餐廚垃圾處理現(xiàn)狀及資源化利用進(jìn)展

畢少杰， 洪秀杰， 韓曉亮， 高亞梅 , 晏 磊 , 王偉東 , 王彥杰

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163319; 2. 大慶市農(nóng)業(yè)委員會(huì)， 黑龍江 大慶 163000)

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餐廚垃圾處理現(xiàn)狀及資源化利用進(jìn)展

畢少杰1， 洪秀杰2， 韓曉亮2， 高亞梅1, 晏 磊1, 王偉東1, 王彥杰1

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163319; 2. 大慶市農(nóng)業(yè)委員會(huì)， 黑龍江 大慶 163000)

文章綜述了目前國(guó)內(nèi)外餐廚垃圾的處理現(xiàn)狀以及不同的處理方式所存在的主要問題，主要包括堆肥、生產(chǎn)生物柴油、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫氣或產(chǎn)沼氣等。最后，對(duì)我國(guó)餐廚垃圾資源化利用在能源或資源領(lǐng)域的發(fā)展前景提出了建議。

餐廚垃圾； 肥料化； 飼料化； 厭氧發(fā)酵

餐廚垃圾是人們餐后的殘余廢物及烹調(diào)過程中的廢棄成分(如菜葉和蔬菜的去皮物等)，主要來源于飯店、家庭、企事業(yè)單位食堂等。主要成分為米飯、面食、肉骨、蔬菜和油脂等。其化學(xué)組成為蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、揮發(fā)性脂肪酸、無機(jī)鹽、微量無素和水分等。

隨著人口的增長(zhǎng)、居民生活水平的提高和我國(guó)經(jīng)濟(jì)條件的改善，餐廚垃圾數(shù)量呈逐年遞增的趨勢(shì)，中國(guó)年產(chǎn)餐廚垃圾量6000萬t，一些大城市如上海、北京、重慶、廣州等餐廚垃圾的產(chǎn)量均超過1000 t·d-1，每年的增速在10%以上[1]。在一些二線城市如沈陽、蘭州、無錫等餐廚垃圾的產(chǎn)量均超過100 t·d-1。在我國(guó)，城市家庭餐廚垃圾多是隨著生活垃圾混合后置于垃圾箱中，不能做好單獨(dú)分類，造成資源浪費(fèi)，還使處理的難度增加。而對(duì)于餐廚垃圾產(chǎn)生量大而集中的地點(diǎn)如大型飯店、學(xué)校及單位食堂，大多被當(dāng)作豬飼料用來直接飼喂；其中一部分餐廚垃圾還被非法用來提煉地溝油。2012年，中國(guó)固廢網(wǎng)統(tǒng)計(jì)報(bào)道[2]中國(guó)餐廚垃圾的處理能力為8200 t·d-1，其中僅10%為有效處理。

餐廚垃圾具備產(chǎn)生量大、含水量高、有機(jī)物含量高的特點(diǎn)[3]。因此，餐廚垃圾的資源化利用日益受到重視，前景看好。餐廚垃圾資源化利用不僅能夠降低生活垃圾的處理成本，還能夠產(chǎn)生有用的能源或資源，對(duì)于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 餐廚垃圾的處理現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外餐廚垃圾的處理技術(shù)主要是焚燒、填埋、機(jī)械破碎、脫水飼料化、真空油炸飼料化等。

1.1 焚燒

焚燒是在高溫條件下將垃圾燃燒，一般所需要溫度1000 ℃以上，可將垃圾中的有機(jī)成分氧化分解，焚燒后固體減量50%～80%。焚燒產(chǎn)生的熱量可以回收，用來發(fā)電和供暖。但燃燒所要達(dá)到的熱值為5000 KJ·kg-1。餐廚垃圾含水量高，很難達(dá)到該燃燒值。因此常采用添加燃料(如煤炭)的輔助燃燒法，采用該措施會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵和有害氣體，污染環(huán)境，破壞生態(tài)，浪費(fèi)資源，經(jīng)濟(jì)性差。同時(shí)，焚燒場(chǎng)的投資較大，維護(hù)費(fèi)用也很高。一種高效、環(huán)保、產(chǎn)值高的先進(jìn)技術(shù)——高溫等離子電弧汽化發(fā)電技術(shù)正得到一些先進(jìn)國(guó)家(如日本、加拿大和美國(guó))的應(yīng)用[4]。

1.2 填埋

填埋是將垃圾埋入一些天然的或人為挖掘的土坑內(nèi)，通過微生物的作用降解其中的生物大分子。但在填埋過程中會(huì)產(chǎn)生滲濾液，如不建設(shè)滲濾液處理系統(tǒng)，會(huì)造成土壤和地下水的污染。填埋后會(huì)產(chǎn)生沼氣，污染大氣，并有可能引起爆炸。同時(shí)，資源無法實(shí)現(xiàn)再利用，大量土地還要被占用，用地緊張的國(guó)家和地區(qū)不適合于采用此方法。如韓國(guó)在2008年的衛(wèi)生填埋率僅為20%，而在1994年衛(wèi)生填埋率曾高達(dá)81%[5]，目前已頒布法令禁止餐廚垃圾填埋處理[6]。通過垃圾有機(jī)物含量來限制填埋處理垃圾在歐盟、美國(guó)和日本等國(guó)家均有了相關(guān)政策。

1.3 垃圾粉碎處理

垃圾粉碎處理是采用食物垃圾處理機(jī)將家庭中產(chǎn)生的餐廚垃圾粉碎成直徑較小的顆粒后排入下水道。最終通過污水處理系統(tǒng)來處理粉碎后的食物垃圾。該種處理方法簡(jiǎn)單，操作容易，但沒有實(shí)現(xiàn)資源化有效利用，容易堵塞管道，還增加了城市污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。目前有的國(guó)家很多地區(qū)已禁止使用該方法處理食物垃圾。

1.4 飼料化

日本政府將餐廚垃圾無害化處理后得到的飼料稱為“Ecofeed”(生態(tài)飼料)[7]。生態(tài)飼料的制備方法主要是： 1)微貯：通過乳酸菌發(fā)酵保證飼料的安全[8]； 2) 干飼料：通過抽真空、煮沸、高溫發(fā)酵或直接高溫處理進(jìn)行干燥獲得干飼料[9]； 3)單細(xì)胞蛋白：通過酵母菌發(fā)酵獲得菌體蛋白[10]。該方法工藝簡(jiǎn)單，投資小，回報(bào)率高。但存在潛在的食物鏈風(fēng)險(xiǎn)，疾病傳染率高，目前還缺乏相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與生產(chǎn)規(guī)范。

2 餐廚垃圾的資源化利用進(jìn)展

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外餐廚垃圾資源化利用的手段主要包括厭氧消化產(chǎn)甲烷、產(chǎn)氫及好氧堆肥等。

2.1 好氧堆肥

好氧堆肥處理是在有氧的條件下，將餐廚垃圾置于地面或?qū)ｉT的發(fā)酵裝置中，通過添加細(xì)菌、真菌等堆肥菌劑或在物料本身所含微生物的作用下分解有機(jī)物，經(jīng)過高溫發(fā)酵后實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾無害化、資源化的過程。餐廚垃圾含較高的有機(jī)質(zhì)、易于降解、無毒、微生物可利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)全面等特點(diǎn)使其適宜于堆肥化處理。傳統(tǒng)堆肥物料與餐廚垃圾所含營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)比見表1。由表可見，餐廚垃圾所含的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀均高于多數(shù)的傳統(tǒng)堆肥原料指標(biāo)，特別在目前國(guó)家出臺(tái)了有機(jī)肥的最新標(biāo)準(zhǔn)“中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-有機(jī)肥料(NY525-2012)”中要求有機(jī)質(zhì)含量需達(dá)到45%以上的要求下，采用高含量有機(jī)質(zhì)的餐廚垃圾作為堆肥原料更突顯其優(yōu)勢(shì)。

在目前倡導(dǎo)發(fā)展少施化肥，大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)的今天，利用餐廚垃圾生產(chǎn)有機(jī)肥有著良好的發(fā)展前景。該方法操作容易，成本較低，但餐廚垃圾的含水率高、鹽分含量高的特點(diǎn)限制了堆肥處理的應(yīng)用；另外，堆肥發(fā)酵周期較長(zhǎng)，若不在密閉的環(huán)境中發(fā)酵，還將產(chǎn)生惡臭性氣體，造成二次污染。目前國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)針對(duì)餐廚垃圾堆肥過程中存在的問題，開展了可實(shí)現(xiàn)快速發(fā)酵餐廚垃圾的處理機(jī)和耐高鹽、高油脂條件的堆肥菌劑的研究。餐廚垃圾通過添加菌劑和應(yīng)用餐廚垃圾處理機(jī)可在8 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)無害化[11]。

表1 傳統(tǒng)堆肥物料與餐廚垃圾所含成分對(duì)比

注：堆肥物料營(yíng)養(yǎng)成分含量均以干基計(jì)。

2.2 蚯蚓堆肥

蚯蚓堆肥是將蚯蚓引入到好氧堆肥過程中，通過蚯蚓自身的酶系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的無害化，可在很大程度上解決好氧堆肥過程中產(chǎn)生臭氣的問題，繁殖出來的蚯蚓可作為良好的藥材或飼料來應(yīng)用。但蚯蚓堆肥過程中，環(huán)境條件的要求較高，要為蚯蚓的生長(zhǎng)提供適合的環(huán)境條件。另外，餐廚垃圾高鹽、高油脂等特點(diǎn)的復(fù)雜性，也限制了蚯蚓堆肥處理措施的應(yīng)用。

2.3 生產(chǎn)生物柴油

生物柴油是通過酯交換反應(yīng)將動(dòng)植物油脂轉(zhuǎn)為低碳酯類物質(zhì)如脂肪酸甲酯[15]。生物柴油的生產(chǎn)是將餐廚垃圾生產(chǎn)出的地溝油與甲醇反應(yīng)后蒸發(fā)提純獲得。工藝流程見圖1。生物柴油可以做為傳統(tǒng)柴油的有效補(bǔ)充，在現(xiàn)有的柴油機(jī)上均可使用，是一種優(yōu)質(zhì)能源。但其目前的生產(chǎn)成本及價(jià)格還無法與石化柴油相競(jìng)爭(zhēng)，生物柴油的進(jìn)一步發(fā)展還需要在垃圾收集、生物柴油生產(chǎn)、銷售及使用等環(huán)節(jié)得到國(guó)家的進(jìn)一步支持。

圖1 生物柴油工藝流程

2.4 厭氧消化產(chǎn)氫

隨著石化燃料的日漸減少及其使用過程中對(duì)大氣造成的嚴(yán)重污染，利用餐廚垃圾進(jìn)行生物制氫，生產(chǎn)出清潔能源氫氣，變廢為寶，不但可以緩解石化燃料日益枯竭的問題，還可以有效解決餐廚垃圾帶來的污染問題。餐廚垃圾成份復(fù)雜，含有較高的有機(jī)質(zhì)，N，P，K及大量的微量元素，是較好的產(chǎn)氫原料。Lay[16]等研究脂肪類(雞皮和肥肉)、淀粉多糖類(土豆和米飯)、蛋白質(zhì)類(瘦肉和雞蛋)等不同組成成分的餐廚垃圾，在相同的條件進(jìn)行產(chǎn)氫發(fā)酵，結(jié)果顯示脂肪類、蛋白質(zhì)類餐廚垃圾的產(chǎn)氫能力僅是淀粉類垃圾的產(chǎn)氫能力1/20。不同種類的餐廚垃圾產(chǎn)氫條件及產(chǎn)氫潛力見表2。可見，不同的餐廚垃圾產(chǎn)氫的能力差距較大，與底物的特性直接相關(guān)。

表2 不同餐廚垃圾產(chǎn)氫效果

2.5 厭氧消化產(chǎn)甲烷

沼氣是以甲烷為主的混合氣體，甲烷的體積分?jǐn)?shù)一般為50%～70%，其余為CO2和少量其他氣體。甲烷能夠被用作燃料，有較高的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。餐廚垃圾厭氧消化是在密閉的厭氧發(fā)酵設(shè)備中，通過兼性和厭氧微生物的分解代謝作用將大分子的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷的過程。將餐廚垃圾通過厭氧發(fā)酵可以產(chǎn)生甲烷氣體和沼液、沼渣，發(fā)酵環(huán)境密閉，不會(huì)對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生污染，是一種環(huán)境友好型的處理方式。余益輝[21]等研究了固相餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷特性，結(jié)果表明，餐廚垃圾的產(chǎn)甲烷潛力分別為567.57 mL·g-1TS。厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)雖可產(chǎn)生大量的沼氣能源，但工程前期的投入比較大，操作技術(shù)要求比較高。

3 結(jié)論和建議

餐廚垃圾的資源化利用對(duì)于生活垃圾的減量化、無害化和資源化發(fā)展具有極大的推動(dòng)作用，通過資源化利用并形成產(chǎn)業(yè)，既能減少自然資源的消耗，緩解資源和能源與發(fā)展的供需矛盾，又能減少環(huán)境污染，改善環(huán)境質(zhì)量，維護(hù)生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，形成環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的良性循環(huán)，這對(duì)于我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前我國(guó)餐廚垃圾的資源化處理還存在一些問題。如由于經(jīng)費(fèi)不足，相關(guān)部門沒有能力對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行專業(yè)收運(yùn)，餐廚垃圾收集難；餐廚垃圾含雜率高，致使多數(shù)餐廚垃圾處理設(shè)施不能正常運(yùn)行；處理技術(shù)尚未成熟，堆肥產(chǎn)品品質(zhì)低，厭氧消化沼渣沼液難處理等。

餐廚垃圾作為資源性廢棄物，不同處理方式均有利弊。在資源日趨緊張的今天，如何資源化利用是其發(fā)展的方向，填埋、焚燒等破壞資源的處理方式必將終結(jié)。倡導(dǎo)節(jié)約，減少餐廚垃圾的產(chǎn)生量；垃圾分類收集，因地制宜，多元化處理；政策支持，鼓勵(lì)資源化處理餐廚垃圾企業(yè)的快速發(fā)展；從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一。

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Status and Development of Resource Processing Technologies of Food Waste /

BI Shao-jie1, HONG Xiu-jie2, HAN Xiao-liang2, GAO Ya-mei1, YAN Lei1, WANG Wei-dong1, WANG Yan-jie1/

(1. College of Life Science and Technology, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2. Commission of Agriculture of Daqing City, Daqing 163000, China)

The resource processing technologies of food waste, including composting, biodiesel production, and anaerobic fermentation producing hydrogen or biogas，were reviewed.The process characteristics and existing problems were also presented, and the future development dealing with food waste were prospected.

food waste； composting； feed stuff； anaerobic fermentation

2016-01-11

項(xiàng)目來源： 國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2013BAD21B01；2012BAD12B05-3)； 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)成、引進(jìn)人才科研啟動(dòng)計(jì)劃(XDB2015-26)； 黑龍江省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目(2012TD006)； 黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目(GZ11B108；GC12B306)； 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(YJSCX2015-Y55)

畢少杰(1990- ), 男, 碩士, 研究方向?yàn)樯镔|(zhì)資源開發(fā)利用, E-mail: bishaojie1990@163.com

王彥杰，E-mail: wangyanjie1972@163.com

S216.4; X705

A

1000-1166(2016)02-0058-04