厨余垃圾处理及高温好氧技术应用研究

李 敏

（乌鲁木齐市城市废弃物处置监测中心 新疆乌鲁木齐 830000）

引言

《生活垃圾分类标志》（GB/T19095-2019）将家庭厨余垃圾、餐厨垃圾和其他厨余垃圾统称为厨余垃圾。其中，家庭厨余垃圾是居民家庭日常生活产生的瓜果皮壳、菜叶、菜帮、废弃食物等；餐厨垃圾则是指企事业单位或其他公共机构在食品加工、饮食服务、单位供餐等过程中产生的食物残渣、食品肥料、废弃油脂等；其他厨余垃圾指农贸市场、农产品批发市场中的畜禽内脏、蔬菜瓜果垃圾、碎骨等[1]。2021 年全国餐厨垃圾产生量为1.27 亿t，是2015 年0.95 亿t 的1.34 倍，而且还在逐年增加。厨余垃圾含有很高的水分子、有机物，极易腐坏与产生恶臭，但经过妥善处置，厨余垃圾可转化为新的资源，如其中的高有机物含量经处理后可作为肥料、饲料或者生产沼气，油脂部分可制备生物燃料。因此，厨余垃圾兼具污染物与资源双重属性，减量化、资源化、无害化成为选用厨余垃圾处理技术的重要参考因素。

1 厨余垃圾理化特征

厨余垃圾主要来自家庭、餐馆、农贸市场，易腐败、滋生蚊虫，具有“三高”特性，即含水率高、含盐率高、有机物含量高。但饮食文化、地域差异，又会导致厨余垃圾性质特征呈现出较大差异性。通过查阅相关研究文献资料，选择北京、上海、重庆、深圳、武汉、广州等具有代表性的城市厨余垃圾作为研究对象，其物化特征和垃圾元素既存在较大的差异性，也有一定的规律性。

从表1 可知，京、沪、渝、杭4 个城市厨余垃圾中有机物成份主要是蛋白质、脂肪、碳水化合物，说明厨余垃圾具有非常丰富的营养成分，有利于厨余垃圾采用生物降解利用。此外，4 城厨余垃圾含盐量一般在1%左右，盐分会加剧土壤板结，厨余垃圾中的含盐成分不利于生物降解做有机肥使用。

表1 不同城市厨余垃圾主要物化特征（单位：%）

从表2 可知，穗、沪、渝、汉4 个城市厨余垃圾中碳的含量在30.8%～45.7%，重庆城市厨余垃圾中碳元素含量最高，上海最低；氢含量在4.4%～6.9%，重庆城市厨余垃圾中氢元素含量最高，上海最低；氮元素含量在0.79%～2.88%，广州城市厨余垃圾中氮元素含量最高，武汉最低；氧元素含量在25.5%～43.33%，武汉城市厨余垃圾中氧元素含量最高，上海最低；硫元素含量在0.03%～0.3%，上海厨余垃圾中硫含量最高，广州最低。总的来看，4 个城市厨余垃圾中的碳/氮比均在20%左右，碳氮比对堆肥的氨气挥发和腐熟度具有一定影响。

表2 不同城市厨余垃圾元素（以干基计，单位：%）

从表3 可知，京、渝、杭、津4 个城市厨余垃圾含水率均较高，均超过了70%。过高的含水量，使得厨余垃圾不同其他生活垃圾，其热值较低，一般为8368～12552kJ/kg，同时高含水率也增加了餐厨垃圾清运难度。

表3 不同城市厨余垃圾含水率[9]（单位：%）

2 常见厨余垃圾处理技术路线

目前，处置餐厨垃圾的技术主要有厌氧消化、好氧堆肥和饲料化处理等，分析其各种技术的特点、优势与不足，最适合我国大规模工业应用的资源化处理技术为厌氧消化和好氧堆肥[10]。

2.1 厌氧消化技术

厌氧消化技术是指在无氧环境中，厌氧生物、兼性厌氧微生物分解厨余垃圾中的有机物，最后生成二氧化碳和甲烷。从厌氧消化技术的处理过程来看，其可以回收生物质能，甲烷等处理生成物可用作居民用电或压缩天然气使用。厌氧消化技术处理厨余垃圾技术路线有全相厌氧与液相厌氧2 种。全相厌氧，即固液一体化消化模式，将厨余垃圾中固体物粉碎制浆，并与厨余垃圾渗滤液一并在厌氧罐中消化，能够实现厨余垃圾处理沼气制取的最大化。液相厌氧是将厨余垃圾先进行固液分离预处理，固体用作饲料化或堆肥继续处理，液体则送至消化罐进行沼气制取。从现实应用案例来看，液相消化技术较成熟、运行稳定，全相厌氧中的技术和设备需要进口运行成本高。

杭州市天子岭厨余垃圾填埋场采取“预处理+干式厌氧消化+沼气净化+沼渣脱水”工艺路线[11]，详见图1。先将收集起来的厨余垃圾输送至分选室，将厨余垃圾中的玻璃、金属、纺织物等杂质收集分类处理，再经风选机去除塑料、纸等轻质物料，最后将厨余垃圾送至破碎系统进行破碎预处理。将分选后的物料制成直径＜35mm 的浆料，送至厌氧灌顶部进料，厌氧消化器中浆料垂直下移，在消化罐底部出料。在厌氧发酵过程中产生的沼气经管道送至沼气净化系统，去杂质、水分，脱硫、过滤后作锅炉房燃烧沼气使用，沼渣经脱水、分离，沼液经无酸官网收集，送至无酸处理厂集中处理。日均处理厨余垃圾190.1t，日产沼气15383m³，经济效果和环境效果良好。

图1 项目工艺流程

厌氧消化处理厨余垃圾发酵时间长，占地面积大，且受进料影响其甲烷等产量的稳定性，后期沼液、沼渣还需要进一步处理。另外，厌氧消化处理厨余垃圾还受其他因素影响见图2，如底物颗粒粒径、氨氮含量浓度等特性影响，且厌氧消化过程中甲烷菌活性对温度依赖性强、对pH的要求严格，但物料中毒性物质会抑制微生物代谢影响处理效果。

图2 厨余垃圾厌氧消化机理和限制因素

2.2 好氧堆肥技术

好氧堆肥生物处理技术，即在有氧环境中，借助好氧菌等微生物生命代谢，将厨余垃圾中有机物分解为无机物或转化为其分解所需能量或转化合成为新细胞质，最终将厨余垃圾处理成有机肥。好氧堆肥技术是目前厨余垃圾中应用最为广泛的工艺技术之一。单一的好氧堆肥处理厨余垃圾，存在无害化处理不彻底、有机肥料质量不稳定、堆肥处理周期长等不足，同时好氧堆肥处理厨余垃圾的周围卫生环境差，易产生渗滤液、臭气等二次污染。因此，为解决好氧堆肥技术处理厨余垃圾的不足，高温好氧技术被创新应用。

高温好氧技术处理厨余垃圾，是利用高温复合微生物、酶转化技术和快速腐殖化集成及工艺控制转化集成，经降解、缩合、聚合实现无污染处理。李治阳等[12]选取江苏省江阴市城镇厨余垃圾进行综合处理试验，工艺流程见图3。厨余垃圾收集后，利用手工将其中玻璃、塑料、金属、纸等杂质进行分拣，将分拣后的厨余垃圾再破碎、脱水，输送至高温好氧发酵仓，投加菌种发酵，产物排出入袋，用作有机肥、土壤改良剂，实现资源回收利用，废气经除臭净化达标排放。经全因子实验，在碳/氮30，进料含水率50%～60%、好氧通风量为0.35m³/min·m³,厨余垃圾有机质实现高效降解。尾气经除臭净化处理，氨气、甲硫醇、硫化氢、甲烷等均达到排放限值，实现清洁排放。好氧堆肥处理厨余垃圾资源化处置程度高，堆肥面积大，且易受含水率、通风量、温度、pH、碳氮比等因素影响。

2.3 饲料化处理技术

饲料化处理是利用生物转化技术将厨余垃圾中的有机物等进行生物转化、烘干、灭菌杀毒、除盐，最终生成蛋白饲料添加剂等。目前，宁波、深圳、西宁等地相继有饲料化处理见诸报端[13]，但其安全性却一直备受关注。

3 高温好氧技术处理厨余垃圾应用

选用高温好氧技术处理厨余垃圾具有成本低、处理效率高等优势，不仅能通过人工调节厨余垃圾碳氮比、通风量、湿度，还能降解微生物可有效破坏厨余垃圾有机质稳定状态，从而实现从有机质到腐殖物转化，清除病原菌及杂质，进行堆肥处理，实现资源再利用。以某学校食堂厨余垃圾为例，进一步探讨高温好氧技术在厨余垃圾处理中的实际应用，为实际推广应用提供理论指导。

3.1 设备构成

厨余垃圾设备智能处理设备1 套，包括电控系统、脱水系统、破碎系统、分离系统、生化系统、油水分离系统、烘干系统、主机显示屏等组成。收集的厨余垃圾在处理设备主体箱高温堆肥，主机显示屏根据需要调节温度、通风量。厨余垃圾降解排放蒸汽经除臭系统吸收，处理后排放出二氧化碳、水蒸气。

3.2 工艺原理

厨余垃圾采用高温好氧堆肥技术处理，工艺流程见图4[14]。收运系统先将学校食堂厨余垃圾收集，利用人工手段分拣、挑选出玻璃、纸、金属等杂质，再破碎制浆、脱水，经固体废物后续发酵，在高温好氧堆肥技术下排放蒸汽，经除臭系统吸收处理后达标排放，其他发酵为有机肥料，作为园林绿化有机肥施用，实现厨余垃圾无害化、减量化、资源化处置利用。

图4 餐厨垃圾处理工艺路线

3.3 运行分析

3.3.1 分选

经人工分选，将厨余垃圾中的包装材料、塑料袋、玻璃渣等大块杂质分拣出来，分选后的厨余垃圾有机质含量更高，增加堆肥制品有机质含量，制成优质肥料的概率更高。

3.3.2 破碎

厨余垃圾破碎不影响其含水率、有机质质量和总养分质量，但破碎制浆成粒径适宜设备运行的大小，能够满足工艺需要，节约运行成本。

3.3.3 脱水

高温好氧堆肥处理厨余垃圾，堆肥制品含水率随脱水档级改变而不断下降，即档级越高脱水程度越大。在降低厨余垃圾含水率的前提下，有机质、总养分含量最大限度地保留，有效保障堆肥时固液分离效果，防止因发酵产生恶臭气体。经实验结果显示，50%～60%含水率物料处理效果尤佳。初始物料碳氮比26～30，有利于堆肥熟化，成品碳氮比10～20，堆肥成品发酵区域稳定。设备各仓内温度在45～60℃，维持6～10d 高温发酵，通风量在0.3～0.45m³/min·m³。高温好氧堆肥产生的废气，选择预洗涤塔-生物滤塔组合除臭净化，发酵产物腐熟度、生化指标符合标准要求，可做有机肥料再利用。

结语

近年来，我国厨余垃圾产生量逐年增加，处理能力和处理率也在不断提升。但由于各种厨余垃圾处理技术都有其优点和不足，也都有其各种不同的适用条件，因此在具体选用相关处理技术工艺时，要做好厨余垃圾生化特性分析，坚持“减量化、无害化、资源化”原则和思路，既要做好厨余垃圾处理，保护生态环境，更要发挥技术应有价值，实现厨余垃圾资源化利用的最大化，实现经济效益与环保效益的共赢。