典型餐厨垃圾处理实用技术探讨★

常燕青 朱丽可 张乐乐 常中龙 于 强 吴海锁

(1.维尔利环保科技集团股份有限公司，江苏 常州 213125； 2.常州金源机械设备有限公司，江苏 常州 213126；3.江苏省固体废弃物处理环保装备工程技术研究中心，江苏 常州 213126；4.北京起重运输机械设计研究院，北京 100007； 5.江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏 南京 210036)

餐厨垃圾主要是指从事餐饮服务、单位供餐、食品生产加工等活动的单位和个人在生产、经营过程中所产生的食物残余、食品加工废料和废弃食用油脂等。

全世界餐厨垃圾产生量约占市政固体废弃物总量的30%～50%[1]。中国主要城市实际每年平均产生餐厨垃圾不低于9 000万t，而大中型城市如北京、上海的餐厨垃圾产量尤为惊人，其中北京平均产生餐厨垃圾约1 050 t/d，上海平均产量约1 300 t/d，未来仍将不断递增[1,2]。面对如此庞大的处理需求，我国的餐厨垃圾处理行业却发展缓慢，近些年垃圾分类大力推进，但餐厨垃圾的产能缺口仍然巨大。根据E20研究院测算，2016年，我国餐厨垃圾合法收运处理率仅达到10%(以城市生活垃圾产生量为基准测算)。未经妥善处理的餐饮垃圾大量流入小作坊，成为地沟油提炼的原料，严重威胁我国的食品健康；与生活垃圾混合处置的厨余、菜场垃圾不断增加生活垃圾填埋场的负荷；大量乱排、偷排的餐厨垃圾加剧了“垃圾围城”。因此，餐厨垃圾的收运管理和高效资源化成为我国当前迫切需要解决的问题。

1 餐厨垃圾组分特性

餐厨垃圾的组分和性质会随季节、产生群体的饮食和生活习惯的不同有明显差异，同时餐厨垃圾的存放和收集方式的不同也会影响餐厨垃圾的组分。这导致了我国餐厨垃圾的组分比较复杂。通常包括食物残渣、骨头、塑料、木头、织物和金属等。其中，食物残渣、骨头和塑料占比较大，木头、织物和金属等杂物较少。餐厨垃圾成分分析见表1[3]，餐厨垃圾整体含水率较高，约为75%～85%。脂肪和蛋白占比较大，有机质含量高，约占干质量的80%～93%。油脂含量丰富，约占2%～3%，后续油脂经回收提取可产生较高的经济效益。餐厨垃圾的盐分含量也较高，约占0.3%～1%，且易腐烂变臭、滋生蚊蝇、传播病菌，对人类和环境造成不利影响。因此，餐厨垃圾具有资源和危害的双重特点。

表1 我国部分城市餐厨垃圾的营养成分特性[3] %

2 餐厨垃圾处理现状

餐厨垃圾处理现状面临两个问题：一是常规生活垃圾处理设施能力不足或面临冲击；二是传统的处置方式存在食品安全隐患，易导致泔水猪和地沟油现象。自2016年开始，5批共100个餐厨垃圾资源化利用试点城市中，共有47个示范城市通过验收，全国已投运、在建和筹建的餐厨废弃物处理厂有将近200座。但我国每年仅有不到20%的餐厨垃圾得到资源化无害化处理，目前餐厨处理能力仍存在较大缺口。建成的项目中，以200 t/d以下的中小规模处理设施为主，大多采用BOT模式进行运营，主体采用了厌氧消化产沼技术。

3 餐厨垃圾处理技术

目前餐厨垃圾的主要处理技术路线包括厌氧发酵技术、昆虫生物转化技术、好氧堆肥技术以及焚烧和填埋技术四大类，其中厌氧发酵产沼技术比重最高，超过80%。

3.1 厌氧发酵技术

厌氧发酵技术是指在厌氧条件下，利用兼性微生物及厌氧微生物自身的新陈代谢作用将餐厨垃圾中的有机质进行分解，产生甲烷、氢气和二氧化碳。厌氧产生的沼气可用于加热锅炉或者用于发电机发电，厌氧消化罐中产出的沼渣可以进行二次发酵制肥处理。因此，厌氧发酵技术的资源化程度较高。通常厌氧发酵产生的沼气中甲烷含量为55%～65%[4]。根据常州某餐厨垃圾处理工程经验，当处理能力为200 t/d餐厨垃圾时，1 t餐厨垃圾大概产60 N·m3～70 N·m3的沼气，沼气产量约13 000(N·m3)/d。产生的沼气可用于发电或者烧锅炉产蒸汽供项目生产使用，余电上网。根据项目经验，1 N·m3的沼气大概可转化电量1.8 kW，1 N·m3的沼气大概可转化蒸汽5.82 kg。因此厌氧发酵技术所产生的副产品经济效益较高，是目前应用比较广泛且比较成熟的餐厨垃圾处理技术。

但是厌氧发酵技术受温度、pH值、C/N比和有毒物质浓度等因素影响较大。同时餐厨垃圾物料的高盐分、高油脂以及前期混入的无机杂物过多等，都会影响厌氧发酵的效果。李轶等[5]研究了不同温度、不同初始pH值对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响。试验结果表明，温度为50 ℃时，初始pH值为7时，厌氧发酵效果最佳，其单位产气量(以VS计)可达600 mL/g～700 mL/g，甲烷体积分数最高可达62%，有机物去除率可达67%。刘研萍等[6]研究了盐分对餐厨垃圾厌氧发酵的影响，结果表明，Na+浓度越高对餐厨垃圾厌氧消化产气性能的抑制越严重。当Na+浓度从5 g/L升至10 g/L时，累积产气量从对照累积产气量的51%降至1%，随着Na+浓度的升高，产甲烷菌数量有所下降。因此，厌氧发酵技术对原始物料的要求较高，对运行条件要求严苛，易导致厌氧发酵产气率低下和反应不彻底等问题。

3.2 昆虫生物转化技术

生物转化技术是利用蝇蛆、黄粉虫、黑水虻、蚯蚓等昆虫处理餐厨垃圾，转化为高营养的昆虫蛋白用于水产或畜禽饲料。昆虫生物转化技术凭借操作简单、能耗低、效率高、产品附加值高等优势，近几年受到越来越多的关注。我国是饲料添加剂鱼粉的最大进口国，每年进口鱼粉作为大宗动物源蛋白约200万t～300万t。随着世界渔业资源的逐渐枯竭，鱼粉的产量在逐渐减少，价格日渐攀升，极大地限制了国内养殖业的发展。因此，昆虫生物转化技术在很大程度上缓解了国内相关养殖行业对国际鱼粉的依赖，有效解决当前有机固渣资源浪费的问题，实现有机固渣的减量化和无害化。研究表明，黑水虻可实现餐厨垃圾60%～75%的减量[7]，家蝇在中试规模下可实现餐厨垃圾减量率64%[8]。

目前研究较多的是利用黑水虻处理餐厨垃圾，黑水虻的优势在于吃食范围广、吃食量大、生长发育周期适中、抗逆性强、耐油耐盐、生态安全性高、幼虫营养价值丰富等，完全发育的幼虫蛋白质含量约为40%～50%，干物质中的脂肪含量约为35%，是餐厨垃圾处置领域极具产业化前景的昆虫种类[9]。黑水虻幼虫包括多种微生素、脂肪酸、有机酸、功能性酶等，对石蛙、甲鱼、南美白对虾等以食肉为主的高端养殖领域显现出不可替代的优势。石洪玥等[10]研究了将黑水虻幼虫活虫和干虫替代饲料投喂锦鲤，投喂30 d后比较各组锦鲤的血清和组织中抗氧化酶活性和非特异性免疫指标。结果表明，活虫组和干虫组的AKP活力、肝胰脏T-SOD活力和T-AOC显著高于对照组，各组间的AST活力、ACP活力、CAT活力、GSH-Px活力和溶菌酶活力差异不显著，可见黑水虻促进了锦鲤的生长、抗氧化能力和非特异性免疫功能。胡俊茹等[11]研究了黑水虻幼虫粉替代鱼粉对凡纳滨对虾幼虾生长性能、体组成、血清生化指标和抗氧化能力的影响。结果表明：黑水虻幼虫粉替代鱼粉后幼虾的增重率、特定生长率和存活率均呈升高趋势；当使用黑水虻幼虫粉替代鱼粉比例为20%时，虾血清总抗氧化能力以及过氧化物酶、过氧化氢酶活性达到最高。因此，黑水虻幼虫粉替代饲料中部分鱼粉可促进凡纳滨对虾幼虾的生长性能。以上研究均表明黑水虻作为一种新兴水产动物饲料，不仅有利于节约成本，还可起到积极的功能性作用，市场潜力巨大。

作为一个新兴的产业，昆虫生物转化餐厨垃圾还存在诸多问题，如生产设备自动化程度低、环境控制成本高、产品销路没有相关政策的引导和支持等，这些问题一定程度上限制了昆虫生物转化餐厨垃圾的生产规模。未来随着技术水平的不断推进以及政策的不断完善，昆虫生物转化餐厨垃圾将具有广阔的市场和经济效益。

3.3 好氧堆肥技术

好氧堆肥技术是利用好氧微生物在有氧条件下利用自身的代谢功能对餐厨垃圾中的有机质进行生物降解，最终形成稳定的高肥力腐殖质。在堆肥过程中，物料的含水率、粒径、通风情况以及温度都对堆肥效果有重大的影响。韩涛等[12]进行了餐厨垃圾高效好氧堆肥工艺优化实验，以有机物降解率为试验指标探讨通风量、环境温度、含水率、粒径等4个因素对堆肥效果的影响。结果表明：4个因素对有机物降解的影响显著性顺序为环境温度>含水率>粒径>通风量，同时得出最佳堆肥方案为环境温度40 ℃、含水率50%、粒径30 mm、通风量4 L/min。当前环境下好氧堆肥技术较为成熟，且堆肥可以产生有机肥料，实现废物资源化利用的同时改善了当前大量使用化肥导致的土壤退化等问题，具有极好的应用价值。

当前餐厨垃圾堆肥效率低下、臭气污染严重、生产的有机肥经济效益低下等问题极大地限制了堆肥技术的推广与应用。因此，提高堆肥技术的生产效率和生产经济性显得极其重要。邹德勋等[13]研究发现餐厨垃圾+菌糠堆肥的升温速度较快，高温期持续9 d后达到城市生活垃圾好氧静态堆肥处理标准要求(CJJT 52—93)；与常用的秸秆调理剂相比，餐厨垃圾+菌糠堆料在堆肥一次发酵结束后含水量下降率提高了3.66%，有机物降解率提高了6.7%，种子发芽指数提高了15.8%，其腐熟程度大大优于餐厨垃圾+秸秆堆肥。其次，餐厨垃圾+菌糠堆肥过程NH3的释放量仅为餐厨垃圾+秸秆释放量的36.49%，臭味也明显减少，说明菌糠具有一定的抑臭保氮作用。结果表明，菌糠调理剂优于普通的秸秆调理剂。Vandecasteele等[14]证实堆肥前添加生物炭可减少温室气体氨气的排放，提高有机肥氮元素含量。

综合来看，餐厨垃圾的堆肥技术已经取得了一些进展，但是未来还有很大的进步空间。同时，还缺少餐厨垃圾制备有机肥料的国家标准，亟需相关部门加快制定，为餐厨垃圾堆肥产品提供出路。

3.4 焚烧和填埋技术

现阶段我国大部分城市的垃圾分类工作逐步开展，但仍存在大量餐厨垃圾混杂在生活垃圾中一同进行焚烧或者填埋。部分餐厨垃圾处理企业将餐厨垃圾回收，经分选、固液分离、提油等预处理后，剩余的固渣也会选择就近焚烧或者填埋。因此，焚烧和填埋技术仍然是我国目前餐厨垃圾处理的主要技术之一。焚烧是通过900 ℃～1 000 ℃的高温对餐厨垃圾中的可燃物组分进行氧化分解，从而实现餐厨垃圾的减量化。焚烧后残余物质量只有20%左右，体积为10%左右，减量化程度较高。但若餐厨垃圾未经充分燃烧，会产生二噁英、二氧化硫、氯化氢和氮氧化物等有毒有害气体，造成大气的二次污染。

填埋法是一种操作较方便、成本较低的餐厨垃圾处理方式，主要适用于目前还未实行对餐厨垃圾进行单独收运、处理的城市，将餐厨垃圾和其他生活垃圾混合收运并填埋。但是餐厨垃圾在填埋过程中会产生大量高浓度有机污染物，增大了后续渗滤液处理负荷和难度，同时对周边的土壤、地下水和空气造成一定程度的危害。随着人们对生活健康关注度的提高以及国家政策的不断完善，焚烧和填埋在未来将会逐渐退出餐厨垃圾处理市场。

4 结论和展望

餐厨垃圾作为一种资源性废弃物，对其中的资源和能源进行回收受到了广泛的关注。加之全球呼吁碳减排落实行动，我国“十四五”又是碳达峰、碳中和的关键期、窗口期，这进一步表明餐厨垃圾资源化处理处置的必要性。

围绕餐厨垃圾科学、合理处理的问题，各界学者开展了大量的基础与应用研究。饲料化技术由于同源性污染问题严重，且对设备和技术要求较高难以实现大规模应用。目前餐厨垃圾高效资源化利用的技术主要是厌氧发酵、昆虫生物转化、好氧堆肥和焚烧填埋技术。昆虫生物转化技术是新兴产业，能耗低、效率高、产品附加值高，但难以实现规模化生产，未来还需不断加大研发力度，推进昆虫生物转化进一步发展；厌氧消化及好氧堆肥等技术较为成熟，但在工业化利用过程中设备运行的稳定性及其废水和臭气的控制问题仍需研究；焚烧和填埋由于对资源浪费严重的问题未来将逐渐退出餐厨垃圾的市场。

在我国目前碳减排、碳中和大战略背景下，着眼于餐厨垃圾资源化，厌氧消化产沼气、昆虫生物转化以及肥料化将是今后餐厨垃圾处置的三大主流应用方向。我国的餐厨垃圾处理市场理论空间巨大，在巨大的市场空间面前，企业应持续探寻正规化处置的盈利模式，而政府也应当出台相应的配套政策，在鼓励正规化处置、提高处理补贴的同时，对非法处置行为加大监管力度，不断助力行业提速发展。