餐厨垃圾的处理现状与发展趋势
餐厨垃圾的处理现状与发展趋势
摘要:本文介绍了餐厨垃圾的成分、特点,从技术处理的角度阐述了国内外餐厨垃圾的处理现状，探讨了餐厨垃圾的资源化技术,分析了餐厨垃圾资源化技术的现状和发展趋势。
关键词:餐厨垃圾;资源化技术;堆肥;垃圾处理
餐厨垃圾俗称泔水，是指家庭、学校、机关公共食堂以及餐饮行业的食物废料和食物残余,是城市生活垃圾的主要组成部分，在城市垃圾中所占比例为：北京37％,天津54%,上海59%，沈阳６２％,深圳５7%，广州5７%,济南４1％[1］。餐厨垃圾主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、植物油、动物油、肉骨、鱼刺等，物理状成固液混合态，且相当粘稠;化学成分复杂，主要包括水、无机盐、有机酸及各种大分子有机化合物(蛋白质、淀粉、纤维素、杂多糖、脂肪）等。
餐厨垃圾特点为:（1）粗蛋白和粗纤维等有机物含量较高,开发利用价值较大,但易腐并产生恶臭;(２)含水率高，不便收集运输,热值低，处理不当容易产生渗沥液等二次污染物；(３)油类和盐类(NaCl)物质含量较其它生活垃圾高，对资源化产品品质影响较大。１餐厨垃圾单独处理的必要性
以前，餐厨垃圾主要作为城市近郊养猪的饲料,由于其来源比较复杂，且富含有机质，为各种病源微生物及各种携带病源微生物的蝇虫提供良好的生长繁殖环境,可能引起疾病的传播，现已经被政府明令禁止。而在日常生活中,居民通常将餐厨垃圾混入生活垃圾中，通过塑料袋送到垃圾收集点，使城市生活垃圾的成分和特性发生了变化。
餐厨垃圾在存放、收集、转运及垃圾填埋过程中,由于其含水率和有机物含量较高，极易在较短时间内腐烂发臭和滋生蚊蝇等，极大地污染了周围环境。另外,城市垃圾的处置方法通常有焚烧和填埋，如果将城市生活垃圾进行焚烧,由于餐厨垃圾的水分含量常常高达9０%左右，发热量为2１00~3100ＫJ/Kg[２]，和其它垃圾一起进行焚烧,不但不能满足垃圾焚烧发电的发热量要求（5000ＫJ/Ｋg以上）[3］，反而会致使焚烧炉燃烧不充分而产生二恶英;如果将生活垃圾进行填埋,同样会因为混入的餐厨垃圾水分含量高而
不宜处理。而且焚烧、填埋都会导致大量有机物的浪费,因此餐厨垃圾有必要进行单独处理。
2 国外餐厨垃圾处理现状
由于一般家庭厨房的面积有限，每种垃圾单独回收,会影响厨内的日常操作,所以就地减量化处理是餐厨垃圾处理的基本立足点,于是一些小型餐厨垃圾处理机应运而生。国外的餐厨垃圾处理装置大致分物理处理型和生化处理型。
2.1 物理处理型
破碎直排处理是欧美国家处理少量分散餐厨废物的主要方法，是在餐厨废物发生点对其直接进行破碎、粉碎处理,然后采用水力冲刷，将其排入城市市政下水管网，与城市污水合并进入城市污水处理厂进行集中处理。
破碎法对于处理少量分散产生的餐厨废物如家庭泔脚，具有价格便宜、技术简便等优点，能降低城市垃圾的含水率，减少收集量，利于提高城市垃圾的发热量。但不足的方面有:(1)用水量较大，增大城市污水的产生量和处理量;（2)泔脚废物在污水管网中易沉积、发臭,增加病菌、蚊蝇的滋生和疾病的传播;(3）废物中有机组分不能得到资源利用,同时增加了城市污水处理厂的处理负荷；（４）不利于大规模的泔脚废物处理处置。２.2 生化处理型
高温好氧堆肥是处理餐厨垃圾的有效方法之一。堆肥是在人工控制的条件下,使有机固体废物进行生物稳定作用的过程。由于饮食结构的不同,不同国家餐厨废物的物料特性以及产生量有较大差异。欧美国家多采用与其他有机废物或市政污泥混合堆肥的方式。美国、爱尔兰等将包括餐厨废物在内的有机废物统一收集，在有机废物处置厂根据废物不同的特性,进行分类堆肥或其他的资源利用[4］。韩国将堆肥技术作为餐厨废物就地处置的主要技术途径之一,较多学者对餐厨废物堆肥进行了大量的研究,堆肥日益成为韩国餐厨废物处置的主要途径［5］。
厌氧发酵技术日益成为有机固体废物处理处置和研发领域的聚焦。从餐厨废物的特性出发，厌氧发酵具有明显的优势[6,７]。国外许多学者就餐厨垃圾厌氧发酵处置进行了大量的工艺技术研究，但总体处理技术还不完善,还有许多技术问题需要进一步的系统研
究。
近几年,国外蓬勃兴起了一种有机垃圾处理方式——生化处理型餐厨垃圾处理机。根据出料时间和出料量分为“消灭型”和“资源型”[8]。消灭型重在垃圾的减量,适合于居住小区的有机垃圾就地消纳,消除臭味,避免蚊蝇的滋生，减少收集运输过程中的环境污染问题,如日本三洋公司推出的餐厨垃圾处理机;资源型处理机则是兼顾了餐厨垃圾的减量化和资源化,是一种添加了高效菌种并控制堆肥条件的动态快速有机垃圾堆肥器。
3 国内餐厨垃圾资源化处理技术
目前,国内餐厨垃圾大规模处理的工程实例较少,对餐厨垃圾已采用集中处理的有北京、上海、宁波、西宁等城市，主要采用的工艺是厌氧消化工艺、物理生物处理技术、微生物资源循环处理技术等[9]。
3.１厌氧消化处理技术
以北京董村生活垃圾综合处理厂项目为例，其处理收集的泔水、有机垃圾以及有机液态垃圾，处理量为每天２00 t泔水,或者每天泔水100 t和有机垃圾（有机液态垃圾)10０ｔ。根据所处理的垃圾性质，泔水及有机垃圾（液态有机垃圾)含有大量的水分,主要是固液混合的形式，采用Bｉｏmaｘ湿式厌氧消化工艺。餐厨垃圾厌氧消化主体工艺流程见图1。
图1湿式厌氧消化主体工艺流程图
本工艺进料系统分别针对可能处理的不同垃圾种类进行设计。考虑到生物反应器的处理能力,本系统共设有三个进料口,分别为泔水、有机垃圾以及液态有机垃圾。湿式发酵反应器是完全混合式圆柱型反应器，采用拱顶，底部是倾斜式。由于本方案所选用的厌氧细菌的温度范围为3３℃~３9℃,故称为中温反应器。储罐的容积设计为2000m3，气体储罐的设计是为了调节生物气体系统的波动性,储罐设有高压保护系统，同时还设有
冷凝水的收集系统。从消化罐排出的消化浆液由两个离心脱水机进行脱水，其中包括絮凝剂投加设备和计量设备。消化浆液脱水后得到固态产物、脱水残渣和液态产物。残渣经脱水后每天大约产生42.5t，稳定后的产物可作为营养土出售或者进行深加工后作为肥料出售。
此工艺优点是具有高的有机负荷承担能力，能回收生物质能，能较好地实现餐厨垃圾处理的“无害化、减量化及资源化”的要求;缺点是工程投资大,占地较大,设备安装调试相对困难，工艺较复杂,产生的沼液、沼渣量较大，处理难度大,运营成本高。3．2 微生物资源循环处理技术
以北京高安屯餐厨垃圾处理厂项目为例,其位于朝阳区金盏乡，是全国最大的餐厨垃圾专业处理厂,主要处理北京市东北部城区餐厨垃圾，采用微生物处理技术。工艺流程见图2。
图2 微生物资源循环技术工艺流程图
本工艺中预处理的主要功能是对餐厨垃圾的来料进行计盘、受料、分选和输送。餐厨垃圾在运至处理厂后,首先经电子汽车衡称重,然后卸入预处理间的卸料槽中,经板式破袋给料机破袋后，将餐厨垃圾输送到机械格栅进行分选,格栅上物料如陶瓷、竹木、塑料制品等大于50mｍ的物料,将被集中收集后送填埋场填埋处置，格栅下物料将进入湿料缓冲仓,进入生化处理段。进入生化处理机中的餐厨垃圾和水分在配以一定比例的高温复
合微生物原菌后,在生化处理机里一般要经过10个小时的发酵及干燥。经灭菌和稳定熟化后的物料,通过生化处理机出料口排出，通过输送装置运至后处理系统。熟化物料经带式输送机和斗式提升机进入半成品仓,经初步筛选去除木块、塑料等物质后，通过磁选截留筛下物内的铁质金属后进入成品仓。筛上物则无利用价值，直接送去填埋。
该工艺的优点主要是处理时间短,无需繁杂分拣，资源利用率高,无二次污染，自动化程度高；微生物产品可解决农业面源污染问题；产品有市场,销路较好，产品质量较高，产品附加值较高；很好地实现了餐厨垃圾处理的“无害化、减量化、资源化”。其缺点是工程投资较高,能耗偏大,设备单台处理能力偏小，后端农业生产资料应用产业链较长。
3.３物理生物处理技术
以宁波餐厨废弃物无害化处置和资源化利用项目为例。宁波市餐厨垃圾处理厂位于宁波市古林镇,处理设计规模为200ｔ／d。工艺流程图见图3。
图3 物理生物处理技术工艺流程图
此工艺中预处理系统包括进料设备、机械分拣等设备。收运车将餐厨垃圾卸到进料口，然后通过高速的机械初分拣将大块的塑料、玻璃瓶等杂物分离出来。然后再通过二级机械分拣,使杂物的去除率达到70%~90%以上，基本可以实现无人工分拣。经过分拣后的可用物料通过输送设备送入蒸煮压榨系统设备中,物料在90℃左右的温度下蒸煮20～30分钟,使分子内的大部分结合水变成游离水。然后物料进行压榨,实现固液分离, 使含水率大大降低,固相物料含水率在60%左右,进入生物发酵系统,滤出的水进入三相分离系统。通过蛋白絮凝后油脂基本处于游离状态,采用高效离心设备将油脂分离出来，分离出的油脂输送混合脂肪酸制备系统,同时也将絮凝后的固态物质分离出来，进入到压榨
系统,作为复合生物蛋白产品的加工原料,使餐厨废弃物得到充分处置和利用。通过添加将餐厨废弃物转化为蛋白质的固态发酵菌种,然后调控辅料的添加以及各辅料之间的添加比例,在发酵设备内发酵20小时,以获得营养成分含量稳定、蛋白质含量高、氨基酸平衡的优质微生物蛋白饲料。三相分离出的油脂经皂化盐析、酸解、水洗、干燥、蒸馏等工序,经处置后的餐厨垃圾中的油脂转化为不可逆转的工业用油,从源头上杜绝了“地沟油”返回餐桌。
该工艺优点是资源化综合利用程度高,整个工艺达到了标准排放。技术成熟、效率高，有较长时间的运营经验,工程投资适中，经济效益及环境效益较好，很好地实现了餐厨垃圾处理的“无害化、资源化和减量化”的处理要求，适合餐厨垃圾的集中化、规模化处理。其缺点是机械化、工业化程度较高,工艺连续性较强，对单机设备的性能要求比较高,对操作人员的操作水平要求比较严格。
4存在问题
从收集角度看,实施餐厨垃圾处理的关键在于垃圾产生的初始就分类放置，这是餐厨垃圾真正得以处理的重要前提[1０]。
从处置角度看,餐厨垃圾处理机可以随时在厨房内处理，可是垃圾粉碎处理机不能处理厨房日常产生的所有垃圾，如大块的骨头、带泥的菜根、干硬的皮壳、日益增多的各种各样的包装物,如易拉罐、玻璃瓶、软硬塑料包装制品等。将食物垃圾粉碎成极小颗粒后排入下水系统,易加重污水的污染程度，也易引起下水管网的堵塞[11]。采用小型生化处理机处理有机垃圾效率高，但是处理成本太高,同时对于这种含水率、油脂和盐分高的餐厨垃圾，其添加的生物菌种还需根据餐厨垃圾的特性进行进一步的研究［12]。
将餐厨垃圾作为肥料回收能源,还存在一些未解决的问题。如肥料的使用期带有季节性问题，易出现供需失衡问题；“盐害”问题。食物中含有很多酱油和盐分,加工浓缩作为肥料大量使用后会引起土质恶化,直接影响农作物的生长，进而会引起沙漠化。
餐厨垃圾处理是现在的研究热点，尤其是餐厨垃圾的资源化利用方面。上述的研究成果也指出了今后的工作方向[１3］:
(１）制定完善的相关政策法规。对于我国这样一个法制尚不健全的国家而言，相关的政策法规是开展合理而科学的环保工作的基础。
(2）生物处理过程中的除臭技术。发酵过程中,氨基酸等有机物经微生物的分解而
产生臭味。因此，如何高效、经济的解决除臭问题有待进一步的研究。
（３) 餐厨垃圾中盐分、油脂对堆肥品质的影响。堆肥的品质在一定程度上受到餐厨垃圾中油脂含量、盐分含量等因素影响,高盐分的堆肥产品将抑制植物的生长，如果长期使用还会导致土壤的盐碱化。因此如何降低盐分在堆肥产品中的含量以及其对植物的影响还有待进一步的研究。
5南京市果蔬废弃物（FVSＷ)厌氧发酵处理技术研究与示范项目针对南京市等各大中型城市中农副产品市场产生的大量果蔬废弃物处理问题,并基于该类废弃物具有可独立收集与处理利用的条件,开展包括预处理、湿式和干式厌氧发酵、沼气热电冷及提纯天然气利用、沼液和沼渣后处理在内的果蔬废弃物处理与资源化利用成套技术研究,并在南京轿子山有机废弃物处理场的试验基地建设日处理量为1０吨的中试示范系统,形成工程化产品转化与规模化推广应用的能力。
5.1 社会效益
随着人们环境保护意识的提高,以及餐厨垃圾便于单独收集的特点，完全可以逐步实现餐厨垃圾单独收集与处置，从而能够减轻城市生活垃圾的处理难度，具有广阔的市场前景，所以需要我们加快对餐厨垃圾处理机器的开发和研制，在减少垃圾体积,除去垃圾臭味的同时,探索进一步如何降低小型生化处理设施成本及运行成本，便于进一步推广和应用。另外由于生物处理可以将垃圾分解成水和二氧化碳,因此，可以预测将来的食物垃圾处理机必然会由机械研磨型向生化处理型转变，其市场潜力是巨大的［14]。
通过本项目的实施，可以为南京市各大农贸市场产生的大量果蔬废弃物寻找到一个合理的处理与资源化利用途径，解决现有的填埋处理所带来的占用填埋场库容以及会产生二次污染的问题,实现废弃物处理的能源转化与资源化循环利用,是国家鼓励发展的废弃物处理与可再生能源利用方向，可有效提升南京市在有机废弃物处理方面的技术水平，为城市发展过程中的“菜篮子”、“果盘子”工程提供高水平的配套处理设施，而且该技术路线可以向国内其他城市进行复制和推广,为提高城市建设与管理能力发挥积极的促进作用。
5．2 项目实施对地区发展的作用
本项目实施对南京地区的发展具有两方面直接的科技促进作用。
其一,可以为南京市众多的农贸市场产生的果蔬废弃物寻找到一个有效的处理方法，尤其为像南京众彩农副产品批发市场这样的大型和超大型农贸市场开发出规模化的果
蔬废弃物处理技术路线。南京众彩农副产品批发市场是南京市在２009年将原先城中的白云亭蔬菜批发市场、下关果品市场等数个批发市场迁至江宁区合并建成华东地区最大物流量的农副产品物流配送中心,每天的蔬菜和果品交易量分别达到3000吨、20００吨，产生200至400吨的蔬果废弃物,而目前是将这些废弃物送至附近的南京轿子山有机废弃物处理场填埋处置，挤占了大量填埋库容，增加了填埋场的处理负荷,对垃圾填埋场的正常使用期限造成较大影响。本项目的实施地点就在南京轿子山有机废弃物处理场,项目研发成功后可直接扩大规模处理南京众彩农副产品批发市场的废弃物，缓解填埋场的处理压力。
其二,可以积极发挥开发利用生物质可再生能源、实现低碳减排的作用。这是因为果蔬废弃物是一类易于开发利用的生物质能源原料，在对其进行厌氧发酵处理的同时产生具有较高能源品位的沼气，符合国家鼓励发展可再生能源的战略目标，此外沼气利用还是碳减排项目，在以CDM项目为主的国际碳减排活动以及国内的温室气体减排行动中发挥了积极作用。可以相信,通过废弃物厌氧发酵产生沼气，以沼气利用为纽带，促进废弃物在处理过程中的能源化利用和低碳化排放，将成为开发利用可再生能源的一个重要发展方向,因此开展该方面工作队促进地方经济节能减排、推动低碳产业的发展具有积极的作用。
5.3 项目技术内容
本项目研发技术内容主要包括以下方面：
(１)对果蔬废弃物的厌氧发酵工艺进行优化和工程放大研究
我处与南京大学合作,已经在实验室中开展了果蔬废弃物的湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵工艺研究,其中在湿式厌氧发酵过程中的TS小于１５%,在干式厌氧发酵过程中的TS大于２0%,在此基础上开展工艺优化和中试放大研究，主要包括：针对所研究的全混合搅拌式反应器(CSTR)的湿式厌氧发酵工艺路线，开展在不同破碎粒径、TS、C/N/P比
等原料调质状况以及不同水力停留时间下的中温和高温发酵操作条件的优化确定，以发酵过程中V AF、ＴCOD、氧化还原电位、ｐＨ、酸度、碱度等参数的变化规律，总结出可实现高有机质降解率和高产气率的工艺条件和调节方法；针对所研究的基于机械搅拌和压缩沼气搅拌的干式厌氧发酵工艺路线,围绕解决高含固率物料在反应器内的流态形成以及发酵过程中的抗酸化中毒问题,通过对发酵过程进行状态参数监测以及对原料调质、物料搅拌等操作条件进行调节,确定可实现较高降解产气率且平稳运行的干式厌氧发酵工艺特征。
(2)开展果蔬废弃物厌氧发酵排放沼液与沼渣的特性研究
首先确定果蔬废弃物不同厌氧发酵工艺的沼液产量、沼渣产量和干物质降解率等参数,在此基础上开展沼液与沼渣的特性测试研究。
对于果蔬废弃物经过厌氧发酵排放的沼液，进行ＣＯD、总氮、氨氮、总磷、微量元素与重金属元素等指标的测试工作,为施用于农林作物土壤以及水处理提供基础数据。
对于果蔬废弃物经过厌氧发酵排放的沼渣,进行物性、有机质、纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、营养元素、重金属等指标的测试工作,并开展好氧堆肥处理工艺研究,提高堆肥腐熟度，为将沼渣转化为堆肥进行利用提供研究依据。
(３）在南京轿子山有机废弃物处理场试验基地建设处理量为10吨／天的果蔬废弃物厌氧发酵中试示范系统,进行连续性运行研究。
在南京轿子山有机废弃物处理场建设处理量为10吨／天的果蔬废弃物厌氧发酵中试示范系统，组成完整的工艺流程,包含果蔬废弃物预处理设备、湿式厌氧反应器、干式厌氧反应器、沼气利用、好氧堆肥装置等设施。所产生的沼气采用微型燃气轮机+余热锅炉的热电联供系统进行热电联产,在满足中试系统热电需求的基础上,将多于电能和热能共给垃圾填埋场生产和生活使用，与此同时还采用甲烷提纯装置将沼气提纯为压缩天然气,形成高品质燃气转化的技术路线。通过中试系统的连续性运行，开展系统化的技术转化工作，并进行工程化推广应用。
５.4 应用前景与市场需求
从产业化前景分析，城市中的果蔬废弃物产量约占城市生活垃圾总量的１0%～15%,资源量巨大，而且可以方便地利用现有的收集、运输渠道，因此具有很好的推广应用条件。以在5０万人居民区域中将收集到的果蔬废弃物送至处理量为５0吨/天的处理工程
为基本应用模式来分析，在每个大城市中将可以建设数个甚至十余个处理工程,在中小城市也能够建设一个以上的处理工程,我国现有6６5座城市,已具备在大城市和一线城市进行推广应用的条件，今后随着城市化速度的发展，可进一步向中小城市进行扩展,因此推广应用的空间很大,如果再考虑到将其他的可独立收集的有机垃圾(比如城市餐厨垃圾)
纳入处理范围内,则产业化前景将更加广阔。
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参考文献
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