餐厨垃圾处理现状及资源化利用进展

毕少杰， 洪秀杰， 韩晓亮， 高亚梅 , 晏 磊 , 王伟东 , 王彦杰

(1. 黑龙江八一农垦大学 生命科学技术学院, 黑龙江 大庆 163319; 2. 大庆市农业委员会， 黑龙江 大庆 163000)



餐厨垃圾处理现状及资源化利用进展

毕少杰1， 洪秀杰2， 韩晓亮2， 高亚梅1, 晏 磊1, 王伟东1, 王彦杰1

(1. 黑龙江八一农垦大学 生命科学技术学院, 黑龙江 大庆 163319; 2. 大庆市农业委员会， 黑龙江 大庆 163000)

文章综述了目前国内外餐厨垃圾的处理现状以及不同的处理方式所存在的主要问题，主要包括堆肥、生产生物柴油、厌氧发酵产氢气或产沼气等。最后，对我国餐厨垃圾资源化利用在能源或资源领域的发展前景提出了建议。

餐厨垃圾； 肥料化； 饲料化； 厌氧发酵

餐厨垃圾是人们餐后的残余废物及烹调过程中的废弃成分(如菜叶和蔬菜的去皮物等)，主要来源于饭店、家庭、企事业单位食堂等。主要成分为米饭、面食、肉骨、蔬菜和油脂等。其化学组成为蛋白质、脂肪、碳水化合物、挥发性脂肪酸、无机盐、微量无素和水分等。

随着人口的增长、居民生活水平的提高和我国经济条件的改善，餐厨垃圾数量呈逐年递增的趋势，中国年产餐厨垃圾量6000万t，一些大城市如上海、北京、重庆、广州等餐厨垃圾的产量均超过1000 t·d-1，每年的增速在10%以上[1]。在一些二线城市如沈阳、兰州、无锡等餐厨垃圾的产量均超过100 t·d-1。在我国，城市家庭餐厨垃圾多是随着生活垃圾混合后置于垃圾箱中，不能做好单独分类，造成资源浪费，还使处理的难度增加。而对于餐厨垃圾产生量大而集中的地点如大型饭店、学校及单位食堂，大多被当作猪饲料用来直接饲喂；其中一部分餐厨垃圾还被非法用来提炼地沟油。2012年，中国固废网统计报道[2]中国餐厨垃圾的处理能力为8200 t·d-1，其中仅10%为有效处理。

餐厨垃圾具备产生量大、含水量高、有机物含量高的特点[3]。因此，餐厨垃圾的资源化利用日益受到重视，前景看好。餐厨垃圾资源化利用不仅能够降低生活垃圾的处理成本，还能够产生有用的能源或资源，对于经济、社会的可持续发展具有重要意义。

1 餐厨垃圾的处理现状

国内外餐厨垃圾的处理技术主要是焚烧、填埋、机械破碎、脱水饲料化、真空油炸饲料化等。

1.1 焚烧

焚烧是在高温条件下将垃圾燃烧，一般所需要温度1000 ℃以上，可将垃圾中的有机成分氧化分解，焚烧后固体减量50%～80%。焚烧产生的热量可以回收，用来发电和供暖。但燃烧所要达到的热值为5000 KJ·kg-1。餐厨垃圾含水量高，很难达到该燃烧值。因此常采用添加燃料(如煤炭)的辅助燃烧法，采用该措施会产生大量的粉尘和有害气体，污染环境，破坏生态，浪费资源，经济性差。同时，焚烧场的投资较大，维护费用也很高。一种高效、环保、产值高的先进技术——高温等离子电弧汽化发电技术正得到一些先进国家(如日本、加拿大和美国)的应用[4]。

1.2 填埋

填埋是将垃圾埋入一些天然的或人为挖掘的土坑内，通过微生物的作用降解其中的生物大分子。但在填埋过程中会产生渗滤液，如不建设渗滤液处理系统，会造成土壤和地下水的污染。填埋后会产生沼气，污染大气，并有可能引起爆炸。同时，资源无法实现再利用，大量土地还要被占用，用地紧张的国家和地区不适合于采用此方法。如韩国在2008年的卫生填埋率仅为20%，而在1994年卫生填埋率曾高达81%[5]，目前已颁布法令禁止餐厨垃圾填埋处理[6]。通过垃圾有机物含量来限制填埋处理垃圾在欧盟、美国和日本等国家均有了相关政策。

1.3 垃圾粉碎处理

垃圾粉碎处理是采用食物垃圾处理机将家庭中产生的餐厨垃圾粉碎成直径较小的颗粒后排入下水道。最终通过污水处理系统来处理粉碎后的食物垃圾。该种处理方法简单，操作容易，但没有实现资源化有效利用，容易堵塞管道，还增加了城市污水处理系统的负荷。目前有的国家很多地区已禁止使用该方法处理食物垃圾。

1.4 饲料化

日本政府将餐厨垃圾无害化处理后得到的饲料称为“Ecofeed”(生态饲料)[7]。生态饲料的制备方法主要是： 1)微贮：通过乳酸菌发酵保证饲料的安全[8]； 2) 干饲料：通过抽真空、煮沸、高温发酵或直接高温处理进行干燥获得干饲料[9]； 3)单细胞蛋白：通过酵母菌发酵获得菌体蛋白[10]。该方法工艺简单，投资小，回报率高。但存在潜在的食物链风险，疾病传染率高，目前还缺乏相应的行业标准与生产规范。

2 餐厨垃圾的资源化利用进展

现阶段国内外餐厨垃圾资源化利用的手段主要包括厌氧消化产甲烷、产氢及好氧堆肥等。

2.1 好氧堆肥

好氧堆肥处理是在有氧的条件下，将餐厨垃圾置于地面或专门的发酵装置中，通过添加细菌、真菌等堆肥菌剂或在物料本身所含微生物的作用下分解有机物，经过高温发酵后实现餐厨垃圾无害化、资源化的过程。餐厨垃圾含较高的有机质、易于降解、无毒、微生物可利用营养物质全面等特点使其适宜于堆肥化处理。传统堆肥物料与餐厨垃圾所含营养成分对比见表1。由表可见，餐厨垃圾所含的有机质、氮、磷、钾均高于多数的传统堆肥原料指标，特别在目前国家出台了有机肥的最新标准“中华人民共和国农业行业标准-有机肥料(NY525-2012)”中要求有机质含量需达到45%以上的要求下，采用高含量有机质的餐厨垃圾作为堆肥原料更突显其优势。

在目前倡导发展少施化肥，大力发展生态农业、有机农业的今天，利用餐厨垃圾生产有机肥有着良好的发展前景。该方法操作容易，成本较低，但餐厨垃圾的含水率高、盐分含量高的特点限制了堆肥处理的应用；另外，堆肥发酵周期较长，若不在密闭的环境中发酵，还将产生恶臭性气体，造成二次污染。目前国内外一些研究机构针对餐厨垃圾堆肥过程中存在的问题，开展了可实现快速发酵餐厨垃圾的处理机和耐高盐、高油脂条件的堆肥菌剂的研究。餐厨垃圾通过添加菌剂和应用餐厨垃圾处理机可在8 h内实现无害化[11]。

表1 传统堆肥物料与餐厨垃圾所含成分对比

注：堆肥物料营养成分含量均以干基计。

2.2 蚯蚓堆肥

蚯蚓堆肥是将蚯蚓引入到好氧堆肥过程中，通过蚯蚓自身的酶系统实现餐厨垃圾的无害化，可在很大程度上解决好氧堆肥过程中产生臭气的问题，繁殖出来的蚯蚓可作为良好的药材或饲料来应用。但蚯蚓堆肥过程中，环境条件的要求较高，要为蚯蚓的生长提供适合的环境条件。另外，餐厨垃圾高盐、高油脂等特点的复杂性，也限制了蚯蚓堆肥处理措施的应用。

2.3 生产生物柴油

生物柴油是通过酯交换反应将动植物油脂转为低碳酯类物质如脂肪酸甲酯[15]。生物柴油的生产是将餐厨垃圾生产出的地沟油与甲醇反应后蒸发提纯获得。工艺流程见图1。生物柴油可以做为传统柴油的有效补充，在现有的柴油机上均可使用，是一种优质能源。但其目前的生产成本及价格还无法与石化柴油相竞争，生物柴油的进一步发展还需要在垃圾收集、生物柴油生产、销售及使用等环节得到国家的进一步支持。

图1 生物柴油工艺流程

2.4 厌氧消化产氢

随着石化燃料的日渐减少及其使用过程中对大气造成的严重污染，利用餐厨垃圾进行生物制氢，生产出清洁能源氢气，变废为宝，不但可以缓解石化燃料日益枯竭的问题，还可以有效解决餐厨垃圾带来的污染问题。餐厨垃圾成份复杂，含有较高的有机质，N，P，K及大量的微量元素，是较好的产氢原料。Lay[16]等研究脂肪类(鸡皮和肥肉)、淀粉多糖类(土豆和米饭)、蛋白质类(瘦肉和鸡蛋)等不同组成成分的餐厨垃圾，在相同的条件进行产氢发酵，结果显示脂肪类、蛋白质类餐厨垃圾的产氢能力仅是淀粉类垃圾的产氢能力1/20。不同种类的餐厨垃圾产氢条件及产氢潜力见表2。可见，不同的餐厨垃圾产氢的能力差距较大，与底物的特性直接相关。

表2 不同餐厨垃圾产氢效果

2.5 厌氧消化产甲烷

沼气是以甲烷为主的混合气体，甲烷的体积分数一般为50%～70%，其余为CO2和少量其他气体。甲烷能够被用作燃料，有较高的经济利用价值。餐厨垃圾厌氧消化是在密闭的厌氧发酵设备中，通过兼性和厌氧微生物的分解代谢作用将大分子的有机物转化为甲烷的过程。将餐厨垃圾通过厌氧发酵可以产生甲烷气体和沼液、沼渣，发酵环境密闭，不会对大气环境产生污染，是一种环境友好型的处理方式。余益辉[21]等研究了固相餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷特性，结果表明，餐厨垃圾的产甲烷潜力分别为567.57 mL·g-1TS。厌氧消化产沼气技术虽可产生大量的沼气能源，但工程前期的投入比较大，操作技术要求比较高。

3 结论和建议

餐厨垃圾的资源化利用对于生活垃圾的减量化、无害化和资源化发展具有极大的推动作用，通过资源化利用并形成产业，既能减少自然资源的消耗，缓解资源和能源与发展的供需矛盾，又能减少环境污染，改善环境质量，维护生态平衡，实现可观的经济效益，形成环境、资源、经济、社会的良性循环，这对于我国循环经济的建设和社会、经济的可持续发展具有重要意义。

目前我国餐厨垃圾的资源化处理还存在一些问题。如由于经费不足，相关部门没有能力对餐厨垃圾进行专业收运，餐厨垃圾收集难；餐厨垃圾含杂率高，致使多数餐厨垃圾处理设施不能正常运行；处理技术尚未成熟，堆肥产品品质低，厌氧消化沼渣沼液难处理等。

餐厨垃圾作为资源性废弃物，不同处理方式均有利弊。在资源日趋紧张的今天，如何资源化利用是其发展的方向，填埋、焚烧等破坏资源的处理方式必将终结。倡导节约，减少餐厨垃圾的产生量；垃圾分类收集，因地制宜，多元化处理；政策支持，鼓励资源化处理餐厨垃圾企业的快速发展；从而达到经济效益、社会效益和生态效益的统一。

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Status and Development of Resource Processing Technologies of Food Waste /

BI Shao-jie1, HONG Xiu-jie2, HAN Xiao-liang2, GAO Ya-mei1, YAN Lei1, WANG Wei-dong1, WANG Yan-jie1/

(1. College of Life Science and Technology, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2. Commission of Agriculture of Daqing City, Daqing 163000, China)

The resource processing technologies of food waste, including composting, biodiesel production, and anaerobic fermentation producing hydrogen or biogas，were reviewed.The process characteristics and existing problems were also presented, and the future development dealing with food waste were prospected.

food waste； composting； feed stuff； anaerobic fermentation

2016-01-11

项目来源： 国家科技支撑计划课题(2013BAD21B01；2012BAD12B05-3)； 黑龙江八一农垦大学学成、引进人才科研启动计划(XDB2015-26)； 黑龙江省高校科技创新团队计划项目(2012TD006)； 黑龙江省科技攻关项目(GZ11B108；GC12B306)； 黑龙江八一农垦大学研究生创新项目(YJSCX2015-Y55)

毕少杰(1990- ), 男, 硕士, 研究方向为生物质资源开发利用, E-mail: bishaojie1990@163.com

王彦杰，E-mail: wangyanjie1972@163.com

S216.4; X705

A

1000-1166(2016)02-0058-04