杜志勇

(北京固廢處理有限公司，北京100125)

0 引言

隨著國(guó)家環(huán)保要求的不斷提高，餐廚垃圾“三化”處理已經(jīng)成為城市治理的焦點(diǎn)之一，我國(guó)年產(chǎn)餐廚垃圾約9 000萬(wàn)t[1]。其產(chǎn)生量會(huì)隨著人們生活水平的不斷提高而增加，餐廚垃圾具有典型的“四高”特征，由于處理設(shè)備相對(duì)落后，導(dǎo)致處理效率和處理效果不盡人意[2]。近年來(lái)，政府對(duì)餐廚垃圾處理技術(shù)和設(shè)備的不斷重視和大量投入，促使餐廚垃圾處理設(shè)備的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)一定突破。處理設(shè)備亦呈現(xiàn)多元化趨勢(shì)，根據(jù)地域資源和飲食文化等特征差異，餐廚垃圾處理主要分為焚燒和衛(wèi)生填埋、飼料化處理、堆肥處理和厭氧消化等，不同技術(shù)的處理設(shè)備也有所不同，自動(dòng)化和一體化程度各有差異[3]。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外餐廚垃圾處理設(shè)備研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，對(duì)該類垃圾不同處理設(shè)備的參數(shù)、特點(diǎn)和存在的問(wèn)題進(jìn)行闡述，并進(jìn)一步提出發(fā)展方向，為未來(lái)餐廚垃圾處理及設(shè)備研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 基本特性

餐廚垃圾一般來(lái)自食品加工業(yè)和餐飲服務(wù)業(yè)，該類垃圾除含有部分生活垃圾外，主要含較高的油脂、無(wú)機(jī)鹽、水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如不及時(shí)處理極易腐爛產(chǎn)生臭味，并滋生蚊蠅、細(xì)菌傳播疾病。這將對(duì)環(huán)境保護(hù)和健康衛(wèi)生均造成一定隱患[4]。餐廚垃圾含有豐富的碳水化合物，根據(jù)北控集團(tuán)對(duì)部分城市餐廚垃圾的分析，基本物質(zhì)成分如表1所示[5]。

表1 餐廚垃圾基本成分

注：有機(jī)質(zhì)和平均含固率以干基計(jì)；油脂、鹽分以濕基計(jì)

餐廚垃圾可作為資源回用，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的減量化、資源化和無(wú)害化處理，對(duì)污染防控和資源再利用具有重要意義。同時(shí)，餐廚垃圾的處理要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)

化及規(guī)?；搽x不開(kāi)相關(guān)設(shè)備的輔助。

2 處理工藝

餐廚垃圾處理技術(shù)根據(jù)微生物參與程度大致可分為非生物處理和生物處理，非生物處理主要包括填埋、焚燒、破碎直排和飼料化處理等；生物處理主要包括堆肥處理、厭氧消化等具有微生物生化環(huán)節(jié)的處理方式。

2.1衛(wèi)生填埋和焚燒

衛(wèi)生填埋是將餐廚垃圾與生活垃圾等混合后進(jìn)行填埋，通過(guò)厭氧發(fā)酵將餐廚垃圾轉(zhuǎn)變成甲烷、水和二氧化碳等，該方式可將餐廚垃圾完全處理、處理規(guī)模較大且成本較低[6]。但填埋后會(huì)產(chǎn)生大量污染性氣體和滲瀝液，處理不當(dāng)容易造成二次污染，同時(shí)會(huì)占用大量土地、產(chǎn)生的惡臭氣味難以控制，餐廚垃圾填埋法與現(xiàn)今垃圾資源化、無(wú)害化處理理念不符。隨著更加科學(xué)有效的處理方式出現(xiàn)，該方法在一些國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)限制或停止使用，在一定程度上提高了資源利用效率。

焚燒法是將餐廚垃圾進(jìn)行一定的預(yù)處理，經(jīng)篩選并降低垃圾水分后混合一定燃料進(jìn)行燃燒或與垃圾焚燒廠協(xié)同處置。該方式使餐廚垃圾中的有機(jī)可燃成分徹底氧化為灰燼，極大減小垃圾的體積，土地占用量小，實(shí)現(xiàn)了垃圾的減量化。但由于餐廚垃圾含水率高，容易造成焚燒不充分、爐內(nèi)溫度不符合要求而產(chǎn)生一定的污染性氣體，由于餐廚垃圾高含水率、低熱值特性，需要添加一定助燃劑，不符合規(guī)?；幚淼慕?jīng)濟(jì)性要求，因此該方式在國(guó)內(nèi)外利用均不廣泛[7]。

2.2破碎直排法

破碎直排法在國(guó)外起步較早且較為成熟，可有效處理較分散的家庭產(chǎn)生的少量餐廚垃圾，該方法直接將餐廚垃圾置于攪拌器或剪切破碎器中破碎，破碎后的物料通過(guò)城市污水管網(wǎng)直接排放。但破碎的垃圾進(jìn)入市政管網(wǎng)容易腐爛變質(zhì)成為污泥，淤塞管道并有大量臭氣逸散，餐廚垃圾中包含的高油、高鹽成分會(huì)對(duì)污水處理系統(tǒng)造成較大影響。該方式在日本起步較早，一些破碎設(shè)備配置有除臭器，可有效對(duì)餐廚垃圾中的多種臭味進(jìn)行處理[8]。由于我國(guó)垃圾處理模式和理念的不同，破碎直排法在我國(guó)使用范圍還不廣泛。

2.3飼料化

餐廚垃圾中含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)且容易獲得，因此將餐廚垃圾進(jìn)一步加工成動(dòng)物飼料成為資源循環(huán)利用的方式之一。餐廚垃圾飼料化一般分為高溫處置法、生物處理法和直接作為動(dòng)物飼料。

高溫處置法一般是將餐廚垃圾經(jīng)過(guò)高溫、滅菌處理后用作動(dòng)物飼料配合或代替玉米、豆粕等喂養(yǎng)動(dòng)物，該方法存在動(dòng)物源性飼料的同源性污染風(fēng)險(xiǎn)，主要是一些病原菌并不能被高溫殺死。同時(shí)，餐廚垃圾中存在的塑料等制品也會(huì)被動(dòng)物食入，導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)生病變，人類作為食物鏈頂端，在食用肉食的過(guò)程中攝入一定量有害物質(zhì)，危害人類健康。

生物法主要將餐廚垃圾脫水后，植入一定量假絲酵母、毛霉和米曲霉等益生菌對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵處理，調(diào)制烘干后制成蛋白飼料[9]。由于該方式仍不能從根本上解決同源性污染問(wèn)題，導(dǎo)致餐廚垃圾飼料化發(fā)展?fàn)顩r不佳。雖然我國(guó)法律明確規(guī)定，未經(jīng)高溫殺菌消毒的餐廚垃圾不得作為動(dòng)物飼料，但我國(guó)仍有80%左右的餐廚垃圾未經(jīng)處理直接飼養(yǎng)牲畜[6]。美國(guó)、加拿大、歐盟等國(guó)家已明令禁止未經(jīng)處理的餐廚垃圾直接喂豬，從一定渠道上預(yù)防了因餐廚垃圾作為動(dòng)物飼料引起的人畜交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。

2.4堆制有機(jī)肥

餐廚垃圾中含有大量可降解有機(jī)物，在人為干預(yù)的條件下，通過(guò)好氧菌等微生物將其降解為腐殖酸等用作植物肥料，一般將餐廚垃圾堆肥分為好氧堆肥和蚯蚓堆肥。

好氧堆肥工藝目前已經(jīng)較為成熟，自動(dòng)化和一體化程度較高，在機(jī)械控制下可在較短周期內(nèi)完成有機(jī)質(zhì)的腐熟過(guò)程，實(shí)現(xiàn)垃圾減量化和資源化。同時(shí)，該工藝適用于大、小規(guī)模的餐廚垃圾堆肥處理，處理效率高，對(duì)空間、氣候條件要求較低。李小健等[10]發(fā)現(xiàn)餐廚垃圾經(jīng)好氧堆肥處理后，減容率可達(dá)53%以上，營(yíng)養(yǎng)成分不低于6%，符合有機(jī)肥國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但該方法對(duì)餐廚垃圾的預(yù)處理要求較高，一般不易達(dá)到預(yù)期的堆肥效果，需要添加一定量秸稈等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

蚯蚓堆肥是通過(guò)蚯蚓自身的酶系統(tǒng)，將餐廚垃圾中的有機(jī)物等轉(zhuǎn)化為蚯蚓生存所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并產(chǎn)生蚯蚓糞便作為肥料。該方法需在一定溫濕度、pH值和通風(fēng)情況下，為蚯蚓生存提供適宜環(huán)境，可有效降低餐廚垃圾中的重金屬污染和碳氮比。曹瑞琪[11]研究表明，蚯蚓糞種植綠豆可明顯改善豆苗的生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，改善土壤結(jié)構(gòu)。

堆肥化可有效對(duì)餐廚垃圾循環(huán)利用實(shí)現(xiàn)資源化及減量化，增加土壤營(yíng)養(yǎng)元素的多元化等。但餐廚垃圾堆肥因素不好控制，導(dǎo)致堆肥效果不理想。同時(shí)，餐廚垃圾含有一定的重金屬和鹽分，導(dǎo)致土壤存在一定的鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)，在堆肥過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的氨氣、硫化氫、甲烷等有害氣體，如控制不當(dāng)會(huì)造成一定的環(huán)境污染[12]。

2.5厭氧消化

厭氧消化是在低氧或絕氧條件下，利用餐廚垃圾在在微生物的作用下分解有機(jī)物并產(chǎn)生甲烷和二氧化碳的過(guò)程[13]。該方法適用于餐廚垃圾水分高、鹽分高和油脂高的特點(diǎn)，通過(guò)預(yù)處理、酸化、產(chǎn)沼等厭氧階段產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、甲烷和氫氣等資源，實(shí)現(xiàn)石油等不可再生資源的減量消耗[14]。厭氧消化一直是餐廚垃圾處理的重點(diǎn)研究方向之一，具有一定的經(jīng)濟(jì)性，但是厭氧發(fā)酵過(guò)程易酸化，發(fā)酵性能不穩(wěn)定，機(jī)理較為復(fù)雜，受環(huán)境影響較大[15]。

2.6裂解產(chǎn)油

餐廚垃圾含有大量的有機(jī)質(zhì)和油脂，此類物質(zhì)經(jīng)過(guò)一定條件的催化裂解可轉(zhuǎn)化為生物柴油[16]。其熱值可以作為礦物柴油的部分替代品，但是餐廚垃圾具有高酸度特性，在一定程度上阻止皂化反應(yīng)，從而進(jìn)一步增大催化劑的消耗，造成成本上升，但研究具有經(jīng)濟(jì)性的生物柴油儼然在一定階段仍是研究的熱點(diǎn)。

2.7不同工藝比較

通過(guò)對(duì)餐廚垃圾不同處理工藝的分析，總結(jié)各工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，具體如表2所示。

3 處理設(shè)備

根據(jù)生產(chǎn)生活的處理要求，將餐廚垃圾進(jìn)一步機(jī)械化處理以實(shí)現(xiàn)廢棄能源的資源化利用和減量化處理，餐廚垃圾處理設(shè)備通常分為小型餐廚垃圾處理設(shè)備和大型餐廚垃圾處理設(shè)備。

3.1小型處理設(shè)備

小型設(shè)備一般為處理量較小的機(jī)器，結(jié)構(gòu)較為緊湊、處理環(huán)節(jié)較少，與催化劑進(jìn)行混合，使餐廚垃圾快速降解。小型設(shè)備適用于就地處理新鮮餐廚垃圾，減少運(yùn)輸時(shí)間和距離，具有占地面積小、運(yùn)行成本低、易于操作和自動(dòng)化程度較高的優(yōu)點(diǎn)。小型餐廚垃圾處理設(shè)備在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家使用較早，早在1999年，美國(guó)Georgia大學(xué)進(jìn)行了利用密封式容器處理餐廚垃圾的研究，主要產(chǎn)物堆肥用于庭院綠化等[17]。日本的餐廚垃圾一般在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)投入指定的生化處理機(jī)中，運(yùn)用深層液體透析發(fā)酵和固體發(fā)酵相結(jié)合的工藝生產(chǎn)固體活性生物復(fù)合劑[18]。松下公司研制的餐廚垃圾處理機(jī)，利用熱空氣風(fēng)干技術(shù)壓縮餐廚垃圾體積，從而節(jié)省占地，受到廣大民眾的喜愛(ài)[19]。

目前我國(guó)小型的餐廚垃圾處理設(shè)備正處于快速發(fā)展階段，使用并不普遍，即使部分單位和家庭已經(jīng)使用，但其設(shè)備存在自動(dòng)化程度較低的問(wèn)題，難以處理成分復(fù)雜的餐廚垃圾。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，小型設(shè)備的一體化程度正在被重視。張鵬[20]設(shè)計(jì)的重力分離式餐廚垃圾分選、壓縮一體化設(shè)備，不僅可對(duì)成分復(fù)雜的餐廚垃圾進(jìn)行分選，還可實(shí)現(xiàn)油水分離和壓縮成型，最終加工為生物柴油和動(dòng)物飼料，實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾處理設(shè)施的一體化，適用于小規(guī)模餐廚垃圾處理。張恩慧等[21]研制的雙相分段式制沼一體化裝置實(shí)現(xiàn)了厭氧過(guò)程的分層縱向布置，不僅為甲烷的產(chǎn)生提供最佳反應(yīng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)不間斷產(chǎn)氣，還有效解決了占地問(wèn)題，可進(jìn)一步研究作為規(guī)?；a(chǎn)的參考。王宇軒等[22]研制的餐廚垃圾干發(fā)酵滾動(dòng)式質(zhì)熱交換反應(yīng)器，在干式厭氧發(fā)酵過(guò)程中，可有效解決微生物生長(zhǎng)代謝不均勻問(wèn)題，揮發(fā)性脂肪酸未對(duì)產(chǎn)氣和pH值造成一定影響，底物揮發(fā)性固體去除率高達(dá)68.74%，該研究對(duì)未來(lái)進(jìn)行干式厭氧發(fā)酵具有突破性的指導(dǎo)和借鑒意義。韓濤等[23]研制的餐廚垃圾高效好氧堆肥小試裝置，使用餐廚垃圾與鋸末混合后高溫發(fā)酵，最高溫度可達(dá)60 ℃以上并保持6 d，所得有機(jī)肥料符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

小型餐廚垃圾處理設(shè)備除具有上述特點(diǎn)外，還存在一定弊端，由于小型設(shè)備是對(duì)大型設(shè)備或系統(tǒng)的簡(jiǎn)約版，一般工序不完整，除油工藝和微生物調(diào)節(jié)往往針對(duì)性不強(qiáng)，對(duì)后端物料的進(jìn)一步處理存在制約。

3.2大型處理設(shè)備

大型設(shè)備多用于區(qū)域性餐廚垃圾的處理，更趨向于流水線作業(yè)或產(chǎn)業(yè)化，具有一定的規(guī)模性和處理環(huán)節(jié)的連貫性，但該類設(shè)備能耗較大、建設(shè)和運(yùn)行成本高、污染防控難度較大。國(guó)外在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始在大中城市建設(shè)規(guī)模化處理工廠，對(duì)餐廚垃圾處理實(shí)行規(guī)范化、專業(yè)化管理。我國(guó)大型餐廚垃圾處理設(shè)備的發(fā)展較晚但速度較快，技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相近。大型餐廚垃圾處理設(shè)備多用于好氧堆肥、厭氧消化等，工藝段較為全面，能實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的油水分離、脫水、篩分及堆肥過(guò)程的自動(dòng)化和連續(xù)運(yùn)行等，還可附帶化學(xué)加工行業(yè)，資源提取和利用率較高，有利于穩(wěn)定產(chǎn)出蛋白飼料、有機(jī)肥和沼氣等產(chǎn)品。北京嘉博文生物科技有限公司和高安屯餐廚垃圾處理廠共建規(guī)模為400 td的BGB微生物資源循環(huán)處理站，實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾處理的產(chǎn)業(yè)化和資源循環(huán)利用[24]。北京環(huán)衛(wèi)集團(tuán)下屬的南宮餐廚垃圾處理廠，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；蛷N垃圾脫油、固液分離等堆肥原料的預(yù)處理，產(chǎn)生的廢水和氣體經(jīng)浸化處理后可達(dá)標(biāo)排放，成為餐廚垃圾大型處理的典型案例，同時(shí)各地方政府結(jié)合自身情況發(fā)展出了“西寧模式”“寧波模式”等，各類模式均對(duì)餐廚垃圾中的資源進(jìn)行了回收利用[25]。

表2 各處理工藝優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)對(duì)比

大型餐廚垃圾處理設(shè)備除建設(shè)和運(yùn)行成本高外，需要餐廚垃圾的提供量具有一定的連續(xù)性，避免因餐廚垃圾處理量不足造成的停產(chǎn)或間接生產(chǎn)。同時(shí)大型設(shè)備服務(wù)面較廣，運(yùn)輸成本高，餐廚垃圾在運(yùn)輸過(guò)程中容易腐敗變質(zhì)滋生病菌、產(chǎn)生廢氣和污水，其后續(xù)的處理會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本。

4 發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)不同餐廚垃圾處理設(shè)備的分析，著眼現(xiàn)有處理設(shè)備的缺陷和不足，餐廚垃圾處理設(shè)備的后續(xù)開(kāi)發(fā)也在不斷改進(jìn)，總體表現(xiàn)有以下3項(xiàng)發(fā)展趨勢(shì)。

(1)小型餐廚垃圾處理設(shè)備的序批式、一體化研發(fā)正引起重視。相比于大型處理設(shè)備，小型設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，很難滿足餐廚垃圾后續(xù)利用的預(yù)處理要求，通過(guò)在小型設(shè)備中添加油水分離、烘干、壓縮成型等結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備的一體化運(yùn)行，可大幅提高餐廚垃圾的利用率。

(2)設(shè)備高度集約化，減少土地占用。針對(duì)目前土地資源緊張、設(shè)備占地大的矛盾，盡量實(shí)現(xiàn)各類型設(shè)備的立體化發(fā)展，同時(shí)改進(jìn)工藝路線，實(shí)現(xiàn)占地面積減小的目的。

(3)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化操作。隨著自控系統(tǒng)和感應(yīng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，餐廚垃圾處理設(shè)備根據(jù)物料條件和環(huán)境現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部環(huán)境的自我調(diào)節(jié)，從而在節(jié)省人工的基礎(chǔ)上，提高處理效能，降低成本增大產(chǎn)出。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)作為餐飲消費(fèi)大國(guó)，餐廚垃圾的資源化、無(wú)害化處理水平關(guān)乎我國(guó)環(huán)境發(fā)展的千年大計(jì)。在當(dāng)前科技不斷更新迭代的時(shí)代背景下，餐廚垃圾除以上提及的處理方法外，還會(huì)有新的理論、技術(shù)和設(shè)備產(chǎn)生。總之，餐廚垃圾處理需要做好收集、運(yùn)輸、處理及回收利用之間的完整鏈接，各區(qū)域需根據(jù)自身情況，因地制宜的開(kāi)發(fā)出合理的處置方式，引導(dǎo)群眾走向?qū)ⅰ袄弊儭百Y源”的思想路線。