国内主要餐厨垃圾处理技术模式探讨分析

丁晓翔 姜忠磊 汪洋 韩舒飞 张洪波

摘  要：文章介绍了目前国内餐厨垃圾处理的几种技术路线及建设运营模式，通过工程实例阐述了餐厨垃圾处理不同建设、运营模式的优缺点，旨在论证餐厨垃圾处理与生活垃圾焚烧一体化模式的先进性和经济性。

关键词：餐厨垃圾处理技术路线;生活垃圾焚烧;一体化模式

中图分类号：X799.3        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）01-0006-06

Abstract： This paper introduces several technical routes and construction and operation modes of kitchen waste disposal in China at present， and expounds the advantages and disadvantages of different construction and operation modes of kitchen waste disposal through engineering examples， in order to demonstrate the advanced nature and economy of integrated mode of kitchen waste disposal and household waste incineration.

Keywords： kitchen waste disposal technical route; domestic waste incineration; integration

引言

餐厨垃圾是餐饮垃圾和厨余垃圾的总称，是指除居民日常生活以外的饮食服务、单位供餐等活动中产生的食品残余和废弃食用油脂。其成分包含淀粉类、食物纤维素类和动物脂肪类等物质，是城市生活垃圾中有机相的主要成分，餐厨垃圾形态如图1。根据对部分城市餐厨的数据分析，一般城市餐厨垃圾组分及其理化性质如下：

高含水率：餐厨垃圾含水率一般约为75%-90%，餐厨垃圾热值低，给其收集、运输和处理带来很大的难度。

易腐烂：餐厨垃圾中有机物含量高，约占干物质质量的95%以上，易腐败发臭。

营养丰富：除了有机物含量高外，餐厨垃圾还富含氮、磷、钾、钙以及各种微量元素，具有营养元素齐全，再利用价值高等特点。

近年来由于国家生态文明的建设和政策的推动，中央到地方都加强了对生活垃圾处理的管理，随着我国生活垃圾源头分类工作的强化推进，国家在管理机制、产业政策、技术政策上做了强化推进，政策是产业发展的前提条件，前端垃圾分类激发了末端餐厨、厨余垃圾处理的产业需求。随着产业深入推进发展，项目规模由大规模向中小规模化转变——大陆34个省，661个城市，333个地级，县级2862个，城区人口100万以上的特大城市全国共71个;截止2017年底，我国餐厨垃圾处理项目（包括筹集、在建和投产项目）达172座，餐厨垃圾处理项目从大规模处理向中小城市发展。中小规模城市餐厨垃圾处理项目，所面临的是工艺模式选择、可持续发展等问题，需要引起我们的关注和重视。

1 国内主要餐厨处理技术路线

根据国内已建、在建和筹建的餐厨垃圾处理项目技术路线统计分析，处理技术路线可概括为“预处理+资源化处理+产品资源化利用”。其中，“预处理”包括分选、破碎、蒸煮、脱水、油水分离、浆化等。“資源化处理”包括以投加高温菌种获取饲料和肥料原料的处理工艺或利用厌氧技术产生沼气的处理工艺。“产品资源化利用”包括产品的后处理或沼气的资源化利用。

总体分析，目前国内餐厨垃圾处理技术路线包括三类：

一类是以饲料化、肥料化为处理目标的技术路线;

一类是利用生物将餐厨垃圾转化成蛋白饲料的技术路线;

一类是以厌氧产沼气用于能源循环为处理目标技术路线。

三种技术路线“预处理”系统处理理念基本相同，由于对终端产品的需求不同，后续“资源化处理+产品资源化利用”处理理念和采用的技术路线各异。以下对三种处理技术进行分析。

1.1 肥料化处理技术

肥料化处理技术是在有氧条件下，通过好氧微生物的氧化分解和生物合成，把餐厨有机物转化成稳定的腐殖质的生物化学过程，通常堆体温度可上升至55～70℃。本技术路线代表项目有北京高安屯餐厨垃圾处理厂、兰州市餐厨垃圾处理厂。

特点：针对区域分散、运输成本较高的特点，采取分散和集中相结合模式，就地实现资源化（通过减少运输成本，实现低成本）;针对地区人口小于50万的城市，采取分散式处理方式，使餐厨垃圾问题得以有效解决。

优点：工艺简单，产品可以作为改良土壤的肥料，能保留较多的氮。

缺点：杀菌无害化不彻底;有机肥料质量受餐厨垃圾主要成分盐分制约很大，往往造成销路不畅;堆肥处理周期较长，占地面积大，卫生条件相对较差。

发展方向：提高有机肥料的品质。

1.2 生物转化蛋白饲料技术

人工可控条件下，利用蝇蛆、水虻、蝗虫等特定生物，将餐厨垃圾中有机物快速高效地转化成腐殖化堆体，并获得数量与效益可观的蝇蛆或水虻等特定生物。本技术路线代表项目有西宁市餐厨垃圾处理厂。

优点：由于从餐厨垃圾到饲料这条线是最短的，能量、资源损失也最小，所以餐厨垃圾制饲料化是资源化程度最高路径。

缺点：但目前国家不提倡餐厨垃圾做饲料，因为可能存在潜在、不确定性的传播疾病风险。国家农业部已成立专家组对餐厨垃圾作饲料的可行性进行论证，但在明确结论出来之前，暂不再对外发放餐厨垃圾制饲料许可证。

发展方向：完善产业链。

1.3 厌氧发酵产沼技术

厌氧发酵是无氧环境下有机质的自然降解过程，在此过程中微生物分解有机物，最后产生甲烷和二氧化碳。根据发酵的含固率不同，厌氧发酵又可分为湿式厌氧和干式厌氧，产品都是沼气。产生的沼气目前利用方式主要有并入天然气管网、沼气发电/供热以及制备车用压缩天然气，沼渣堆肥或者填埋焚烧。

优点：具有高的有机负荷承担能力，能回收生物质能，不存在同源性的问题，有机物分解成为甲烷和二氧化碳，促进低碳经济。真正实现了“减量化”、“资源化”。

缺点：工艺流程较长，工程投资较大，沼气发电等后端设备的维护成本较高。设备自动化程度高，对管理人员要求较高。

发展方向：降低投资及运行成本。

1.4 各技术路线现状总结

通过对上述餐厨垃圾处理技术路线分析得知，肥料与饲料产业链不够完善，目前国内主流工艺路线尚以预处理+厌氧产沼为主，国家试点城市中80%的城市餐厨垃圾处理均采用厌氧发酵产沼技术，利用沼气产生蒸汽或发电，为预处理系统提供能源，符合国家产业政策和发展方向。主要包含：餐厨预处理、废弃油脂处理、厌氧发酵、沼气存储净化、沼气发电/锅炉、烟气处理、臭气处理、废水处理八大环节，工艺路线图如图2。缺点是流程过长，系统复杂，建设投资和运行成本居高不下，导致大部分餐厨项目处于盈利持平甚至亏本状态。

2 国内主要餐厨处理模式

针对上述餐厨预处理+厌氧处理技术路线在独立餐厨项目存在的弊端，我司经过多年的摸索，逐步形成了有光大特色的协同处理模式、一体化处理模式。具体探讨分析如下：

2.1 餐厨独立处理模式

餐厨垃圾独立处理模式是指餐厨垃圾处理项目作为独立的处理厂，单独建设、运营。项目新建主厂房、厌氧区、污水站、厂区物流入口、道路、地磅房及地磅、办公楼、宿舍楼、食堂等。厂区布置图如图3所示。

餐厨垃圾经预处理后，分离出固、液和油三相，分拣出的固渣统一由渣车输送至垃圾填埋场填埋或至焚烧厂焚烧处理，油脂外售。厌氧发酵系统产生的沼气经沼气储柜暂存，经脱水、脱硫、除杂等净化处理后，进入沼气锅炉生产蒸汽用于餐厨加热，产沼量较大项目可单独建设沼气发电机组发电。沼液等废水输送至餐厨污水处理站，经处理后达标排放。臭气经收集后送至除臭系统处理，以达到《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中厂界浓度二级标准值。

單独建设、运营模式下的餐厨垃圾处理项目自成一体，项目配套系统较多，建设成本高;项目工艺流程较长，运行成本较高;如废水需自建污水处置站、固渣主要依托外运处置、废气依托自身配套的除臭系统、蒸汽需要来自沼气锅炉系统。该模式针对中小型规模的餐厨垃圾处理项目，运营压力较大，难以盈利。据相关资料统计，独立餐厨项目（按100吨/日处理规模计）建设投资成本约90万元/吨餐厨，运行成本约280元/吨餐厨。

2.2 餐厨处理与生活垃圾焚烧协同处理模式

餐厨垃圾处理与生活垃圾焚烧协同处理模式，是指餐厨垃圾处理项目毗邻项目所在地的生活垃圾焚烧项目，实现餐厨垃圾处理和生活垃圾焚烧项目三废协同处理，能源物料你来我往。如光大宿迁餐厨项目，同样采用预处理+厌氧发酵处理工艺，但毗邻于宿迁垃圾焚烧厂建设，厂区布置图如图4所示。

该项目餐厨处理与生活垃圾焚烧协同主要体现在：

（1）餐厨固杂、沼渣入炉焚烧：在餐厨垃圾预处理的过程中产生的固杂和厌氧消化末端的脱水沼渣一并运至焚烧厂垃圾仓同生活垃圾一同入炉焚烧。

（2）焚烧厂蒸汽预加热餐厨垃圾：餐厨垃圾分拣、破碎后入暂存池，而后进一步经过压滤，在离心提油之前入组合加热器罐，暂存池和组合加热器处均设有蒸汽管道，蒸汽来自焚烧厂余热锅炉，节约额外加热耗能。

（3）餐厨垃圾与渗滤液污泥共发酵：餐厨垃圾易降解物质含量高，C/N比稍低，酸化快速;而渗滤液站污泥C/N比高，碱度大，缓冲能力强，二者共发酵能够维持厌氧消化体系运行稳定。因此增设渗滤液站污泥流入管路，将污泥直接泵往提油程序后的餐厨固液混合池，参与餐厨垃圾进罐前的调质过程，实现二者厌氧共发酵。

（4）臭气作为一次风入炉焚烧：餐厨垃圾预处理车间和进料池周围产生的臭气经专用管道收集后鼓至焚烧炉作为垃圾焚烧一次风，而后经过脱酸、除尘处理达标排放。实现餐厨垃圾处理单元臭气处理和生活垃圾焚烧鼓风的协同，两工序合二为一，大大降低能耗。

（5）渗滤液站沼气与餐厨厌氧沼气集中利用：焚烧厂生活垃圾在发酵后产生的渗滤液经格栅排往渗滤液站的高效厌氧反应器中去，经甲烷化产生的沼气与餐厨垃圾厌氧消化产生的沼气集中鼓至双膜气柜，一并进行净化、发电利用。

（6）沼液由渗滤液站处理：餐厨垃圾经厌氧消化后产生的沼液经脱水后，沼渣与分拣固杂一道运至焚烧炉焚烧，而分离水去往渗滤液站处理，不需另行建设水处理站，节约投资成本。

（7）软化水同源供给：沼气发电尾气经余热锅炉换热回收能量，锅炉中的软化水由焚烧厂软化水供给站供给，不需另设。工艺流程如图5所示。

餐厨处理与生活垃圾焚烧协同建设、运营模式，相对于独立建设、运营模式，虽然餐厨垃圾处理也是独立的处置中心，但有毗邻生活垃圾焚烧电厂的优势，废渣、废水、废气均可交至生活垃圾焚烧项目协同处置，项目所需配套系统数量有所减少，建设以及运行成本大大降低;能源物料管道可以你来我往，取长补短，这对优化资源的合理配置、共享场区基础设施、提高运行效率、降低运营成本等方面有一定意义。据统计宿迁餐厨项目建设投资成本约76.94万元/吨餐厨，运行成本约247.37元/吨餐厨。故该模式相对于独立模式具有一定技术经济优势，有条件的区域可统筹规划餐厨垃圾和生活垃圾协同处置，发挥协同处置优势。

2.3 餐厨处理与生活垃圾焚烧一体化协同模式

餐厨处理与生活垃圾焚烧协同建设、运营模式相对于独立模式体现出了诸多优势，但餐厨与焚烧为两个独立厂区，主厂房等设施不共用，增加了餐厨垃圾处理厂与垃圾焚烧厂之间的物料管廊，固渣需要车辆运输至焚烧垃圾仓，在土地节约、建构筑布置优化方面还具有较大研发空间。我们在协同处理模式基础上，继续研发推出了餐厨与垃圾焚烧一体化协同模式，如光大海盐绿能环保餐厨项目：将餐厨垃圾项目与生活垃圾焚烧项目“同址合建”。餐厨垃圾处理间布置在生活垃圾卸料平台下方与垃圾焚烧同厂房布置;餐厨厌氧废水与垃圾渗滤液共用污水处理站;餐厨厌氧罐与污水站厌氧罐同区域布置。该项目主厂房局部建筑立面图如图6所示，主厂房示意图如图7所示。该处理工艺流程、能源物料互通、三废处理协同方面与协同处理模式类似。

该项目餐厨处理与生活垃圾焚烧一体化协同主要体现在：

（1）厂房布置：

主厂房：餐厨预处理车间置于卸料平台下方;

污水站：餐厨厌氧废水与垃圾渗滤液共用污水站;

厌氧区：餐厨厌氧罐与污水站厌氧罐同区域布置;

物流交通：共用厂区物流入口、道路、地磅房及地磅。

（2）能源物料：

用电：共用输送电线路;

用水：共用生产、生活用水管网;餐厨生产用水来自渗滤液站中水;

蒸汽：焚烧发电项目蒸汽供给餐厨项目加热;

沼气：餐厨及渗滤液沼气进入垃圾焚烧炉掺烧发电;

污泥：渗滤液向餐厨提供C/N比高，碱度大污泥与餐厨共发酵，解决餐厨厌氧易酸化问题。

（3）三废处理：

废水：餐厨项目废水至焚烧项目渗滤液站;

固渣：餐厨固渣通过斗提机就近提进垃圾仓焚烧发

电，省去固渣转运系统;

臭气：臭气就近直抽入垃圾仓，节约了公共物料管廊长度。

餐厨垃圾处理与生活垃圾焚烧一体化协同建设、运营模式。相比独立模式、协同模式节约了土地资源、建构筑布置得以优化、餐厨臭气有效控制，达到了降低总造价实现经济与环境效益双赢目的，主要优势有以下几点：

（1）土地节约：餐厨预处理车间置于生活垃圾卸料平台下方，焚烧与餐厨共建主厂房、污水站、厌氧区、物流通道、地磅房、地磅;共用办公楼、宿舍楼、食堂等公共设施;相比其他模式可以避免重复建设、设备布置紧凑，减小占地面积，占地面积更加减少。

（2）工艺优势互补：生活垃圾焚烧产生的多余热量可用于餐厨系统供热，而餐厨垃圾处理产生的固相、臭气则可通过生活垃圾焚烧厂进一步处理利用，焚烧和餐厨垃圾处理产生的渗滤液可以共同处理，产生的沼气可以至生活垃圾焚烧炉掺烧发电，达到资源有效利用目的。

（3）成本降低：餐厨垃圾处理和生活垃圾焚烧一体化协同后主厂房、办公楼、宿舍楼等合建，有效降低总投资。同时，一体化协同处理后，规模效应凸显，餐厨所需蒸汽成本、渗滤液和臭气处理成本都能大幅降低，管理人员成本也会相应减少，维修、化验等人員可以共用，大大降低餐厨处理运行成本。据统计光大海盐餐厨项目建设投资成本约49.6万元/吨餐厨，运行成本约220.8元/吨餐厨。

（4）管理效率高：生活垃圾焚烧项目运营成熟，人员配置齐全，采用同一套班子进行管理，机电、仪控专工等共用，技术配套更为齐备，相比于单独的餐厨垃圾处理项目，更利于项目的管理和长期运营。

（5）环保意义重大：一体化协同处理技术真正实现了餐厨垃圾的全组分彻底处置，污染“零排放”，环保意义重大。固废循环利用，实现减量化、资源化;废水集中处理，实现全回用。餐厨固渣通过斗提机就近提进垃圾仓焚烧发电，省去固渣转运系统;废水直接进入渗滤液站处理;臭气就近直抽入垃圾仓，作为焚烧炉一次风焚烧处置，另外一体化协同后，餐厨车间空间有效减少，风量降至400000Nm3/h（低于同规模协同项目45000Nm3/h，独立项目55000Nm3/h）。相比其他模式避免环保设施重复建设，降低了三废运输成本，美化了厂区环境。

3 结论

（1）本文所列举的三种餐厨处理建设、运营模式，从厂区布置、能源物料和三废处理三方面总结对比，如表1所示。

从表1对比可知，生活垃圾焚烧和餐厨垃圾一体化建设、运营模式为餐厨垃圾处理提供了新思路，具有降低餐厨垃圾处置的投资和运营成本，提高餐厨垃圾处理效益等诸多优势。

（2）根据目前国内餐厨处理工艺路线和技术模式分析可知，预处理+厌氧发酵技术比较先进、可靠;符合国家产业政策和发展方向，不存在饲料化、肥料化可能出现的安全隐患。独立餐厨处理模式中存在系统流程复杂，投资成本与运行成本过高等问题，可通过光大国际探索推出的与生活垃圾焚烧一体化协同处理模式解决。

（3）本文研究的餐厨垃圾处理与生活垃圾焚烧一体化模式模式的成功实施、运营，为后期餐厨垃圾处理项目的建设提供了较为经济、先进的模式，同时也为污泥、园林垃圾、畜禽粪便等废物与生活垃圾协同处置提供参考。

（4）在现有餐厨垃圾处理与生活垃圾焚烧一体化处理模式的基础上，可考虑进一步优化工艺，增加餐厨垃圾处理项目和垃圾焚烧项目的协同点，如共用垃圾焚烧项目厌氧发酵系统、沼气净化和利用系统等。

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