双碳目标下餐厨垃圾厌氧消化技术应用及碳减排策略思考

广东省国际工程咨询有限公司 张淑婷

一、研究背景

2020年9月，提出中国将提高国家自主贡献力度，采取更有力的政策和措施，力争于2030年达到二氧化碳排放峰值，努力争取2060年前实现碳中和（以下简称“双碳”目标）。2021年2月2日，国务院印发《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，根据这一决定，许多相关产业都开始积极地制定各种降低二氧化碳排放的方法，以便将来达到“净零排放”，即当一个组织的一年内所有温室气体（CO2-E，以二氧化碳当量衡量）排放量与温室气体清除量达到平衡时，就是净零温室气体排放。据灵动核心数据整理《2021-2026年中国餐厨垃圾处理行业发展现状与市场前景投资分析报告》，2021年我国餐厨垃圾的产生量突破1.2亿吨，2020年12月全国46个重点城市餐厨垃圾处理项目超过200个，总体处理能力为约5.2万t∕d，与2020年我国餐厨垃圾32万t∕d的产生量进行对比，“十三五”末期餐厨垃圾处理率仅有约16.4%，我国餐厨垃圾处

理率仍处于低位，因此，如何以绿色低碳的形式进行餐厨废弃物处理，是当前“双碳”形势下急需研究的重要课题。笔者以广州市某餐厨垃圾处理厂为例，对不同工艺进行论述，并对“压榨制浆预处理+CSTR厌氧消化+干组分焚烧/湿组分厌氧发酵”进行碳排放分析，同时，为“双碳”发展战略下的餐厨废弃物资源化处理和循环利用工作提出一些减碳策略。

二、工程应用

本餐厨垃圾处理厂位于广州市南沙区，于2021年4月建成投产，该餐厨垃圾处理厂选址远离城镇居民点，毗邻广州市第四资源热力电厂，在此建厂可最大限度实现资源整合，实现生活垃圾焚烧、餐厨垃圾厌氧处理集中设置，餐厨垃圾处理系统产生的沼渣和其他固体废弃物可以进入垃圾池焚烧处理，餐厨垃圾处理系统产生的沼液可以和焚烧厂的垃圾渗沥液合并处理，餐厨垃圾处理系统厌氧发酵沼气提纯制备生物天然气，厌氧系统所需的保温热量可以利用焚烧厂的蒸汽，可以最大限度地实现资源共享，降低运行费用。因此，在此建厂既符合当地城市总体规划，区域环境规划，城市环境卫生专业规划及相关规划的要求，而且对环境影响最小。餐厨垃圾处理规模为400吨/日，项目主要采用“压榨制浆预处理+CSTR厌氧消化+干组分焚烧/湿组分厌氧发酵”处理技术。

三、厨余垃圾处理工艺分析

国内外厨余垃圾处理工艺主要有填埋、焚烧、厌氧发酵、好氧堆肥、直接烘干作饲料等几种。填埋处理占用大量土地，耗用大量征地等费用；餐厨垃圾的渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重影响空气质量，对周围大范围的大气及水土会产生严重的二次污染，垃圾堆放产生的挥发性有机化合物（VFAs）严重影响空气质量及危害人体健康[1]。在当前土地资源紧缺、人们对环境影响的关注度越来越高的大前提下，填埋处理技术明显不适合我国餐厨垃圾的实际情况，因此不推荐采用该技术。

焚烧是垃圾中的可燃物在焚烧炉中与氧进行燃烧的过程，焚烧处理量大，减容性好，焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化。但由于餐厨垃圾含水率较大，热值较低，不适合用来发电；如采用焚烧技术需要添加大量的辅助燃料，而且焚烧处理的投资过高，运营成本也很高，因此不推荐采用该技术。

综上所述，排除餐厨垃圾填埋及焚烧两种处理手段，仅对厌氧消化、好氧堆肥、饲料化技术进行比较，详细比较如表1所示。

表1 餐厨垃圾处理方式比较表

总体而言，厌氧消化、好氧堆肥和饲料化处理才是适合我国国情的餐厨垃圾处理主流技术。然而在当今的餐饮垃圾处理主流技术中，考虑到常规的好氧堆肥技术设备能耗过大，减量化效果较差，更重要的是其投资和运行成本较高，不适合于大、中型餐饮垃圾处理项目，在此常规的好氧堆肥工艺类别不选为本项目的处理工艺。

而干热等饲料化技术，由于同源相食、流行性疾病传播等生物安全风险的争议，目前国家尚未出台明确政策，在此尚不列入备选工艺考察范围内。针对餐饮垃圾高水分、高油脂、高有机含量的性质，厌氧消化技术可以对其完成高效生物降解，并制备清洁能源。因此，本项目餐厨垃圾处理拟采用主体工艺路线为厌氧消化工艺，采用全混合式厌氧反应器（CSTR），本项目总体工艺路线如图1所示。

图1 广州市某餐厨垃圾处理厂总体工艺流程

四、项目碳排放分析

结合本项目总体工艺分析，本项目处理工艺与陈海滨[2]研究中“压榨预处理+干组分焚烧+湿组分厌氧发酵”处理工艺相同，采用该处理工艺下，二氧化碳排放当量为10.4kg/t，碳减排效应为160.0kg/t，二氧化碳减排量为947.6kg/t。据此计算，按照本项目处理规模推算，2023年广州市该餐厨垃圾厂处理量约为400吨/天×365天=146000吨，全年二氧化碳排放量为151.84吨，碳减排效应为2336吨，实现减少二氧化碳排放1.38万吨，可以获得良好的经济效益和环境效益。

五、餐厨垃圾处理厂碳减排策略

政策支持方面。对餐厨垃圾进行无害化、资源化处理具有积极意义。具体而言，政府有关部门应基于餐厨垃圾资源化利用技术制定一系列政策，可从专项资金投入、试验研究引导、税收优惠等方面着手，提高社会整体对餐厨垃圾资源化利用的重视度。例如，在餐厨垃圾处理企业发展壮大的过程中，地方政府可根据有关政策减免其税费，经过资源提取后生成的产品可由政府有关部门联系买家，规范餐厨垃圾处理行业。

此外，政府部门还可以餐厨垃圾资源化利用技术为依据制定相关标准条例，如餐厨垃圾腐殖质肥料标准等，并加强餐厨垃圾处理监管，全面杜绝焚烧法等污染性处理方式，同时制定餐厨垃圾管理办法，规范餐厨垃圾回收、运输、处理和再利用等工序。在此基础上，还需要构建餐厨垃圾处理资质管理制度，规避不法商贩私自售卖问题，一经查处，严肃处理。

产量控制方面。产量控制是一种从根本上降低餐厨垃圾数量的管理方式。近年来，我国各级政府大力推广“光盘行动”，目的在于引导社会公众树立节约意识，减少餐厨垃圾。此外，在垃圾分类政策下，餐厨垃圾已经初步实现了集中、专项处理，并非传统的“一烧了之”。为进一步推动餐厨垃圾资源化发展，应严格落实餐厨垃圾排放监督制度，结合垃圾分类政策进行申报登记，实时掌控各地餐厨垃圾产量，依据产量数据调节垃圾处理厂承载力，同时增设餐厨垃圾排放限值，以此达到产量控制的目的。

处理技术方面。餐厨垃圾饲料化的处理技术能够将餐厨垃圾进行处理，从而实现资源合理利用，但是将餐厨垃圾当做动物饲料还存在一定的安全风险，有可能会由于处理时没有进行无菌操作而导致饲料里依旧存在一定的含菌量，会导致动物的健康问题，从而引发食物链顶端人类的安全。所以这个处理技术还没有完全推广，正处于不断发展创新之中，希望在不久的未来能够很好地被动物所利用，提高餐厨垃圾的利用率，为社会的可持续发展贡献一分力量。

市场监管方面。在我国餐厨垃圾处理技术发展的过程中，如何对垃圾进行清理以及运输会直接影响资源化的利用水平，通过完善绿色化的运输管理体系，能够实现餐厨垃圾处理技术的价值最大化。首先，在进行垃圾回收的过程中，应当始终遵守绿色环保这一原则，通过加强回收容器管理，避免出现二次污染。其次，在对餐厨垃圾进行清理运输的过程中，也应当实现信息化发展，只有应用信息技术才能够实现更加有效的追踪和管理。通过完善运输管理体系，能够规范餐厨垃圾的运输清除工作，同时也能够加强市场监管，对我国餐厨垃圾资源化利用有着十分重要的意义。

六、结论及建议

（1）本餐厨垃圾处理厂自2021年4月投入运行以来，运营稳定，对保护周边环境具有重要意义。根据碳排放分析计算，本项目的实际应用减少了二氧化碳排放1.38万吨，可以获得良好的经济效益和环境效益。厌氧消化与其他处置方式相比，在资源回收和碳减排方面具有突出优势，这就决定了厌氧消化产沼气为今后餐厨垃圾处置中的首选方式。

（2）本项目对餐厨垃圾资源化利用主要有以下方面：一餐厨垃圾中的有机成分进行厌氧发酵处理，可以制备清洁能源—沼气。沼气经过净化处理后，可以通过沼气提纯制备生物天然气，输送至燃气管网，实现资源的循环利用。二是餐厨垃圾中的油脂成分，进行除杂提纯处理后制备毛油，可以作为生物柴油原料或者化工生产原料。三是餐厨垃圾中的玻璃、铁丝、废弃餐具等，经过精细分拣可以单独回收。因此，在资源化利用技术下，餐厨垃圾不光是一种废弃物，同时也是一种资源，对其充分利用可以实现资源的循环利用。

（3）在建有市政污泥厌氧消化单元的城市，餐厨垃圾与污泥参混共发酵不失为一种良策，可以平衡碳氮比、稀释有毒组分等，克服单基质发酵的弊端[3]，从而提高资源的回收效率。在此方面，奥地利斯特拉斯[4]与美国希博伊根污水厂[5]利用污水处理过程中产生的剩余污泥与外源餐厨垃圾共发酵已获得充足运行能量（甲烷），已实现“碳中和”目标。

（4）随着国家“双碳”战略的确立，国家对餐厨废弃物的回收利用的新方针不断出台，新的处理方法将会得到推广和应用。近些年，利用餐厨垃圾酸性发酵获取中间产物，如短链脂肪酸（SCFA）、乳酸等也成了新的研究方向，也有利用餐厨垃圾发酵制备挥发性脂肪酸，为污水处理提供优质的反硝化碳源，以替代污水处理中价格昂贵的碳源，提高污水处理的脱氮除磷效果[6]。未来对餐厨废弃物的回收利用，必须顺应当前的发展形势，生产出高效的再生能源，提高对废物的使用，从而实现“双碳”的整体目标。