淺談家庭廚余垃圾處理器技術(shù)及其對排水系統(tǒng)的影響

林艷雯

（廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

廚余垃圾主要指日常生活中容易變質(zhì)腐爛、發(fā)出強(qiáng)烈惡臭，甚至?xí)魅静《九c細(xì)菌的一類垃圾，在結(jié)構(gòu)上，其富含水分、蛋白質(zhì)、脂類，以及多種無機(jī)鹽[1]。

餐廚廢棄物中蘊(yùn)含的養(yǎng)分較多，若處理不及時(shí)、流入自然界，則容易在適當(dāng)高溫和微生物的影響下，出現(xiàn)變質(zhì)腐爛等現(xiàn)象，一方面會(huì)污染周邊環(huán)境，在處理和填埋垃圾的過程中會(huì)因土地資源被占用而浪費(fèi)資源，并且還容易滋生蚊蟲；另一方面，容易引起排水管道堵塞，增大了城市環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)的壓力。

1 家庭廚余垃圾的特征

1.1 生化特征

家庭廚余垃圾蘊(yùn)含較多的鹽、油脂和較高濃度的有機(jī)物，這是其較為突出的生化特性。與此同時(shí)，其內(nèi)部70%～80%的含水率為采集、搬運(yùn)和管理造成了較大的困難。廚余垃圾內(nèi)部蘊(yùn)含較高的有機(jī)物，在其固體物質(zhì)中，有機(jī)物含量占比約為93%，同時(shí)蘊(yùn)含較多的營養(yǎng)成分，如氮磷鉀等。不僅如此，廚余垃圾還含有較高的鹽類與油脂類，現(xiàn)有科研結(jié)果顯示，在廚余垃圾干燥物中，粗脂肪占比可以達(dá)到28.82%，氯化鈉占比高達(dá)1.239%。此外，若廚余垃圾未得到及時(shí)的處理，在快速發(fā)臭腐爛的同時(shí)容易形成病毒，并引起病菌的傳染。

1.2 處理目標(biāo)

家庭廚余垃圾的處理目標(biāo)主要是減量化和資源化，要根據(jù)處理目標(biāo)的不同要求使用不同的處理技術(shù)。家庭廚余垃圾的資源利用化期望獲得毫無雜物、健康肥料成分較高的產(chǎn)物，而減量化則期望降低家庭廚余垃圾的外排量。故家庭廚余垃圾處理技術(shù)通常綜合考慮減量化與資源利用化兩種主要目標(biāo)，但有時(shí)候兩種主要目標(biāo)并不能很好地結(jié)合，因此造成了工藝技術(shù)適用范圍局限，所以人們在設(shè)計(jì)家庭廚余垃圾裝置時(shí)，常常對處理主要目標(biāo)有所偏重。

1.3 處理尺度

處置廚余垃圾的處理場所并不是唯一的，通?？稍谏鐓^(qū)和末端廢物肥處置廠、厭氧發(fā)酵制備廠中處置。需探究堆肥有害重金屬物質(zhì)濃度，對比分析了4類處置工藝技術(shù)：①將垃圾內(nèi)部蘊(yùn)含的塑料成品、惰性玻璃等去除后，粉碎垃圾。②通過篩選混合后的垃圾，確定有機(jī)物堆肥，確保所選對象具有容易發(fā)酵的特點(diǎn)。③混合垃圾堆肥。④分類收集，居民將生活廢棄物中的有機(jī)質(zhì)獨(dú)立區(qū)分開來。經(jīng)研究證明，如果廚余垃圾更早被獨(dú)立區(qū)分開，其堆肥處置產(chǎn)物中殘留的有色重金屬污染物質(zhì)濃度就會(huì)更低。與混合垃圾相比，廚余垃圾造成的重金屬污染濃度較低。家庭在堆肥處理廚余垃圾的過程中，得到的有機(jī)肥料具有較高的資源化價(jià)值[2]。

2 小型餐廚垃圾處理設(shè)備的研究目的與意義

全球平均一年就會(huì)產(chǎn)生約4.9億t的廚余垃圾，僅中國一年就會(huì)產(chǎn)生1.5億t的廚余垃圾，而且廚余垃圾的數(shù)量仍以很快的速率在逐年增長。目前，中國較為完善的廢棄物處置模式是填埋、堆肥、焚燒，但是上述廢棄物處置模式在清理廚余垃圾的時(shí)候存在一定的安全隱患，另外中國的市場環(huán)境和技術(shù)水平并未完全成熟，很多垃圾處理廠引入的是外來新技術(shù)，而且缺乏資金的保障與科技的控制，目前已經(jīng)基本處在半停產(chǎn)狀態(tài)，并且上述措施無法對垃圾處理產(chǎn)生立竿見影的作用。

對廚余垃圾處理器進(jìn)行研究，可減小廚余垃圾對環(huán)境造成的污染，同時(shí)避免垃圾處理回收過程中可能造成的二次污染以及回收處置的困難等[3]。因此，根據(jù)中國居民的實(shí)際生活確定具體的研發(fā)方案將有重要的社會(huì)意義。

3 小型餐廚垃圾處理設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 餐廚垃圾處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

餐廚廢棄物蘊(yùn)含高濃度的有機(jī)質(zhì)，應(yīng)及時(shí)應(yīng)用現(xiàn)代生物處理技術(shù)對其進(jìn)行處理，可通過發(fā)酵、堆肥等方式實(shí)現(xiàn)無害化、能源化餐廚垃圾的目的，這是當(dāng)前較為有效、安全的處理途徑。整體來看，較為常見的生物處理工藝主要包括好氧堆肥、厭氧發(fā)酵與垃圾堆肥，前兩者是中國目前工藝最完善的、在國內(nèi)使用最普遍的兩種生態(tài)處理工藝，在生物處理后，能夠得到一些附加值較高的產(chǎn)物，包括生物氣、有機(jī)肥等。

3.2 餐廚垃圾處理設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

3.2.1 大型生產(chǎn)線的發(fā)展現(xiàn)狀

在處理廚余垃圾時(shí)經(jīng)常應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)線，從實(shí)踐操作情況來看，餐廚廢棄物處置廠、餐廚垃圾站等發(fā)揮了重要作用，并且在整個(gè)處理過程中，涉及的工藝途徑也較多。經(jīng)過處理后，得到的終端產(chǎn)品包括蛋白質(zhì)養(yǎng)殖飼料、生物有機(jī)肥、沼氣等。生物有機(jī)肥和飼料能夠供應(yīng)農(nóng)業(yè)，從而獲得更健康、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物；沼氣能夠轉(zhuǎn)換為熱力、電力等，并且因?yàn)楣S處理量較大，在分解期間，可以通過統(tǒng)一加工處理廢油的方式得到生物柴油，其特性與石化汽油一樣，并且更環(huán)保、更潔凈。在20世紀(jì)80年代，部分發(fā)達(dá)國家便開始分析和研究再利用和無害化處理廚余垃圾，且通過積極建設(shè)規(guī)范化處理廠的方式做到了專業(yè)化處理餐廚垃圾，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化管理的目標(biāo)。

國內(nèi)近年來對廚余垃圾的無害化和資源化使用越來越關(guān)注。在國家政策的引導(dǎo)下，全國各地積極建設(shè)廚余垃圾處理設(shè)施，經(jīng)過不斷努力后，已形成一定規(guī)模，山東省投入15.28億元在“十二五”期間建設(shè)了17項(xiàng)相關(guān)設(shè)施；北京市在奧運(yùn)會(huì)時(shí)期建設(shè)了南宮廢物水處理站，日處理量達(dá)200 t，廚余垃圾經(jīng)處置后，可用作堆肥等加工原料[4]。

3.2.2 小型餐廚垃圾處理設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

從實(shí)際運(yùn)營來看，因生產(chǎn)線規(guī)模較大，所以暴露出了一些問題。小型餐廚垃圾處理裝置可實(shí)現(xiàn)就地解決，有效縮短運(yùn)輸時(shí)間，從而解決大規(guī)模生產(chǎn)線能耗高、運(yùn)營費(fèi)用高、占地面積大、無法持續(xù)運(yùn)行等問題。

隨著餐廚垃圾處理設(shè)備的不斷發(fā)展，小型設(shè)備基本可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)目標(biāo)，多數(shù)小型設(shè)備具有運(yùn)行簡易、結(jié)構(gòu)小巧等特征。在處理廚余垃圾后，因?yàn)槌隽狭亢统隽铣煞钟兴町?，故而可將處理設(shè)備劃分為兩大類：一類為減量型處理設(shè)備，在廚余垃圾的預(yù)處理中混入生物催化劑，通過攪拌讓廢物中的細(xì)菌活性化，將垃圾分解為二氧化碳和水；另一類是資源型處理設(shè)備，其既能確保垃圾的資源性質(zhì)，又可實(shí)現(xiàn)減量化目標(biāo)，不僅如此，在可控堆肥、高效菌種的條件下，也可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)處理目標(biāo)。

從國外方面來看，美國在廚余垃圾的處理上引入的是原位處理方式，將垃圾埋在家中或院子中進(jìn)行降解處理。日本在社區(qū)配備了家庭生化處理設(shè)備，住戶需要把餐廚垃圾送至社區(qū)處理設(shè)備處置；在高速發(fā)酵工藝處理設(shè)備中，日本學(xué)者又引入了新生態(tài)科學(xué)技術(shù)，以此開發(fā)出一種新的復(fù)合劑，即固體活性生物復(fù)合劑，在-5～100℃中，可高速降解廚余垃圾，將垃圾轉(zhuǎn)化為少量灰質(zhì)、水和二氧化碳，降解效率高達(dá)95%。

從國內(nèi)方面來看，我國學(xué)者深入分析了生活垃圾中復(fù)合微生物菌劑的利用條件和效果，并開發(fā)了一款高為1.3 m、直徑為0.5 m的新型翻轉(zhuǎn)式堆肥反應(yīng)裝置，該設(shè)備具備自控程度高、進(jìn)料簡易便捷、混合均勻等多項(xiàng)優(yōu)勢。北京九次方公司生產(chǎn)的商用類餐廚垃圾處理設(shè)備（140 cm×70 cm×120 cm）處置容量為300 kg，利用物理原理對廚余垃圾進(jìn)行粉碎、深度脫水等處理，大大降低泔水的含水量和容積，并完成了油水分離，同時(shí)還對分解出的油和渣集中資源化利用；在垃圾處理成本上，每噸垃圾的處理成本為5萬～8萬元左右，源頭的減量率在70%～85%，有效降低處理成本和物流耗損。

4 餐廚垃圾處理設(shè)備目前存在的問題

就目前餐廚垃圾處理設(shè)備的使用狀況來看，無論是大規(guī)模生產(chǎn)線設(shè)備還是小處理裝置均面臨存在的問題。

4.1 大型餐廚垃圾處理生產(chǎn)線存在的問題

大型的餐廚垃圾生產(chǎn)線對餐廚廢棄物等有機(jī)垃圾能實(shí)現(xiàn)徹底的無害化處置，且資源回收與再利用效益較高，但面臨著如下困難。

（1）從采集到處置的時(shí)間較長。首先必須回收散落在各處的餐廚廢棄物，之后再統(tǒng)一加以處置，運(yùn)輸成本高，且由于廚余垃圾水分高，運(yùn)輸中常會(huì)出現(xiàn)遺灑、滲漏等情況，進(jìn)而引發(fā)污染環(huán)境的情況。在搬運(yùn)廚余垃圾時(shí)，一般還會(huì)出現(xiàn)許多有害細(xì)菌，需要采取烘干、高溫蒸煮等方式滅菌，故而提高了設(shè)施運(yùn)營成本。

（2）垃圾集中處理的要求較高。一旦缺乏處理廚余垃圾的原材料，將導(dǎo)致處理工廠無法正常運(yùn)作。對于生產(chǎn)線而言，處理的廚余垃圾無論是20 t還是200 t，其開機(jī)后的運(yùn)營時(shí)間與成本基本相同，而實(shí)際產(chǎn)量卻相差懸殊，且隨著開機(jī)頻率不斷增加，損失也越來越大。在地方政府建設(shè)的大型生產(chǎn)線上，常會(huì)因?yàn)橥度氲膹N余垃圾規(guī)模較大，進(jìn)而導(dǎo)致停工情況發(fā)生。

（3）大型工廠還面臨著設(shè)備費(fèi)用高、占用面積大、處理時(shí)間長、維護(hù)費(fèi)和管理費(fèi)高問題。

4.2 小型餐廚垃圾處理設(shè)備存在的問題

盡管小型餐廚垃圾處理設(shè)備相較于大規(guī)模餐廚垃圾處理生產(chǎn)線占地面積大幅縮小，裝置的運(yùn)作費(fèi)用和能耗大大減少，運(yùn)送時(shí)效提高，但在目前的應(yīng)用過程中還是面臨著若干問題。

（1）廚余垃圾處理程度不高，這是因?yàn)橄鄳?yīng)的處理裝置導(dǎo)致可處理的容積受到一定限制，因?yàn)檠b置內(nèi)可投入的廚余垃圾有限，所以若投入的垃圾過多，裝置會(huì)在第一時(shí)間排出，因此垃圾腐熟度無法達(dá)到預(yù)期程度，這對后續(xù)處理會(huì)產(chǎn)生一定的影響[5]。

（2）設(shè)備不具備較強(qiáng)的廚余垃圾微生物菌種處理能力。由于我國幅員遼闊，且各地文化、生活習(xí)慣等具有很大差異，因此不同區(qū)域的廚余垃圾的成分和性質(zhì)不同，這導(dǎo)致微生物處理方式有所差異。另外，我國至今尚未開發(fā)出可廣泛運(yùn)用且具有高效果的廚余垃圾處理菌劑。

（3）油水分離裝置得不償失。一般油脂處理回收裝置的處理量達(dá)到50～200 t以上方可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，因此比較適合大型的集中處理廠使用，但現(xiàn)階段，在小型處理裝置上加裝油水分離裝置是一件得不償失的事情[6]。

5 新型餐廚垃圾處理器的發(fā)展方向

基于廚余垃圾處理的問題和特殊性，在處理設(shè)備的開發(fā)與升級(jí)上，近年來開始朝著自動(dòng)化、小型化方向不斷前進(jìn)。小型化設(shè)備可以根據(jù)不同的廚余垃圾產(chǎn)生場景，得到最佳的餐廚廢棄物處理方案，能夠最大限度采用低能耗、零排放的技術(shù)實(shí)現(xiàn)廚余垃圾資源化處理和再利用。

生物厭氧發(fā)酵處理是近年來餐廚垃圾處理設(shè)備的首選技術(shù)方法，但在發(fā)酵過程中生成的氨基酸等有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過細(xì)菌的分解后形成的臭味使人們對于將小型設(shè)備設(shè)置于室內(nèi)餐飲業(yè)廚房、家庭廚房望而卻步。粉末活性炭對水體的色、氣味有較好的吸附去除效果，內(nèi)置活性炭吸附層可有效去除臭味，有助于小型餐廚垃圾處理設(shè)備的推廣使用。

目前，碳源不足已成為全國城市污水處理廠面臨的重點(diǎn)問題之一，在2021年10月1日實(shí)施的《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）明確提出城鎮(zhèn)已建污水收集和集中處理設(shè)施的分流制排水系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)置化糞池。城市污水處理廠的初沉池、沉砂池等基本可去除粉碎后廚余垃圾的所有非水溶性成分，而溶解性成分氨氮、COD等可在一定程度上解決城市污水處理廠中碳、氮成分比較少的問題，處理水量對污水處理的影響基本可忽略不計(jì)[7]。

6 結(jié)語

廚余垃圾的處理應(yīng)當(dāng)以源頭減量為手段，以資源回收利用為技術(shù)路徑，以節(jié)能減排為宗旨。在來源上，應(yīng)該做到家庭廚余垃圾、餐飲場所廚余垃圾的減量化；在處理產(chǎn)業(yè)模式上，應(yīng)促進(jìn)無害化副產(chǎn)品的使用，如處理后的出料可用作家畜和寵物飼料，以及花草樹木等的養(yǎng)料；在政策上，我國要制定與健全各種法律政策和規(guī)章制度，以實(shí)現(xiàn)資源回收再利用的目標(biāo)。