餐厨垃圾处理节能降耗措施分析

邓松圣，戴飞，冷夕杜

（重庆工程职业技术学院，重庆 402260）

随着我国人民生活水平的持续提升，餐厨垃圾的产生量也在逐年增加。据统计，2020年我国餐厨垃圾的产生量高达12 775万吨。若这些垃圾得不到妥善处理，将会对水体和大气环境造成严重污染。同时，餐厨废油若回流至餐桌，将严重威胁居民的身体健康。此外，未经有效处理的餐厨垃圾若被用作饲料，还可能引发动物疫情的扩散。例如，2020年前后我国部分地区爆发的非洲猪瘟疫情，不仅导致猪肉供应紧张，价格大幅上涨，而且增加了居民的消费负担。因此，加强城乡餐厨垃圾的有效处理对于环境保护和保障人民群众身体健康具有至关重要的意义。然而，目前我国餐厨垃圾的处理能力仍显不足，截至2020年9月，全国已建、在建、筹建的餐厨垃圾处理项目的总处理能力仅为约2.15×104t/d（年处理能力7.847 5×106t），相较于每年1.2×108t的产生量，处理缺口依然巨大[1]。

餐厨垃圾实际上是一种被放错位置的资源，其中含有的油脂和有机质等有用物质均可被视为城市矿产。所谓城市矿产，是指在工业化和城镇化过程中产生并蕴藏于各类城市废弃物中的可循环利用资源，其利用价值不亚于原生矿产资源[2]。因此，推动餐厨垃圾的资源化回收利用对于促进我国城乡的可持续发展具有深远意义。但与此同时，我们也应看到餐厨垃圾处理过程中的能耗问题。它直接关系到企业的运营成本、经济效益乃至整个行业的发展前景。在碳达峰和碳中和的背景下，我们探究影响餐厨垃圾处理能耗的因素并寻求降低能耗的有效措施，对于推动餐厨垃圾处理行业的可持续发展具有积极的促进作用。

一、餐厨垃圾处理中节能降耗的必要性和重要性

随着我国积极推进2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的战略目标，全社会正努力减少对化石能源的依赖，转而开发非化石能源和可再生能源。同时，高效能源利用技术、节能降耗技术的研发与应用也在不断深入，以提高能源利用效率。其中，少碳－用碳－零碳能源原理的创新与颠覆性技术得到了大力发展。在这些技术中，节能降耗技术因其能直接减少能源消费，成为最显著、最直接的碳减排手段，是实现碳中和目标的优先发展路径。节能降耗的核心在于通过提高能源利用效率，减少能源消费总量和不必要的能源浪费。数据显示，2020年我国单位国内生产总值能耗为3.38tce/万美元，是世界平均水平的1.4～1.5倍，是美国的2倍。如果能将这一数值降至世界平均水平，我国每年可节省的能源将达到13亿tce，减排CO234亿吨[3]。由此可见，提高能源利用率、减少能源消耗对于我国实现碳达峰、碳中和目标具有至关重要的意义。

在餐厨垃圾处理行业中，节能降耗的需求尤为迫切。目前，该行业广泛应用的肥料化、厌氧发酵、焚烧以及联合生物综合处理工艺等各具特点，但仍在不断完善中。特别是这些工艺中涉及的高温加热与消毒、添加辅助燃料、相变传热、多相分离以及水处理等环节，能耗较大，成为制约餐厨垃圾处理技术发展和产业推广的瓶颈。

因此，本文在简要分析餐厨垃圾处理工艺特点的基础上，将对各环节工艺能耗进行详细剖析，以明确主要的能耗环节。同时，通过工艺优化、科学设计、科技创新以及强化管理等多方面的探讨，我们将系统地提出餐厨垃圾处理工艺节能降耗的具体措施。这些措施的实施将有助于餐厨垃圾处理行业碳达峰和碳中和目标的实现。

二、餐厨垃圾不同处理方式的能耗分析

（一）基本前提

餐厨垃圾的各种处理方法通常都会涉及餐厨垃圾前处理工艺，包括筛分、破碎、压榨、原料加热以及油水分离（即毛油回收）等步骤。不同的处理方法对这些前处理工艺的要求存在差异，例如，联合生物综合处理工艺就对前处理有较高要求。此外，所有处理方式都需要对车间进行臭气负压抽吸与处理、渗滤液处理，以确保达到环保标准。所有处理方式都需配备监控管理系统来监视、控制和管理整个生产过程。为了简化分析，我们通常认为各种处理方法的前处理工艺能耗相差不大，主要的能耗差异体现在主体工艺上。

（二）不同处理模式能耗分析

1.餐厨垃圾填埋

餐厨垃圾填埋是一种较为原始的处理方式。在填埋过程中，餐厨垃圾与周围的水土、空气等构成一个复杂的系统。这个系统内不仅会进行生物代谢，而且会发生一系列复杂的物理和化学反应，最终产生甲烷、二氧化碳、硫化氢等酸性气体以及腐殖质，并释放出热量。然而，早期建设的餐厨垃圾填埋场由于长期超负荷运行且管理不善，已经导致了土壤和地下水的污染，同时产生了大量的二氧化硫和硫化氢等恶臭气体，对附近居民的健康构成了威胁。此外，排放的甲烷和二氧化碳是温室气体。其中，甲烷的积聚还容易引发燃烧爆炸事故[4]。目前，我国已经不再将餐厨垃圾填埋作为主流的处理工艺，而已建的垃圾填埋场则成为环境综合治理的重点对象[5-6]。这种方法的能耗主要包括水喷淋、气体抽采、净化处理、加压输送等环节，还包括气体除臭和渗滤液处理等。

2.饲料化

餐厨垃圾的饲料化处理包括物理法和生物法两种。物理处理法涉及餐厨垃圾的分拣、破碎、固液分离、高温灭菌、干燥、压榨和研磨等环节，最终将处理后的物质与基础饲料均匀混合制成干饲料。在这个过程中，高温灭菌、干燥、压榨和研磨等环节会消耗大量的能量。而生物法则是通过培养特定的菌种，将餐厨垃圾与其他介质（如秸秆粉）按一定比例混合进行生化反应，从而生产出富含蛋白质的饲料[7]。在适宜的条件下，我们利用特定的生物，如蝇蛆、水虻和蝗虫等，将餐厨垃圾中的有机物转化为腐殖物，同时获得这些生物的幼体作为蛋白饲料。然而，这种方法生产的饲料，安全性尚未得到充分保障，存在潜在的疾病传播风险[8]。因此，我国并不提倡简单的餐厨垃圾饲料化处理方法。在这种方法中，通风、温控、除臭、干燥、破碎以及渗滤液处理等环节都需要消耗一定的能量。

3.肥料化

餐厨垃圾的肥料化处理主要包括好氧堆肥和厌氧堆肥两种方法。好氧堆肥是将餐厨垃圾放置在地面或特制的发酵装置中，在有氧环境下，通过添加细菌、真菌等堆肥菌剂，或利用物料本身所含的微生物，使有机物分解成稳定的腐殖质、水、二氧化碳和氨气等的生物化学过程[9]。然而，如果好氧发酵制肥过程中的供风量不足，会导致厌氧发酵，进而产生甲烷、氨气和硫化氢等恶臭气体。肥料化处理的能耗主要涉及破碎、通风、翻堆、干燥、包装等环节的电力和其他动力消耗。

4.焚烧

餐厨垃圾的焚烧处理需要先对其进行压榨以降低水分，然后进行筛选，与生活垃圾一同焚烧。这种方法能彻底分解有机物，显著减少垃圾的体积和重量。焚烧产生的热量可用于供热或发电，产生的惰性炉渣也可加以利用[10]。但由于餐厨垃圾含水率较高，焚烧可能不充分，从而产生二氧化硫、氯化氢和二噁英等对人体有害的气体，对周边环境构成严重威胁。这是当前尚未彻底解决的技术难题。餐厨垃圾热值较低，焚烧时需要添加柴油、天然气等辅助燃料。同时，处理燃烧产生的有毒烟气和渗滤液需要消耗电力、水和药剂，排烟过程中也会损失一部分烟气余热。

5.厌氧消化

厌氧消化技术在处理生活垃圾、餐厨垃圾等方面得到广泛应用。在无氧条件下，该技术利用兼性微生物和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，并产生甲烷和二氧化碳等[11]。通过控制发酵过程，我们还可以获得各种有机酸和醇类。产生的沼气经过净化、加压后可进入燃气管网，或进一步转化为电能并入电网。厌氧消化具有规模化处理能力强、资源化效果好的优点，因此，成为餐厨垃圾处理的主流方向。但是，该技术也存在一次性投资大、占地面积大、工艺复杂、发酵工艺操作要求高以及沼渣沼液处理难度大等不足之处。在厌氧消化过程中，为了维持一定的温度，我们需要对料浆提供热能，还需要对产生的沼气进行脱水、除杂等净化处理。此外，对污水、臭气、沼渣等的处理也需要消耗大量能量。

6.其他综合处理技术

餐厨垃圾具有成分复杂、有用成分多样的特点。联合生物处理技术（CBP）[12]采用一种新型的“噬污酵母”，可以在同一个体系内同时进行多种生化活动。该技术能够降解和转化餐厨垃圾的复杂成分，结合油脂高效分离等技术，生产出非粮乙醇、工业毛油、酒糟饲用蛋白等多种高附加值的粗产品。然而，该过程涉及高温消毒、蒸馏、干燥及水处理等多个能耗环节，导致能耗较高。节能降耗成为该技术发展和推广过程中必须解决的技术难题。

经过分析，我们得出了不同技术路线下餐厨垃圾处理的平均能耗与成本，具体数据如表1所示。

表1 不同技术路线下餐厨垃圾处理平均能耗与成本分析[13]（单位：元/吨）

三、节能降耗措施分析

餐厨垃圾处理是一项系统工程，其节能降耗工作应从多个方面入手，包括优选餐厨垃圾处理工艺、生产系统的优化设计、节能设备的选用以及加强生产过程管理等。只有开展系统性的研究工作，餐厨垃圾处理才能取得显著的节能降耗效果。

1.优选餐厨垃圾处理工艺是节能降耗的前提

餐厨垃圾处理工艺的确定需综合考虑处理规模、处理对象的源头属性等因素。从表1可见，虽然填埋处理方式成本消耗最低，但受应用地点限制，仅适用于人烟稀少、处理量较小、产品能就近利用的场景。机关食堂和大型饭店等产生的有机质含量高的餐厨垃圾，更适宜采用厌氧发酵或生物转化法，以获取更多的沼气、蛋白质粉及其他有机物。尽管此类工艺能耗较高，但所获收益更高。若餐厨垃圾与生活垃圾混杂，则肥料化或焚烧处理更为合适，其能耗低于厌氧发酵或联合生物处理。

2.生产过程优化设计是节能降耗基础

为实现节能降耗，我们需进行成本效益核算，确定合理的处理规模，优化各种设备的负荷及容量配置。通过协调整个系统的工作状态，我们既能降低设备成本和建设成本，又能减少能耗，降低运行成本。此外，我们可以对各种泵进行优化选型，使其高效工作。我们还可以对负压抽气点进行流场模拟，以优化布局和抽气负荷。我们还可以通过模拟分析确定反应容器的最佳容量、反应条件、结构参数和工作参数等。这些工作涉及流体力学、传热学、热力学、传质学、化学及生物化学等多学科知识。有些工作还需借助先进的模拟软件进行仿真和优化设计。

3.采用性能先进的低能耗技术装备是节能降耗的保障

选用先进的节能技术和装备对餐厨垃圾处理工艺至关重要，为节能降耗提供了有力保障。我们可以采用性能卓越的燃烧设备提高蒸汽锅炉的效率并降低能耗，采用高效换热器提升换热效率并实现能量的梯级利用，选用优质保温材料减少散热损失，实施节约用水和水的回用策略减少水量消耗，优化生产控制过程降低能量消耗。

4.科技攻关和技术革新是节能降耗的根本

技术创新和新型装备研发可以推动餐厨垃圾处理技术的进一步成熟与完善。目前，餐厨垃圾的前处理技术装备普遍不具备差异化处理能力，导致资源严重浪费。某些不善于处理沼气的处理系统，将沼气燃烧后排放二氧化碳，造成了资源的极大浪费。现有的餐厨垃圾发酵废水处理技术存在投资成本高的问题。

5.科学管理是节能降耗的倍增器

企业节能降耗是一个综合性的过程。一方面，我们要采用先进的节能工艺和技术产品。另一方面，我们要全面关注生产的各个环节，实施科学的企业生产管理，以确保设备充分发挥效益，使企业的节能降耗工作系统高效运转。我们应加强设备维护管理，保持设备处于良好工作状态，减少事故，确保企业稳定连续生产；加强生产调度管理，精细操作与控制生产工艺，使生产在最佳状态下运行；树立全面的节水观念，杜绝水资源浪费，实现水的循环利用，减少市政用水，同时收集雨水用于绿化和场地清洗；加强换热设备的维护，定期清洗，提高传热效率；做好设备保温工作，减少热量损失；定期对锅炉进行维护，减少燃烧积碳和设备结垢，优化燃烧器运行，合理确定燃烧负荷，提高燃烧效率；在车间、办公区及室外安装声控灯，道路安装太阳能板和路灯，以节约照明用电。

四、结束语

结合餐厨垃圾处理的特点，本文指出在碳达峰、碳中和的背景下开展餐厨垃圾节能降耗研究的必要性。本文分析了各种影响餐厨垃圾处理方式能耗的因素，系统性地提出了优选处理工艺、生产系统优化设计、节能设备选择和加强生产过程管理等一系列节能降耗措施。这对完善和发展餐厨垃圾处理技术，推动餐厨垃圾处理行业的可持续发展具有重要意义。