廚余垃圾處理技術現狀與發(fā)展趨勢

　　導讀
 

　　廚余垃圾是指居民日常生活及食品加工、餐廚服務、單位供餐等活動中產生的垃圾，包括家庭廚余垃圾、餐廚垃圾和其他廚余垃圾。具有高含水率和高有機質的特點，容易腐爛并產生惡臭，對城市居住環(huán)境和居民健康產生威脅。
 

　　隨著國家垃圾分類政策的不斷推進，目前46 個重點城市率先開展生活垃圾分類先行先試、示范引導，已經基本建成了生活垃圾分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理系統，多個中小城市也在逐步跟進推行垃圾分類工作。按照《關于在全國地級及以上城市全面開展生活垃圾分類工作的通知》要求，到2025年，全國地級及以上城市將基本建成生活垃圾分類處理系統。在垃圾分類過程中，廚余垃圾的分類收集量在多個地區(qū)已超過預期，廚余垃圾如何妥善地處理，已經成為當前繼續(xù)推動生活垃圾分類工作非常重要的一環(huán)。
 

　　作者簡介
 

　　歐陽創(chuàng)：碩士，高級工程師。現任上海環(huán)境院研究中心副總工程師。
 

　　徐小強：碩士，工程師?，F任上海環(huán)境院工程所項目工程師。
 

　　一、上海市作為全國第一個實施強制垃圾分類的城市，隨著工作深入推進，目前廚余垃圾產量和特性與分類前有什么顯著變化？
 

　　據上海市綠化市容局公布的數據顯示(表1所示)，2019年7月，上海廚余(濕)垃圾分出量達到8200噸/天，較2018年年底增長了110%。2020年6月，上海廚余垃圾分出量達到9632噸/天，較2019年同期增長近40%，2021年濕垃圾產量平均已經超過1萬噸/日，分類成效遠遠走在國內前端。預計上海廚余垃圾分出總量的峰值可以達到11300噸/天，其中家庭廚余占6800噸/天，餐廚垃圾3000噸/天，其他濕垃圾1500噸/天。
 

　　根據上海市垃圾特性調查數據顯示，實施強制垃圾分類后，干垃圾的容重、含水率相比之前分別下降約36.80%和36.33%，干垃圾低位發(fā)熱量上升約103.60%。與此同時，廚余垃圾組分變化比較大，含雜率降至1%左右，容重顯著增大約235.56%，含水率增大37.11%，達到80%左右。
 

　　二、歐美等發(fā)達國家推行垃圾分類工作已久，目前這些地區(qū)廚余垃圾的主要處理方式是什么？
 

　　目前歐盟各成員國主要通過高價收購、投資補貼、減免稅費和配額制度等可再生能源政策和措施推動廚余垃圾回收利用技術的發(fā)展，近十年來歐洲廚余垃圾處理主要以厭氧消化和堆肥為主，但規(guī)模均偏小(100噸/天以下)，多為家庭廚余垃圾和餐廚垃圾混合處理，物料含固率高，雜質含量相對較少，有機質含量高。
 

　　美國對于廚余垃圾主要通過“食物捐贈計劃”和安裝廚余垃圾粉碎機等方式實現源頭減量，末端處置途徑主要通過填埋或焚燒，部分州也在推廣堆肥項目。
 

　　日本廚余垃圾主要為制飼料和堆肥，其中制飼料技術要求需要高溫滅菌。韓國廚余垃圾早年為堆肥，但存在鹽分高和臭氣難控制問題，目前發(fā)展趨勢為厭氧消化處理。

圖1 國外廚余垃圾主要處理方式
 

　　由圖1可以看出，目前發(fā)達國家的廚余垃圾處理技術主要以厭氧消化為主，約占市場份額的9成左右。其主要原因是相比于堆肥等其他處理技術，厭氧消化技術更加環(huán)保和先進，受到業(yè)內的廣泛關注，逐步形成一套成熟的產業(yè)鏈，進而得到市場的認可和推廣。
 

　　三、我國生活垃圾分類工作還處于起步階段，目前廚余垃圾處理的整體情況怎么樣？
 

　　隨著“十三五”國家大力推動生活垃圾分類政策，國內的廚余垃圾處理行業(yè)得到快速發(fā)展。據不完全統計，截止到2020年底，國內已建成的廚余垃圾集中處理設施216座，處理能力3.9×104 噸/天；在建廚余垃圾處理設施197座，處理能力2.4×104 噸/天，共計6.3×104 噸/天，小規(guī)模分散式就地處理項目作為輔助處理措施，在國內也有大量的試點應用。
 

　　四、我國廚余垃圾處理的主要技術有哪些？

 

　　目前國內廚余垃圾處理技術主要包括好氧發(fā)酵制肥技術、厭氧消化技術、脫水協同焚燒技術和生物(黑水虻、家蠅等)轉化技術等。根據數據統計顯示，國內已建和在建廚余垃圾處理設施中，厭氧消化工藝約占總量的87.5%，其余工藝僅占12.5%。
 

　　(一)厭氧發(fā)酵
 

　　厭氧發(fā)酵是通過多種厭氧微生物(包括厭氧有機物分解菌/不產甲烷厭氧微生物、產甲烷菌等)的新陳代謝，將物料分解轉化為甲烷、二氧化碳及發(fā)酵殘余物(沼渣、沼液)。根據發(fā)酵原料固體含量的不同，厭氧發(fā)酵主要分為濕式厭氧發(fā)酵和干式厭氧發(fā)酵。濕式厭氧發(fā)酵的固體含量一般在15%以下，干式厭氧發(fā)酵裝置內固體含量一般大于18%。二者工藝流程并沒有顯著區(qū)別，都是采用“預處理系統+干/濕式厭氧系統”，但兩種工藝由于含固率不同，因此其反應器結構形式、停留時間、常用反應溫度、沼氣產生量等均有一定差異。實際運用中，濕式厭氧技術較干式技術成熟較多，目前國內已建成的廚余垃圾處理廠大部分都采用濕式厭氧技術，但近些年隨著生活垃圾分類推進和技術不斷成熟，采用干式厭氧發(fā)酵技術的項目也在增加。
 

　　(二)堆肥
 

　　堆肥也是一種常見的廚余垃圾資源化處理方式，其原理是：在可控條件下，利用微生物的降解作用，實現對廚余垃圾的分解、轉化，生成水、土壤腐殖質，以及CO2等氣體。根據堆制方式不同，堆肥工藝可分為場地堆積式堆肥和密閉裝置式堆肥(生化機)。實際工程應用中，許多堆肥工藝在主發(fā)酵階段采用密閉裝置式堆肥工藝(生化機)，而在次發(fā)酵階段采用場地堆積式堆肥工藝。目前廚余垃圾肥料化產品在綠化、農/林應用尚處于起步階段，缺少系統的質量評價體系，使得后續(xù)商業(yè)化推廣應用難度較大。
 

　　(三)生物轉化技術
 

　　生物轉化技術是通過昆蟲生物轉化廚余垃圾，保持蛋白質本質，可避免飼料化處理的“同源污染效應”弊端，消除安全隱患。生物轉化技術常用黑水虻、蠅蛆等昆蟲作為媒介，飼養(yǎng)產出的昆蟲幼蟲烘干后，可提取昆蟲蛋白、昆蟲油脂等。目前，采用黑水虻處理餐廚垃圾的技術路線較熱，該技術涉及活體養(yǎng)殖，從大規(guī)模養(yǎng)殖的工程化角度來講，還有很多需要研究和優(yōu)化的地方。
 

　　五、下階段我國廚余垃圾處理技術發(fā)展趨勢是怎么樣的？
 

　　從工程上來看，廚余垃圾集中處理設施和分散式處理設施需結合分類后廚余垃圾特性變化情況進一步優(yōu)化論證工藝路線，特別在厭氧工藝的基礎上重點研究有機固渣和沼渣的出路問題，提高項目資源化利用率。同時應重視廚余垃圾處理過程的臭氣控制問題，加強控制措施。廚余垃圾成分的復雜性決定了使用單一的處理技術難以完成高效高產值處理,因此,對廚余垃圾進行組分分離、綜合運用多項處理技術是必然的處理思路。
 

　　目前廚余垃圾處理技術發(fā)展主要還是圍繞補齊厭氧發(fā)酵和好氧堆肥技術的短板。各種生物轉化技術也越來越被重視，近幾年發(fā)展較為迅速，但裝備自動化程度、工藝穩(wěn)定性、產品高值化利用還需要深入研究。一些新的處理技術發(fā)展主要圍繞廚余垃圾成分的高值化提取利用為目標，做化工產品方向的較多，但主要也依托生物轉化，如制備乙酸、乳酸、高級脂肪酸、聚合反應產超大分子材料(如凝膠材料)等，這些工藝多屬于發(fā)酵，但目標產物不是產甲烷；圍繞廚余垃圾主流工藝產生的衍生品的再利用，如沼渣肥料化產品研究外，也有開展沼渣與飛灰混凝制混凝土、沼渣為原料制乙醇、刨花板等、沼渣熱解氣化后制合成氣、生物油和生物炭等研究；沼液的資源化利用，如回用生產乙醇、鳥糞石、液體肥等。
 

　　隨著廚余垃圾資源化處理技術水平的不斷提升與管理法規(guī)的日益完善,未來應繼續(xù)圍繞廚余垃圾處理開展多種技術融合實踐與創(chuàng)新,最終實現廚余垃圾高效資源化利用及無害化處理的目標。
 

　　原標題：廚余垃圾處理技術現狀與發(fā)展趨勢