餐廚垃圾厭氧消化技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望①

李晨曦 趙宇彭 蘭 珊③ 吳春東 杜萌潔 秦德煜 王銘婭

（1 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院 黑龍江大慶 163319；2 東北石油大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 黑龍江大慶 163318）

隨著人民生活水平的不斷提高，餐廚垃圾在廢物中的占比逐漸加重［1］。我國不同地區(qū)經(jīng)濟水平、習(xí)俗、飲食喜好不同，餐廚垃圾的組分也存在差異，未經(jīng)妥善處理的餐廚垃圾對人們生活造成巨大困擾［2］。因此，有必要簡單闡述餐廚廢棄物的性質(zhì)、處理方法、處理裝置以及工藝流程，分析餐廚廢棄物厭氧消化存在的困難，提出相應(yīng)解決辦法。

1 餐廚垃圾處理技術(shù)

1.1 餐廚垃圾概念

餐廚垃圾概念源于垃圾分類，集體餐廚垃圾是指在從事餐飲業(yè)的企事業(yè)單位集體餐廳在食品加工、膳食服務(wù)等經(jīng)營活動中形成的食物殘渣、食品工藝垃圾以及廢棄食品油脂等［3］，需要注意的是廢棄食用脂肪就是指不能食用的動物脂肪和油水混合物。

1.2 傳統(tǒng)餐廚垃圾的處理方法

1.2.1 物理粉碎法

物理粉碎法是指垃圾粉碎后直接排放的方式，通常用于餐廚垃圾處理，將垃圾排放到城市污水中，讓城市污水部門工作人員集中處理。物理粉碎法在家庭餐廚垃圾處理應(yīng)用廣泛，只需在廚房安裝一個垃圾處理器，成本低，操作簡單方便，可以大大降低餐廚垃圾量，但這種簡單粗暴的方式會造成二次污染。

1.2.2 垃圾填埋法

過去我國大部分地區(qū)餐廚垃圾使用的是垃圾填埋方法［4］。該方法首先要工作人員收集垃圾，然后將垃圾運送到垃圾處理中心，再由相關(guān)工作人員進行垃圾填埋處理［5］。雖然垃圾填埋處理費用低、技術(shù)成熟、處理量大，但會造成嚴重的環(huán)境污染，其垃圾滲漏液會污染地下水資源，存在極大危害。我國經(jīng)濟的快速發(fā)展使得餐廚垃圾數(shù)量也在增加，隨著人們對餐廚垃圾無害化、資源化處理的認識，垃圾填埋法已很少使用了，甚至在許多地區(qū)禁止將餐廚垃圾進行填埋。

1.2.3 能源焚燒法

焚燒是餐廚廢棄物能量化處置的最有效方式之一。要實現(xiàn)餐廚廢棄物能量化處置，需購置專門的焚燒裝置，將餐廚垃圾燃燒轉(zhuǎn)換為能量，該方法完成了餐廚廢棄物無害化、資源化的最后一小步［6］。由于餐廚廢棄物含水量較高，燃燒過程中還需添加助燃物，這無形提高了餐廚廢棄物處理成本，使得推廣存在一定困難，因此，有必要探索新的餐廚垃圾處理辦法，保障餐廚垃圾處理無害化、資源化。

2 餐廚垃圾資源化利用技術(shù)

2.1 好氧堆肥

堆肥處理是指在好氧環(huán)境下，利用各種微生物分解餐廚廢棄物有機成分的生物化學(xué)過程［7］。餐廚垃圾有機成分含量較高，微生物可將餐廚垃圾中有機成分轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)肥料［8］。雖然餐廚垃圾堆肥安全性較高，但肥料品質(zhì)難以把控，嚴重阻礙餐廚垃圾堆肥技術(shù)的應(yīng)用推廣。因此，餐廚廢棄物資源化、無害化將成為重點研究方向。

2.2 飼料化處理

飼料化處理技術(shù)是將餐廚垃圾進行資源合理利用，通過飼料化處理后，制作成富含營養(yǎng)物質(zhì)的飼料，該飼料具有適口性佳、吸收率高的優(yōu)點［9］。但是餐廚垃圾制作動物飼料還存在一定安全問題，可能會導(dǎo)致動物飼料中存在大量病原微生物，導(dǎo)致動物的健康問題，從而引發(fā)食物鏈頂端人類的安全［10］。所以該技術(shù)仍需進一步完善。

2.3 厭氧發(fā)酵

厭氧發(fā)酵是指有機化合物在厭氧條件下被厭氧菌分解為甲烷和超臨界二氧化碳的過程。具體過程為在缺少氧氣的環(huán)境，讓餐廚廢棄物中的大分子物質(zhì)水解，在產(chǎn)酸階段進行乙酸酯化反應(yīng)，經(jīng)特殊處置后再轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄?，此階段必須嚴格控制溫度、濕度、酸堿度、細菌生長環(huán)境以及設(shè)備設(shè)置等，以避免因為外界條件改變而影響厭氧消化過程的順利進行。與其他餐廚垃圾廢棄物資源化利用技術(shù)相比，厭氧消化技術(shù)相對較為簡單，傳統(tǒng)的厭氧反應(yīng)器就可以實現(xiàn)，圖1為厭氧發(fā)酵處理餐廚垃圾工藝流程圖。

圖1 厭氧發(fā)酵處理餐廚垃圾工藝流程圖

在厭氧消化處理技術(shù)的近年來發(fā)展中，主要以CSTR與LBR反應(yīng)器為主，但CSTR反應(yīng)器存在處理工藝復(fù)雜等問題，LBR反應(yīng)器會出現(xiàn)過濾板阻塞減小底物粒徑尺寸等問題。將LBR處理工藝床反應(yīng)器直接與UASB的厭氧態(tài)污泥床相連。如圖2所示，滲濾床式反應(yīng)器（LBR）、升流式厭氧污泥床（UASB）的串聯(lián)提高了餐廚廢棄物產(chǎn)甲烷效能，在餐廚廢棄物資源化利用中，對厭氧消化過程的生物降解具有促進作用。

圖2 LBR、UASB串聯(lián)式厭氧消化工藝

3 餐廚垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)案例

3.1 BTA處理工藝

丹麥Helsipgor BTA/carl bro處理廠成立于20世紀90年代初，主要應(yīng)用BTA處理工藝處理收集分類好的生活垃圾，年處理量為2萬t。具體操作流程為將分類好的垃圾轉(zhuǎn)運至垃圾倉，將垃圾破袋、打碎、加熱制漿、無菌化處理，得到液相和固相垃圾：液相垃圾流向消化罐，固相垃圾放入水解池，隨后固相垃圾在水解池中分解為有機酸，池內(nèi)剩余液相再流入消化罐［11］。

3.2 TBW Biocomp處理工藝

德國Thronhofen垃圾處理廠于20世紀90年代中期開始投入使用，此垃圾處理廠主要應(yīng)用TBW Bio‐comp處理工藝處理已收集分類好的有機物含量高的垃圾和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的液態(tài)垃圾，年處理量為1.3萬t［12］。

3.3 Valorga處理工藝

法國Steinmueller Valorga Sarl公司使用立式圓柱形反應(yīng)器，應(yīng)用Valorga處理工藝處理餐廚垃圾［13］。該反應(yīng)器中餐廚垃圾固相占比為25%左右，反應(yīng)時間為14～18d，每噸垃圾能產(chǎn)80～180 m3的生物氣。

4 結(jié)論與展望

餐廚垃圾是一種有機質(zhì)和脂類含量都很高的固體廢棄物，餐廚垃圾無害化資源化研究越來越受到重視。目前餐廚垃圾無害化資源化處理工藝主要包括了好氧堆肥、飼料化處理、厭氧發(fā)酵等技術(shù)，這些技術(shù)可有效實現(xiàn)餐廚廢棄物減量化、無害性、資源化處置。其中厭氧發(fā)酵技術(shù)最成熟，國內(nèi)實際應(yīng)用以CSTR反應(yīng)器為主，但CSTR反應(yīng)器存在以下問題。（1）反應(yīng)時需要消耗能量進行攪拌。（2）反應(yīng)前需要進行稀釋預(yù)處理。（3）反正后需要將沼渣沼液進行固液分離處理。因此，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵反應(yīng)使用LBR反應(yīng)器，相比CSTR反應(yīng)器，LBR反應(yīng)器有能耗低、不需要預(yù)處理、可以直接實現(xiàn)固液分離等優(yōu)點。然而，目前LBR反應(yīng)器還存在一些問題，在國內(nèi)并沒有實現(xiàn)市場化應(yīng)用，如LBR反應(yīng)器過濾板會出現(xiàn)堵塞、物質(zhì)輸送利用率低。因此，需要添加新型填充物、減小底料孔徑、改變反應(yīng)器構(gòu)造以及滲濾液密閉式循環(huán)系統(tǒng)等，以避免厭氧狀態(tài)消化過程中產(chǎn)酸或產(chǎn)甲烷階段不均勻問題產(chǎn)生，從而達到了餐廚廢棄物的無害化資源化的問題。