西安市食物垃圾收运系统及处理方式研究

杨向平++杨鑫越++金颖++王梦欣++陈博宇

摘 要：本文主要研究因目前西安市食物垃圾处理不当而造成的资源浪费与环境污染问题，通过对国内外食物垃圾处理方式以及居民所持态度进行相关调查，利用层次分析法对现存的垃圾处理技术进行综合评价，采取机械生物处理（MBT）技术作为处理方法。最终对食物垃圾的收集、运输、处理提出一套系统的方案，为相关部门提出建议，实现食物垃圾资源的最大化利用。

关键词：食物垃圾；机械生物处理（MBT）技术；层次分析法

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0214-02

西安市生活垃圾组分监测数据显示，食物垃圾约占生活垃圾总量的40%。目前西安市日产生活垃圾7000吨以上，由此估算全市食物垃圾日产量约为2800吨。相对于其他垃圾，食物垃圾具有普遍性、资源性、污染性等特点，如果不能妥善处理，将会导致严重的水体污染、土壤污染和空气污染。与此同时，西安市食物垃圾的收运处理系统仍存在收集不完全、运输体系不完善、处理方式不恰当等亟待解决的问题。

1 食物垃圾的收集

本文将西安市的食物垃圾分为居民生活厨余垃圾、高校餐余垃圾、饭店餐余垃圾和街边餐余垃圾。据了解，西安市的居民生活厨余垃圾主要由物业人员使用垃圾收运车从居民区垃圾桶运到垃圾压缩站进行压缩填埋处理；西安各高校、饭店每日餐余垃圾由西安周边养殖户收购直接用于养殖；街边餐余垃圾一般直接倒于下水道、街边处或者不经分类和其他垃圾混合收运。对街边餐余垃圾收集的缺失，不仅会导致垃圾二次分类成本的增加，造成水体污染，而且会增加地沟油提炼的可能性，增大其流入餐桌的风险[1]。问卷调查显示，超过九成的受访者会在街边食用食物，20%以上的受访者表示经常在街边进食，这表明街边餐余垃圾是食物垃圾中不可忽视的重要组成部分。96%的被调查者愿意将在街边食用后的食物垃圾分类投放在垃圾桶中，故若在街边专设食物垃圾箱，存在可行的客观条件。所以针对西安市食物垃圾收集现状，提出高校、饭店餐余垃圾定点回收；设置街边餐余垃圾桶，鼓励市民将产生于街边的食物垃圾进行专门放置，定点定向回收的建议[2]。

2 食物垃圾的运输

当前西安的食物垃圾主要有厨余垃圾和非厨余垃圾，本文针对不同类型的食物垃圾制定不同的运输方案[3]。

2.1 厨余垃圾运输方式

由于厨余垃圾的特殊性，建议实行单独循回收运，或由专门人员将厨余垃圾集中运输，形成独立的收运体系。系统主要由专用厨余垃圾收集桶（筒）、专用全封闭结构收运车组成，使用真空吸污泵吸入餐厨垃圾，无需人工搬运，整个运输过程对环境不产生二次污染。

2.2 非厨余垃圾运输方式

非厨余垃圾有移动容器式收集和固定容器式收集两种方式。移动容器收集操作法是指将收集容器和装满的垃圾一起运往转运站或垃圾处理厂，卸空后将空容器送回原处或下个集装点；固定容器操作法就是指用垃圾车到各容器集装点装载垃圾，容器倒空后固定在原地不动，车装满后运往转运站或处置场。固定容器收集法的一次行程中，装车时间是关键因素。

影响收运的主要因素有：清运操作方式；收集清运车辆数量；装载量及机械化装卸程度；清运次数、时间及劳动定员；清运路线等，结合两种方法的收运时间和费用出发，对于西安市来讲，当运输距离小于12.04km采用移动容器式收集运输合理；当运行距离大于12.04km时，采用固定容器收集运输合理。

3 食物垃圾的处理

食物垃圾经分类收集和运输后，需进行集中处理。而对于食物垃圾处理方（包括西安市地方政府和垃圾处理厂）而言，如何根据西安市食物垃圾生产现状选择恰当的处理方法以实现经济效益、环境资源效益、技术效益和社会效益的整体共赢具有重大意义。目前，国内外较为先进的食物垃圾处理技術和方法主要有微生物菌体蛋白固态发酵法、厌氧消化技术和机械生物处理（MBT）技术。为实现上述目标，本文采取层次分析法（AHP）对以上三种方法建立评价指标体系，从而选出最佳方法对西安市食物垃圾进行处理[4]。

3.1 微生物菌体蛋白固态发酵法、厌氧消化技术和机械生物处理技术（MBT）概况

微生物菌体蛋白固态发酵法，即通过微生物（主要是复合菌种）对食物残渣进行固态发酵，充分利用其中剩余的营养成分从而将其生产成为高蛋白饲料。此类方法具有周期短、产率高、能耗低的特点，同时对专业食品处理技术和反应条件有严格要求；有学者对该种方法在食物垃圾处理上的应用进行过广泛研究，且在日本已投入使用。其优点在于可减少食物残渣中营养成分的浪费，同时可缓解蛋白饲料不足的现状；局限在于餐厨垃圾饲料化可能具有潜在食物链风险。

厌氧消化技术，即在无氧条件下，利用兼性及厌氧微生物的代谢作用将复杂有机物分解为小分子有机物及无机物，并在此过程中实现对食物垃圾的减容减量及资源化利用。目前该种方法已在欧美部分国家的食物垃圾处理应用及国内有机废物处理领域积累了较为成熟的经验。其优点在于自动化程度高、人力资本较少、易控制恶臭散发、经济价值高；局限性则在于处理技术较为复杂，且消化时间不持续、反应器状态不稳定以及产生沼渣处理问题。机械生物处理技术（MBT），即将机械过程与生物过程结合起来处理原始垃圾，通常作为焚烧、填埋等其他简易处理方式的预处理技术。目前已在许多发展中国家投入使用，其优点在于可提高食物垃圾中资源的可回收率、同时可增加填埋及焚烧处理的生物稳定性。MBT技术的局限性则在于其不能单独作为食物垃圾处理的方式，处理不彻底[5]。

3.2 西安市食物垃圾处理方法的AHP评价

3.2.1 评价指标体系

食物垃圾处理方法的综合评价涉及到诸多因素，本文主要将其划分为四个指标作为准则层，即经济指标（主要包括垃圾处理成本、投资收益、经济效益等因素）、环境指标（主要包括环境污染程度、资源回收率等因素）、技术指标（主要包括技术可行性及管理水平等因素）和社会指标（主要包括居民满意度等因素）；目标层为食物垃圾处理方法；微生物菌体蛋白固态发酵法、厌氧消化技术、机械生物处理技术三种方法作为方案层，并分别用方法一、方法二、方法三表示，建立评价指标体系[6]。

3.2.2 层次分析法（AHP）确定各层权向量及组合权向量

（1）准则层权向量及一致性检验。比较准则层是对目标层食物垃圾处理方法的影响，取两个因素和，公司做投资决策时，最看重的是技术指标，其次是环境指标，再次是社会指标，最后是经济指标。利用1-9尺度和成对比较法确定其对目标层的影响之比，全部比较结果组成以下成对比较矩阵：

调用EIG函数求出输入矩阵的特征值与特征向量。由公式：

得

随机一致性比率

由于，则可认为的不一致程度在其容许范围内，故可用向量作为准则层的权向量。

最后，利用MATLAB输出归一化后的权向量为：

（2）方案层权向量。通过查阅相关资料，三种方法对于经济指标的优越性排序为：机械生物处理技术>微生物菌体蛋白固态发酵法>厌氧消化技术，由1-9尺度和成对比较法可得矩阵：

利用MATLAB软件进行一致性检验并得到归一化后的权向量分别为：

三种方法对于环境指标的优越性排序为：微生物菌体蛋白固态发酵法>厌氧消化技术>机械生物处理技术，由1-9尺度和成对比较法可得矩阵：

利用MATLAB软件进行一致性检验并得到归一化后的权向量分别为：

三种方法对于技术指标的优越性排序为：机械生物处理技术>微生物菌体蛋白固态发酵法>厌氧消化技术，由1-9尺度和成对比较法可得矩阵：

利用MATLAB软件进行一致性检验并得到归一化后的权向量分别为：

三种方法对于社会指标的优越性排序为：厌氧消化技术>微生物菌体蛋白固态发酵法>机械生物处理技术，由1-9尺度和成对比较法可得矩阵：

利用MATLAB软件进行一致性检验并得到归一化后的权向量分别为：

（3）组合权向量。对于微生物菌体蛋白固态发酵法，它在三个准则层中权重记为向量：

，

而三个准则对于目标的权重又可表示为

，

所以微生物菌体蛋白固态发酵法在目标中的组合权向量应为向量与向量之积；同理，厌氧消化技术和机械生物处理技术在准则层中中的权重分别记为和，故方法2、3在目标中的组合权向量应分别为与向量之积和与向量之积，得

综上所述，组合权量，且通过一致性检验，所以处理食物垃圾的最佳方法为机械生物处理技术。

4 结论及建议

综上所述，将西安市的食物垃圾分为厨余垃圾和非厨余垃圾，对于厨余垃圾，由专用厨余垃圾收集桶（筒）收集，使用真空吸污泵吸入并用全封闭结构收运车运输；对于非厨余垃圾，建议高校、饭店餐余垃圾定点回收，并使用移动容器和固定容器两种方式进行回收。特别的，为全面收集街边非厨余垃圾，鼓励市民将产生于街边的食物垃圾分类放置，设立街边餐余垃圾桶对其进行专门收集，定点定向回收。最后，运用机械生物处理（MBT）技术对食物垃圾进行处理，实现其综合效益的最大化。

参考文献

[1]贾子利.北京市生活垃圾分类及处置方式研究[D].北京林业大学，2011.

[2]林丽.中国国情下厌氧消化技术处理城市混合收集生活垃圾可行性研究[D].西南交通大學，2009.

[3]李鹏.农业废弃物循环利用的绩效评价及产业发展机制研究[D].华中农业大学，2014.

[4]王涛.成都市餐厨垃圾收运系统及优化研究[D].西南交通大学，2010.

[5]刘振国.西安市餐厨垃圾规范化管理和对策[J].生物技术世界，2013（3）：26.

[6]徐栋，沈东升，冯华军.厨余垃圾的特性及处理技术研究进展[J].科技通报，2011（1）：130-135.