餐厨垃圾资源化利用技术的研究现状及进展

2021-11-28黄帅宇

皮革制作与环保科技 2021年13期

汪丹，黄帅宇

（上海清宁环境规划设计有限公司，上海 200051）

近年来，随着我国的经济、社会的发展，也带动了餐饮业的蓬勃发展，人们的物质生活条件也得到了显著改善，与此同时，餐厨垃圾的排放量也在急剧增加。调查表明，我国城市每年制造的餐厨垃圾就超过了9 000万吨，但餐厨垃圾资源化处理程度却不高。随着国家可持续发展战略的实施和大力倡导资源节约型社会，人们才对餐厨垃圾的资源化处理利用问题日益重视。

1 餐厨垃圾概述

1.1 餐厨垃圾的定义

按照产生餐厨垃圾的不同来源可以将其大致分成厨余垃圾和餐余垃圾两大类。厨余垃圾指的是个人、家庭、单位、餐饮行业由于预处理和烹制食物而产生的食材废料。餐饮垃圾是指人们在用餐中和用餐后产生的食物剩渣，也包括使用过的一次性餐具、清洁用品和包装材料等[1]。

1.2 餐厨垃圾的特性

1.2.1 理化特性

餐厨垃圾属于生活固体垃圾，其成分复杂、产量高、种类多样。由于餐厨垃圾与地区的生物特性和饮食结构紧密相关，造成了其在不同地区呈现出很大的差异性。但从整体来看餐厨垃圾的理化特性却又十分接近，都是由油脂类、蛋白质类、碳水化合物、粗纤维、无机盐和水等组成，都具有“四高三低”特性，都含有大量的有机物，实验数据显示其在餐厨垃圾干物质中所占比例超过了95%。由于餐厨垃圾十分利于细菌滋生繁殖，因此变质腐烂速度很快，如果处理不当就会造成生态环境污染，从而影响人们的健康生活。

1.2.2 危害性

餐厨垃圾外表含有大量油水的固体混合废弃物，散发出的难闻味道会对环境和人们造成影响，同时还会造成苍蝇、老鼠等有害动物泛滥进而引发流行性传染病。餐厨垃圾的堆放或填埋都有渗滤液产生从而会污染地下水；未经处理的餐厨垃圾含有大量的病毒和病原菌，如果直接用来喂饲家畜也会危及人畜健康。此外，如果餐厨垃圾管理不当会被不法分子收集后提炼加工成地沟油流向餐饮行业，对食品安全和人们的生命健康造成巨大的危害[2]。

1.2.3 资源性

餐厨垃圾中含有的大量油脂在经过提炼和深度加工后，能够生产出生物柴油等资源价值很高的化工产品。另外，餐厨垃圾中的食物废料和残渣属于高营养的物质，经过科学处理后可以制成家禽饲料、绿色有机肥、生物培养基等。因此，餐厨垃圾具有很高的资源开发和利用潜力。

2 常见的餐厨垃圾资源化利用技术

在前些年，餐厨垃圾的处理方式主要是混合焚烧和填埋，这两种处理方式都会产生二次污染。随着科技发展，资源紧缺日益严重以及餐厨垃圾排放量不断增长，其处理方式逐渐向着资源化利用方向发展并取得了显著的成效。

2.1 厌氧发酵技术

厌氧发酵技术是指在特定的无氧条件下，利用厌氧菌的生理代谢效应把餐厨垃圾中富含的大量大分子有机质降解转化成为无机质以及小分子的有机物。基于此，目前厌氧发酵技术被分为生物制乙醇，生物制氢和生物制甲烷三个方向。生物制甲烷技术主要分为环境准备、水解、产酸，转化四步，四步完成后得到甲烷。生物制氢技术是主要根据菌种不同、发酵温度区不同、反应器工作方式区不同、发酵原料固含量区不同分别应用。生物制氢技术能耗低且发酵条件温和，又有节能、环保和高能的优势，因此具有广阔的研发空间。生物制乙醇技术尚处在实验室研究阶段。

厌氧发酵技术的工艺总体上都比较简单，应用的成本也比较低，但是受到高油盐、pH值、菌种、有害物质、碳氮比等因素的影响会抑制微生物生长繁殖导致降解不稳定，此外，在发酵处理后的残渣处理方面目前还不够完善，这也限制了该技术的广泛应用[3]。

2.2 生物柴油技术

生物柴油技术是利用油水分离技术分离出餐厨垃圾中含有的大量动植物油脂，并以此为原料，利用化工技术加工提炼得到生物柴油的技术。生物柴油可以完全代替石化柴油用作燃料能源，而且还有石化柴油所不具备的诸多优点。利用餐厨垃圾制备生物柴油技术是资源化利用技术非常具有前景的研究和发展方向。

酸碱催化技术是目前在餐厨垃圾制备生物柴油方面最具代表性的技术，也是生物柴油技术发展最为成熟的技术之一。然而在实际应用的过程中，由于餐厨垃圾的高酸性往往会抑制酯交换反应导致碱催化剂大量消耗，同时，餐厨垃圾油脂中含有抑制皂化反应的多种聚合物，在实际应用时需要结合其油脂的不同化学性质选择酸碱催化剂。此外，在利用餐厨垃圾制备生物柴油的同时还会得到甘油三酯等副产物，可用于制备活性剂、清洁剂等产品，提高了该技术的应用附加值[4]。

2.3 生物塑料技术

餐厨垃圾中含有的大量废弃动植物油脂，虽然经济价值很低，但是其有机碳含量异常丰富，可以作为十分理想的有机碳源。目前，研究较为成熟的是以餐厨垃圾废弃油脂为原料制备聚羟基脂肪酸酯（PHA），PHA有着优良的工艺性和生物亲和性，能够被微生物降解，能够有效降低“白色污染”，可广泛取代工业塑料应用在众多领域。目前生物塑料技术整体处于研究探索阶段，与规模化应用还存在一定差距，未来还有很大的研究空间。

2.4 好氧堆肥技术

好氧堆肥技术是指在富氧的环境下，利用大量好氧微生物的生理代谢效应把餐厨垃圾中的难分解、大分子有机质转化成为易吸收、稳定的小分子有机质，并最终得到腐殖质生物肥料的一种资源化利用技术。由于餐厨垃圾60%以上为有机质，为应用好氧堆肥技术创造了良好条件，好氧堆肥技术又具有工艺简单、好氧堆肥产品氮含量高等优点，当前在餐厨垃圾资源化利用方面应用比较普遍。

好氧堆肥产品能够有效改善土壤营养和组分条件，是应用价值很高的有机肥料，常用于土壤改良和复合肥，且在好氧堆肥过程中的高温会杀死部分病原菌从而有效抑制细菌和病毒的蔓延。由于餐厨垃圾具有高油高盐的特性，而且在好氧堆肥过程中受到温度、碳氮比和pH值等因素的影响，导致在好氧堆肥过程中容易出现溢氮和溢硫的问题进而会降低堆肥产品的品质。

好氧堆肥的缺点主要有：用地成本高、分解周期长、臭气和渗滤液二次污染、稳定性差等，而且好氧堆肥产品和反应器缺少相关标准等，堆肥反应器研发、二次污染控制、混合堆肥工艺等是该技术未来需要克服的主要难题。

2.5 饲料转化技术

我国养殖业的发展也带动了饲料业的快速发展，同时对蛋白质饲料原料的需求量不断攀升，导致鱼粉和豆粕等常见的蛋白质饲料原料供应紧张而且价格居高不下，严重制约了我国养殖业的快速发展。餐厨垃圾中含有大量种类丰富的动植物蛋白质，利用其来制备蛋白质饲料原料成为了资源化利用技术研究的一个方向。目前根据转化方式不同，饲料转化技术分为微生物发酵技术和昆虫养殖技术。

2.5.1 微生物发酵技术

微生物发酵技术是利用固态发酵法等工序，将餐厨垃圾中的蛋白质烘干制备成可用作微生物发酵技术的蛋白质饲料原料，再通过微生物发酵技术把大分子的粗蛋白分解成活性高且易吸收的小分子蛋白，再经过深度加工制成可以替代豆粕和鱼粉的蛋白质饲料。微生物发酵技术具有绿色环保和转化率高的优点，利用该技术制备的蛋白质饲料具有适口性好、易吸收、品质高的特点。此外，研究发现在应用该技术时，添加一些活性酶或有益菌不仅可以提高转化率而且可以改善蛋白质饲料的品质。因受到技术水平限制，利用微生物发酵技术制备蛋白质饲料过程中很容易导致饲料携带病原体，病原体会通过食物链传染给人体使人致病，因此该技术目前稳定性和安全性较差，还需要不断对技术进行研究和完善[5]。

2.5.2 昆虫养殖技术

昆虫养殖技术是直接用餐厨垃圾作为饲料来养殖昆虫，再将成虫进一步加工为可以替代豆粕和鱼粉的蛋白质饲料。目前常见的是以黑水虻作为养殖昆虫，其能够直接以餐厨垃圾为食，易于成活和繁殖，而且耐油盐性好，是公认的适用于昆虫养殖技术的昆虫种类。因此，黑水虻养殖转化餐厨垃圾是一种绿色、安全、高效的餐厨垃圾资源化利用技术。