厨余垃圾就地处理技术现状分析及建议

郑 苇，陈子璇，马换梅，高 波

(中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074)

前 言

我国厨余垃圾产生量巨大，超8 000万吨/年(按每人每天160g[1]和全国14亿人口估算)。同时随着生活垃圾分类推进，厨余垃圾(主要指家庭生活产生的有机垃圾)收集量逐年增长，但目前46个重点城市厨余垃圾集约化处理能力仍不足5%，处理缺口巨大，集约、就地协同处理模式逐渐被采纳。由于厨余垃圾富含水分和易腐有机物，就地处理过程污染严重；设备处理水平参差不齐，处理产物特性差异显著，导致产物适宜资源化利用途径迥异。因此本文就各类厨余垃圾就地处理设备进行了调研，总结了就地处理环境污染特征和产物特性，为就地处理资源化利用提供了适宜、可行的新模式。

1 我国厨余垃圾就地处理现状

1.1 厨余垃圾就地处理政策导向

随着我国生活垃圾分类政策不断加码，厨余垃圾分类收集处理已成大势所趋。国家先后发布《关于在中央和国家机关推进餐厨垃圾就地资源化处理的通知》《关于进一步加强“地沟油”治理工作的意见》《农村人居环境整治三年行动方案》等系列文件，倡导厨余垃圾就地无害化处理和资源化利用。为响应国家政策，同时结合当地实际情况，北京、上海、广州、杭州等地先后颁布生活垃圾管理条例，提出按照集中与分散处理相结合，鼓励厨余垃圾就地资源化处理与利用。

1.2 厨余垃圾就地处理应用现状

各地生活垃圾管理条例的发布，进一步推进了厨余垃圾分类处理工作的落实，各地厨余垃圾就地处理工作逐步展开。例如，上海松江、奉贤、青浦、嘉定、金山、崇明等郊区，有336个点位采用了厨余垃圾就地处理设备[2]。苏州有66个试点小区开展了分类厨余垃圾就地处理工作，厨余垃圾就地处理日总规模达6.06t。郑州已在各中转站规划布置了厨余垃圾就地处理装置。厨余垃圾就地处理可补充目前集约处理能力不足，以及远距离运输不经济问题，为厨余垃圾合理化处理提供了新思路。

2 就地处理设备现状

2.1 就地处理设备标准要求

对于就地处理设备，我国已颁布了《有机垃圾生物处理机》CJ/T227-2018和《餐饮业餐厨废弃物处理与利用设备》GBT 28739-2012两部相关规范。规范根据处理目的不同，将设备分为减量型和资源型两类。减量型处理机以产物减量化处理为目的；资源型处理机以产物资源化利用为目的。减量型设备主要规定了产物的减容率和减重率，即经过就地处理物料减量要明显、达标；资源型设备主要规定了产物的利用率和好氧速率，即经过就地处理物料要稳定、腐熟(具体参数详见表1)。

表1 就地处理设备标准要求Tab.1 Standard requirements for in-situ treatment equipment

2.2 就地处理设备工艺类型

根据标准要求，各就地处理设备厂家生产制造了系列设备产品。对国内十余家效益较好就地处理企业进行调研，包括北京嘉博文生物科技有限公司、北京琦海松科技有限公司、北京中源创能工程技术有限公司、北京绿色空间生物科技有限公司、上海艺迈实业有限公司、上海蒙克环保科技有限公司、上海壹科环境科技公司、安徽天健环保股份有限公司、山东城矿环境技术有限公司、厦门愿景环保有限公司、河南洁永环保科技有限公司等，就地处理目前主要采用的工艺可分烘干脱水、生物干化和好氧堆肥三大类。

2.2.1 烘干脱水

厨余垃圾经分拣、破碎、挤压初步脱水后，在高温(温度>100℃)下烘干3～8h，进一步降低含水率。由于挤压脱水，仅能将含水率80%～75%的厨余垃圾，脱水至70%，减容50%，减重30%[3]。即便在高温高压下(温度85～101℃，挤压压力5～10MPa)，产物含水率也仅为50%左右[4]。仅破碎+挤压脱水工艺，远不能达到标准要求减容率和减重率≥70%，含水率≤15%的要求。因此破碎+挤压脱水仅作为厨余垃圾就地处理的预处理工序，后续还需增加烘干脱水工序，进一步蒸发水分，实现再次减容、减重。

2.2.2 生物干化

将厨余垃圾分拣、破碎、挤压脱水后，采用耐高温微生物，在60～85℃高温发酵10～24h，进一步脱水，并部分降解有机物。

2.2.3 好氧堆肥

将厨余垃圾分拣、破碎、挤压脱水后，利用好氧菌，在55～70℃好氧堆肥8天左右，进一步降低含水率，并产生堆肥产品。烘干脱水和生物干化都以减容、减重为主要目标，是减量型就地处理设备；高温堆肥虽然也能实现减量，但主要目的是获得资源化的堆肥产品，属资源型就地处理设备。

2.3 就地处理设备工程指标分析

厨余就地处理工程应用中，工程占地、设备投资、能耗、运营费用等工程参数是规划、设计、建设的决策依据，关系工程的可行性和生存能力。

2.3.1 工程占地

针对六个设备厂家提供设备尺寸参数，结合各设备的进出料形式，即设备一头进料、侧边出料，为节约用地，考虑设备两侧靠墙布设，其余两侧按3m空地预留，则不同处理规模单位重量占地如图1所示。同时考虑与集约处理进行对比，参考了杭州(规模200t/d)和合肥(规模400t/d)两个工程实例数据。

图1 厨余垃圾就地和集约处理规模与占地关系图Fig.1 Relationship between treatment scale and land occupation of in-situ treatment and intensive processing

可见，对于就地处理工程，单位重量厨余垃圾占地面积随着处理规模的增大而减少，处理规模50 kg/d的设备占地0.37 m2/kg，而处理规模5t/d的设备占地仅仅需要0.02 m2/kg。对于集约处理工程，单位重量厨余垃圾占地面积约0.08 m2/kg，与分散式就地处理规模300～500kg/d占地相当，但此处计入分散式就地处理的占地面积未考虑渗滤液处理、人员管理、周边绿化和道路车行的用地面积。

2.3.2 能耗

6个设备厂家提供了系列设备的能量消耗，对 比考虑与集约处理(杭州与合肥两工程)差异，单位重量能耗如图2所示。就地处理设备能耗随规模增大而减小，从规模50kg/d能耗约1 kW·h/kg，降至5t/d单位能耗0.25 kW·h/kg。烘干脱水减量型设备，虽然单位时间能耗较生物干化高，但由于处理时间短，处理单位重量垃圾的能耗反而较低(约低20%～50%)。根据《生活垃圾生化处理能源消耗限额》DB11/T 1120-2014，以及标煤和电的换算系数0.122 9 kgce/kwh，厨余垃圾好氧堆肥处理能耗应≤0.043 kW·h/kg，厌氧发酵处理能耗应≤0.059 kW·h/kg。而厨余垃圾处理集约工程单位重量能耗为0.084 kW·h/kg。可见，分散式就地处理能耗较集中规模化处理能耗高。

图2 厨余垃圾就地和集约处理规模与能耗关系图Fig.2 Relationship between treatment scale and energy consumption of in-situ treatment and intensive processing

2.3.3 设备投资和运营费用

厨余垃圾就地处理设备投资和运行费用调研结果详见表2。可见就地处理设备投资和运营费用随规模增加整体呈下降趋势。设备投资从100～150万元/t，逐渐降为万40万元/t；运营费用从500～800元/t，逐渐降为万300元/t。王辉等[5]指出，不包括人工费用，100～200kg/d规格的生化处理机运营费用约为200～900元/t垃圾。厨余垃圾集约处理的设备投资约35～45万元/t，运营费用约为260～280元/t。可见，即便分散就地处理不考虑渗滤液处理和其他公辅设施，其设备投资和运营费用也高于集约处理。但就地处理的主要经济优势是将厨余垃圾源头减量，极大减少了垃圾的运输量和体积，同时使厨余垃圾生物稳定性得到提高，降低运输途中的环境风险。因此，就地处理特别适合于远距离运输的场景。

表2 厨余垃圾就地和集约处理规模与设备投资关系表Tab.2 Relationship between treatment scale and equipment investment of in-situ treatment and intensive processing

3 厨余垃圾就地处理污染特性

3.1 废水特征及处理建议

厨余垃圾就地处理产生污水主要来自机械破碎和挤压过程中产生废水，约0.1～0.2m3/t 湿垃圾。产生废水具有高COD、高生化性、高SS特征(详见表3)。

表3 厨余垃圾就地处理废水特性表Tab.3 Characteristics of wastewater from in-situ treatment of kitchen waste (mg/L)

就地处理产生的污水量少，对污水管网影响有限，一般采用直排方式进入市政污水管网。

3.2 恶臭特征及处理建议

厨余垃圾就地处理的主要工艺如生物干化和好氧堆肥，都是在好氧条件下进行处理，因此参考堆肥释放的恶臭物质，认为就地处理产生的主要臭气物质为氨气、H2S、甲硫醇[7]、甲硫醚和二甲二硫[8-9]等。并有研究表明[5-6]，在没有除臭装置时，就地处理现场恶臭浓度从高到低依次为烘干脱水、生物干化、好氧堆肥。

4 厨余垃圾就地处理产物特征及利用途径

4.1 就地处理产物特征

4.1.1 含水率

厨余垃圾经烘干脱水和生物干化减量型设备就地处理后，出料含水率皆可达到含水率25%以下，部分设备出料含水率可达20%以下，减重率和减容率均可实现《餐饮业餐厨废弃物处理与利用设备》70%以上的限值要求。但目前市场上的设备都达不到《有机垃圾生物处理机》减重率98%以上的要求。从理论上讲，减重98%以上如果不采用焚烧的方式，基本无法实现。厨余垃圾经好氧发酵资源型设备就地处理后，含水率约30%，可满足《餐饮业餐厨废弃物处理与利用设备》利用率28%以上的限值要求。

针对《餐饮业餐厨废弃物处理与利用设备》中要求产物含水率低于15%，认为要求过于严格。对于技术应用的能耗和经济性，由于过多的脱除水分需要更多的能量需求，从而使技术经济性变差。对于产物的利用，若产物焚烧处置，厨余垃圾从含水率75%，热值2 000kJ/kg，脱水至含水率25%的产物，其热值可提高为9 600 kJ/kg，已经远大于垃圾适宜焚烧热值5 000kJ/kg以上的要求；若产物土壤施用，根据《有机肥料》NY 525-2012、《生物有机肥标准》NY-884-2012、《复合微生物肥料标准》NY/T 798-2015，含水率≤30%即可，另外根据《绿化用有机基质》GB/T 33891-2017，用于开放绿地和林地含水率≤40%即可。因此建议依据产物利用途径，考虑适当放宽产物含水率要求。

4.1.2 有机质、总养分、及重金属含量

厨余垃圾就地处理产物有机质含量50%～90%(平均75%)，远超肥用标准大于40%的要求。产物总养分4%～8%(平均6.5%)，满足土壤调理剂养分要求，但不满足肥料要求，因此产物不二次加工，不能作为肥料施用。

厨余垃圾就地处理产物重金属含量与厨余垃圾分类投放准确率密切相关，毕珠洁[6]针对含杂率1%的厨余垃圾就地处理产物特征进行了研究，重金属含量远低于标准限值要求(详见表4)。但是针对含杂率30%的厨余垃圾设备堆肥产物研究表明[10]，其重金属含量有超标风险，特别是铅、镉、铬。因此，厨余垃圾前端良好的分类，对产物利用，特别是土壤施用尤为重要。

表4 厨余垃圾就地处理产物养分和重金属含量表Tab.4 Nutrient and heavy metal contents of kitchen waste in-situ treatment products

4.1.3 腐熟度和卫生学指标

厨余垃圾经烘干脱水的产物，其有机物并未得到降解，产物中有机物仍以易生物降解有机物为主；生物干化的产物，由于微生物作用时间短，虽有部分降解，但剩余有机物远未腐熟；好氧发酵的产物，因经8天高温发酵，产物生物稳定性和腐熟程度得到极大提高。但目前厨余垃圾就地处理好氧发酵后，产物腐熟度相关指标具体数值尚未见的具体报道。

由于烘干脱水和生物干化产物腐熟度差，不适用于土壤施用，因此不用考虑其卫生学指标。好氧堆肥工艺是在55～70℃发酵8天左右。《生活垃圾堆肥处理技术规范》要求55℃以上持续5天，或65℃以上持续不少于4天即可实现无害化。因此认为厨余垃圾经好氧发酵工艺处理后产物卫生学指标符合土壤施用标准关于粪大肠杆菌≤100个/g，蛔虫卵死亡率≥95%的要求。

4.2 产物利用途径分析

厨余垃圾经烘干脱水和生物干化减量型处理后，产物含水率≤25%，但生物稳定性差，未腐熟，施用于土壤易被微生物利用，其与植物的根或种子间发生对O2的竞争[11]，从而产生植物毒性[12]，影响其土壤肥力。因此厨余垃圾减量就地处理后产物不适宜直接施用于土壤。

另外，厨余垃圾减量就地处理后产物含水率低，而微生物活性在含水率低于30%时低，直接进行再次生化处理(如堆肥)，难以继续腐熟，植物毒性大，如李相儒[10]研究表明了干化脱水后物料再次堆肥30～45d，种子发芽指数低于30%。可见减量后产物再次生化处理必须添加大量水分，因此不建议厨余垃圾减量就地处理后产物进行好氧或厌氧生物处理。

然而，厨余垃圾减量就地处理产物含水率低，产物热值极大提高，按原始垃圾75%含水率，热值2 000kJ/kg计，则脱水至25%含水率产物热值为9 600 kJ/kg，大于垃圾适宜焚烧热值5 000kJ/kg以上的要求，产物适于焚烧处置。因此建议减量就地处理产物运至生活垃圾焚烧发电厂进行处置，实现能源再利用。

分类良好的厨余垃圾，经好氧堆肥资源化处理后产物，有机质含量、卫生学指标、重金属含量皆满足施用土壤要求，在植物毒性(如种子发芽率)满足相关标准要求条件下，应优先作为土壤调理剂使用。

5 结论与建议

我国厨余垃圾分类收集，分散就地和集约规模处理协同格局已逐步形成。分散就地处理虽然单位处理量的设备投资、占地、能耗、运营费用等方面均高于集约规模化处理，但具有减少运输量和改善收运环境的优势，特别适用于运输距离远的郊区和农村。就地处理主要采用烘干脱水减量型工艺、生物干化减量型工艺和好氧发酵资源型工艺。减量型工艺处理产物适于运至生活垃圾焚烧厂处置，资源型工艺处理产物适于作为土壤调理剂施用于土壤利用。