餐饮垃圾固废处理技术研究进展

王瑛，钱跃言

（1.煤科集团杭州环保研究院有限公司，浙江杭州311201；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

安全与环保

餐饮垃圾固废处理技术研究进展

王瑛1，钱跃言2

（1.煤科集团杭州环保研究院有限公司，浙江杭州311201；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

餐饮固废垃圾由于其产量大、腐败变质产生有毒有害气体和传染病菌，对人和环境构成巨大威胁。采用高效且经济的固废处理技术不仅能有效解决餐饮固废垃圾占地面积大的问题，而且也能显著改善其对环境的污染情况。本文综述了餐饮垃圾固废处理技术的相关工艺研究，并对各个工艺的处理效果进行了对比，对未来餐饮垃圾固废处理技术进行了展望。

餐饮垃圾；环境污染；固废处理；循环经济

0 引言

随着居民生活水平的不断提高，为了满足人们对饮食的高消费需求，餐饮业也迅速发展起来了，然而伴随产生的大量餐饮固废对人们的生活环境造成了巨大影响。据报道，我国餐饮垃圾每年产量不低于6000万t[1-2]，由于这些垃圾所产生的水污染、固废污染、传染病等已经诱发了越来越严重的环境和健康问题，因此，对餐饮垃圾进行高效经济的处理，不仅需要较为行之有效的技术体系，更需要政府及社会的良好沟通与配合、探讨科学高效的实施管理办法，以推动餐饮垃圾处理指标体系的建立和完善。

餐饮垃圾中的固体物质主要为有机物，成分主要是蛋白质、油脂、糖类等，同时也含有大量盐类和金属物等[3]，在采用传统的垃圾焚烧技术和简单填埋处理餐饮固废时，不仅会产生硫化物、二噁英等有毒有害气体，而且因填埋产生的垃圾渗滤液会使得土壤变质，导致盐碱化[4]。目前，较为成熟的餐饮固废处理技术主要从餐饮垃圾的资源化利用及无害化处理方面着手。在垃圾资源化利用方面，常采用高温法将餐饮垃圾干燥制成浓缩的油脂和牲畜饲料物等，同时高温也能有效对餐饮垃圾进行灭菌，防止传染病的发生；将餐饮垃圾进行好氧堆肥处理，使之发酵后作为肥料使用，而在密闭空间中将其发酵可制沼气等均可实现餐饮垃圾的资源化利用[5]；在无害化处理方面，通过湿法水解将餐饮垃圾进行分解制取油脂，使之完全转化；也可利用微生物菌种驯化培养，将垃圾进行生物降解使之转化成无污染物质，从而降低餐饮垃圾对环境的污染。

然而，餐饮垃圾的处理依靠单一的资源化利用或者无害化处理工艺并不能实现垃圾的高效处理，其处理过程中的产物常造成二次污染，因此，结合国家对固废污染物的处理要求，有必要采用更加高效的处理工艺或者是多种工艺组合的形式对餐饮固废垃圾进行深度处理。

1 餐饮固废垃圾资源化处理工艺

餐饮固废垃圾的资源化处理工艺可依据不同工艺方法得到的产物分为可再生能源、畜牧农业产品、工业生产产品等。下面分别介绍。

1.1 餐饮固废垃圾处理工艺制取可再生能源

餐饮垃圾中含有大量动植物油脂，堆埋处理极易腐烂产生有毒有害气体，而通过将油脂结合醇类进行酯交换反应可得到生物柴油。根据统计，每吨餐饮垃圾可浓缩产生20 kg以上油脂，通过将每吨油脂进行酯化反应生产生物柴油[6]。目前常用的酯化反应工艺主要有超临界甲醇法[7]、酸碱催化法[5]、生物酶法[8]。其中利用超临界甲醇法制取生物柴油是通过将餐饮垃圾中的油脂与低碳醇反应，通过酯交换法得到脂肪酸单烷基酯生物柴油，这种方法可对油脂进行充分溶解，在超临界状态下油脂扩散速率高，与酸碱催化剂接触反应更充分，并且多采用集成化装置进行，便于控制，其中产生生物柴油受到稳定时间、反应温度、进料流量的影响。李琪等[9]对比了间歇式和连续式超临界甲醇法制取生物柴油，如图1所示，并考察了在酯交换反应体系中稳定时间、反应温度、物质配比对生物柴油产量的影响，结果表明连续式超临界甲醇法具有更高的生物柴油产量，在优化反应条件后得出，当反应器中反应温度为280℃，压力为14 MPa，醇油物质的量之比为42∶1时，产物产率在反应120 min后达到45%，并逐渐趋向于稳定。但超临界甲醇法在推广使用过程中也存在一些问题，比如需要在高温高压下进行反应，危险系数大，生物质柴油产率不高，难以稳定运行等缺点，在其工业化应用过程中需要进一步克服这些问题。不同于超临界甲醇法，生物酶法采用的催化剂是具有生物活性的酶，在酯交换反应过程中不需要苛刻的反应条件，催化剂易于回收，产物易于分离，对餐饮垃圾中的油脂品质要求不高。而使用广泛的酯交换反应酶催化剂有很多，目前商业化报道的也多达5种以上，常根据反应工艺的条件进行选用。

图1 连续化反应装置流程

此外，利用微生物发酵法也可将餐饮垃圾转化为甲烷沼气，应用于生活生产中。该工艺过程常采用密闭环境厌氧发酵法，在控制密闭环境中温度、pH、氨氮、含水含盐量等指标来实现沼气的高产量。通过研究发现，在厌氧发酵法中理想的操作条件是：pH在6.8～7.2，温度在30℃～60℃下，厌氧环境中的微生物甲烷菌生长最好，制得的沼气含量也较高。段妮娜等[10]采用污泥+餐厨垃圾联合干法于厌氧环境中制取甲烷，在全混凝反应器中通过半连续运行20 d后发现，体系的甲烷产气率和产气量随着餐厨垃圾添加比例的增大而提高，有机质的降解率也随之增大，但体系中的pH、氨氮含量、游离氨氮等都下降，这是因为污泥和餐厨垃圾混合后能降低抑制性物质的浓度，提高系统稳定性。餐饮垃圾在厌氧发酵过程中也会产生氢气，这是根据垃圾中的厌氧菌发酵情况而产氢量不同。而厌氧发酵产氢是根据厌氧酸化过程决定的，该过程与菌种类型、金属离子、基质种类等因素有关。魏自民等[11]采用湿热水解技术处理餐饮垃圾，考察了不同湿热预处理温度和时间下厌氧产氢的影响，餐饮垃圾经过90℃湿热预处理30 min后对油脂脱除量为37.5 mL/kg，比产氢量最高达到242.1 mL/g，最大产氢速率达到12.46 mL/h，累积产氢率达0.88 mol/mol，这说明采用湿热预处理能有效提高有机物的溶解性和可生化处理效率。在结合考虑厌氧发酵产氢量、综合能耗、产氢速率等因素后，得出最优湿热预处理条件是温度为90℃，处理时长为30 min。

1.2 餐饮固废垃圾处理工艺制取畜牧农业产品

餐饮固废垃圾中的有机物蛋白质是优良的牲畜饲料，将蛋白质通过一定的工艺条件提取出来可生产这些饲料并应用在农业生产中，达到垃圾回收利用和资源化的目的。一般提取蛋白质的工艺采用微生物发酵的方式，通过控制发酵时间、温度、原料初始含水率等可以有效提高蛋白质的产量。李锋等[12]利用餐厨固废垃圾作为原料，通过大规模固态发酵工艺培养混合高效菌种，将餐厨垃圾转化为菌体蛋白饲料，利用正交实验对菌种培养条件的发酵时间、温度、含水率、初始菌种量等进行调控，结果发现在发酵时间为2 d，发酵温度为30℃，基质初始含水率70%，初始菌种添加量0.03125%时，所得产物初始粗蛋白质质量分数为28.74%，该含量已达到蛋白质饲料标准要求。蔡静等[13]以餐厨垃圾为原料，以酵母菌、黑曲霉和枯草芽苞杆菌为混合发酵菌种，通过正交实验对混合菌种制取蛋白饲料的工艺条件进行优化，结果表明，当混合菌种中酿酒酵母、枯草芽孢杆菌和黑曲霉的比例为1∶1∶2，接种量1.0%，尿素添加量1.0%，30℃发酵48 h下，对比原来的工艺条件，粗蛋白含量提高了58.7%，氨基酸含量均大幅度增加，维生素含量也有所增加，微生物指标等均符合国标，具有良好的安全性。

1.3 餐饮固废垃圾处理工艺制取工业生产产品

餐饮垃圾中不仅含有大量的有机质，而且在大量堆积过程中也含有过量的重金属污染物，包括铁、铜、锰、铅等，这些重金属离子通过垃圾渗滤液进入到江河中，在被动植物吸收后会通过生物链进入到人体的肝脏器官中，当逐渐富集到一定量后会引起内脏器官的病变直至引发癌症。为了将这些危害人体健康的重金属离子从餐饮垃圾中脱除，目前常采用焚烧飞灰水泥窑煅烧法将其去除，通常的过程是将餐饮垃圾过水清洗，在经过脱水压缩成固态物后进入水泥窑工艺段焚烧，将有机物质完全分解后，重金属以晶态的形式形成矿物结构，在将其通过水解螯合絮凝等使得重金属固定及絮凝沉淀，使得可溶性重金属离子形成稳定的化合物，在经过进一步的分析提纯，可制得基础化工原材料，比如分析纯级别的氯化铁、硫酸铜等化学试剂。

2 餐厨固废垃圾VOCs去除及污水处理技术

2.1 餐厨固废垃圾VOCs去除技术

餐厨固废垃圾在堆埋过程中由于微生物发酵不仅会产生大量腐殖质，而且也产生了具有危害性质的恶臭挥发性有机物（VOCs）[14-15]，这些VOCs主要是一些含硫、含氨等有机废气[16]，这些废气在国家废气排放标准中均有明确的限制指标，若排放超标对人体健康会构成重大威胁。因此，越来越多的学者专注于研究VOCs的污染根治研究，并对VOCs各种污染影响因素进行了研究。餐厨垃圾中VOCs的产生主要是由于氨基酸蛋白质的热解、糖类分解、硫胺素的热降解、油脂自氧化降解等，这些过程产生的废气随着餐厨固废垃圾释放到空气中造成污染。为了有效去除恶臭气体的污染，常用的处理工艺有物理法、化学法和生物法。但是物理法和化学法由于需要消耗的化学药品和能耗均较高，存在占地面积大，危险系数高等特点，推广使用范围有限。生物法在恶臭废气处理中应用较多，常用的生物法有填料过滤法、洗涤法、生物滴滤法、曝气式生物法、天然植物液体去除法等。梅瑜等[17]采用纹翼多面球和空心多面柱作为组合填料，生物滴滤塔为反应器对甲苯和乙醇混合废气进行高效去除，结果表明，采用这种生物填料处理混合废气在运行8 d完成挂膜，稳定运行时对甲苯和乙醇的去除负荷分别为97.14 g·（m3·h）-1和113.10 g·（m3·h）-1。当空床停留时间为21.11 s，甲苯和乙醇最大去除复合分别为97.14 g·（m3·h）-1和113.10 g·（m3·h）-1。而该系统最佳液气比为6.82 L·m-3。在以氢氧化钠溶液清洗填料层堵塞，运行3 d可恢复对甲苯和乙醇的去除效果，停运10 d后继续运行，净化性能可迅速恢复。狄彦强等[18]利用Fenton试剂法降解还原性气体异味的反应器，利用Fenton法处理餐厨垃圾异味主要成分为苯、乙酸乙酯、苯乙烯等并进行降解，以苯为典型代表物，优化得出该实验的最佳反应条件为：pH=3，FeSO4·7H2O2投加量为1 g/L，30%的双氧水添加量为10 mL/L，紫外光源辅助，结果表明，Fenton试剂法处理单一异味气体的效果较理想，在处理180 min后去除率能达到90%以上，该法在处理气态异味污染物方面具有广阔的应用前景。

2.2 餐厨固废垃圾污水处理技术

餐厨垃圾废水主要来源于餐厨垃圾储运和处理过程中所产生的废水，这些废水的COD、氨氮、总磷等指标均较高，一般这些废水呈中性或酸性。这些废水具有有机质含量高、可生化性强、处理难度大等特点，一般这些废水先经过混凝预处理后以生物厌氧技术作为主要手段对废水进行高效处理。该技术多通过设计不同反应体系、厌氧发酵过程、反应参数等指标来调控餐厨垃圾废水的处理效率。吴健等[19]采用了A/O-MBR体系处理高COD和高氨氮餐厨废水，控制缺氧池和好氧池的水力停留时间比为1:4，污泥停留时间为30 d，回流比为200%，在运行140 d后COD、氨氮、总氮平均去除率分别达到95.68%、99.78%、79.43%，当硝化液回流比达到300%时，上述三者指标分别达到95.35%、99.77%、95.01%。当废水中活性污泥浓度保持在9～13 g/L时，膜污染速率减缓且TMP增长速率也减缓。黄振兴等[20]采用中试厌氧膜生物反应器（AnMBR）应用在处理高浓度餐厨废水中，分别控制不同污泥停留时间（50 d、30 d、20 d）并考察运行效能，结果表明MBR在各个不同污泥停留时间下均有较好的稳定性，当消化罐内pH保持在7.2左右，膜出水COD去除率达到96%以上。对比在三种不同停留时间的工况下的效能可知，30 d的处理过程获得最佳处理效能，有机负荷达到9.7 kg/COD·（m3·d）-1。

3 总结与展望

餐饮固废垃圾含有大量有机质和微量元素物质，通过一定的方法将这些有机质转化成经济适用的可再生能源，能有效解决环境问题。餐饮固废垃圾制取的沼气、乙醇燃料、氢气、生物蛋白、堆肥等有效解决了固废垃圾的资源化、无害化利用，通过一些工艺技术去除餐饮垃圾产生的恶臭废气和废水也减轻了其造成的环境污染，但这些工艺的应用也存在着一些问题。

目前常用的餐饮固废垃圾的生物厌氧发酵处理技术制取的甲烷沼气、乙醇、氢气等可再生能源的具体反应机理尚不明确，比如在厌氧发酵过程中这些厌氧菌种是否共存，各菌种适宜的生长条件等均需要具体研究，而在生产畜牧农产品时其蛋白质的产量并不高，通过组合工艺——湿热水解+厌氧发酵过程产生的生物蛋白杂质较多，需要继续优化反应工艺或者开发新工艺条件；而在处理餐厨垃圾废水和废气时，由于常规的生物法并不能高效处理，处理周期较长，如何将生物法和化学法进行联用以期解决二次污染和反应低效的问题是今后需要重点研究的课题。

[1]Sun R，Luo X，Tang B，et al.Bioaccumulation of short chain chlorinated paraffins in a typical freshwater food web contaminated by e-waste in south china：Bioaccumulation factors，tissue distribution，and trophic transfer[J].Environmental Pollution，2017，222：165-174.

[2]Gu B，Jiang S，Wang H，et al.Characterization，quantification and management of China's municipal solid waste in spatiotemporal distributions：A review[J].Waste management（New York，NY），2017，61：67-77.

[3]Chen H，Yang Y，Jiang W，et al.Source separation of municipal solid waste：The effects of different separation methods and citizens'inclination-case study of Changsha，China[J].Journal of the Air&Waste Management Association，2017，67（2）：182-195.

[4]Strokal M，Kroeze C，Wang M，et al.Reducing future river export of nutrients to coastal waters of China in optimistic scenarios[J].Science of the Total Environment，2017，579：517-528.

[5]Wang L J.Production of bioenergy and bioproducts from food processing wastes：a review[J].Transactions of the Asabe，2013，56（1）：217-229.

[6]谢炜平，梁彦杰，何德文，等.餐厨垃圾资源化技术现状及研究进展[J].环境卫生工程，2008，（2）：43-45.

[7]孙世尧，王连鸳，杨基础.超临界甲醇法制备生物柴油的研究现状[J].精细石油化工，2006，（1）：53-56.

[8]卢月红，朱永根.餐厨废弃物资源化利用和无害化处理技术[J].中国新技术新产品，2011，（2）：297-298.

[9]李琪，银建中.超临界甲醇法连续制备生物柴油工艺研究[J].应用科技，2016，（2）：75-78.

[10]段妮娜，董滨，李江华，等.污泥和餐厨垃圾联合干法中温厌氧消化性能研究[J].环境科学，2013，（1）：321-327.

[11]魏自民，夏天明，李鸣晓，等.不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响[J].环境科学研究，2013，（11）：1239-1245.

[12]李锋，顾卫兵，白小龙，等.餐厨垃圾制备生物蛋白饲料的研究[J].粮食与饲料工业，2013，（12）：33-36.

[13]蔡静，张紊玮，建民，等.餐厨垃圾微生物发酵生产蛋白饲料的工艺优化[J].中国酿造，2015，（2）：114-119.

[14]吴婷，王新明.食品垃圾好氧降解过程中挥发性有机物（VOCs）排放特征[J].环境科学学报，2012，（10）：2575-2583.

[15]Tsai C J，Chen M L，Ye A D，et al.The relationship of odor concentration and the critical components emitted from food waste composting plants[J].Atmospheric Environment，2008，42（35）：8246-8251.

[16]Rappert S，Muller R.Odor compounds in waste gas emis-sions from agricultural operations and food industries[J]. Waste Management，2005，25（9）：887-907.

[17]梅瑜，成卓韦，王家德，等.利用新型组合填料的生物滴滤塔净化混合废气研究[J].环境科学，2015，（12）：4389-4395.

[18]狄彦强，刘杰民，刘思园，等.Fenton试剂法降解餐厨垃圾异味[J].环境工程学报，2013，（4）：1445-1450.

[19]吴健，赵明星，阮文权.A/O-MBR处理高COD和高氨氮餐厨废水试验研究[J].工业水处理，2014，（4）：66-69.

[20]黄振兴，席克忠，肖小兰，等.污泥停留时间对厌氧膜生物反应器处理餐厨废水效能的影响[J].环境工程学报，2016，（11）：6357-6363.

Progress on Food Waste by Solid Waste Management

WANG Ying1，QIAN Yue-yan2
（1.CCTEG Hangzhou Environmental Research Institute，Hangzhou，Zhejiang 311201，China；2.Zhejiang Chemical Industry Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

Itposes a huge threat for food waste to people and the environmentdue to its food waste production,spoilage of produce toxic or harmful gases and infectious pathogens.The economic and efficiency solid waste management can not only effectively solve the problem of food waste garbage covering a large area,but also can significantly improve the pollution of the environment.This paper reviewed the research process of food waste solid waste treatment technology,and compared the treatment effect of each process on the treatment ofsolid waste.The food waste technology was prospected.

food waste;environmental pollution;solid waste management；circular economy

1006-4184（2017）8-0033-04

上海有机所在温和条件下制备四氟乙烯并用于有机合成

10.1002/anie.201705734）。

2017-03-08

王瑛（1967-），女，浙江金华人，大学本科，学士学位，高级职称，主要从事环境保护治理和环境影响评价等工作。E-mail: mkhzhbwy@163.com。

最近，中国科学院上海有机化学研究所有机氟化学重点实验室胡金波课题组成功实现了在温和条件下快速小量制备四氟乙烯，并用于有机合成中。他们以实验室常见易得的三氟甲基三甲基硅烷（Me3SiCF3）为原料（一般采用2.5～3.0 mmol量），以碘化钠为催化剂（5 mol%），以四氢呋喃为溶剂，在70℃温度下，经过0.5 h反应高效制得四氟乙烯。由于制备温度较低，反应体系中没有观察到六氟丙烯和八氟异丁烯等副产物。研究工作在线发表于《德国应用化学》（Angew.Chem.Int.Ed.，

（来源：http://www.cas.cn/syky/201708/t20170811_4611060.shtml）