高温好氧发酵技术在餐厨垃圾处理中的应用

钟景球

（瀚蓝（佛山三水）生物环保技术有限公司 广东佛山 528100）

引言

餐厨垃圾俗称泔水、潲水，也就是残渣，是城市生活垃圾中的一种有机废物。在城市化快速推进、餐桌愈发丰富的背景下，餐厨垃圾已逐渐成为城市生活垃圾的主要来源。根据清华大学固体废弃物污染防治与资源化研究院的统计，我国城市的餐厨垃圾总量达到了6 千万吨。餐饮垃圾非常容易腐败，如果处理不好，很容易引起“地沟油”、“垃圾猪”等食品安全问题，对城市的形象造成严重的影响，对于自然环境以及人类的健康状态都有一定的影响。相比于其他类型的废弃物，餐厨垃圾富含养分和有机物，可再生利用。通过对餐厨垃圾的资源化利用，使废物转化为利益，防止其直接进入食品链，对堆肥焚烧等行为的消极影响有抑制作用，确保资源有序利用以及环境的健康状态，符合多方面的效益需求。由此可见建立餐厨垃圾资源无害处理体系的重要性，也需要正视当前处理体系中存在的种种问题。传统的垃圾填埋、焚烧既造成了大量的有机物质的浪费，又造成了环境的二次污染。好氧发酵技术在处理生活垃圾、厨余垃圾等有机垃圾过程中发挥重要作用，根据好氧发酵技术的要求，做好温度、含氧量等条件的准备工作，在处理有机垃圾的基础上，将分解后的产物应用在土壤施肥、改良等多个领域，有效保证有机垃圾的无害化处理效果，同时吻合资源循环利用的原则。基于好氧发酵技术的优势，世界各地已经研制出了大量的分散式垃圾处理机，并在食堂、养殖场、饭店等垃圾产生的源头进行了初步的应用。[1]

1 餐厨垃圾的特点及危害

餐厨垃圾是指食品加工过程中的废弃物与食物残渣。餐厨垃圾具体细分为多种类型，例如水、纸巾、骨肉、蔬菜等等。此类垃圾通常含有较多的有机物和水分，在常温环境下发生变质腐败的概率较高。在餐厨垃圾发霉变质的情况下，产生的气味影响周围环境。与此同时也为寄生虫提供了良好的滋养条件，寄生虫、毒素含量居高不下。我国大多数地方都是将餐厨垃圾进行简单的处理，其中一部分用作低成本的饲料，而餐厨垃圾则会对人类的身体造成一定的伤害，另外，餐厨垃圾中的动物蛋白含量显著偏高，如果处理过于简单，意味着禽畜同源性风险显著提升。所以美、日、欧盟等发达国家都制定了法律，禁止利用反刍蛋白生产饲料，也不允许在同类动物中使用动物来源的蛋白质。国家还制定了禁止以动物为原料喂养反刍动物的相关政策。部分地沟油精制后又回到了餐桌上，对人民的身体造成了很大的威胁。

2 国内餐厨垃圾处理现状

在餐厨垃圾处理体系中，以源头处理和集中处理两种模式最为典型，效果最好。但是要认识到我国餐厨垃圾分类仍处于相对滞后的状态，仍有较长的改革道路，在短期内很难实施，很难发挥决定性的效果。因此，在我国目前的情况下，小型现场好氧发酵处理装置是一种很好的过渡产品，但由于我国地域广阔，地域差异大，有些地方难以进行，成本较高，采用现场好氧发酵工艺是一种有效的补充。目前国内大部分的好氧高温发酵设备通常采用烘焙方式。这种方式的核心在于高温加热，针对餐厨垃圾实现减量化处理效果，加热温度不能低于65℃。由于这种方式依赖烘箱设备，对电力依赖度较高。有机物质的蒸发浓缩过程中，没有经过微生物的好氧发酵，大部分的机械肥料都没有完全腐烂，不适合农业生产。有研究以杭州市12 个小型农用机械生产的肥料为原料，对其进行了品质取样，结果表明，在12-48 小时之内，采用速化法生产的食品，其腐熟度较低，达不到国家要求的有机肥料标准，不宜用于农业。[2]

3 高温好氧发酵运用的技术优点

由于我国居民的饮食习惯，餐厨垃圾处于高位运行、快速上升的状态。在餐厨垃圾规模膨胀的背景下，其中的水分和有机物的腐败效应更加突出。在运输、处置过程中，不仅会产生大量的有毒物质，还会释放出难闻的气味，对水体、空气都有一定的影响。

随着我国经济的快速发展和城市居民的日益增多，我国的餐饮垃圾处理量也在快速增长，传统的垃圾处理方法已经无法适应城市生活的需要。只有对餐厨垃圾进行无害化、再利用，才能从根本上消除其对人体的伤害。现在大家都在关心食物的安全性，促进了国家在处理餐厨垃圾方面的政策导向，使其走向无害化、资源化的发展方向。

餐厨垃圾是一种资源性的废物，采用高温好氧发酵技术进行资源化已成为研究热点。好氧发酵技术在处理有机废弃物中的应用，其优点是：无需较高成本就可以使用好氧发酵技术，在较短时间内高质量处理餐厨垃圾，形成的产品具有较高应用价值。高温好氧发酵是通过人工调节一定湿度、C/N、通风等环境，并通过微生物的生物化学降解，对有机物质进行分解转换处理，核心机制在于破坏餐厨垃圾有机物质的稳定状态。在好氧发酵技术作用下，实现有机物到腐殖物质的转化效果，清除全部的病原菌以及杂质，转化后的物质环保安全，在土壤施肥过程中可以广泛使用。目前，这一技术已被国际上广泛接受，特别是在缺乏整体土地供应、需要分散处置有机废物的城市地区尤为突出。

4 高温好氧发酵运用的技术重点

4.1 堆肥单元容积

从堆肥单位来说，不仅可以分解有机物，而且可以分解微生物，无论是体积，还是每天的处理能力，都与设计的停留时间有着密切的关系，不仅要将其分解，而且要满足材料运输的要求。例如，日处理的负荷是1000 千克，材料的含水率为80%，而不进行二次发酵的制品，其出料的水分含量一般维持在30%到40%。在进行挤压后，会减少100 千克的水分，从而使其质量保持在900 千克，使材料的含水量降低。如果在里面加入300 千克的辅助材料，在水分含量为10%的情况下，物料的合计重量是1200 千克，含水率为60%。在此期间，必须确保材料滞留7 日，否则无法完成全部的堆肥。同时，预期的产物的重量为600 千克，水分含量为40%。7 日内，总减重达到600 千克，蒸发水分489千克，除去由有机物质分解产生的湿气。如果在装置操作期间，每日的原料和蒸发器速度都很均衡，那么堆肥单元中的物料总重将达到6300 千克左右。经过称量试验，发现脱水完成的厨房废弃物浓度为1200kg/m3，其实际体积为5.25m3。由于混合等因素，发酵壁的有效体积占60%左右，在此期间，发酵壁体积在8.7m3～8.8m3之间，发酵室与原料体积之比不到8.5:1，则很容易造成发酵剂不完全，其原料的水分含量也会很高，所生成的原料也无法达到相应的肥料标准。[3]

4.2 发酵单元保温

通常，环境温度会对有机垃圾降解的活性产生影响，进而对其生物降解速度造成一定的影响。通常来说，50℃-65℃是理想的堆肥温度，这就要求发酵室有一定的保温作用。至于生物分解，则是一个释放热量的过程，根据装置的不断运转，再加上隔热材料的保护，就能让高温降解过程中的堆体温度在几天的时间内始终大于60℃。若发酵室保温性能不佳，则不利于细菌产生热量，可以对发酵过程供热，使微生物在低温下仍能存活。同时，还可以通过换热、对供养的空气进行加热，达到了再循环的目的，从而降低运营费用。

4.3 物料搅拌

对于发酵来看，物料的搅拌是一个很关键的过程。通过连续好氧堆肥的原理不难看出，在搅拌作用下，腔内底料与物料的融合程度更高，有效促进分解效应，实现吸纳堆体充氧的效果。就地处理设备侧重于使用机械搅拌法，即通过搅拌设施的周期运动，将机械能施加到材料上，在这个期间，搅拌机周围会形成一个高紊动的搅拌区，促进液体在腔体中的流动。就搅拌器来说，通常根据叶片的方向和叶片的倾角来划分，分为三大类：一为直立叶片、二为折叶片、三为旋叶片。在进行现场处置时，以转速为20～80rpm 的桨式桨叶最为典型。无论采用何种混合设备，其搅拌转矩和力臂计算均是影响其性能的关键。通常来说，搅拌机构都是力学模型，根据力学分析得知，如果在堆肥室中装满了液体，则可以通过对混合器的搅拌转矩进行计算，得出其安全因子为1.5-2，从而获得搅拌设施的最大应力。[4]

4.4 充氧以及排出水汽

在对垃圾开展好氧微生物降解时，需要消耗大量的氧，也会产生大量的二氧化碳。因此，在反应腔中的氧气含量也相对较高，最大限度保证细菌的成活状态，避免细菌死亡影响菌床的生成，从而使装置无法正常运转。考虑到发酵工艺，其堆内含氧量为15%，这要求反应器能进行通风。在通风方面，最佳的通风位置是封闭的，采用上部的通风，下部的空气供给。空气从底部流入反应腔，再从上部排出，有利于发酵液的充分供给。在此期间，空气方向的传送也可以把肥料所产生的湿气排除出去。在凝结水蒸汽以后，可以进行集中的收集和处置。密封式空腔可以防止有害物质在周围的环境中传播。

5 高温好氧发酵技术在餐厨垃圾处理中的应用

5.1 实例概况

高温好氧发酵技术适合于沿海城市、县镇、农村、海岛上各种工业的餐厨垃圾、厨余垃圾、果蔬垃圾等进行好氧生物有机肥的资源化和再利用。本文对佛山市三水区中心城区（西南街道和云东海街道、白坭镇）餐厨有机垃圾资源化处理项目的餐厨垃圾好氧生物降解再循环利用进行了研究，该项目处理规模64t/d。

5.2 生产流程和技术指标

餐厨垃圾通过分类的方式进入预处理设备。采用双轴型粉碎设备以及超细粉碎方法，有效处理餐厨垃圾中的海鲜硬壳物质。超细粉碎方法有效控制餐厨垃圾的颗粒尺寸，至少九成的物料粒径在1～3cm 之间，保证颗粒尺寸统一。随后将物料投入到双级深度脱水装置，由螺旋变直径挤出机进行深层脱水，将含有高水分的餐饮垃圾进行固液分离，分离后的液体被送入蓄水池、隔油池等现有的污水处理设备中，或者运输到相应的处理设施，基于一体化原则进行排放处理。固体物质经过分离处理后，含水率和体积均明显下降，含水率降低到处理前的70%，物质体积为处理前的60%。在好氧发酵仓内部，采用“迷宫式”多槽推进推动方式，使餐厨垃圾在其自身研制的、定向、高效、复合微生物等微生物的协同下，共同实现堆肥效果。利用发酵仓的智能效应，有效控制仓内的温度湿度条件，调控餐厨垃圾的含盐量、含油量，确保原料与高效成熟菌体的融合效果，利用区域环境内的优势条件。发挥微生物种群的作用，最大限度降低油盐等物质对发酵反应的抑制效应，提升餐厨垃圾发酵效果。保证好氧发酵装备与生物除臭设备的连接效果，在发酵的同时执行除臭任务。[5]

5.3 关键技术参数

预处理装置能将90%以上的原料颗粒大小达到1～3cm；经过预处理的物料经固液相分离后，物料的水分含量在70%以下，在55～65℃的发酵室中进行发酵，整体的减量化比例达到90%。

5.4 生产过程

从项目现场产生的餐厨垃圾被投放到专门的可生物分解回收槽中，再通过运输车将其运送到餐厨垃圾处理中心。该设备采用了一种新型的送料装置，将原料送入到粉碎体系，将大块的材料粉碎，使其对微生物的作用和产品的品质有所改善。经过脱水剂的脱水量超过50%，固体废物的含水量小于70%，初期的减容比40%左右。而作为溶解状态的盐类和油脂则进入了水相区。

经过处理后的固相进入到发酵体系中，经过微生物的催化，将含有丰富的有机物的混合物分解成易于被作物所吸收的小分子的化肥。经过该装置能够获得成品，发酵后获取的产物与国家在有机肥料领域颁布的标准。色泽呈棕色或灰色，颗粒或粉末，不含异味，不含机械成分。可以用作土壤调节器和粗化有机质，通过化肥的深度处理，可以生产出各种商品化的复合肥、微生物菌肥等。其结果是能够调控农作物的“生态微环境”，是一种很有应用前景的新型肥料。

5.5 污染防治效果和达标情况

（1）使用好氧发酵技术处理生活垃圾时，还需要处理该过程中生成的废气。废气的处理过程，应当符合国家颁布的关于大气污染物与恶臭污染物的排放标准。处理过程中的噪声排放也应当符合国家颁布的噪声排放标准。常规情况下，厂房内的噪声值为75dB（A）。

（2）将生活废弃物的源头减量化率在90%之上。

（3）将其再利用至100%。

（4）所述的生活废弃物发酵剂符合国家《有机肥料》NY525-2012 国家标准。

5.6 资源节约与综合利用

（1）分散式的加工方式极大地降低了能源和运输期间的二氧化碳排放量。

（2）采用液压推杆控制压盘，可使料液在脱模后的水分含量低于70%，可使反应能量消耗减少60%，辅料节约100%。

（3）采用我国自主研发的新型有机废弃物复合发酵液，该产品的综合性能达到替代或超过国外同类产品，而且仅需要一次投入，可达到多代产品的再利用，减少了装置的操作费用。推广计划中的微生物品种可无偿供应，使其使用费用几乎为0。

（4）通过技术创新和优势菌种的筛选，达到节能、减排的目的，一吨厨余废弃物可节省0.05 吨标准煤炭，减少0.11 吨CO2，节省运输成本约80 元/吨。

6 难点与展望

不可否认的是好氧发酵技术吻合资源处理、可持续发展等多方面的要求，但是要结合我国当前情况，要生产出满足农业生产标准的化肥，对有机质、含水率、C/N 的含量都有很大的影响，而这解决问题的一个关键条件是生活垃圾分类，但目前我国的垃圾分选、破碎、脱水、调节，必须建立在精心筛选、并进行破碎调节等处理的基础之上，人力与设备资源应用较多。从生产经营的观点来考虑，由于餐厨废弃物的现场处置常常靠近居住区，对设备的发酵速率和脱水的利用率都有一定的提高，不然容易出现臭气，从充分发酵的角度切入，必须经过一周时间，因此两者之间存在一定矛盾，对于现行餐厨垃圾处置装置也有一定影响，装置往往只能做到减量化，而不是“再利用”。我国目前尚无一套标准化的餐厨垃圾资源化处置技术规范。可以说，当前我国餐厨垃圾处理还有很多欠缺，并没有完善的法律体系作为支撑，餐厨垃圾处理不够妥当。导致了一些常规的餐饮垃圾回收公司没有办法继续运营下去的局面。另外，大多数的餐饮企业对其进行的不完全的处置，一般都是将其作为废水的一部分交给城市的下水道进行处置，而高含盐量又不利于微生物的生长，容易腐蚀设备，增加了废水的负荷。从技术角度看，我国目前的生活污水收集、处置与再利用的技术和技术水准尚不完善；许多研究机构仅限于解决城市餐厨废弃物的资源化处置问题，在产业化研究领域存在欠缺，对于城市餐厨垃圾的处理与循环利用体系的发展蒙上阴影，始终无法形成象征着良性循环的产业链。由此指明了好氧发酵技术的未来应用方向，需要保证好氧发酵技术的应用质量。注意好氧发酵应用环境的封闭性和智能化属性，确保环境温度足够稳定，从根本上节省垃圾处置的运行费用，并减小臭气和噪声。只有通过这种方式，方可打通好氧发酵技术深入居民小区的道路，为餐厨垃圾的就地处置奠定良好基础。

结语

综上所述，我国的厨余废弃物来源广泛，餐厨垃圾含水量较高，产量规模逐步提升，容易发生腐烂现象，包含N、P、K 等多种元素。常规的垃圾填埋方法不仅会造成巨大的库存量和大量的垃圾，同时也会造成堆肥过程中的污染；而燃烧技术由于其热量和水分含量高，导致燃烧费用高昂，无法连续进行。高温好氧发酵技术总体来讲实现餐厨垃圾的快速发酵与有机物转化效果，生成的产物可以应用在农田施肥、土壤改良等多个领域，在妥善处理餐厨垃圾的同时实现废物再生利用的效果，为有机垃圾的处理提供了新的思路。当前餐厨垃圾处理机在诸多餐饮、养殖场景中大量应用，为处理餐厨垃圾做出巨大贡献。