餐厨垃圾有机残渣资源化利用方式比较研究＊——以常州市餐厨废弃物综合处置项目（一期）为例

史东晓，汤晓艳，陆祥昕，徐 刚，陆燕中，吕 清

（1. 常州市环境卫生管理中心，江苏 常州 213171；2. 维尔利环保科技集团股份有限公司，江苏常州 213171）

1 引言

随着我国经济的快速发展，国民生活质量提高，人们对于餐饮行业的需求逐年增大，随之产生了大量的餐厨垃圾。据相关部门统计，近年来我国餐厨垃圾产生量逐年上升，2020 年达到1.28×108t 左右［1］。餐厨垃圾含水率高，有机物质含量高，富含氮、磷、钙及各种微量元素，盐分含量较高，易携带病原菌及病原微生物，易腐烂变质滋生蚊虫，具有资源和危害的双重属性［2-3］。

当前餐厨垃圾的主要处理技术有机械破碎、卫生填埋、焚烧发电、厌氧发酵、好氧发酵等［4］。其中机械预处理+厌氧消化由于无害化程度高、工艺稳定，受到很多大型餐厨垃圾处理厂的青睐［5］。预处理后约产生7%～15%的有机残渣，主要通过填埋的方式处置。因餐厨有机残渣有机质含量高，富含多种营养元素，其填埋处置不仅污染周边环境且造成资源浪费。

本研究以常州市餐厨废弃物综合处置项目（一期）为例（其处理工艺为机械预处理+厌氧消化，在餐厨垃圾处理方面极具代表性），探讨三相分离机械预处理后产生的有机残渣资源化利用情况，主要包括：①有机残渣进入厌氧消化单元增加沼气产量；②有机残渣饲养昆虫生产蛋白饲料，通过分析、比选出三相有机残渣较为经济的资源化利用方式。

2 材料与方法

2.1 实验材料

有机残渣取自常州市餐厨废弃物综合处置项目（一期）预处理工艺出渣；蝇蛆幼虫由常州维尔利餐厨废弃物处理有限公司提供；养虫辅料使用破碎后的细糠（稻壳），取自常州雪堰镇大米加工厂；长方形不锈钢养殖盘，规格为2.1 m×0.9 m×0.2 m，由常州金源机械设备有限公司提供。

本项目三相分离的有机残渣量约占总进料量的7.5%，含水率高，约为78%～80%，有机质含量高，杂质含量相对较低，其组分分析见表1。有机残渣如图1 所示。

表1 有机残渣理化性质Table 1 Physical and chemical properties of organic residues

图1 有机残渣Figure 1 Organic residues

2.2 实验方法

1）有机残渣进行厌氧消化。餐厨垃圾收运到餐厨垃圾处理厂后经过机械预处理分离出有机残渣、有机液相和油脂。有机残渣填埋处置；有机液相泵送至厌氧进水罐，进行厌氧消化处理，厌氧消化产生沼气用于发电，沼液至污水处理厂处理达标排放；油脂可作为工业原料售卖。本实验是将有机液相单独厌氧消化与有机残渣和有机液相混合厌氧消化进行对比，研究两种不同进料方式的沼气产量及厌氧消化后物料处理的难易程度。

本次选取2019 年1—6 月、2020 年1—6 月和2021 年1—6 月餐厨垃圾厌氧消化进料情况作为分析数据，其中2019 年1—6 月数据为有机残渣进入厌氧消化系统（有机残渣进料量15 t/d，2019 年9月停止残渣进厌氧消化系统）的运行数据，2020年1—6 月和2021 年1—6 月进料均为有机残渣不进入厌氧消化系统的运行数据（前期投加残渣影响因素消除）。

2）昆虫养殖。从餐厨垃圾处理工程接收餐厨有机残渣，卸于饲料存放池中，通过麸皮等调节有机残渣的最佳含水率至70%左右，并添加有益菌种适度发酵，减少臭气产生量。控制养殖区温度（28～30 ℃）、湿度（50%～70%），用有机残渣作为饲养昆虫（蝇蛆幼虫）的饲料。

采用整体车间进行蝇蛆养殖，需有效控制温度，防止热量散失及冷空气侵入，造价低，使用方便。养殖车间设有多层养殖架，用于放置养殖槽，考虑养殖槽强度与散热面积，物料厚度8 ～10 cm。

有机残渣通过螺旋输送机投入养殖槽后，将蝇蛆幼虫加入到养殖盘中，经过5 d 的养殖后，送入筛分单元，并通过筛分分离出蝇蛆成虫、虫粪和废渣。

3 结果与讨论

3.1 项目工艺概况

常州市餐厨废弃物综合处置项目（一期）于2015年建成投产，该项目设计处理餐厨垃圾200 t/d，采用机械预处理+厌氧消化工艺，其工艺流程如图2所示。

图2 工艺流程示意Figure 2 Process flow schematic

餐厨垃圾经收运车辆收集后运输至处理厂，称质量后卸料进入预处理车间内的接收料斗，在料斗中实现初步的固液分离。接收料斗中的餐厨垃圾经螺旋输送机提升进入自动分选机，自动分选机的主要功能是对餐厨垃圾中的塑料、织物等固渣进行分离，同时食物残渣被浆化处理产生有机粗浆料，分离出的固渣外运处置。浆化后的有机粗浆料被泵送至挤压分离设备，分离出的浆料呈流动浆料状，自流至除砂池，与料斗沥水在除砂池内混合后进行沉砂处理。经除砂除杂后的浆液泵送至高温蒸煮罐，通过直喷蒸汽将温度提升至80 ℃。蒸煮后的浆液经过滤后进入三相提油机，三相提油机将浆液中的油脂、有机残渣以及有机液相分离。有机残渣外运处置。有机液相泵送至厌氧进水罐，进行后续的厌氧消化处理，厌氧消化产生沼气除进入锅炉产生蒸汽用于前端物料加热外，其余均用于发电。发电自用，剩余电量上网。厌氧消化产生的沼液送至污水处理厂处理。三相提油机分离出的粗油脂含水杂率在3%以下，可直接作为工业原料外售。

3.2 有机残渣厌氧消化资源化利用方式分析

机械预处理后三相提油机分离出的有机残渣有机质含量高，与有机液相混合进入厌氧消化反应可提升厌氧发酵产沼气的能力。通过对比厌氧消化进料理化性质数据，可反映出有机残渣进入厌氧消化罐前后沼气产量的变化及厌氧消化后沼液状况，具体理化性质及沼气产量见图3～图4、表2～表4，其中2019年、2020年、2021年数据均取自1—6月。

表4 厌氧消化沼气产量Table 4 Anaerobic digestion biogas production

图4 2019 年、2020 年、2021 年沼气产量Figure 4 Biogas production in 2019，2020，2021，respectively

表2 日平均厌氧消化进料理化性质Table 2 Physical and chemical properties of daily average anaerobic digestion feed

图3 2019 年、2020 年、2021 年厌氧消化反应前后理化性质指标变化Figure 3 Changes of physical and chemical properties before and after anaerobic digestion in 2019，2020，2021，respectively

通过图3、表2 和表3 可以看出，添加了有机残渣的厌氧消化进料的TS、COD、TN 和NH3-N 的含量都高于未添加残渣的物料。添加了有机残渣的厌氧消化后出料的TS、COD、TN 和NH3-N 含量也较未添加残渣的物料有所升高，导致物料后端处理难度加大。如表4所示，添加有机残渣的厌氧消化反应沼气产量平均提升了14.28 m3/t，经济效益相对更高。有机残渣与液相共同厌氧消化可以提升沼气产量，但同时也增加了系统负荷，导致后端污水处理系统的处理难度加大。

表3 日平均厌氧消化出料理化性质Table 3 Physical and chemical properties of daily average anaerobic digestion effluent

3.3 有机残渣昆虫养殖资源化利用方式分析

经过三相提油机分离的有机残渣含水率高，有机物含量高，富含氮、磷、钾、钙及各种微量元素，非常适合饲养昆虫，通过养殖昆虫来消耗预处理产生的餐厨有机残渣，可将原本的废弃物转化成优质蛋白饲料［6］。众多研究表明，餐厨垃圾经昆虫处理后减量化效果明显，同时生成昆虫生物体、虫粪等高附加值产物，经济效益显著。刘响响等［7］对餐厨垃圾饲养蝇蛆的效益进行了分析，蝇蛆生物转化率平均为16%，产生的虫粪符合有机肥相关指标要求。现阶段，昆虫产品主要作为畜禽、水产养殖饲料销售，虫粪可作为有机肥用于改善农田生态环境。利用有机残渣喂养蝇蛆工艺见图5。

图5 有机残渣昆虫养殖工艺示意Figure 5 Process schematic of breeding insects with organic residues

本次实验喂养的蝇蛆品种为红头苍蝇，其具有个体大、产卵量大、寿命长、对环境适应能力强的优点。餐厨有机残渣接收后存放在料池中，加入一定量的麸皮调节有机残渣含水率至70%，然后将有机残渣放入养殖槽，再将蝇蛆幼虫放入养殖槽。经过5 d 的养殖后，将养殖槽中物料送入筛分单元，通过筛分分离出蝇蛆成虫、虫粪和废渣。蝇蛆鲜虫经过清洗后售卖，虫粪和废渣混合物进行堆肥处理。平均1 t 餐厨有机残渣能养殖出蝇蛆鲜虫0.2 t、产出虫粪0.27 t（不含废渣）。

3.4 有机残渣厌氧消化与昆虫养殖的对比分析

3.4.1 有机残渣厌氧消化的经济分析

通过表4 厌氧消化后沼气产量对比可知，每200 t中含有15 t有机残渣的进料可比单独液相进料平均多产生14.28 m3/t 的沼气。沼气的发电效率为1.8 kWh/m3（曼海姆MWM800KW 燃气发电机，单位体积沼气发电量为1.8～2.2 kWh），市电基准价格为0.73元/kWh，发电成本为0.12元/kWh，则掺杂有机残渣产生的经济效益见表5。

表5 有机残渣进行厌氧消化日收益Table 5 Daily income from anaerobic digestion of organic residues

3.4.2 有机残渣昆虫养殖的经济分析

有机残渣蝇蛆养殖的运行成本见表6。通过对有机残渣养殖蝇蛆实验分析发现，1 t 有机残渣约能养殖出蝇蛆鲜虫0.2 t，产出虫粪0.27 t。蝇蛆养殖的运行成本约3 300 元/t，当前蝇蛆售价约4 600元/t（市场售价为4 000～6 000元/t），虫粪约500元/t（市场售价为300～800 元/t），则餐厨有机残渣养虫产生的经济效益见表7。

表6 有机残渣蝇蛆养殖运行成本Table 6 Operating costs for fly maggot feeding with organic residues

表7 有机残渣养虫日收益Table 7 Daily income from breeding insects with organic residues

3.4.3 有机残渣资源化利用的经济效益对比

有机残渣厌氧消化与昆虫养殖的经济效益对比见表8。

表8 有机残渣厌氧消化与昆虫养殖经济效益对比Table 8 Comparison of economic benefits between anaerobic digestion of organic residues and breeding insects with organic residues

4 结论

通过将有机残渣与有机液相混合进行厌氧消化反应发现，每200 t 中含有15 t 有机残渣的进料可比单独液相进料平均多产生14.28 m3/t 的沼气。通过有机残渣喂养蝇蛆实验发现，15 t 有机残渣可以养出蝇蛆成虫3 t、产出虫粪4 t。将两种资源化利用方式对比后发现，有机残渣用于昆虫养殖所产生的经济效益约为厌氧消化的2倍，所以有机残渣用于昆虫养殖也是一种较为经济的处置方式。同时，用于昆虫养殖可以减少有机残渣进入厌氧消化系统，减轻系统负荷，降低后端污水处理难度。另外，通过昆虫养殖有机残渣可以得到全量化处置，响应国家碳减排政策，减少餐厨垃圾对于生态环境的污染。当前利用有机残渣养殖昆虫的技术已经日趋完善，未来预计会产生更大的收益。