城市餐廚垃圾資源化技術應用現(xiàn)狀與展望

伍華琛

（上海市廢棄物管理處，上海200063）

城市餐廚垃圾資源化技術應用現(xiàn)狀與展望

伍華琛

（上海市廢棄物管理處，上海200063）

介紹了餐廚垃圾的主要特點，列舉了國內(nèi)外城市餐廚垃圾的處理現(xiàn)狀和主要資源化利用技術，分析主要技術的優(yōu)勢和劣勢，對主要技術綜合環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和能耗等方面進行比較，得出厭氧消化等綜合處理工藝較適合用于處理城市餐廚垃圾的結論，最后就餐廚垃圾處理設施規(guī)劃中3個關鍵問題，即技術設計、產(chǎn)品銷路和物流供應作了相應討論。

餐廚垃圾；處理現(xiàn)狀；資源化技術

廣義的餐廚垃圾包含廚余垃圾（簡稱“廚余”）和餐飲垃圾（俗稱“泔水”）兩大類，是城市生活垃圾的主要組成部分。前者是由居民家庭生活產(chǎn)生，后者由餐飲行業(yè)以及學校、機關公共食堂產(chǎn)生。兩類餐廚垃圾的組分大致相同，主要成分有剩菜剩飯、果皮、萊葉、菜根、廢紙、食品殘渣、雞鴨魚肉廢棄物、蝦蟹殼、蛋殼、骨頭和泔腳等，不同之處一是兩者含水率不同，家庭廚余含水率通常在60%～80%，而泔水垃圾含水率一般大于80%；另外一點是泔水垃圾含油脂成分更多[1]。

餐廚垃圾與一般生活垃圾的不同之處在于其兼具資源性和污染性，資源性在于其有機物含量高，富含氮磷鉀鈣等營養(yǎng)元素，經(jīng)過有效處理可資源再利用，污染性在于其若被牲畜食用后，霉菌毒素等有害物質(zhì)會在牲畜體內(nèi)蓄積轉化誘發(fā)疾病，最終通過食物鏈傳遞給人類；另外腐爛的餐廚垃圾會產(chǎn)生滲濾液，通過地表徑流和滲透等作用造成地表水和地下水的污染，并散發(fā)惡臭氣體，滋生蚊蠅，污染大氣和水環(huán)境。因此，如何有效利用餐廚垃圾中的可循環(huán)利用成分，同時不影響處置設施周邊環(huán)境，成為各大城市的一大難題。

1 國外餐廚垃圾處理現(xiàn)狀

1.1英國

近10年來，城市生活垃圾厭氧消化系統(tǒng)在歐洲（如德國、芬蘭和瑞典等）發(fā)展十分迅速，較成熟的城市生活垃圾厭氧消化系統(tǒng)的日處理量可達100 t左右。在英國，堆肥發(fā)酵法最為流行，有些公司專門將各大型酒店、餐館的餐廚垃圾收集起來用于制備有機肥料在市面出售，獲利不菲。另外，厭氧發(fā)酵技術在英國也蓬勃發(fā)展，2011年英國廢棄物處理公司斥巨資建立了全球最大的厭氧發(fā)酵處理餐廚垃圾的發(fā)電廠，每年可以處理4 380萬t餐廚垃圾，發(fā)電量約為5.5億kW·h，滿足了數(shù)萬戶家庭用電的需求。

1.2韓國

在韓國，豐富的飲食文化使得韓國的餐廚垃圾產(chǎn)量巨大。韓國生活垃圾每天產(chǎn)量為48 499 t，其中23%為餐廚垃圾，即餐廚垃圾產(chǎn)量11 155 t/d。由于韓國餐廚垃圾高含水率、高含鹽量和較低的pH值的特點，餐廚垃圾的資源化利用率低于其他垃圾。并且餐廚垃圾產(chǎn)生源分散，給大型處理單位運輸和貯存餐廚垃圾帶來較大困難[2]。韓國自1997年開始對廚余垃圾進行收集，主要處置方式是填埋。2005年后韓國政府開始禁止填埋，并投入大量資金興建餐廚垃圾再利用設施，主要處理方式為厭氧消化和生物反應器好氧處理。再利用產(chǎn)品主要為動物飼料、肥料和土壤添加劑，另外還通過厭氧消化設施生產(chǎn)沼氣。在利用餐廚垃圾生產(chǎn)動物飼料過程中，會根據(jù)不用的產(chǎn)品需求對餐廚垃圾進行篩分后加入氮磷元素含量高的物質(zhì)和水分控制劑等[3]。

1.3德國

自20世紀60年代起，厭氧技術在德國就得到初步應用。至20世紀90年代，厭氧技術的工程使用日益成熟，厭氧沼氣工程開始在德國及整個歐洲大規(guī)模、廣泛投入使用。根據(jù)德國沼氣協(xié)會數(shù)據(jù)，截至到2010年，德國境內(nèi)總共有約5 000個沼氣工程運行使用，占歐洲全部沼氣工程的80%以上，年發(fā)電2 000 MW，提供的上網(wǎng)電量約占德國全年供電量的2%。2010年德國政府按照《新能源法》開始對沼氣工程發(fā)電進行補貼，進一步促進了厭氧沼氣工程的發(fā)展[4]。

2 國內(nèi)主要應用技術

餐廚垃圾處置方式分為生物法和熱化學法兩大類：生物法包括厭氧消化產(chǎn)沼氣、發(fā)酵產(chǎn)乙醇、好氧堆肥，熱化學法包括熱解/氣化、水熱炭化制備復合材料等。其中厭氧消化發(fā)展出了干式厭氧和濕式厭氧，但干式厭氧技術在國外應用較多，如法國的VALORGA、比利時的DRANCO和瑞士的KOMPOGAS，目前在國內(nèi)應用較少。

國內(nèi)餐廚垃圾處理的應用技術主要以厭氧消化+好氧堆肥+制取生物柴油綜合處理工藝為主。采用單一工藝局限性較大，難以適應成分復雜、性質(zhì)變動較大的餐廚垃圾。綜合處理工藝資源化利用水平高，能避免單一工藝的缺陷和不穩(wěn)定性。國內(nèi)城市部分餐廚垃圾資源化處理企業(yè)概況見表1。

表1 國內(nèi)城市部分餐廚垃圾資源化處理企業(yè)概況

表1中餐廚垃圾資源化處理企業(yè)均由政府與企業(yè)合作投資建設，采用厭氧好氧聯(lián)合等綜合處理技術，處理量均不超過500 t/d。分析500 t作為設計能力上限可能有3個原因：第一，由于餐廚垃圾日產(chǎn)量和收運量的不平衡，大部分餐廚垃圾處理廠實際處理量均低于處理能力，較低的設計能力能保證設施的有效運轉，避免設施空置帶來的運營壓力；第二，餐廚垃圾運輸過程易造成二次污染，餐廚垃圾處理廠的服務面積有所限制，根據(jù)服務人口數(shù)量設計處理規(guī)模；第三，餐廚垃圾處理處置過程會帶來一定的環(huán)境影響，較小的處理規(guī)模利于將環(huán)境影響控制在可接受范圍內(nèi)。黑石子餐廚垃圾處理廠處理流程見圖1。

3 主要處理技術比較

餐廚垃圾主要處理技術原理及優(yōu)缺點見表2。

Beigl[5]等對于生活垃圾處理的環(huán)境影響和成本做了分析，結果表明，環(huán)境效益好的處置方法往往經(jīng)濟成本較高。有必要從環(huán)境效益和經(jīng)濟效益兩個方面來分析廢棄物管理方法，從而對目前的處置管理體系的優(yōu)勢和劣勢進行分析，確定未來處置方式引導的方向。

徐濤[6]系統(tǒng)分析了深圳市垃圾分類試點廚余垃圾處理幾種模式的環(huán)境影響負荷。壓榨焚燒厭氧消化綜合處理、集中堆肥和家庭堆肥3種處理方式的總環(huán)境影響潛值分別為2.71×10-2，2.57×10-2和6.19×10-2，能耗分別為-103.8 MJ/人L·a，99.3 MJ/人·a，24.2 MJ/人·a。

沈超青[7]對填埋、焚燒和綜合處理的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益進行了比較。采用填埋方式，年凈收益為-1 465萬元，焚燒方式年凈收益為-2 538萬元，制取沼氣和提煉生物柴油的綜合處理方式年凈收益可達1 435萬元。利用生命周期評價法評價其環(huán)境影響，計算處理1 t餐廚垃圾的環(huán)境影響潛值，單位為mPET2010：填埋法的總環(huán)境影響潛值為755.5，焚燒法為205.5，厭氧發(fā)酵及轉酯化反應綜合處理為130.4。厭氧發(fā)酵及轉酯化反應這種處理方式的凈能源輸出仍達到216.4 kW·h，比填埋方式的凈能源輸出要高出11.8%，比焚燒方式要高出10.9%[8]。

Khoo[9，10]對焚燒、厭氧消化+好氧堆肥、小型生化處理站利用生命周期評價法對其環(huán)境影響進行比較，其中厭氧消化+好氧堆肥包括300 t/d和500 t/d不同處理容量的兩種處理模式。這幾種處理方式的能耗數(shù)據(jù)：焚燒方式耗能70 kW·h/t，產(chǎn)能89 kW·h/t；處理容量為300 t/d的綜合處理工藝耗能32 kW·h/t，產(chǎn)能260.82 kW·h/t；500 t/d的綜合處理工藝耗能24 kW·h/t，產(chǎn)能268.27 kW·h/t。生命周期評價結果表明，從排放入大氣中的CO2和NH3以及產(chǎn)肥量看，厭氧消化法要優(yōu)于好氧堆肥法，而小型生化處理站可以作為從焚燒方式過渡到生化處理的解決方案之一，但從長遠的角度來看，厭氧消化能適合更高的環(huán)境要求。

圖1 黑石子餐廚垃圾處理廠處理流程[7]

綜合環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和能耗3個角度比較現(xiàn)有的餐廚垃圾處理技術，認為厭氧消化+好氧堆肥+生物柴油等綜合處理方式較適合用于城市餐廚垃圾處理。

另外，Eriksson[11]分析生活垃圾處置設施的環(huán)境影響和運營成本發(fā)現(xiàn)，循環(huán)利用產(chǎn)品種類的確定是廢棄物處置規(guī)劃的關鍵。末端產(chǎn)品的銷售是餐廚垃圾處理廠得以正常運轉的關鍵，而穩(wěn)定的餐廚垃圾收運量則能保證餐廚垃圾處理設施較高的利用率和較低的單位處理成本。分析目前餐廚垃圾處理廠的運營現(xiàn)狀，可以認為除了技術設計和應用外，先期規(guī)劃好末端產(chǎn)品品種和銷路，以及餐廚垃圾物流供應保障也是至關重要的。

4 展望

4.1技術設計

由于國內(nèi)外餐廚垃圾性質(zhì)和分類水平差異較大，若引進國外技術，需充分進行處理技術改造，設計適應中國城市餐廚垃圾性質(zhì)的前處理工藝，在國外技術應用于國內(nèi)餐廚垃圾處理技術進行小試、中試階段后，對相應技術參數(shù)進行調(diào)整，盡量避免技術引進水土不服的問題。在技術研發(fā)上，雖然目前厭氧消化處理技術在國內(nèi)應用不多，但這一方式是未來餐廚垃圾處理技術發(fā)展的主流方向，要繼續(xù)對這一技術進行改良，加快工程應用的步伐，提升目前餐廚垃圾處理水平。

4.2產(chǎn)品銷路

目前餐廚垃圾處理廠運營面臨的困境之一是肥料、飼料沒有出路。農(nóng)業(yè)相關部門一直未出臺技術指導和產(chǎn)品標準，這些飼料添加劑和肥料產(chǎn)品由于缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標準，沒有正規(guī)暢通的銷售渠道，處置企業(yè)依靠產(chǎn)品無法穩(wěn)定盈利。在餐廚垃圾處置設施規(guī)劃中要充分考慮到末端產(chǎn)品的出路問題，避免產(chǎn)品混入垃圾，從而背離資源循環(huán)利用的初衷，見表2。

4.3物流供應

在前幾批試點城市建設的餐廚垃圾處理廠普遍處于“吃不飽”的狀態(tài)，餐廚垃圾回收處理面臨窘境，“巧婦難為無米之炊”的設備調(diào)試好卻無法運行，處于半停滯狀態(tài)。這大大降低了餐廚垃圾處理設施的運轉效率，使得餐廚垃圾處理廠的單位生產(chǎn)成本大大提高，既不利用處理廠的持續(xù)有效運營和行業(yè)的有序發(fā)展，又增加了餐廚垃圾被流入黑市的風險。相關管理部門需要進一步完善對餐廚垃圾的分類收運體系的構建，為餐廚垃圾的全過程管理搭建好穩(wěn)固的橋梁。

[1]唐浩.高強度有機垃圾快速處理技術研究——餐廚垃圾處理方案比選研究[D].武漢：華中科技大學，2007.

[2]Sung-Hwan Kwon，Dong-Hoon Lee.Evaluation of Korean food waste composting with fed-batch operations I:using water extractable total organic carbon contents(TOCw)[J]. Process Biochemistry，2004，39:1 183-1 194.

[3]DaeHeeLee，ShishirKumarBehera，etal.Methane production potential of leachate generated from Korean food waste recycling facilities:A lab-scale study[J].WasteManagement，2009，29:876-882.

[4]尤宇嘉，楊軍華.德國厭氧沼氣工程技術在我國餐廚垃圾處理中的應用[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，1（6）：52-54.

[5]Beigl P，Salhofer S.Comparison of ecological effects and costsofcommunalwastemanagementsystems[J]. Resources Conservation and Recycling，2004，41(2):83-102.

[6]徐濤.廚余垃圾生命周期評價——以深圳市為例[D].武漢：華中科技大學，2013.

[7]沈超青，馬曉茜.廣州市餐廚垃圾不同處置方式的經(jīng)濟與環(huán)境效益比較[J].環(huán)境污染與防治，2010，32(11)：103-106.

[8]沈超青.廣州市餐廚垃圾的資源化利用研究[D].廣州：華南理工大學，2013.

[9]Khoo HH.Life cycle impact assessment of various waste conversion technologies[J].Waste Management，2009，29 (6):1 892-1 900

[10]Khoo HH，Lim TZ，Tan RBH.Food waste conversion options in Singapore:environmental impacts based on an LCA perspective[J].Science of The Total Environment，2010，408(6):1 367-1 373.

[11]Eriksson O，Reich MC.Municipal solid waste management fromasystemsperspective[J].JournalofCleaner Production，2005，13(3):241-252.

Research on the application status and prospect of urban food waste resource technologies

WU Huachen
（Shanghai Waste Administrative Division,Shanghai 200063,China）

The features of food waste were introduced,followed by the presentation of treatment status in China and abroad,including main resource conversion technologies.Advantages and disadvantages of major technologies were analyzed with comparison of their environmental impact,economic benefit-cost ratio and energy consumption.The conclusion was made that concrete technologies incorporating anaerobic digestion were preferred.In the end，some key issues in planning food waste recycling facilities were discussed such as technological transformation,product channel and guaranteed sufficient feed of operation of facilities.

food waste;treatment status;resource conversion technologies

表2 餐廚垃圾處理技術比較

X799.3

A

1674-0912（2015）04-0024-04

2015-02-12）

伍華?。?988-），女，湖北洪湖人，碩士。