厨余垃圾资源化利用的研究

高东臣 赵心怡

（常州市钟楼区环境卫生管理处 江苏常州 213000）

引言

随着我国城乡居民生活水平大幅度提高，生活垃圾的产量也以每年8%-9%的速率急剧增加[1]。厨余垃圾作为生活垃圾的重要组成部分，所占的比例也在逐年攀升，目前，我国生活垃圾中厨余垃圾的占比大约为40%～60%[2]。部分发达国家厨余垃圾占城市生活垃圾的比例平均占比在20%左右[3]。由此可见，厨余垃圾的资源化利用在全球范围内都是亟待解决的一个问题。

1 绪论

1.1 研究背景

随着我国城市人口数量的增长和经济的快速发展，城乡居民生活消费水平大幅度提高，直接导致生活垃圾的产量以每年8%-9%的速率急剧增加[1]。根据住建部发布的垃圾统计数据，我国每年的生活垃圾产生量在四亿吨以上。

厨余垃圾作为城市生活垃圾的重要组成部分，所占的比例也在逐年攀升，目前，我国生活垃圾中厨余垃圾的占比大约为40%～60%，主要由家庭日常剩菜剩饭、瓜皮果壳等组成[2]。

表1 显示了部分发达国家厨余垃圾占城市生活垃圾的比例[2][3]，平均占比在20%左右，由此可见，厨余垃圾的无害化、减量化、资源化处理在全球范围内是亟待解决的一个问题。

表1 部分国家厨余垃圾占城市生活垃圾的比例（%）[1～3]

1.2 厨余垃圾的常规处理模式

目前，我国厨余垃圾大部分采用焚烧发电和卫生填埋两种方式进行处理。对于焚烧发电这种处理模式来说，需要特别注意的是垃圾的热值高低和焚烧产物的安全性问题。

众所周知，垃圾的热值高低会直接影响焚烧发电产生的经济效益。大部分发展中国家产生的垃圾含水量很高，但热值偏低。在中国，随着天然气的普及，食物经过深加工之后产生的可燃物比率正逐年上升，垃圾热值也有了明显增长。但是，与其他生活垃圾相比，厨余垃圾湿基热值仅为2100 KJ/kg 左右，依旧远低于大部分城市3344KJ/kg 的垃圾焚烧最低热值限[4]。此外，如果厨余垃焚烧不充分或者含有过多杂质，都会在焚烧过程中产生二噁英等有害气体，对环境造成巨大影响[5]。

如果大规模采用卫生填埋这种处理模式，则对填埋工艺和处理水准有很高的要求。近年来，由于厨余垃圾的逐年增加，全国各地垃圾填埋场的臭气浓度已超标。这是由于我国饮食习惯多元化，厨余垃圾的组成成分复杂，在进行转运、平铺、压实等填埋预处理过程中会产生污染，在填埋过程中也极易产生各种化学反应和微生物反应，从而产生大量易燃易爆炸的强刺激气体和带有恶臭和毒性的渗滤液，对大气、土壤和水体造成二次污染。并且，许多恶臭物质还会危害人们的健康甚至生命。

比如氨气，它是一种无色带有强烈刺激性气味的气体，低浓度氨气会对人体上呼吸道产生刺激和腐蚀作用，高浓度的氨气还会损伤人体肺泡毛细血管，形成肺水肿。据统计，我国大部分城市生活垃圾填埋场所NH3的超标率为10.8%，超标倍数0-11.5 不等[6]，已经可以对人体产生巨大伤害。

1.3 国内外处理概况

由此可见，厨余垃圾不能照搬其他生活垃圾的处理模式，而应该以资源化为导向。如果将厨余垃圾进行前端处理利用，把处理全过程限制在产出场所，一方面可以减少常规厨余垃圾处理模式中收集、运输、中转、压缩、堆放带来的环境污染，并最大程度降低处理成本，另一方面可以提高厨余垃圾资源化利用的经济价值。

早在上世纪40 年代，美国就成功研制出了初代家庭厨余垃圾处理机，产出物可用于家庭花卉、蔬果的绿化种植。如今在美国、日本、北欧等地使用家庭厨余垃圾处理设备已十分常见，一些城市甚至强制使用[7]。而目前，我国厨余垃圾前端处理技术还没有得到大面积推广应用，市场开发前景很大。

2 厨余垃圾前端处理技术类型

2.1 粉碎处理

厨余垃圾的粉碎处理技术含量相对较低，只需在厨房水池出水口与下水管道间安装一台小型粉碎机，将厨余垃圾粉碎处理后排入市政下水管网。该处理技术占地小、成本低、操作方便，但也有很大的局限性。一方面，我国厨余垃圾中油脂含量较高，粉碎过程无法消解油脂成分，容易造成下水管网堵塞，降低城市管网排水排污能力。

另一方面，我国厨余垃圾高有机物的特性会导致粉碎后废水COD（化学需氧量）、BOD（生物需氧量）增加，直接增加了城市市政污水处理系统的压力，容易造成水体污染。此外，该处理方式没有任何具有经济价值的产出物，不符合资源化利用的初衷，是对资源的浪费。

2.2 厌氧发酵

厨余垃圾厌氧发酵处理是一项较为成熟的处理技术，它是通过厌氧微生物将厨余垃圾进行分解，产生沼气、有机肥料和土壤改良剂[8]，产物均具有较高的经济价值，并且厌氧发酵全程在密闭发酵桶内进行处理，对环境的影响很小。但这种技术也存在一定缺陷：一是产生的沼气收集利用水平较低，大量沼气的囤积存在安全隐患；二是成本相对较高，厌氧菌种培育过程复杂，且需要长期投入；三是产出物灭菌不彻底，影响其经济价值。

2.3 蚯蚓堆肥

蚯蚓堆肥是将传统的堆肥法与蚯蚓处理相结合，通过蚯蚓分泌的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等[9]，将厨余有机物转化为蚯蚓粪这种营养物质。这种堆肥法产生的副产物蚯蚓也可以回收利用，用作动物饲料或生物医药原材料。但是蚯蚓在处理过程中容易受到环境的影响，厨余垃圾的含油量和含盐率都会影响蚯蚓的正常生长，必须通过人工控制来稳定产出物的质量。

2.4 好氧发酵

好氧发酵技术是一种在高温条件下（45℃～65℃）运行的生物好氧降解技术，高温不仅可以促进快速发酵，还可以杀死病原菌和虫卵[10]，因此，与厌氧发酵相比，高温好氧发酵具有更快的降解速度和更高的灭菌效率。好氧发酵技术处理规模可控性强，可适应各种场地，处理过程中可连续加料，处理全过程无污水排放，无需纳污水管及化粪池，24 小时内厨余垃圾减量可达95%以上，处理效率高，能做到日产日清。该处理技术具有不排水、无异味、无噪音，高减量率、设备操作简便等技术优势，产出物为浓缩有机质，可用于绿色农业，实现资源循环利用。但同样，该处理技术依旧长期需要依靠菌种，成本较高。

表2 厨余垃圾处理技术综合比较

通过表格对比不难发现，各种厨余垃圾处理技术都有优缺点，但从减量化、资源化、无害化角度考虑，好氧发酵技术更适应当前国内厨余垃圾的处理需求，具有较大的推广价值。

3 厨余垃圾好氧发酵处理技术研究

3.1 好氧发酵的影响因素

3.1.1 温度

微生物的种群结构和代谢活力会随温度的变化而改变，因此，温度是影响厨余垃圾好氧发酵效率的一个重要因素。在微生物反应过程中会释放热量，多数好氧发酵使用的微生物生命周期较长，可自行调节温度，但由于需要不断加入物料和菌种，导致温度平衡破坏，因此，人工控温很有必要。市场上现有的好氧发酵处理设备通常配备有温度调节设备，可远程控温，正常情况下降温度控制在45℃～65℃都可以保持设备的高效运转，不影响产出物质量。

3.1.2 含水率

厨余垃圾含水率较高（70%～90%）的情况下，会使发酵过程中造成厌氧环境，菌种无法分解完全，从而造成恶臭。因此，使用厌氧发酵处理设备前必须对厨余垃圾进行适当的脱水处理，这只需要居民在投放厨余垃圾前将水分沥出，基本就可以将含水率降低到60%左右。此外，也可以通过添加木屑等填充物来降低物料含水率。

3.1.3 供氧情况

厌氧发酵过程必须保证长期的通风供氧，通风不足会产生厌氧环境，造成恶臭，通风过多，则容易影响反应仓内的温度，减低处理效率。最常见的测量方式为测定排气中氧气的含量，从而确定反应仓内氧气的浓度，正常情况下，排气中氧气浓度应控制在14%～17%之间，如果超过范围，应及时调节[11]。

3.1.4 酸碱度

我国厨余垃圾的酸碱度（pH 值）偏低，总体偏酸性，但一般微生物最适宜在中性或弱碱性环境下繁殖。为提高厨余垃圾的pH 值，一般可以加入石灰来进行适当调节。

3.1.5 菌种数量

正常情况下，厨余垃圾在自然环境下也可进行堆肥发酵，但反应速率偏低，只有加入适当比例的菌种才可以提高发酵速率。因此，在设备使用过程中需要实时监测菌种数量，及时添加新的菌种，维持高速发酵。

3.2 厨余垃圾好氧发酵处理的技术问题

虽然厨余垃圾好氧发酵技术已经较为成熟，但仍然存在一些关键的技术问题需要解决，主要包括以下几点：

（1）国内厨余垃圾的数量和组成成分地域差异明显，对于各类物质占厨余垃圾的比例数据严重不足，无法进行精准的实验模拟和结果分析。

（2）厨余垃圾好氧发酵处理过程中的各项参数调控是相互关联的，比如温度、通风、搅拌等的调控参数，如何联动调节仍旧缺乏研究的数据支持。

（3）居民厨余垃圾产量很乏，但厨余垃圾产出物的去向依旧比较单一，无非是用于盆栽和绿化养护，如何丰富产出物的后续产业，提高再生资源利用率值得研究。

结语

在垃圾分类的浪潮下，厨余垃圾作为城市生活垃圾中的一大组成部分已经被单独分类，日常生活中厨余垃圾的分类投放、收集、运输、处理，每一个环节都需要得到重视。

厨余垃圾具有量大、高含水率、高油、高盐、高有机质的特点，不适合进行焚烧和填埋等常规生活垃圾处理模式，而应该以资源化为导向，充分利用厨余垃圾有机质含量高，有毒有害成分少的优点，通过适当的处理方式，实现资源回收再利用。通过四种厨余垃圾处理技术的对比，可以发现好氧微生物发酵技术更适合我国国情。它具有不排水、无异味、无噪音，操作简单等优势，通过控制温度、氧气、含水率、酸碱度和菌种数量，可以使厨余垃圾减量率达到95%，处理效率很高。

目前，对于厨余垃圾的处理我国尚处于起步阶段，不仅需要政府政策上的支撑，还需要居民行动上的支持。我们需要加强日常的科普宣传，同时还要建立一套后续产业、服务业体系，增强厨余垃圾产出物的经济价值，并给予居民一定的经济补偿，从而最大程度上提高居民参与垃圾分类的积极性。