雙碳目標下餐廚垃圾厭氧消化技術應用及碳減排策略思考

廣東省國際工程咨詢有限公司 張淑婷

一、研究背景

2020年9月，提出中國將提高國家自主貢獻力度，采取更有力的政策和措施，力爭于2030年達到二氧化碳排放峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和（以下簡稱“雙碳”目標）。2021年2月2日，國務院印發(fā)《關于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導意見》，根據(jù)這一決定，許多相關產業(yè)都開始積極地制定各種降低二氧化碳排放的方法，以便將來達到“凈零排放”，即當一個組織的一年內所有溫室氣體（CO2-E，以二氧化碳當量衡量）排放量與溫室氣體清除量達到平衡時，就是凈零溫室氣體排放。據(jù)靈動核心數(shù)據(jù)整理《2021-2026年中國餐廚垃圾處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與市場前景投資分析報告》，2021年我國餐廚垃圾的產生量突破1.2億噸，2020年12月全國46個重點城市餐廚垃圾處理項目超過200個，總體處理能力為約5.2萬t∕d，與2020年我國餐廚垃圾32萬t∕d的產生量進行對比，“十三五”末期餐廚垃圾處理率僅有約16.4%，我國餐廚垃圾處

理率仍處于低位，因此，如何以綠色低碳的形式進行餐廚廢棄物處理，是當前“雙碳”形勢下急需研究的重要課題。筆者以廣州市某餐廚垃圾處理廠為例，對不同工藝進行論述，并對“壓榨制漿預處理+CSTR厭氧消化+干組分焚燒/濕組分厭氧發(fā)酵”進行碳排放分析，同時，為“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略下的餐廚廢棄物資源化處理和循環(huán)利用工作提出一些減碳策略。

二、工程應用

本餐廚垃圾處理廠位于廣州市南沙區(qū)，于2021年4月建成投產，該餐廚垃圾處理廠選址遠離城鎮(zhèn)居民點，毗鄰廣州市第四資源熱力電廠，在此建廠可最大限度實現(xiàn)資源整合，實現(xiàn)生活垃圾焚燒、餐廚垃圾厭氧處理集中設置，餐廚垃圾處理系統(tǒng)產生的沼渣和其他固體廢棄物可以進入垃圾池焚燒處理，餐廚垃圾處理系統(tǒng)產生的沼液可以和焚燒廠的垃圾滲瀝液合并處理，餐廚垃圾處理系統(tǒng)厭氧發(fā)酵沼氣提純制備生物天然氣，厭氧系統(tǒng)所需的保溫熱量可以利用焚燒廠的蒸汽，可以最大限度地實現(xiàn)資源共享，降低運行費用。因此，在此建廠既符合當?shù)爻鞘锌傮w規(guī)劃，區(qū)域環(huán)境規(guī)劃，城市環(huán)境衛(wèi)生專業(yè)規(guī)劃及相關規(guī)劃的要求，而且對環(huán)境影響最小。餐廚垃圾處理規(guī)模為400噸/日，項目主要采用“壓榨制漿預處理+CSTR厭氧消化+干組分焚燒/濕組分厭氧發(fā)酵”處理技術。

三、廚余垃圾處理工藝分析

國內外廚余垃圾處理工藝主要有填埋、焚燒、厭氧發(fā)酵、好氧堆肥、直接烘干作飼料等幾種。填埋處理占用大量土地，耗用大量征地等費用；餐廚垃圾的滲出液會污染地下水及土壤，垃圾堆放產生的臭氣嚴重影響空氣質量，對周圍大范圍的大氣及水土會產生嚴重的二次污染，垃圾堆放產生的揮發(fā)性有機化合物（VFAs）嚴重影響空氣質量及危害人體健康[1]。在當前土地資源緊缺、人們對環(huán)境影響的關注度越來越高的大前提下，填埋處理技術明顯不適合我國餐廚垃圾的實際情況，因此不推薦采用該技術。

焚燒是垃圾中的可燃物在焚燒爐中與氧進行燃燒的過程，焚燒處理量大，減容性好，焚燒過程產生的熱量用來發(fā)電可以實現(xiàn)垃圾的能源化。但由于餐廚垃圾含水率較大，熱值較低，不適合用來發(fā)電；如采用焚燒技術需要添加大量的輔助燃料，而且焚燒處理的投資過高，運營成本也很高，因此不推薦采用該技術。

綜上所述，排除餐廚垃圾填埋及焚燒兩種處理手段，僅對厭氧消化、好氧堆肥、飼料化技術進行比較，詳細比較如表1所示。

表1 餐廚垃圾處理方式比較表

總體而言，厭氧消化、好氧堆肥和飼料化處理才是適合我國國情的餐廚垃圾處理主流技術。然而在當今的餐飲垃圾處理主流技術中，考慮到常規(guī)的好氧堆肥技術設備能耗過大，減量化效果較差，更重要的是其投資和運行成本較高，不適合于大、中型餐飲垃圾處理項目，在此常規(guī)的好氧堆肥工藝類別不選為本項目的處理工藝。

而干熱等飼料化技術，由于同源相食、流行性疾病傳播等生物安全風險的爭議，目前國家尚未出臺明確政策，在此尚不列入備選工藝考察范圍內。針對餐飲垃圾高水分、高油脂、高有機含量的性質，厭氧消化技術可以對其完成高效生物降解，并制備清潔能源。因此，本項目餐廚垃圾處理擬采用主體工藝路線為厭氧消化工藝，采用全混合式厭氧反應器（CSTR），本項目總體工藝路線如圖1所示。

圖1 廣州市某餐廚垃圾處理廠總體工藝流程

四、項目碳排放分析

結合本項目總體工藝分析，本項目處理工藝與陳海濱[2]研究中“壓榨預處理+干組分焚燒+濕組分厭氧發(fā)酵”處理工藝相同，采用該處理工藝下，二氧化碳排放當量為10.4kg/t，碳減排效應為160.0kg/t，二氧化碳減排量為947.6kg/t。據(jù)此計算，按照本項目處理規(guī)模推算，2023年廣州市該餐廚垃圾廠處理量約為400噸/天×365天=146000噸，全年二氧化碳排放量為151.84噸，碳減排效應為2336噸，實現(xiàn)減少二氧化碳排放1.38萬噸，可以獲得良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

五、餐廚垃圾處理廠碳減排策略

政策支持方面。對餐廚垃圾進行無害化、資源化處理具有積極意義。具體而言，政府有關部門應基于餐廚垃圾資源化利用技術制定一系列政策，可從專項資金投入、試驗研究引導、稅收優(yōu)惠等方面著手，提高社會整體對餐廚垃圾資源化利用的重視度。例如，在餐廚垃圾處理企業(yè)發(fā)展壯大的過程中，地方政府可根據(jù)有關政策減免其稅費，經(jīng)過資源提取后生成的產品可由政府有關部門聯(lián)系買家，規(guī)范餐廚垃圾處理行業(yè)。

此外，政府部門還可以餐廚垃圾資源化利用技術為依據(jù)制定相關標準條例，如餐廚垃圾腐殖質肥料標準等，并加強餐廚垃圾處理監(jiān)管，全面杜絕焚燒法等污染性處理方式，同時制定餐廚垃圾管理辦法，規(guī)范餐廚垃圾回收、運輸、處理和再利用等工序。在此基礎上，還需要構建餐廚垃圾處理資質管理制度，規(guī)避不法商販私自售賣問題，一經(jīng)查處，嚴肅處理。

產量控制方面。產量控制是一種從根本上降低餐廚垃圾數(shù)量的管理方式。近年來，我國各級政府大力推廣“光盤行動”，目的在于引導社會公眾樹立節(jié)約意識，減少餐廚垃圾。此外，在垃圾分類政策下，餐廚垃圾已經(jīng)初步實現(xiàn)了集中、專項處理，并非傳統(tǒng)的“一燒了之”。為進一步推動餐廚垃圾資源化發(fā)展，應嚴格落實餐廚垃圾排放監(jiān)督制度，結合垃圾分類政策進行申報登記，實時掌控各地餐廚垃圾產量，依據(jù)產量數(shù)據(jù)調節(jié)垃圾處理廠承載力，同時增設餐廚垃圾排放限值，以此達到產量控制的目的。

處理技術方面。餐廚垃圾飼料化的處理技術能夠將餐廚垃圾進行處理，從而實現(xiàn)資源合理利用，但是將餐廚垃圾當做動物飼料還存在一定的安全風險，有可能會由于處理時沒有進行無菌操作而導致飼料里依舊存在一定的含菌量，會導致動物的健康問題，從而引發(fā)食物鏈頂端人類的安全。所以這個處理技術還沒有完全推廣，正處于不斷發(fā)展創(chuàng)新之中，希望在不久的未來能夠很好地被動物所利用，提高餐廚垃圾的利用率，為社會的可持續(xù)發(fā)展貢獻一分力量。

市場監(jiān)管方面。在我國餐廚垃圾處理技術發(fā)展的過程中，如何對垃圾進行清理以及運輸會直接影響資源化的利用水平，通過完善綠色化的運輸管理體系，能夠實現(xiàn)餐廚垃圾處理技術的價值最大化。首先，在進行垃圾回收的過程中，應當始終遵守綠色環(huán)保這一原則，通過加強回收容器管理，避免出現(xiàn)二次污染。其次，在對餐廚垃圾進行清理運輸?shù)倪^程中，也應當實現(xiàn)信息化發(fā)展，只有應用信息技術才能夠實現(xiàn)更加有效的追蹤和管理。通過完善運輸管理體系，能夠規(guī)范餐廚垃圾的運輸清除工作，同時也能夠加強市場監(jiān)管，對我國餐廚垃圾資源化利用有著十分重要的意義。

六、結論及建議

（1）本餐廚垃圾處理廠自2021年4月投入運行以來，運營穩(wěn)定，對保護周邊環(huán)境具有重要意義。根據(jù)碳排放分析計算，本項目的實際應用減少了二氧化碳排放1.38萬噸，可以獲得良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。厭氧消化與其他處置方式相比，在資源回收和碳減排方面具有突出優(yōu)勢，這就決定了厭氧消化產沼氣為今后餐廚垃圾處置中的首選方式。

（2）本項目對餐廚垃圾資源化利用主要有以下方面：一餐廚垃圾中的有機成分進行厭氧發(fā)酵處理，可以制備清潔能源—沼氣。沼氣經(jīng)過凈化處理后，可以通過沼氣提純制備生物天然氣，輸送至燃氣管網(wǎng)，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。二是餐廚垃圾中的油脂成分，進行除雜提純處理后制備毛油，可以作為生物柴油原料或者化工生產原料。三是餐廚垃圾中的玻璃、鐵絲、廢棄餐具等，經(jīng)過精細分揀可以單獨回收。因此，在資源化利用技術下，餐廚垃圾不光是一種廢棄物，同時也是一種資源，對其充分利用可以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

（3）在建有市政污泥厭氧消化單元的城市，餐廚垃圾與污泥參混共發(fā)酵不失為一種良策，可以平衡碳氮比、稀釋有毒組分等，克服單基質發(fā)酵的弊端[3]，從而提高資源的回收效率。在此方面，奧地利斯特拉斯[4]與美國希博伊根污水廠[5]利用污水處理過程中產生的剩余污泥與外源餐廚垃圾共發(fā)酵已獲得充足運行能量（甲烷），已實現(xiàn)“碳中和”目標。

（4）隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的確立，國家對餐廚廢棄物的回收利用的新方針不斷出臺，新的處理方法將會得到推廣和應用。近些年，利用餐廚垃圾酸性發(fā)酵獲取中間產物，如短鏈脂肪酸（SCFA）、乳酸等也成了新的研究方向，也有利用餐廚垃圾發(fā)酵制備揮發(fā)性脂肪酸，為污水處理提供優(yōu)質的反硝化碳源，以替代污水處理中價格昂貴的碳源，提高污水處理的脫氮除磷效果[6]。未來對餐廚廢棄物的回收利用，必須順應當前的發(fā)展形勢，生產出高效的再生能源，提高對廢物的使用，從而實現(xiàn)“雙碳”的整體目標。