餐廚垃圾處理工藝及裝置發(fā)展現(xiàn)狀與展望

李晶 李宇聰

隨著國民經(jīng)濟收入大幅增長，餐飲食品行業(yè)迎來爆發(fā)式增長，人們在日常飲食、食品生產(chǎn)加工等過程中產(chǎn)生的殘羹剩炙及過程廢棄物數(shù)量直線上升。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2011-2015年間，我國平均每年產(chǎn)生的餐廚垃圾約為8684萬噸，而到了2019年，我國產(chǎn)生的餐廚垃圾量達到了1.2億噸，而且未來幾年還會繼續(xù)攀升。在可持續(xù)發(fā)展、資源最大化利用的理念支持下，餐廚垃圾處理工藝飛速發(fā)展，本文介紹了多種常規(guī)及新型餐廚垃圾處理工藝，并簡述了餐廚垃圾處理設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀。

一、常規(guī)餐廚垃圾處理工藝

餐廚垃圾的組分對后續(xù)垃圾處理工藝有較大影響，我國居民飲食偏向于高油高鹽食物，餐廚垃圾中油脂、鹽分、有機物等含量較高，導(dǎo)致餐廚垃圾在短時間內(nèi)易腐壞，滋生細菌、病蟲害，因此餐廚垃圾在運輸及處理上需保證時效性及安全性。我國餐廚垃圾處理應(yīng)走無害化、資源化路線，將油脂、有機物等循環(huán)利用，下面介紹我國常用的幾種餐廚垃圾處理工藝。

1.填埋、焚燒與破碎。在我國大部分地區(qū)，垃圾分類工作還不夠完善，往往是所有垃圾混合運輸。填埋，即將餐廚垃圾與其他生活垃圾混合壓縮后填埋至地下，填埋地點通常選在城市郊區(qū)，以防止垃圾填埋后產(chǎn)生的易燃、有害氣體及滲液對居民造成傷害。此方法簡單、成本低且處理量較大，但對環(huán)境造成的污染久難恢復(fù)。

焚燒，即將餐廚垃圾粗篩之后，添加助燃料投入焚燒爐燃燒處理，但餐廚垃圾水分含量較高，需要足夠的助燃料才能充分燃燒，無形中增加了經(jīng)濟成本，同時會產(chǎn)生二噁英等有毒氣體，會污染環(huán)境，且混合焚燒發(fā)電的回收利用率僅為9%。

破碎，即將餐廚垃圾直接倒入機器中粉碎后排入下水道，這種方法簡單好操作，但處理規(guī)模較小，通常餐廚垃圾粉碎后多為粘稠流體，流動性弱，容易在管道堆積堵塞，還易產(chǎn)生各種微生物引起腐爛異味，同時對污水處理工藝要求較高，廢油脂等無法二次回收利用，不符合垃圾處理資源化理念。

2.厭氧消化。厭氧消化，即將餐廚垃圾置于適宜溫濕度、酸堿度的無氧或低氧環(huán)境中，利用厭氧微生物（水解發(fā)酵菌、產(chǎn)甲烷菌等）將餐廚垃圾中的有機物降解為甲烷、二氧化碳、氫氣等可二次利用的物質(zhì)資源，基本實現(xiàn)無害化、資源化處理餐廚垃圾。厭氧消化前需對餐廚垃圾進行打碎、分離預(yù)處理，打碎粒度應(yīng)小于10mm，且環(huán)境條件變化對反應(yīng)過程影響較大，現(xiàn)在大多將水解發(fā)酵和甲烷菌反應(yīng)過程分別置于兩個串聯(lián)裝置中，以保證穩(wěn)定的處理效果。目前厭氧消化工藝研究相對成熟，已逐步應(yīng)用于部分城市餐廚垃圾處理。

3.好氧生物處理（好氧堆肥）。好氧生物處理，即將餐廚垃圾預(yù)處理后，在有氧環(huán)境中利用好氧微生物將餐廚垃圾中有機物降解為生化腐殖酸，腐殖酸經(jīng)轉(zhuǎn)化后可作為肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，必要時可加入秸稈、糞便等有機廢棄物或微生物菌劑促進反應(yīng)，從而提高堆肥效率。好氧堆肥工藝流程簡單、對環(huán)境條件要求不高、運行費用低，但所需時間周期長、占地面積大，餐廚垃圾組分情況對堆肥效果影響較大。

4.飼料化。飼料化，即將餐廚垃圾進行加工處理后生成禽畜飼料，加工處理方式一般分為篩雜、脫水、脫油、高溫干燥、研磨制粒幾步，餐廚垃圾中的塑料、金屬、玻璃等不可食用物質(zhì)若沒有清除干凈，或高溫加熱不徹底，沒有完全消滅餐廚垃圾中的病原菌，人類食用飼料飼養(yǎng)的禽畜肉后易攝入有害物質(zhì)，影響健康，所以飼料化處理餐廚垃圾時需按國家標準要求保證成品飼料質(zhì)量。飼料化處理餐廚垃圾的資源回收利用效率可達到80%，在目前常用的幾種處理方式中效率最高。

二、新型高回報化餐廚垃圾處理工藝

首先，我國常規(guī)餐廚垃圾處理時分離出的大量廢油脂可作為制備生物柴油的原料，生物柴油是一種可代替化石燃料的綠色清潔能源。目前大規(guī)模工業(yè)化制備生物柴油技術(shù)以酯交換法為主，根據(jù)廢油脂成分的不同，選擇相應(yīng)的酸或堿性催化劑來完成酯交換過程。在我國生物柴油市場化程度不高的當下，還需政府出臺相關(guān)激勵政策，為生物柴油的生產(chǎn)、銷售各環(huán)節(jié)布好局、鋪好路。

其次，廢油脂還可通過微生物合成一種熱塑性較好且可降解的高分子聚酯，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料，減少塑料對環(huán)境的污染，目前此技術(shù)還在研究階段，未大規(guī)模投產(chǎn)。而廢油脂的利用，也從根本上杜絕了“地溝油”等非法利用問題。

再次，餐廚垃圾還可制備乙醇及氫燃料，通過酶水解糖化和發(fā)酵反應(yīng)將餐廚垃圾中的淀粉、糖類、脂肪等各種有機物轉(zhuǎn)化為乙醇燃料，厭氧發(fā)酵法獲得甲烷的同時也會產(chǎn)生部分氫氣，對這部分氫氣進行收集，可實現(xiàn)甲烷-氫氣聯(lián)合生產(chǎn)，過程中還可控制反應(yīng)工藝參數(shù)實現(xiàn)氫高回收率。乙醇及氫燃料作為綠色清潔能源在化石能源逐漸枯竭的時代將大有可為，但這方面技術(shù)還有待推廣應(yīng)用。

最后，由于餐廚垃圾中蛋白質(zhì)、糖分含量較高，可作為昆蟲養(yǎng)殖飼料，研究發(fā)現(xiàn)黑水虻這種喜食腐生性物質(zhì)且耐高油高鹽的昆蟲可大量消耗餐廚垃圾，黑水虻成長周期較短、自身營養(yǎng)豐富，成蟲可作為其他禽畜、水產(chǎn)動物飼料使用，簡單、輕松實現(xiàn)了餐廚垃圾的循環(huán)化利用，但弊端在于昆蟲培育安全性欠佳，耗費人力，目前還無法大批量自動化養(yǎng)殖。餐廚垃圾利用固態(tài)發(fā)酵的方法還可得到蛋白飼料，可代替大豆粉、魚粉，但此蛋白飼料中可能含有餐廚垃圾中同源性污染源，例如致病菌等，有一定食品安全風險，因此這一技術(shù)目前也未大規(guī)模工程化應(yīng)用。

三、餐廚垃圾處理裝置簡述

餐廚垃圾處理設(shè)備可分為小型家用裝置和大型工程用裝置，小型家用裝置常見有廚下垃圾處理器，其體積小巧、處理速度較快，可直接安裝在廚房洗菜池下水管口，將廚余垃圾打碎研磨后排入污水管。不過，這種垃圾處理器對污水管的維護管理及終端污水的處理技術(shù)要求較高，目前在我國的普及度比較低。國外還有一種小型家用餐廚垃圾處理機，利用高溫烘干或加入微生物菌使餐廚垃圾降解為肥料，可用于園藝花草施肥，但該機器的處理量偏小，所需處理時間較長。

大型工程用餐廚垃圾處理裝置通常采用預(yù)處理與厭氧消化、好氧堆肥或飼料化結(jié)合的工藝，收運來的餐廚垃圾通過自動送料設(shè)備送至粗分選、精分選設(shè)備、三相分離設(shè)備先進行預(yù)處理，篩分出塑料、陶瓷、玻璃等無法參與后續(xù)流程的固體廢渣和廢油脂。分選設(shè)備可將破碎機、螺旋輸料機、液壓泵、變頻電機、三相分離器及離心泵等組合使用;篩分后的餐廚垃圾送入發(fā)酵容器，根據(jù)地域特點和餐廚垃圾組分選擇不同的處理方式，調(diào)整適宜的工藝參數(shù)，如溫濕度、酸堿度等，最終收集甲烷氣體、肥料或飼料，并將過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水按國家標準要求處理后排放。大型餐廚垃圾處理設(shè)備往往占地面積、建設(shè)規(guī)模較大，目前在部分大中城市有試點項目，最大處理量約為400t/d。大型餐廚垃圾處理裝置生產(chǎn)流程如圖1所示。

四、結(jié)論與展望

雖然近年來我國開發(fā)出了多種新型餐廚垃圾回收處理工藝，豐富了終端產(chǎn)物品種，但很多工藝技術(shù)還無法實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，存在一定局限性，有待進一步研究。目前餐廚垃圾處理設(shè)備裝置還未在全國范圍內(nèi)普及，垃圾資源化處理速度仍落后于產(chǎn)生速度，未來可在餐廚垃圾處理設(shè)備高效化、人工智能化方面進行研究，以降低成本、提高質(zhì)量，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。同時，應(yīng)加大垃圾分類宣教，形成全民共識，并制定相關(guān)法律管理條例，推出相應(yīng)政策及措施，大力推動城市垃圾分類及餐廚垃圾處理設(shè)施試點項目。

作者簡介：李晶（1991-），女，陜西西安人，碩士研究生，實驗師，研究方向為過程裝備與控制工程。

李宇聰（2001-），男，遼寧沈陽人，本科在讀，研究方向為機械設(shè)計制造及自動化。