、養殖密度、物料含水率等因素影響較大，其對脂類物質的處理能力較弱。受地域條件、生產技術和裝備等制約，黑水虻生物處理技術在規模化方面難以打開局面，目前國內運用該技術的餐廚垃圾處理系統規模普遍偏小。因此，提高黑水虻對餐廚垃圾的降解率及其資源轉化率，成為餐廚垃圾黑水虻生物處理的重要研究方向。

陸麗珠等[8]研究表明，當物料油脂含量為3%～12%時，幼蟲增重率與存活率較高，物料鹽分含量控制在3%以內，對黑水虻幼蟲增重率與存活率基本無影響。王蘇芹等[9]在不同環境溫度下利用黑水虻處理有機垃圾，試驗結果表明，在24～30 ℃內，隨著環境溫度的升高，黑水虻幼蟲產量增加，有機垃圾減重率上升。楊德明等[10]先添加菌劑對預處理后的餐廚垃圾進行發酵，再對發酵后的物料添加輔料，制成含水率70%的物料喂養黑水虻，試驗結果表明，1 t餐廚垃圾可收獲0.2 t黑水虻鮮蟲與0.15 t有機肥。該技術可用于已建成運營的餐廚垃圾厭氧發酵處置項目，在不改變其原有總體工藝的前提下，處理其預處理產生的有機固廢，增加項目經濟效益，同時減輕后續沼渣處理壓力。路延等[11]研究發現，氫氧化鈣的添加導致黑水虻幼蟲死亡明顯，對黑水虻的生長繁殖產生極大的不利影響；而添加有益的微生物菌群后，黑水虻的蟲油產率與富集率都有所提高，這說明添加有益微生物菌群能促進黑水虻的體脂轉化。李鑫[12]研究表明，當環境溫度為27 ℃，物料含水率低于80%時，黑水虻生長狀況及其對餐廚垃圾的降解效果最好。

2 餐廚垃圾處理技術研究的新方向

在改進現有餐廚垃圾處理技術的同時，如何開拓新型餐廚垃圾處理技術已成為我國當下固廢處理領域的研究熱點之一。目前，研究方向主要有微生物燃料電池處理技術、污水處理廠協同處理技術、深度預處理技術等。

2.1 微生物燃料電池處理技術

微生物燃料電池處理技術的基本原理是在陽極室，厭氧微生物分解有機物并釋放出電子和質子，電子依靠電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑在陰極得到電子而被還原，與質子結合成水。簡單來說，該技術采用微生物作為催化劑，氧化餐廚垃圾中的有機物及無機物。它是一種新型餐廚垃圾資源化處理技術，目前在國內餐廚垃圾處理、污水處理、污泥處理等領域的應用研究逐漸深入。微生物燃料電池處理技術無污染，具有低投入、高產出的特點，市場應用前景較廣，但其受餐廚垃圾組分影響較大，在餐廚垃圾處理領域的應用仍有很大的改善空間。

吳艷霞等[13]采用雙室微生物燃料電池，研究不同組分的陽極物料底物對處理效果及產電性能的影響，研究結果表明，該技術對果皮類和蔬菜類有機物的去除效果較好，去除率分別高達86.46%、89.08%，而對高有機質含量的米面及混合類物質的處理效果不佳。張軍等[14]采用微生物燃料電池處理餐廚垃圾，試驗結果顯示，餐廚垃圾中的液態有機物質可以通過微生物燃料電池進行有效去除，實現回收利用，有機物去除率為90%左右，輸出電壓為0.5 V左右，電壓穩定輸出時間約為10 d。

2.2 污水處理廠協同處理技術

近年來，餐廚垃圾與污泥協同消化處理日益受到重視。污水處理廠可以采用“高溫熱水解+厭氧消化”工藝協同處理剩余污泥與餐廚垃圾，取得可觀的經濟效益與環境效益。但是，污水處理廠協同處理餐廚垃圾時，要合理選擇運行方式，明確其對污水處理和污泥產生的影響。

趙剛[15]采用GPS-X軟件模擬污水處理廠協同處理餐廚垃圾，研究表明，與添加至污泥厭氧消化池相比，將餐廚垃圾直接添加至進水會影響污水處理效果，主要表現為出水化學需氧量（COD）濃度有所升高，氨氮濃度略有下降，剩余污泥產生量增加。此外，利用污水處理廠剩余污泥與黑水虻共同處理餐廚垃圾也是研究熱點之一。該技術不僅可以解決城市污水處理廠剩余污泥出路問題，還利用剩余污泥中活性微生物菌群分解代謝餐廚垃圾，創造有利于黑水虻幼蟲生存的環境。毛元坤等[16]利用剩余污泥與黑水虻共同處理餐廚垃圾，試驗結果表明，15 d即可實現餐廚垃圾與剩余污泥混合物的減量，惡臭氣味消失。該方法在提高黑水虻產能的同時，實現污水處理廠剩余污泥與餐廚垃圾的有效資源化利用。

2.3 深度預處理技術

預處理后，餐廚垃圾中漿液過剩、油脂含量較高往往對其后續處理造成負面影響。目前，研究較多的餐廚垃圾預處理技術有濕熱解、高溫濕解提油等。

濕熱解技術主要通過加熱罐及三相離心設備，實現粗油脂、廢水、廢渣的三相分離。其將加熱罐內有機漿液加熱至80 ℃左右，再將有機漿液導入三相離心設備，分離粗油脂、廢水、廢渣。廢水、廢渣均單獨收集，進入后續處理環節，粗油脂則進入儲罐，可作為工業原料外售。該系統能殺滅致病微生物，占地面積小，運行成本低，雜質分離率高，處理能力大，餐廚垃圾固相與液相可以實現有效分離，提油效率高，處理后有機漿料中營養成分更有利于后續生物處理。趙春波[17]研究表明，濕熱解后有機漿液不超過進料量的120%時，能滿足后端厭氧發酵系統進料指標要求。

高溫濕解提油與濕熱解類似，僅加熱溫度有所差異，其先將加熱罐內有機漿液至少加熱至130 ℃，待其降溫到80～90 ℃，再將有機漿液導入三相離心設備。該技術采用高溫濕解，與普通濕熱解相比，動植物油類成分析出更多，提油效果更加顯著，同時可降低有機物料的黏性，有利于后續厭氧生物處理或黑水虻生物處理。李夢雅等[18]運用該技術處理餐廚垃圾，餐廚垃圾中粗油脂提取率得到顯著提高。

3 結論

衛生填埋、焚燒、飼料化等技術存在較多嚴重缺陷，已逐漸退出餐廚垃圾處理市場。目前，我國應用較多的餐廚垃圾處理技術有厭氧發酵、好氧堆肥、黑水虻生物處理等，但均存在缺陷。未來，要不斷加大技術研發力度，改進現有餐廚垃圾處理技術，開快新型高效餐廚垃圾處理技術，如微生物燃料電池處理技術、污水處理廠協同處理技術、深度預處理技術等，降低能耗，同時進一步提高餐廚垃圾資源化水平。我國各地要根據各自具體情況選擇合理的方式處理餐廚垃圾，真正實現餐廚垃圾無害化、減量化、資源化，全面推進“無廢城市”建設。

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