餐厨垃圾处理工艺及资源化技术进展

谭燕宏

（营口职业技术学院，辽宁 营 口115000）

1 引言

餐厨垃圾是来自家庭、餐饮单位剩余食物的通称，是城市生活垃圾的重要组成部分。随着国家经济的飞速发展，城市化进程的逐渐加快，餐厨垃圾的产量呈现逐年上升的趋势。在国内的大型城市中如北京、上海、深圳等，餐厨垃圾的日产量已达数千吨，全国餐厨垃圾的年产量达到千万吨，单纯填埋的话，将会占用大量土地，产生的垃圾渗滤液和填埋气体也需要后期处理，耗费大量人力，物力。餐厨垃圾目前在很多城市尚未进行规范化管理，最主要的危害是城市餐饮企业的垃圾多被养殖户收集，作为养殖饲料直接使用，未经任何处理进入人类食物链；同时地沟油被收集起来重新炼制成为廉价食用油，在市场上再次流通，危害人民群众的身体健康。因此，餐厨垃圾处理向无害化、减量化、资源化发展迫在眉睫。

2 餐厨垃圾概况

2．1 餐厨垃圾性质

餐厨垃圾主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、油脂、骨头等（表1），化学组成以淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等为主（表2）。其特点是粗蛋白和粗纤维等有机物含量较高，BOD值高，易腐败、发酵并产生恶臭；含水率高达80%～90%，不便收集运输，处理不当容易产生渗沥液等二次污染物；油类和钠盐含量较其他生活垃圾高，对资源化产品品质影响较大。

表1 餐厨垃圾组分 %

表2 餐厨垃圾成分

2．2 餐厨垃圾无害化处理的必要性

餐厨垃圾在存放、收集、转运及垃圾填埋过程中，由于其含水率和有机物含量较高，极易在较短时间内腐烂发臭和滋生蚊蝇等，极大的污染了周围环境。另外，城市垃圾的处置方法通常有焚烧和填埋，如果将城市生活垃圾进行焚烧，由于餐厨垃圾的水分含量常常高达90%左右，发热量为2 100～3 100 H／kg，和其它垃圾一起进行焚烧，不但不能满足垃圾焚烧发电的发热量要求（即5 000kJ／kg以上），反而会致使焚烧炉燃烧不充分而产生二恶英；如果对垃圾进行填埋，同样会因为混入的餐厨垃圾水分含量高而不宜处理。而且焚烧、填埋都会导致大量有机物的浪费，因此餐厨垃圾有必要进行单独处理。

3 餐厨垃圾资源化处理工艺

餐厨垃圾由于其自身的特点，不适合传统的垃圾处理方法，目前餐厨垃圾处理方式主要以资源化为导向。

3．1 加工饲料

餐厨垃圾中含有大量的有机营养成分，其饲料化具有相当的优势。但由于餐厨垃圾中各类动物的肉、骨、内脏混合在一起无法准确分选开，存在食物链污染风险及“生物伦理”和“变异”问题。出于安全卫生考虑禁止将餐厨垃圾直接作为动物饲料，必须经过处理，消除病毒污染后制成饲料进行利用。饲料化可分为生物法和物理法。生物法是利用微生物菌体处理餐厨垃圾，利用微生物的生长繁殖和新陈代谢，积累有用的菌体、酶和中间体，经烘干后制成蛋白饲料。通过对有机生活垃圾发酵底物提取蛋白质进行研究，可得到淡黄色氨基酸晶体，提取率达80%以上，产品可作为饲料添加剂使用。物理法是直接将餐厨垃圾脱水后进行干燥消毒，粉碎后制成饲料。脱水方法分为常规高温脱水、发酵脱水、油炸脱水。物理法相对生物法工艺简单，成本低，但存在较大的食物安全隐患。

3．2 好氧堆肥

好氧堆肥技术是指有机物在有氧条件下，在好氧微生物（主要是菌类）的作用下，将高分子有机物降解成为无机物的过程。好氧堆肥的技术比较成熟，在国外的应用比较广泛。该工艺的优点是技术比较简单，好氧处理后的产物可作为农产品使用，实现了垃圾的再利用。但是好氧堆肥技术主要应用于绿色植物垃圾及秸秆等富含组织结构的垃圾处理，对于餐厨垃圾这样不含有组织结构的垃圾处理没有技术上的优势。此外，好氧堆肥对进料纯度要求高，占地面积大；高温好氧堆肥需要大量热能，运行成本高。用餐厨垃圾堆肥，由于肥料的使用期带有季节性，容易因供需失衡造成积压，而且多数好氧堆肥工艺中以堆肥微生物的生命活动释放的能量自行调节堆料温度，一般堆制周期较长，堆肥效果不理想。

3．3 厌氧消化

厌氧工艺是指利用垃圾生产沼气并将其转化为电能与燃气，对厌氧消化罐中产出的残渣进行二次发酵堆肥处理。相对于直接好氧堆肥来说，可减小占地面积，且肥料的数量少，产品多元化。餐厨垃圾经厌氧发酵降解后产生的沼气可通过热电联产发电机组中转化为电能和热能，电能可接入电网供生产生活实用，热能在供应垃圾处理设备自身使用后可补充市政供热设施部份热能需求，实现经济利益与社会效益共赢的局面。发酵后产生的沼液经过脱氮，脱盐，脱硫处理后可作为液态有机肥料在农业灌溉园林种植等领域广泛使用。沼渣经过好氧堆肥后也可作为肥料使用，从而实现垃圾的减量化，资源化处理。

厌氧发酵技术的优点是垃圾的减量化，资源化处理效果好，产生的沼气发电可作为新能源补充现有常规能源。厌氧发酵过程中无臭气逸出，发酵后不会产生二次污染，社会大众的接受程度较高。

由于餐厨垃圾的厌氧降解过程主要是在密闭的反应器（发酵罐）中进行的，因此反应器的运行参数会直接影响到厌氧发酵的过程。按照反应器运行的技术参数，厌氧工艺可分为：中温工艺与高温工艺（按照反应器内温度划分）；湿法工艺与干法工艺（按照垃圾中干物质含量划分）；单相工艺与两相工艺（按照厌氧降解阶段划分）；序批次工艺与连续式工艺（按照进料方式划分）。

3．3．1 中温工艺与高温工艺

参与厌氧降解过程的菌类对温度的适应范围不同，不同的厌氧菌在不同的温度范围内放可达到最佳活性。为使得厌氧菌能够达到最佳活性，反应器内的温度被控制在一定的范围内。表3内列出了中温工艺与高温工艺的相互比较。

3．3．2 湿法工艺与干法工艺

根据进入反应器中的垃圾中干物质含量的高低，可将厌氧工艺划分为湿法工艺与干法工艺。由于进料垃圾中的干物质含量高于40%时，厌氧降解会因为含水率过低而受到抑制，因此在工程上进料垃圾的干物质含量不超过40%。表4给出了这两种工艺的对比。

表3 中温与高温工艺比较

表4 湿法与干法工艺比较

3．3．3 单相工艺与两相工艺

有机物厌氧降解的详细过程至今仍未被科学家们所破解，但是大体上厌氧降解的过程可划分为四个阶段，即水解阶段，酸化阶段，乙酸化阶段和产甲烷阶段。从参与各阶段的厌氧菌的最适宜环境条件看，这四个阶段又可进一步简化为水解酸化阶段和产甲烷阶段。

传统的单相工艺中，水解酸化阶段和产甲烷阶段在同一反应器内进行，不同的厌氧菌无法达到发挥各自最佳活性的最适宜环境条件，整个降解过程的时间较长，产气率较低。此外由于水解酸化菌的种类较多，生长速率较高，反应器内容易出现酸化现象，导致后续的产气阶段受到抑制。使用两相工艺时，水解酸化阶段与产甲烷阶段在独立的反应器内进行，独立的反应器可以同时满足不同菌类的最适宜生长环境条件，增强了厌氧降解过程的稳定性，同时提高了沼气的产气量。表5列举了单相工艺和两相工艺的特点。

表5 单相和两相工艺比较

3．3．4 序批次工艺与连续式工艺

序批次工艺是指垃圾周期性进入反应器内，并在反应器内停留至降解完全，之后将反应器内厌氧降解后产物清出的整个过程。该工艺中还包括了反应器的清洁与消毒。连续式工艺是指垃圾连续进入反应器内进行厌氧降解的过程，厌氧降解后产物连续的排出反应器，不需要对反应器清洁消毒。表6中可见此两种工艺的相互比较。

表6 序批次工艺和连续式工艺比较

3．4 生物柴油

生物柴油是指以动植物油脂为原料，通过酯交换生产的柴油，也称之为再生燃油。而地沟油可通过酸－碱两步法、分离反应法、完全催化法等工艺制得生物油。生物柴油具有良好的环保性，使用生物柴油可使硫化物的排放量减少30%，温室气体减少60%。我国目前生物柴油生产专利达30多种。生物柴油可作为石化柴油的替代燃料，是一种优质的可再生替代能源。既实现了废弃资源的重新利用，产生较好的经济回报，又能够从源头上消除地沟油的生产，使得地沟油不再回到人们的餐桌上，保证食品安全，避免人们的身体健康受到危害。

4 餐厨垃圾资源化处理环境、经济、社会效益分析

4．1 环境效益

餐厨垃圾资源化集中处理后，可防止这部分垃圾对环境造成的二次污染．餐厨垃圾的统一收运与集中处理处置，可以降低餐厨垃圾对环境产生的不良影响，从而带来环境效益

4．2 经济效益

餐厨垃圾集中处理的直接收益为沼气发电和销售粗肥，因此并无显著的直接经济效益。间接经济效益主要是通过减少餐厨垃圾污染对社会造成的经济损失而表现出来。可充分利用餐厨垃圾中的资源，按某市年产餐厨垃圾7．5万t计，全部资源化利用，按每吨可产生97．8m3沼气计算，则可产生沼气733．5万m3，其中甲烷含量可达65%，年产甲烷476．8万t，每立方米甲烷可发电3．2kW·h，年可发电量达1 533万kW·h，发电效益375．6万元；年生产有机肥0．42万t，可产生堆肥效益252万元。随着法律法规的健全与完善，餐厨垃圾不允许填埋和直接饲养动物，因此各餐厅、宾馆等将不得不自行处理。餐厨垃圾资源化利用，可减少各餐厅等分散处理餐厨垃圾所增加的投资和运行管理费用，减轻其负担。

4．3 社会效益

餐厨垃圾资源化集中处理，减少餐厨垃圾收运和填埋过程中的二次污染，有效保护环境；减少和防止餐厨垃圾被用来饲养“垃圾猪”和提炼“地沟油”而危害人们的身体健康；减少由于餐厨垃圾不合理处置而可能引起的环境污染及疫情传播，改善了群众的生活环境质量和城市市容；促使城市环境卫生和投资环境的改善，树立良好的政府形象；促进城市循环经济水平的提高，建成节约型城市。

5 结语

餐厨垃圾处理作为一个新生事物在中国还并不成熟，虽然厌氧发酵技术在国内科研较多，但针对餐厨垃圾的厌氧发酵处理在实际的工程应用上几乎是一片空白，只有通过引进国外先进技术工艺并加以消化吸收改造，才能够在较短的时间内赶上国际领先水平并伺机超越。引进先进成熟经验技术，与中国实际情况相结合，进一步消化吸收改进，走符合中国国情的餐厨垃圾厌氧处理道路，真正实现餐厨垃圾无害化，资源化，减量化处理，改善人民生活环境，保证人民身体健康，共同创建清洁、美好、幸福的和谐社会。

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