餐厨垃圾处理工艺及装置发展现状与展望

李晶 李宇聪

随着国民经济收入大幅增长，餐饮食品行业迎来爆发式增长，人们在日常饮食、食品生产加工等过程中产生的残羹剩炙及过程废弃物数量直线上升。据前瞻产业研究院数据显示，2011-2015年间，我国平均每年产生的餐厨垃圾约为8684万吨，而到了2019年，我国产生的餐厨垃圾量达到了1.2亿吨，而且未来几年还会继续攀升。在可持续发展、资源最大化利用的理念支持下，餐厨垃圾处理工艺飞速发展，本文介绍了多种常规及新型餐厨垃圾处理工艺，并简述了餐厨垃圾处理设备的发展现状。

一、常规餐厨垃圾处理工艺

餐厨垃圾的组分对后续垃圾处理工艺有较大影响，我国居民饮食偏向于高油高盐食物，餐厨垃圾中油脂、盐分、有机物等含量较高，导致餐厨垃圾在短时间内易腐坏，滋生细菌、病虫害，因此餐厨垃圾在运输及处理上需保证时效性及安全性。我国餐厨垃圾处理应走无害化、资源化路线，将油脂、有机物等循环利用，下面介绍我国常用的几种餐厨垃圾处理工艺。

1.填埋、焚烧与破碎。在我国大部分地区，垃圾分类工作还不够完善，往往是所有垃圾混合运输。填埋，即将餐厨垃圾与其他生活垃圾混合压缩后填埋至地下，填埋地点通常选在城市郊区，以防止垃圾填埋后产生的易燃、有害气体及渗液对居民造成伤害。此方法简单、成本低且处理量较大，但对环境造成的污染久难恢复。

焚烧，即将餐厨垃圾粗筛之后，添加助燃料投入焚烧炉燃烧处理，但餐厨垃圾水分含量较高，需要足够的助燃料才能充分燃烧，无形中增加了经济成本，同时会产生二噁英等有毒气体，会污染环境，且混合焚烧发电的回收利用率仅为9%。

破碎，即将餐厨垃圾直接倒入机器中粉碎后排入下水道，这种方法简单好操作，但处理规模较小，通常餐厨垃圾粉碎后多为粘稠流体，流动性弱，容易在管道堆积堵塞，还易产生各种微生物引起腐烂异味，同时对污水处理工艺要求较高，废油脂等无法二次回收利用，不符合垃圾处理资源化理念。

2.厌氧消化。厌氧消化，即将餐厨垃圾置于适宜温湿度、酸碱度的无氧或低氧环境中，利用厌氧微生物（水解发酵菌、产甲烷菌等）将餐厨垃圾中的有机物降解为甲烷、二氧化碳、氢气等可二次利用的物质资源，基本實现无害化、资源化处理餐厨垃圾。厌氧消化前需对餐厨垃圾进行打碎、分离预处理，打碎粒度应小于10mm，且环境条件变化对反应过程影响较大，现在大多将水解发酵和甲烷菌反应过程分别置于两个串联装置中，以保证稳定的处理效果。目前厌氧消化工艺研究相对成熟，已逐步应用于部分城市餐厨垃圾处理。

3.好氧生物处理（好氧堆肥）。好氧生物处理，即将餐厨垃圾预处理后，在有氧环境中利用好氧微生物将餐厨垃圾中有机物降解为生化腐殖酸，腐殖酸经转化后可作为肥料用于农业生产，必要时可加入秸秆、粪便等有机废弃物或微生物菌剂促进反应，从而提高堆肥效率。好氧堆肥工艺流程简单、对环境条件要求不高、运行费用低，但所需时间周期长、占地面积大，餐厨垃圾组分情况对堆肥效果影响较大。

4.饲料化。饲料化，即将餐厨垃圾进行加工处理后生成禽畜饲料，加工处理方式一般分为筛杂、脱水、脱油、高温干燥、研磨制粒几步，餐厨垃圾中的塑料、金属、玻璃等不可食用物质若没有清除干净，或高温加热不彻底，没有完全消灭餐厨垃圾中的病原菌，人类食用饲料饲养的禽畜肉后易摄入有害物质，影响健康，所以饲料化处理餐厨垃圾时需按国家标准要求保证成品饲料质量。饲料化处理餐厨垃圾的资源回收利用效率可达到80%，在目前常用的几种处理方式中效率最高。

二、新型高回报化餐厨垃圾处理工艺

首先，我国常规餐厨垃圾处理时分离出的大量废油脂可作为制备生物柴油的原料，生物柴油是一种可代替化石燃料的绿色清洁能源。目前大规模工业化制备生物柴油技术以酯交换法为主，根据废油脂成分的不同，选择相应的酸或碱性催化剂来完成酯交换过程。在我国生物柴油市场化程度不高的当下，还需政府出台相关激励政策，为生物柴油的生产、销售各环节布好局、铺好路。

其次，废油脂还可通过微生物合成一种热塑性较好且可降解的高分子聚酯，可代替传统塑料，减少塑料对环境的污染，目前此技术还在研究阶段，未大规模投产。而废油脂的利用，也从根本上杜绝了“地沟油”等非法利用问题。

再次，餐厨垃圾还可制备乙醇及氢燃料，通过酶水解糖化和发酵反应将餐厨垃圾中的淀粉、糖类、脂肪等各种有机物转化为乙醇燃料，厌氧发酵法获得甲烷的同时也会产生部分氢气，对这部分氢气进行收集，可实现甲烷-氢气联合生产，过程中还可控制反应工艺参数实现氢高回收率。乙醇及氢燃料作为绿色清洁能源在化石能源逐渐枯竭的时代将大有可为，但这方面技术还有待推广应用。

最后，由于餐厨垃圾中蛋白质、糖分含量较高，可作为昆虫养殖饲料，研究发现黑水虻这种喜食腐生性物质且耐高油高盐的昆虫可大量消耗餐厨垃圾，黑水虻成长周期较短、自身营养丰富，成虫可作为其他禽畜、水产动物饲料使用，简单、轻松实现了餐厨垃圾的循环化利用，但弊端在于昆虫培育安全性欠佳，耗费人力，目前还无法大批量自动化养殖。餐厨垃圾利用固态发酵的方法还可得到蛋白饲料，可代替大豆粉、鱼粉，但此蛋白饲料中可能含有餐厨垃圾中同源性污染源，例如致病菌等，有一定食品安全风险，因此这一技术目前也未大规模工程化应用。

三、餐厨垃圾处理装置简述

餐厨垃圾处理设备可分为小型家用装置和大型工程用装置，小型家用装置常见有厨下垃圾处理器，其体积小巧、处理速度较快，可直接安装在厨房洗菜池下水管口，将厨余垃圾打碎研磨后排入污水管。不过，这种垃圾处理器对污水管的维护管理及终端污水的处理技术要求较高，目前在我国的普及度比较低。国外还有一种小型家用餐厨垃圾处理机，利用高温烘干或加入微生物菌使餐厨垃圾降解为肥料，可用于园艺花草施肥，但该机器的处理量偏小，所需处理时间较长。

大型工程用餐厨垃圾处理装置通常采用预处理与厌氧消化、好氧堆肥或饲料化结合的工艺，收运来的餐厨垃圾通过自动送料设备送至粗分选、精分选设备、三相分离设备先进行预处理，筛分出塑料、陶瓷、玻璃等无法参与后续流程的固体废渣和废油脂。分选设备可将破碎机、螺旋输料机、液压泵、变频电机、三相分离器及离心泵等组合使用;筛分后的餐厨垃圾送入发酵容器，根据地域特点和餐厨垃圾组分选择不同的处理方式，调整适宜的工艺参数，如温湿度、酸碱度等，最终收集甲烷气体、肥料或饲料，并将过程中产生的废气、废水按国家标准要求处理后排放。大型餐厨垃圾处理设备往往占地面积、建设规模较大，目前在部分大中城市有试点项目，最大处理量约为400t/d。大型餐厨垃圾处理装置生产流程如图1所示。

四、结论与展望

虽然近年来我国开发出了多种新型餐厨垃圾回收处理工艺，丰富了终端产物品种，但很多工艺技术还无法实现工业化量产，存在一定局限性，有待进一步研究。目前餐厨垃圾处理设备装置还未在全国范围内普及，垃圾资源化处理速度仍落后于产生速度，未来可在餐厨垃圾处理设备高效化、人工智能化方面进行研究，以降低成本、提高质量，实现绿色可持续发展。同时，应加大垃圾分类宣教，形成全民共识，并制定相关法律管理条例，推出相应政策及措施，大力推动城市垃圾分类及餐厨垃圾处理设施试点项目。

作者简介：李晶（1991-），女，陕西西安人，硕士研究生，实验师，研究方向为过程装备与控制工程。

李宇聪（2001-），男，辽宁沈阳人，本科在读，研究方向为机械设计制造及自动化。