餐厨垃圾资源化利用技术探析

苏东民，李 晋，陈 彬

(1.郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052;2.河南工业大学，河南 郑州 450001)

0 前言

餐厨垃圾是指饭店、宾馆、企事业单位食堂、家庭等在加工、消费食物过程中形成的残羹剩饭、过期食品、下脚料、废料等废弃物［1］。随着我国城市化进程的加快和人口集中化程度的提高，城市生活垃圾产生量持续增加，其中餐厨垃圾是最主要的一种，约占城市生活垃圾的50%以上［2］。目前，餐厨垃圾造成的污染也已经成为城市环境污染的主要问题［3］，严重威胁人们的正常生活和身体健康。如餐厨垃圾在储存、转运过程中由于腐烂变质而散发出难闻的异味，对环境造成污染;腐败变质的泔水含有多种毒素，不但会污染各种饲料，若流入底下管网将污染地下水;泔水裸露存放孳生的大量蚊蝇、鼠虫也不可避免地成为传播疾病的媒介。

但是，由于餐厨垃圾具有水分、有机物、油脂及盐分含量高，易腐烂、营养元素丰富等特点，且随着人们生活水平的提高，餐厨垃圾中有机营养成分含量呈递增趋势，这类垃圾也具有很高的开发利用价值。

目前，餐厨垃圾的处理问题已经引起全世界各国政府的高度重视和人们的广泛关注。在国外，发达国家对餐厨垃圾的管理与处理处置技术已相对成熟，而国内对于餐厨垃圾资源化处理尚处在起步阶段。本文通过介绍餐厨垃圾的特点，分析国内外常用的餐厨垃圾处理技术，以期通过对比为餐厨垃圾资源化处理提供技术参考。

1 餐厨垃圾的基本特点

1.1 理化特性

餐厨垃圾的主要来源是餐饮行业、企事业单位的食堂及家庭［4］，其理化特点是高水分、高盐分和高有机质含量。易龙生［5］等分析了某大学食堂餐厨垃圾的理化性质，结果表明:餐厨垃圾的主要成分为米饭、蔬菜、肉类和骨头，含量最高的米饭大约为38.3%～55.4%(湿基)，蔬菜和肉类成分的含量会随着季节而变化，夏秋季节蔬菜含量较冬春季节略高，而肉类含量较低，这可能与人们的饮食习惯有关。潘爱丽等［6］的研究表明:吉林大学餐厅的餐厨垃圾主要营养成分为水分、蛋白质、脂肪、糖类和盐分，其中水分含量最高，其次为蛋白质。

另外，餐厨垃圾的组成成分具有明显的时空差异性。如李荣平等［7］测定了北京化工大学餐厅早、中、晚餐的餐厨垃圾的特征，总体来说此餐厨垃圾富含碳水化合物、蛋白质和脂肪。同时研究发现:三餐所产生餐厨垃圾的理化特性存在明显差异，早餐餐厨垃圾中挥发性固体含量(VS)与总固体物含量TS比值和脂肪含量明显低于其它两餐，而Na+、Ca2+的浓度均高于中、晚餐，因此午餐和晚餐餐厨垃圾具有更好的厌氧消化效果。

1.2 危害性

餐厨垃圾由于其高水分、高盐分和高有机质含量等特点，细菌、酵母菌等活菌含量非常高，极易变质、腐烂、发酸发臭，滋生蚊蝇、鼠、蟑螂等害虫［8］，进而产生恶臭气味及大量毒素，不但严重干扰人们正常的生活，还会污染水体和大气，危害人体健康。目前，餐厨垃圾尚未进入规范的处理渠道，运输车辆多为三轮货运摩托，易发生外溅和倾洒，严重影响市容市貌。

由于餐厨垃圾回收体制不完善、成本较高、工艺复杂，长期以来，我国的餐厨垃圾都是以饲养牲畜为主，部分被不法商贩用于提炼潲水油［5］。由于餐厨垃圾含有多种细菌和病原菌，由此派生的“潲水油”极易产生致癌物质——黄曲霉素，对人体健康造成严重危害［9］;而餐厨垃圾直接作为动物饲料存在很大食物链风险，日本、韩国及欧盟等国已通过立法严禁使用动物源性蛋白饲料喂养同种动物［10］，我国农业部出台的《动物源性饲料产品安全卫生管理办法》也明文禁止使用动物源性饲料饲喂反刍动物。

1.3 资源性

与其他垃圾相比，餐厨垃圾具有高水分、高盐分、高油脂和高有机质含量等特点，营养元素丰富，具有很大的回收利用价值。餐厨垃圾经过科学处理之后可用作有机肥料、动物饲料和生物能源等，由于我国餐厨垃圾产生量处于逐年增多的趋势，因此科学合理地利用餐厨垃圾，将变废为宝产生一批可观的资源。研究表明，餐厨垃圾经厌氧发酵过程产沼气率大于435mL/g［11-13］，即在合适的厌氧发酵条件下，1 吨餐厨垃圾(湿基)可产生87m3沼气，而1m3沼气完全燃烧后能产生相当于0.7kg 无烟煤或0.7kg 汽油或0.8kg 煤油完全燃烧所产生的热量［14］。

2 国内外餐厨垃圾排放及处理状况

2.1 国外现状

据统计，美国在2010 年餐厨垃圾的排放量达到了0.34 亿t［15］，餐厨垃圾已经成为美国城市垃圾中仅次于纸张的第二大垃圾。目前美国应用最广泛的餐厨垃圾处理方式为填埋法［16］，而在填埋前餐厨垃圾通常需要进行前处理。不同的单位餐厨垃圾前处理的方式也有所不同，例如，美国90%以上家庭使用家庭食物垃圾处理机来进行前处理;餐厨垃圾产生量较大的单位设置垃圾粉碎机和油脂分离装置，分离后的碎料排入下水道，油脂则送入相关加工厂(如制皂厂)加以利用;餐厨垃圾产生量较小的单位，则将其混入有机垃圾中进行处理。目前，美国各个州结合当地的具体情况，针对餐厨垃圾的处理出台了不同的政策，厌氧发酵产沼气、好氧堆肥、蚯蚓堆肥等技术都有应用［15］。

在日本，每年的餐厨垃圾排放量约为2 000 万t，其主要来源是家庭，其次为饮食业和餐厨加工业。由于近年日本生物饲料化技术和生物气发电技术的迅猛发展，日本的餐厨垃圾处理技术也呈现蓬勃发展的趋势，许多著名的电器公司对此进行潜心研究并且取得了一定的成绩。例如，日本精工公司于2000 年5 月成功地开发出使用磁控管处理食物垃圾的装置［17］，这种装置采用微波处理方式杀灭垃圾中细菌的同时将水分蒸干。

近年来韩国餐厨垃圾占城市垃圾的比例在30%左右［2］。韩国以往处理餐厨垃圾均采用填埋法，但是由此引发的渗滤液和气味等问题使得这种方式不再可行。从2005 年起，韩国全国的填埋场不再接受餐厨垃圾;另外，由于韩国人喜食泡菜和酱等高盐分的食物导致其餐厨垃圾中盐分很高，不适宜进行堆肥处理;目前韩国餐厨垃圾的处理方式主要是厌氧发酵和生物反应器好氧处理［18］。

2.2 国内现状

跟其他国家相比，目前我国的餐厨垃圾排放量较高，可达每年9 000 万t 以上。有报道指出［15］，我国餐厨垃圾在城市生活垃圾中比重较高，例如上海，餐厨垃圾在城市生活垃圾中比重高达59%;广州和深圳略低，占57%。由此可见，餐厨垃圾已成为我国垃圾的主要来源之一，并且随着餐饮零售业的快速发展，餐厨垃圾产生量也将如滚雪球般越滚越大［19-20］。

鉴于以上情况，近年来国内一些大中型城市开始注重餐厨垃圾的收集和处理，并纷纷探索餐厨垃圾的资源化利用模式。例如北京、上海、苏州、杭州等地都推出了相应的管理办法，并着手制定相关的技术标准。其中大连市制定了《大连市餐厨垃圾管理办法》并与2014 年3 月1 日开始实施，规定餐厨垃圾的收集、运输及处理实行特许经营;餐饮企业应将餐厨垃圾独立存放，且不得交由无特许经营权的企业和个人处理，特许经营企业将上门收集，不收取任何费用，这些餐厨垃圾将被送到专业的无害化处理厂处理。

目前，我国的餐厨垃圾的主要处理方式为填埋和饲料化处理。城市近郊的农民或者个体贩运者通过大的餐饮营业点回收，然后运至城郊的小型饲养场，用以喂养家畜;普通居民产生的餐厨垃圾大部分都混入生活垃圾，作填埋处置。这两种方法都会给环境带来损害。利用餐厨垃圾来喂养家畜，会把餐厨垃圾中的细菌传染给家畜，而家畜又会被人放到餐桌上食用，处于食物链顶端的人就会被传染患病。不分类收集的餐厨垃圾直接填埋，由于其有机成分高，对填埋场的冲击负荷很大，会污染地下和地表水体，形成病菌滋生地。

3 餐厨垃圾资源化利用技术的比较与分析

3.1 粉碎直排

粉碎直排属于物理破碎法，是将餐厨垃圾在厨房中直接粉碎处理，然后排入市政下水管网的方法。此法是欧美等国家处理少量分散餐厨垃圾的主要方法，具有操作简便、经济性强、仪器设备占地少等众多优点;但是粉碎直排法有可能造成下水管道堵塞、降低城市下水道的排水能力，同时容易产生污水和臭气，进而滋生病菌和蚊蝇，导致疾病传播。餐厨垃圾的高油脂含量等特性也不可避免会产生二次污染，增加城市污水处理厂的负荷［2，9］。

3.2 填埋处理

将餐厨垃圾与普通垃圾一起送入填埋场进行填埋处理是世界上很多国家普遍采用的一种处理方式。由于餐厨垃圾中可降解成分含量高、稳定时间短，有利于填埋场地的恢复，且操作简单易行，因此此方法的应用非常普遍。但是随着对餐厨垃圾资源性的认识越来越深刻，同时由于餐厨垃圾厌氧分解产生的沼气和渗滤液会造成二次污染，因此餐厨垃圾的填埋率正呈现逐渐下降的趋势，如韩国于2005年起规定所有填埋场将不再接收餐厨垃圾［2，9］。

3.3 焚烧

焚烧一般在特制的焚烧炉中进行，最终产生约5%的残余物，可使餐厨垃圾的量大大减少，效率较高，产生的热能可转换成蒸汽或电能，实现能源的回收利用。但是由于餐厨垃圾含水量较高，因此焚烧时需要添加助燃剂，从而加大投资，经济性较差;另外焚烧产生的尾气若处理不当会造成二次污染，因此餐厨垃圾焚烧工艺要求较为严格。

3.4 好氧堆肥

好氧堆肥技术是在人工控制条件下，利用好氧微生物将有机物固体分解为可溶性有机物质的过程，主要是通过微生物的新陈代谢实现整个堆肥过程。近年来发展起来的蚯蚓堆肥新技术也是利用好氧堆肥的原理进行的，蚯蚓吞食大量餐厨垃圾后通过各种转化作用最终将其转化为自身或其他生物可以利用的营养物质。吕凡等［21］研究发现采用高温好氧工艺对餐厨垃圾进行消化时，控制反应温度55～65 度可达到最大减量率，最佳参数为:pH6.0～6.8，含水量45%～55%，碳氮比为19.1～22.1，工艺最大负荷为0.10kg/kg/d。

好氧堆肥法处理餐厨垃圾的优点为操作简单，运行成本低，堆肥产品中较多的氮可用于农业或动物饲料;缺点是需要将餐厨垃圾进行去除油脂处理，增加成本，同时堆肥过程中易产生恶臭气味，对周边环境造成污染。

3.5 饲料加工

餐厨垃圾作为饲料原料，由于其价格低廉、供应量大、营养丰富，因此利润空间较大，市场竞争力较强，目前餐厨垃圾饲料化的主要方式有:生物处理制饲料和高温消毒制饲料。餐厨垃圾用作饲料加工的主要问题是安全问题，利用此饲料来喂养家畜，会把餐厨垃圾中的细菌传染给家畜，而家畜又会被人放到餐桌上食用，处于食物链顶端的人就会被传染患病。因此对饲料的消毒提出了很高的要求，相应的设备和技术也需做相应的调整，成本必将大大增加。

3.6 厌氧发酵

厌氧发酵技术是指在缺氧条件下，利用厌氧微生物的分解作用将有机物转化为二氧化碳和甲烷，它是一种绿色环保的技术，不但可以通过微生物将餐厨垃圾降解，还可以回收餐厨垃圾中的生物质能并将其转化为能源气体——甲烷，整个发酵过程大致可分为产酸和产甲烷两个阶段。由此产生的沼气可作燃料、供热及发电用，经济利用价值较高。厌氧发酵的整个工艺过程都在封闭环境中进行，因此不会对周围的空气造成污染;另外，厌氧发酵之后产生的沼渣经过脱水后可以作为有机肥料使用，沼液经净化处理后排放，均不会产生二次污染。

目前的厌氧发酵技术主要采用厌氧活性污泥对有机质进行高效降解，该技术易受多种参数的影响，例如有机质的进料负荷、发酵温度、C/N 比、氨氮、挥发性脂肪酸、长链脂肪酸、pH、物料粒径和微量元素等，通过控制这些参数创造较适宜的厌氧发酵条件是保证厌氧发酵高效进行的前提条件。

表1 几种餐厨垃圾处理方法及应用对比

如表1 所示，李澄［22］对餐厨垃圾常用的几种处理技术进行了对比，每种方法都有优缺点，在实际应用的时候应根据现实情况的不同而进行选择。总体来说，通过比较各工艺的处理效果发现，厌氧发酵是目前对环境产生二次污染较少的技术，同时该技术又具有清洁、资源利用高效化等优点，因此成为目前餐厨垃圾处理技术的研究热点。

4 结论

随着我国城市化进程的加快和人口集中化程度的提高，对餐厨垃圾进行处理是必然要求。餐厨垃圾资源化利用有多种技术选择，从目前存在的技术来讲，厌氧发酵技术通过微生物的降解实现餐厨垃圾减容减量和回收利用，自动化程度高，容易控制恶臭散发，残渣可作为肥料，有较高的环保价值和经济价值。因此，将其作为餐厨垃圾资源化利用方式具有广阔的应用前景，值得深入研究。

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