厨余垃圾处理技术应用分析及综合评估

杨丽?孙国芬?许晓敏?范玉龙?郭禹佳

一、引言

厨余垃圾是生活垃圾的重要组成部分，包括家庭厨余垃圾、餐厨垃圾和其他厨余垃圾。随着城市生活垃圾分类工作的深入推进，厨余垃圾的处理需求日益增长。厨余垃圾具有“四高”特性和双重属性，其中，油脂含量高和有机质含量高，体現了其资源属性；含水率和含盐量高、易腐烂变质，体现了其危害属性。因此，如何选择合适的处理技术对厨余垃圾进行资源化、减量化和无害化处理，已成为当前城市面临的一个重要难题。

二、厨余垃圾主要处理技术应用情况

根据处理原理不同，厨余垃圾处理技术可分为物理法、生物法和其他法。其中，由于厨余垃圾成分较复杂，在进行综合处理前，首先需要通过物理方式进行除水、除杂、除油等预处理，筛分出各类物料，并对不同物料进行分类分级处理及利用。常用的物理预处理方法包括压榨脱水和三相分离等技术。同时，由于厨余垃圾有机质含量高，可利用生物法深度处理进一步实现资源化利用。常用的生物法包括厌氧消化、好氧堆肥、生物养殖等技术，厨余垃圾经不同生物法处理后可产生沼气、肥料或饲料等资源产品。部分地区还采用其他法，如通过与其他垃圾协同焚烧或填埋处理，以实现对厨余垃圾无害化处理的目的。在实际处理技术工艺设计及应用时，通常会将物理法、生物法或其他法处理技术组合应用，以实现处理效益的最大化（图1）。

本研究通过调研获取深圳市厨余垃圾处理技术应用案例投入及产出情况，总结了不同技术的应用优势及不足，如表1所示。

三、指标体系构建及分析

由于厨余垃圾处理技术应用类型多样，对技术的选择是一个复杂的系统工程，涉及技术、经济、环境、社会等多个方面。目前关于城市生活垃圾处理技术方案的研究较多，如层次分析法和模糊评价法。其中，层次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是采用优化方法将复杂的系统分析简化为各种因素之间的成对比较判断和简单排序计算，从而使难以用参数型数学模型方法解决的复杂系统的分析成为可能。本研究采用AHP方法对不同厨余垃圾处理技术进行简化对比分析及排序。

一是构建比选指标体系。指标体系分为3层（图2），其中，目标层A是厨余垃圾处理技术方案选择；中间层是需要考虑的因素和决策的准则，分为准则层和指标层，其中准则层B包括技术可达性、经济效益、环境效益和社会效益，指标层C是由构成技术可达性、环境效益、经济效益和社会效益的关键指标组成；方案层D是指不同的厨余垃圾处理技术，本研究共分为6种。

二是构造判断矩阵。根据参与比较的两个因素相对于上一层它们共同隶属的因素的重要性，赋予一个1～9的标度值，并写成矩阵的形式。

三是对于形成的判断矩阵，计算其最大特征值及其相应的特征向量，经过对特征向量的数学处理，进一步得出各指标因素的权重。在计算得到某一层次相对于其上紧邻层次各个因素的单排序权重后，用上一层次因素本身的权重进行加权综合，得到层次总排序的权重值。最终根据判断矩阵标度，对厨余垃圾处理技术指标体系中各指标进行归一化值的计算，得到各技术选择的得分。

四、结果分析与讨论

由表2可知，不同厨余垃圾处理技术的综合排序为：厌氧制酸＞厌氧产沼＞生物养殖＞三相分离＞压榨脱水＞小型处理机。

其中，厌氧制酸技术得分最高，该技术应用综合优势最好；厌氧产沼技术和生物养殖技术得分较接近，可以根据适用场景和条件进行选择应用；三相分离和压榨脱水技术得分次之，主要可作为厨余垃圾预处理工艺与其他工艺组合应用；小型处理机技术得分最低，该技术可作为备选，在处理能力不足时的过渡期选择应用。

各类技术都有其优缺点和适用场景，从技术应用方面看，厌氧产沼技术相对成熟可靠，自动化程度高、有机负荷承担能力高，一般应用于大型处理项目，但该技术工艺复杂、处理周期长，处理后会产生大量的沼渣、沼液需要进一步处理。相比厌氧产沼技术，厌氧制酸技术由于没有产甲烷阶段，因而处理周期大幅度缩短。生物养殖技术通过生物质形态的完全转化，完全阻断同源性蛋白病毒在食物链中的传播，技术相对可靠，但在分选进料、臭气控制、稳定存储方面仍具有较大挑战，一般处理规模在100 t/d以下。压榨脱水及三相分离通常适合作为预处理技术与其他处理工艺组合协同应用，不仅能通过分类分级处理减少后端设施的处理压力，同时还能降低杂质和油脂等物料对末端设施运行造成的损耗，减量化优势明显，但其资源化利用水平不高，若将其单独作为处理设施应用，需考虑其处理后各类产物的去向。小型处理机技术具有工艺简单、占地小、建设快及处理周期较短等优势，基本能实现日产日处理，但一般以几吨或十几吨的设备为主，且由于市场上设备类型多、更新快，运行稳定性还有待提高。

从经济效益方面看，厌氧消化可通过规模化建设实现集约化处理，提高土地利用率，降低处理成本。然而，该技术工艺链长，需配套设施设备数量多、占地大、建设及运维要求高，前期建设投资较大，吨投资为30～60万元，后期运营维护费用高，处理产生的沼气可用于发电，整体经济效益一般。生物养殖处理后能产生高价值的蛋白饲料和肥料，市面上优质的蛋白饲料产品每吨售价为8000～10 000元，产品经济效益高。小型处理机技术总体投资建设成本偏低，但由于处理规模小，折合至吨成本费用明显偏高，同时其运行成本较高，为400～600 元/t，部分设备的运行成本甚至超过1000 元/t。整体而言，经济效益相对较差。

从环境效益方面看，一方面，避免或减少对环境造成污染是关键。规模化的处理设施在建设应用时，通常会配套完善的环保处理设施，并严格执行污染物排放标准，对环境污染影响较小。然而，部分小型处理机存在污水、臭气排放不达标等问题。另一方面，在“双碳”背景下，碳排放是目前关注的焦点。综合考虑工艺模式、产品类型及产量、处理能耗等因素，李欢等证明了厌氧消化具有较好的环境效应，碳排放相对较低。生物养殖技术可通过生物转化实现固碳，再加上能耗低，碳排放相对低。小型处理机虽然能通过有机碳腐殖化实现固碳，但是由于处理时间短降解不充分，再加上设备运行需保持较高温度，电耗偏高，部分设备可达到200 kW·h/t，因此碳排放量偏高。

从社会效益方面看，厌氧制酸和生物养殖技术的资源化利用程度相对较高，其处理后的产品应用价值也较高。厌氧制酸产生的有机酸液C/N比达40%以上，可作为优质生物活性炭源用于污水厂的碳源补充，实现厨余垃圾与城市市政污水的协同处置。生物养殖得到的产品能作为一种基础性原料被广泛应用于饲料生产、生态养殖等领域，技术发展前景广阔。小型处理机处理产生的肥料腐熟度不高，仅适合作为土壤调理剂用于园林绿化，或者进一步加工完全腐熟后再作为农作物肥料使用。同时采用该技术的设备一般以就近原则设置在小区、学校、市场、超市和转运站等场所，邻避风险较大，目前大部分城市将该技术作为厨余垃圾应急处理渠道。

五、结论及建议

一是不同厨余垃圾处理技术都有其优缺点及其适用条件，厌氧制酸技术处理产生高浓度有机酸，可作为优质外部碳源补充。厌氧产沼技术成熟可靠，可规模化应用，但需解决沼渣、沼液的资源化处理去向问题。生物养殖技术资源化利用水平较高，且环境效益较好，但占地大、进料要求、臭气控制、稳定存储方面限制了其规模生产。三相分离和压榨脱水技术可作为集中处理设施的预处理单元，或者作为单独运营的厨余垃圾处理设施，其优势在于减量化明显，但需要考虑后续固形物的配套处理去向。小型处理机技术虽能在短期内建成并投产运行，但运行费用高，存在环保不达标、运行不稳定等风险问题。

二是通过层次分析法对不同厨余垃圾处理技术进行简化对比分析及排序，综合得分排序结果为：厌氧制酸＞厌氧产沼＞生物养殖＞三相分离＞压榨脱水＞小型处理机。

三是建议决策者根据区域实际应用场景和适用条件，因地制宜选择合适的处理技术。从可持续发展角度考虑，宜优先选用厌氧消化等综合效益较高的处理技术作为厨余垃圾的主要处理去向，但同时可探索发展不同方向的厨余垃圾处理技术路线，提升厨余垃圾处理能力。

参考文献

[1]中国国家标准化管理委员会．生活垃圾分类标志：GB/T 19095-2019[S]．北京：中国标准出版社，2019．

[2]周俊，王梦瑶，王改红，等．餐厨垃圾资源化利用技术研究现状及展望[J]．生物资源，2020，42（1）：87-96．

[3]夏曦，张琦，姚群．层次分析法在生活垃圾处置方案优选中的应用[J]．工业安全与环保，2004，30（12）：18-20＋17．

[4]刘晓红，刘莉，曾现来，等．用层次分析法对延安市区生活垃圾处理方案的优选[J]．水土保持研究，2005，12（1）：98-100．

[5]崔兆杰，宋薇，张国英．城市生活垃圾处理方案优选模型的研究及应用[J]．环境保护，2003（11）：14-16．

[6]黄飞，陶进庆．采用模糊数学法对城市生活垃圾处理方法进行综合评价[J]．环境工程，2000，18（3）：54-55．

[7]王志强，李黎，罗海霞，等．层次分析法在四川省城市生活垃圾处理技术方案选择中的应用[J]．宁夏农林科技，2012，53（3）：104-107．

[8]畢珠洁，邰俊，欧阳创，等．小型生化处理机运行性能与成本研究[J]．环境卫生工程，2015，23（3）：10-12．

[9]李欢，周颖君，刘建国，等．我国厨余垃圾处理模式的综合比较和优化策略[J]．环境工程学报，2021，15（7）：2398-2408．

[10]边潇，宫徽，阎中，等．餐厨垃圾不同“收集—处理”模式的碳排放估算对比[J]．环境工程学报，2019，13（2）：449-456．

（责任编辑：张秋辰）