餐厨垃圾处理设施产生的固体废物资源化利用探讨

左 乐，聂剑文 ，袁 野，李向蓉（.上海建科环境技术有限公司， 上海 000；.上海老港固废综合开发有限公司， 上海 006；.上海环境工程建设项目管理有限公司， 上海 006）

厌氧发酵是上海市等地区餐厨垃圾处置普遍采用的工艺。在其过程中会产生大量的固体废物，其中包括餐厨垃圾预处理产生的毛油，废弃油脂提纯产生的三相固渣，以及厌氧消化后残留在发酵罐底部的半固体物质经脱水形成的固态沼渣。上述固体废物目前采用的处理方式主要为毛油外售处理，三相固渣经均质后进入厌氧发酵系统最后成为沼渣，而对沼渣则是进行外运焚烧处置，总体而言资源利用率低。因此，本文将介绍餐厨垃圾处理过程中产生的各类固体废物资源化利用方式，并在此基础上进行环境经济损益计算，对比分析采用资源化利用前后的环保效费比变化情况，以期为分析和评价餐厨垃圾资源化的环境与经济效益比较提供参考。

1 毛 油

餐厨垃圾中油脂含量一般约为 4%，经离心分离后会产生毛油，毛油的主要成分三脂肪酸甘油酯，经化学反应后可加工生成生物柴油或油酸。柴油或油酸可作化学原料，达到资源化利用的目的。

1.1 生物柴油

以毛油作为原料生产生物柴油是实现餐厨垃圾毛油高值化利用的一种重要手段。生物柴油是一种生物质能，其物理性质近似于石化柴油。生物柴油具有高十六烷值、低含硫量、可生物降解、润滑性能优良和闪点高等优点，而且其中的硫含量相对于石化柴油下降约 30%，是一种新型的绿色环保型燃料，已广泛应用并普遍成为石化柴油替代品。

生物柴油的生产工艺为：原料油（毛油）转入酯化反应器，随后加入酸性催化剂，与过量甲醇进行两次酯化反应后，通过精馏提取生物柴油。其中，产物分为轻质柴油（C 14 甲酯）和重质柴油（植物沥青、油酸甲酯、棕榈酸甲酯等）。

1.2 油 酸

以毛油生成油酸也是其资源化利用的一个重要方式。油酸是一种油脂化工的基础原料，其制备工艺是对毛油进行水解，然后经过精馏而逐步分离出油酸、硬脂酸、沥青、粗甘油等产品。其主要工艺流程如图1 所示。

图1 油酸生产工艺流程图

生成的油酸及其副产物产品可用于日用化工、石油化工、铸造、金属加工、油墨、涂料、食品、医药、纺织、橡塑、采矿、交通运输等各行各业，用途较为广泛。

2 三相固渣

废弃油脂在提纯过程中产生的三相固渣一般会进入厌氧发酵系统继续发酵，最后作为沼渣处理，但是该处理方法资源利用率低，并且大量油脂含量较高，将影响后续厌氧发酵。研究表明，三相固渣中蛋白质含量高且种类丰富，可用于养殖低等生物制备蛋白饲料，带来较高的经济效益。

通过饲养昆虫（如蚯蚓、蝗虫、黑水虻等）作为蛋白质来源回收餐厨垃圾并生产蛋白饲料是三相固渣高值化利用的一种方法，目前推广的为黑水虻养殖。黑水虻是一种腐生性水虻科昆虫，繁殖速度快，具有对有机物吸收转化率高、可高密度养殖、饲养成本低等特点。

利用黑水虻消化餐厨垃圾中有机成分，而其幼虫和蛹可用于制作高价值的动物蛋白饲料。含水率约 70% 的三相固渣经粉碎后喂食于黑水虻，经 5～7 d 养殖后，将黑水虻虻体蛋白和虫粪采用虫料筛分设备进行虫粪分离，最终得到的优质的水虻鲜虫，可作为有机肥产品，实现餐厨垃圾资源化利用。

3 沼 渣

沼渣主要由分解的原料固形物与新产生的微生物菌体组成[1]。其特点是有机质养分含量较高，重金属含量较低，具有较高的营养成分和较低的生物毒性，具备良好的资源化利用潜力[2]。

3.1 饲 料

沼渣作为饲料或饲料添加剂是其资源化利用的途径之一，多应用在水产和畜禽养殖方面。沼液中含有丰富的蛋氨酸和赖氨酸及一定量的糖类、蛋白质及脂质，还含有大量的微量元素，还可以用作畜禽养殖的饲料和淡水养殖的饵料，达到废弃物资源利用的最大化[3]。

3.2 肥 料

沼渣中含有丰富的有机及无机物质，速效养分含量高，被认为是一种优质高效的土壤改良剂和有机物肥料。

通常沼渣经脱水后还会通过干化处理使其含水率降至40% 左右，干化后沼渣的资源化途径主要为生产有机肥料。根据某工程厌氧发酵的沼渣干化处理后的检测数据，其各类指标可满足 NY 525—2012《有机肥料》要求，如表1所示。

表1 干化沼渣指标检测值对比分析结果

3.3 生物质炭

热解碳化沼渣是目前最新的资源化处理方式，尚处于试验阶段未正式投入大规模生产。该方法通常采用固定床汽化炉进行热解气化，碳化沼渣在限氧或者无氧的条件下进行裂解，将有机物转化为热解油、可燃性气体以及多用途的热解炭（生物炭）。

热解炭化工艺流程如图2 所示。整个系统主要由回转式干化机和空气加热、冷凝交换机组组成。干化机利用炭化余热产生的蒸汽通过热交换器将常温风转换成热风，对沼渣进行干化；此阶段的风进入冷凝器进行冷凝水回收，再循环至干化机。炭化机采用外热型干馏炭化，物料与高温烟气不直接接触。

图2 沼渣热解炭化工艺流程图

热解是在无氧的条件下进行的，热解过程中会产生三种物质，分别是热解气、生物质炭和焦油，均可被回收利用。热解气为可燃气体，主要为 CH4、H2、CO、CO2等，可以作为热解炭化系统的内循环燃料。生物质炭具有多孔性，并含有一定量的氮、磷、钾等元素，可以用作土壤性能改良剂以及炭基肥生产的原材料，也可以用作环境功能材料，用于污水治理、烟气净化、土壤修复、固体成型燃料、燃料电池、固体酸催化剂和电极材料等[4]。焦油经过提纯后可以作为焦化工业的原料，生产重整柴油。沼渣的热解炭化处理在无害化过程中最大程度实现了资源化利用，是未来沼渣资源化处理方式的主要发展趋势。

此外，对于炭化热解，一些学者比较关注该过程中二噁英污染物的产生。热解反应系统一般分为固体热解区和气体燃烧区。固体热解区为无氧状态，缺少二噁英产生的必要条件—氧；热解气体燃烧区，则无可作为催化剂的重金属，且该区域温度在 850 ℃ 以上，亦不构成二噁英产生的条件。因此，在无氧或缺氧条件下，二噁英等因缺少生成的条件而从源头上减少了二噁英的排放，降低了热解炭化生产工艺的环境风险[5]。根据上海市某湿垃圾项目沼渣热解炭化试验结果，热解废气中污染物 SO2、颗粒物、氮氧化物的含量均相对较低，对于 SO2、含汞重金属和二噁英则显示未检出，如表2 所示。因此炭化热解处理沼渣对环境造成的损害较低，具有良好的环境及经济效益。

表2 湿垃圾沼渣炭化热解废气检测数据

4 环保效费比

环境经济损益分析是衡量一个建设项目环境可持续发展的重要指标。在环境影响评价中常采用环保效费比的数值来判断。一般认为环保效费比的值≥1 时，该项目的环境控制方案是可行的，否则认为该方案在环保经济上不合理。

基于上述固废资源化利用方式，本次研究以一座处理能力为餐厨垃圾 500 t/d 的处理设施为例来进行餐厨垃圾处理设施产生的固废资源化利用前后的环保效费比对比分析，其固废的资源化利用方式为：毛油制备油酸，三相固渣用作黑水虻养殖，沼渣作为有机肥。

根据市场调查和题设规模餐厨垃圾运行实际情况，一般有机肥单价为 200 元/t，产量约 19 370.00 t/a；鲜虫单价为 3 500 元/t，产量约 2 190.00 t/a；虫粪单价为200 元/t，产量约 32.85 t/a；油酸单价为 5 000 元/t，产量约 2 810.00 t/a；油酸制备副产物单价为 200 元/t，产量约 1 245.00 t/a。

通过计算及前文得出的结果[5]，在未采用资源化利用工艺之前，餐厨垃圾处理设施的环境年净效益计算结果为1 782 万元，其环保效费比为 1.26，在进行资源化利用后，餐厨垃圾厌氧发酵处理的环境年净效益达到 4 366 万元，其环保效费比达 1.65，提高了约 30%，说明餐厨垃圾末端固废资源化利用率的提高将明显有助于项目环保效费比的提高，从而有利于项目具有更加稳定持续的运营模式，有益于环境与经济效益的可持续发展。

5 结 语

近年开展的生活垃圾分类引起的餐厨垃圾处理设施兴建，目前处于一种全新的生活垃圾处理模式发展时期。根据调查，上海市大部分餐厨垃圾厌氧发酵处理的沼渣多采用外运焚烧的处置方式。从经济和环境保护角度考虑，该方法一方面增加了生活垃圾焚烧场的工作负荷，一方面也削弱了生活垃圾分类处理的实际意义。因此，在源头做好餐厨垃圾消化处理的同时，从末端提高处理过程中产生的固体废物如毛油、三相固渣、沼渣等的资源化利用率，对餐厨垃圾厌氧发酵处理设施的可持续运行大有裨益。

上海市已有少数餐厨垃圾处理设施在尝试采用不同的固废资源化利用组合方案，而炭化热解工艺，尚处于探索阶段。但是，不论采取何种资源化处理方式，都存在利用途径较窄，产品的产量和品质有待提高等问题，尤其对于炭化热解工艺的全面推广还需要更加深入和细致的试验和研究。