餐廚垃圾堆肥化處置方式探討

王桂才，李洋洋

（清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100084）

餐廚垃圾堆肥化處置方式探討

王桂才，李洋洋

（清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100084）

介紹了國內(nèi)餐廚垃圾現(xiàn)存的問題，探討了餐廚垃圾堆肥化處置方式在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了餐廚垃圾制備有機肥的發(fā)展前景及意義。

餐廚垃圾；堆肥化處理；資源化

1 當(dāng)前我國餐廚垃圾的三大問題

1.1 產(chǎn)生量龐大

餐廚垃圾主要是指學(xué)校食堂、賓館飯店、企事業(yè)單位等就餐部門飯后剩余丟棄的食品廢棄物，餐廚垃圾已是城市生活垃圾的主要組成部分，其作為一種特殊的固體廢物，具有成分復(fù)雜、產(chǎn)生量龐大、極易腐爛變質(zhì)的特性，其處理是一世界性難題。據(jù)統(tǒng)計，目前我國城市餐廚廢棄物年產(chǎn)生量不低于6000萬t[1]，每年的增速預(yù)計將在10％以上，造成居民生活環(huán)境污染嚴(yán)重，已成為城市發(fā)展的“大敵”。如北京、上海、深圳、重慶等大城市，日產(chǎn)餐廚垃圾量已經(jīng)超過1000t，杭州、成都、沈陽、蘭州、無錫等二線城市日產(chǎn)量也超過百噸以上。

1.2 隨意排放處理、非法收購處置

餐廚垃圾大致有兩部分來源：一是來自城市家庭產(chǎn)生的廚余垃圾；二是由學(xué)校、企事業(yè)單位食堂、賓館、飯店等產(chǎn)生的餐廚垃圾，城市家庭餐廚垃圾大部分隨生活垃圾一起傾倒，由環(huán)衛(wèi)車運到垃圾處理廠一并銷毀，或直接排入下水道。據(jù)清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院固廢所于2011年夏、冬兩季對西寧、嘉興、青島、貴陽四城市家庭生活垃圾的入戶調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，城市家庭餐廚垃圾占到生活垃圾總量的70％～80％，這些垃圾都隨生活垃圾一起傾倒到小區(qū)的垃圾桶內(nèi)，混合運出，造成極大的資源浪費并嚴(yán)重污染城市環(huán)境。至于學(xué)校、單位食堂等餐廚垃圾產(chǎn)生量大的部門，大多與不法商販形成利益鏈條，由不法商販?zhǔn)召徧釤挼販嫌突蛭桂B(yǎng)“泔水豬”。

1.3 排放量與資源化處理量嚴(yán)重失衡

餐廚垃圾作為有機成分含量較高的可再生利用廢物，資源化處理程度并不高。2012年中國固廢網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)顯示，目前我國餐廚垃圾處理能力為8200t/d，有效處理的比率僅為10％。表1列舉了國內(nèi)部分城市餐廚垃圾的處理現(xiàn)狀。

表1 國內(nèi)部分城市餐廚垃圾排放、處理狀況表

2 餐廚垃圾資源化處理的迫切性

餐廚垃圾是一種有機質(zhì)含量極高、再生利用很強的固體廢物，且具有無毒、不含有工業(yè)重金屬污染源、有機生物可利用的成分多等優(yōu)點，在目前全球面臨資源緊缺的情況下，將其資源化再生利用是當(dāng)務(wù)之急，也是當(dāng)前餐廚垃圾的主要發(fā)展方向。我國一些城市（區(qū)）及企業(yè)餐廚資源化運營主要圍繞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼、微生物高溫發(fā)酵堆肥、飼料化處理3大技術(shù)路線展開[10]，因餐廚垃圾作為堆肥原料比傳統(tǒng)堆肥物料更具備能源優(yōu)勢，且堆肥化處理技術(shù)操作簡單，運行周期短，應(yīng)用比較普遍，成為目前餐廚垃圾資源化處理的首選途徑。餐廚垃圾與傳統(tǒng)堆肥物料營養(yǎng)成分比對見表2。

表2 餐廚垃圾與傳統(tǒng)堆肥物料營養(yǎng)成分比對表

由表2可知，餐廚垃圾作為制備有機肥料的原料，其N，P，K等有機營養(yǎng)元素含量比傳統(tǒng)堆肥原料高，更具有營養(yǎng)供應(yīng)的潛力和再利用價值。

3 國內(nèi)外餐廚垃圾堆肥化處置方式

3.1 國內(nèi)狀況

3.1.1 好氧發(fā)酵堆肥

采用高溫好氧生物發(fā)酵技術(shù)，該工藝采用高溫嗜熱微生物進(jìn)行發(fā)酵，溫度高，發(fā)酵速度快，對廚余垃圾等有機垃圾具有較好的處理效果，是目前國內(nèi)外運用較多的堆肥技術(shù)。原理是利用自然界中細(xì)菌、真菌等有益微生物將餐廚垃圾好氧分解，轉(zhuǎn)變成腐殖酸等穩(wěn)定性物質(zhì)的過程。國內(nèi)諸多餐廚垃圾處理廠均采用好氧式堆肥處理，上海浦東新區(qū)有機垃圾綜合處理廠生產(chǎn)好氧堆肥，處理量達(dá)100t/d[7]。臺灣阜利生物科技公司與合肥市合作，將來自臺灣的專利技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，采用微生物高溫好氧發(fā)酵技術(shù)處理工藝，餐廚垃圾變成液態(tài)或固態(tài)有機肥[14]。2009年5月建立的北京市高安屯餐廚垃圾資源化處理廠，是目前我國最大的餐廚垃圾處理廠，日處理能力為400t[15]，餐廚垃圾被倒入發(fā)酵罐，再噴上益生菌，餐廚垃圾經(jīng)生物高溫十幾個小時好氧發(fā)酵，變成了肉松狀、無異味的生物有機肥，制成腐殖酸肥料，運往郊區(qū)草莓生產(chǎn)基地，供不應(yīng)求[16]。

3.1.2 厭氧發(fā)酵沼渣堆肥

餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處理技術(shù)是利用厭氧微生物將有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的微生物反應(yīng)過程[18]。將有機物在特定的厭氧環(huán)境下，利用厭氧微生物將一部分碳素物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，殘渣內(nèi)含豐富氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，可做有機肥料。發(fā)酵水解成乙酸，再酸化成甲烷和二氧化碳，甲烷做燃料，沼渣做有機肥料，餐廚垃圾厭氧堆肥技術(shù)主要包括分選、破碎等預(yù)處理過程，和厭氧發(fā)酵、沼氣利用、及殘渣制肥等環(huán)節(jié)。例如重慶黑石子餐廚垃圾處理廠，日處理餐廚垃圾能力500t[18]。內(nèi)蒙古鄂爾多斯市傳祥生活垃圾處理廠日處理生活垃圾能力400t（其中餐廚垃圾60t）[19]，均是采用厭氧發(fā)酵工藝，產(chǎn)沼氣的同時，沼渣再經(jīng)簡單處理成為良好的有機肥。

3.1.3 餐廚垃圾處理機

餐廚垃圾處理機是利用生物降解法好氧發(fā)酵工藝分解餐廚垃圾的一種機械設(shè)備。能夠快速、及時、高效地將餐廚垃圾降解成有機肥，通常采用好氧發(fā)酵工作原理，利用特殊菌種，通過加熱、機械攪拌和強制通風(fēng)等手段，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有加熱、攪拌以及抽氣裝置。使餐廚垃圾分解，一部分有機物在微生物作用下分解為CO2和水蒸氣，經(jīng)抽氣裝置排出，剩余的有機物烘干后制成肉松狀的有機肥料。目前，國內(nèi)由國外引進(jìn)或自行研制生產(chǎn)這種設(shè)備，2011年南京第一臺餐廚垃圾處理機在南京審計學(xué)院食堂投入使用，每天能處理500kg泔水，這臺機器由臺灣一家農(nóng)業(yè)科技開發(fā)公司為環(huán)保而贊助提供的設(shè)備，經(jīng)高溫發(fā)酵分解，6h后，變成褐色粉末。廢棄部分在處理過程中，分解成無害的水蒸氣、二氧化碳及熱量，并以氣體的形式排出[20]；天津科恩達(dá)科技有限公司研制開發(fā)的餐廚垃圾處理容器，8h內(nèi)實現(xiàn)無害化，產(chǎn)生有機肥料，該成果在微生物菌種培養(yǎng)方面實現(xiàn)突破，培養(yǎng)出高效菌種，能適應(yīng)我國餐廚垃圾特點，即在高鹽、高油的環(huán)境下生存并在常溫下復(fù)活，使菌種適應(yīng)性更強，為有機垃圾的分解提供了更加廣泛的適用范圍[21]；宜興國豪公司生產(chǎn)的垃圾處理機，引進(jìn)日本BIO-TECH21微生物菌群，采用好氧工作原理，通過加熱、機械攪拌和強制通風(fēng)等手段,在60～80℃的高溫下，經(jīng)過24～48h的快速發(fā)酵和干燥、脫水、除臭、排毒，有效降解餐廚垃圾中的鹽分、脂肪，將動、植物蛋白轉(zhuǎn)化為菌體蛋白[22]，作為園林、花卉的高效有機肥料。

3.1.4 蚯蚓堆肥

蚯蚓堆肥是在好氧堆肥的基礎(chǔ)上接入蚯蚓,利用蚯蚓自身的酶系統(tǒng)，將餐廚垃圾的高含量的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身或其他生物易于利用的營養(yǎng)物質(zhì)，加速堆肥穩(wěn)定化過程[23]。利用蚯蚓體內(nèi)可分泌的多種酶類（包括蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、淀粉酶等）和微生物的聯(lián)合作用下，能水解為易于同化的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)，以及較穩(wěn)定的纖維素和幾丁質(zhì)，并使土壤礦物發(fā)生一定程度的分解[24]，對絕大多數(shù)廚余垃圾有較強的分解作用，同時還能有效抑制堆肥過程中產(chǎn)生的臭味，蚯蚓糞是良好的生物有機肥。20世紀(jì)80年代中期，清華大學(xué)環(huán)境工程研究所開展養(yǎng)殖蚯蚓處理城市生活垃圾的可行性研究，1989年通過成果鑒定，肯定了養(yǎng)殖蚯蚓處理生活垃圾的可行性和優(yōu)越性[25]。目前，國內(nèi)已經(jīng)開展了利用蚯蚓堆肥處理城市生活垃圾和污泥的研究，其處理城市生活垃圾的效果最好[26]。但是蚯蚓對環(huán)境條件要求高，需要合適的溫度、pH值、濕度以及通風(fēng)條件，需摸索適宜蚯蚓生長的餐廚垃圾配比等條件，就目前我國餐廚垃圾成分復(fù)雜，含油脂、鹽分高的特點，蚯蚓處理餐廚垃圾堆肥工藝技術(shù)還需進(jìn)一步探討。

3.1.5 大頭金蠅分解餐廚垃圾堆肥

大頭金蠅生長繁殖速度快，幼蟲夏季生長期只需5～6d，產(chǎn)卵量大，繁殖率高，具有生物轉(zhuǎn)化有機廢物，實現(xiàn)餐廚垃圾循環(huán)利用的潛力。利用大頭金蠅生物轉(zhuǎn)化有機廢棄物，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的生物有機肥。中山大學(xué)胡新軍等就此申請了國家專利。

3.2 國外狀況

3.2.1 美國

美國年產(chǎn)餐廚垃圾2980萬t，占生活垃圾總量的11.4％，其中馬薩諸塞州每年產(chǎn)生餐廚垃圾90萬t，該州15％餐廚垃圾被堆肥處理[27]。美國對餐廚垃圾多進(jìn)行堆肥處理，目前應(yīng)用較多的是蚯蚓堆肥（Vermicompsting）、密閉式容器堆肥（In-vessel.composting），Bruce REastman研究蚯蚓堆肥對致病菌的抑制作用，G·Tripathi等人研究了蚯蚓堆肥處理餐廚垃圾和牛糞的混合物[28]。

3.2.2 日本

日本餐廚垃圾的年產(chǎn)量約為2000萬t，占生活垃圾總量的4.44％[29]，由于日本傾倒、運輸餐廚垃圾的費用很高，約為250～600美元/t，因此，促進(jìn)了餐廚垃圾處理機的推廣和使用[30]。目前已開發(fā)出了多種型號生物降解法餐廚垃圾處理機器，以及高效的微生物菌劑，在食堂、飯店甚至家庭大量推廣使用，并擁有絕大部分相關(guān)技術(shù)專利。如日本相川鐵工株式會社的生鮮垃圾快速干燥發(fā)酵機和生鮮垃圾分解消滅機，一些機型還可實現(xiàn)物料破碎、干燥等操作，并保證無臭、無有害廢水的排放。可在24h內(nèi)分解成有機肥料，另外，日本的科研人員經(jīng)過多年的研究，從自然界中篩選出數(shù)種能快速分解廚房廢棄物的有益微生物，這些微生物具有對纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪、甲克質(zhì)等物質(zhì)的分解能力，在45～60℃高溫條件下，可將餐廚垃圾如菜葉、米飯、魚骨、蛋殼和果皮等有機物分解成水、二氧化碳和有機質(zhì)，利用這些菌種處理餐廚垃圾，消化率高達(dá)90％，減少了城市生活垃圾的總量，且經(jīng)分解后的少量殘渣作為高效生物有機肥[31]。

3.2.3 韓國

韓國年產(chǎn)餐廚垃圾達(dá)1058萬t，約占生活垃圾年產(chǎn)量的50％。由于餐廚垃圾焚燒產(chǎn)生二惡英有害物質(zhì)，并且浪費能源等，韓國政府將限制焚燒處理，同時由于餐廚垃圾填埋引起的滲濾液、氣味等問題，韓國目前所有餐廚垃圾都不再采用填埋方式處理。目前，韓國廚余垃圾的處理方式以堆肥為主，現(xiàn)階段所采用的堆肥技術(shù)有微生物發(fā)酵產(chǎn)沼厭氧消化和兩級厭氧消化堆肥[32]、生物反應(yīng)器漿狀的好氧堆肥等處理方式。

4 利用餐廚垃圾生產(chǎn)高效有機肥的發(fā)展前景

餐廚垃圾中豐富的營養(yǎng)物質(zhì)為有益微生物提供了良好的生活環(huán)境，使得其中的蛋白質(zhì)、脂類、纖維素等大分子有機物質(zhì)得到有效降解，分解成容易被作物根系吸收的小分子營養(yǎng)物質(zhì)，同時具備無污染源、無毒無害的特點，可作為優(yōu)良的生物活性有機肥。在全球倡導(dǎo)綠色農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)、安全食品的今天，利用餐廚垃圾生產(chǎn)綠色高效有機肥，彌補目前有機肥普遍肥效低劣的不足，對倡導(dǎo)有機農(nóng)業(yè)，減少化肥使用將起到巨大的推動作用。針對目標(biāo)植物生產(chǎn)綠色無污染有機肥，如針對有機蔬菜、園林綠化植物、盆景、花卉等，制備專用有機肥，并朝著專用、精致、高效上發(fā)展。由餐廚垃圾生產(chǎn)制成的有機肥產(chǎn)品作物易吸收、肥效快，增加土壤肥力，是真正的綠色無污染肥料，可大幅填補目前綠色農(nóng)業(yè)的空白。因此，在我國利用“餐廚垃圾制備精致綠色有機肥料”有著強大的市場競爭力和廣闊的發(fā)展空間。

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Discussiononthecompostingdispositionoffoodresidue

WANGGuicai,LIYangyang
（EnvironmentSchool,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China）

TheextantproblemoffoodresidueinChinawasintroduced,andthecurrentsituationoncomposting dispositionoffoodresidueindomesticandforeignwasalsodiscussed.Finally,thedevelopmentdirectionand significanceoffoodresiduemakingcompostwereproposed

foodresidue;compostingdisposition;recycling

X799.3

A

1674-0912（2013）10-0038-04

2013－09－17）

王桂才（1976-），女，河北人，碩士學(xué)歷，工程師，主要從事餐廚垃圾資源化處理技術(shù)研究。