餐廚垃圾處理現(xiàn)狀及其熱解技術(shù)研究進(jìn)展

姚麗銘，王亞琢，范洪剛，顧菁，袁浩然，陳勇

（1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物質(zhì)工程研究院，廣東 廣州 510642；2 中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣東 廣州 510640；3 廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活品質(zhì)的快速提高，食物供應(yīng)越發(fā)充足和豐富，隨之產(chǎn)生了大量餐廚垃圾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國、日本和韓國等發(fā)達(dá)國家，每年丟棄624 萬～3500 萬噸餐廚垃圾，泰國、越南和馬來西亞等發(fā)展中國家每年產(chǎn)生440萬～712萬噸餐廚垃圾；中國餐廚垃圾年產(chǎn)生量巨大，約19500 萬噸[1]。餐廚垃圾是指酒店、飯館、企事業(yè)機(jī)關(guān)飯?zhí)玫犬a(chǎn)生的餐飲垃圾，以及居民日常生活產(chǎn)生剩菜剩飯等廚余垃圾，其主要成分包括大米和面粉類食物殘余、蔬菜、動植物油脂、魚、肉骨等。受飲食習(xí)慣、城市經(jīng)濟(jì)水平等因素的影響，不同地區(qū)餐廚垃圾的成分比例具有較大的差異性，例如川湘地區(qū)餐廚垃圾中花椒、辣椒皮等含量較高，而粵閩地區(qū)餐廚垃圾中糖分含量較高[2]。從化學(xué)組成上看，餐廚垃圾含有大量有機(jī)物，如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)和脂類等，且具有較高的含水量，極易腐蝕、變質(zhì)并滋生病原微生物[3]，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，腐爛產(chǎn)生臭氣、病原體等也將危害人類健康[4]，因此，亟需對餐廚垃圾進(jìn)行有效處理。

經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，國內(nèi)外已開發(fā)了多種餐廚垃圾處理技術(shù)。根據(jù)我國綠色環(huán)保的要求，餐廚垃圾處理有三大原則：無害化、減量化和資源化。在保證處理過程無害化的基礎(chǔ)上提高減量化和資源化的效果[5]。我國在餐廚垃圾處理的技術(shù)研究起步較晚，雖多種處理技術(shù)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，但無法完全滿足無害化、減量化和資源化的環(huán)保要求。因此，亟需開發(fā)適合我國國情和環(huán)保要求的餐廚垃圾處理技術(shù)，解決我國餐廚垃圾環(huán)境污染問題，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。本文首先介紹餐廚垃圾主要處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，重點(diǎn)評述了餐廚垃圾熱解處理的技術(shù)優(yōu)勢，提出未來發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景，為我國餐廚垃圾無害化、減量化和資源化處理提供參考。

1 國內(nèi)外餐廚垃圾處理技術(shù)

目前，餐廚垃圾處理技術(shù)主要包括焚燒、衛(wèi)生填埋、好氧堆肥、厭氧發(fā)酵和熱解等。因餐廚垃圾含水率高、組成復(fù)雜，直接處理效率低、成本高，常對餐廚垃圾進(jìn)行預(yù)處理，以提高效率、降低成本。

1.1 垃圾預(yù)處理

生活垃圾中包含干垃圾和濕垃圾，其中干垃圾體積大、質(zhì)量輕、含水率低，具有較高的熱值，而濕垃圾絕大部分為餐廚垃圾，質(zhì)量重、含水率高，直接處理效率低、成本高，需要進(jìn)行預(yù)處理[6]。預(yù)處理主要作用是將后續(xù)核心處理所需要的有效成分分離出來[7]。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，我國餐廚垃圾處理技術(shù)可概括為“預(yù)處理+無害化處理+資源化利用”[8]。其中，預(yù)處理的核心工藝包括破碎（防止后續(xù)工藝的設(shè)備堵塞）、分揀（除去非有機(jī)質(zhì)）、固液分離（將油、水與固體分開，降低含水量并提高油的回收率）、粉碎（根據(jù)產(chǎn)品的需求，粉碎程度不同）[9]。

1.1.1 破碎分選

破碎分選主要是對餐廚垃圾初次分選及減小粒徑。通過人工分選、彈跳分選、滾筒分選、風(fēng)選、紅外分選等技術(shù)[10]將骨頭、塑料、玻璃瓶等大粒徑物質(zhì)初次分選出來。常規(guī)原料破碎方式有錘擊式、擠壓式和剪切式。錘擊式是對混合物料進(jìn)行打散和沖壓式破碎；擠壓式是利用輥筒等對物料進(jìn)行擠壓破碎和研磨；剪切式是利用旋轉(zhuǎn)的刀組進(jìn)行剪切破碎[11]。破碎分選流程通常是利用單種或多種破碎方式組合，將餐廚垃圾中大尺寸雜物進(jìn)行破碎，減小粒徑。

1.1.2 固液分離

固液分離是將餐廚垃圾中的固相、水相和油相進(jìn)行分離。一般流程如下：將破碎后的餐廚垃圾送入螺旋擠壓裝置，進(jìn)行初步固液分離，產(chǎn)生的廢液流入儲存罐暫存，固體進(jìn)入壓板抽濾裝置進(jìn)行二次固液分離。二次固液分離產(chǎn)生的廢液和固體同初次固液分離一樣，流入對應(yīng)儲存罐暫存，得到固相和水油混合的液相。液相分離是將廢液儲存罐與離心分離裝置相連，廢液間歇性地進(jìn)入離心分離裝置進(jìn)行離心，離心后的廢液排入油水分離罐靜置，待油水分層后通過油水分離罐下端帶有的自動黏度計(jì)進(jìn)行判別，最后分別通過三通閥排至廢水罐與廢油罐，得到水相和油相。

1.1.3 固渣處理

固渣的后續(xù)處理方式一般包括填埋、熱處理（焚燒、熱解）和生物處理等。其中生物處理方法分為好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、飼料化等，此類技術(shù)受含砂率、含水量、pH 等多種因素影響，且對底物基本要求較高，因此需要對固渣進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理方式可分為物理預(yù)處理、化學(xué)預(yù)處理和生物預(yù)處理等。其中物理預(yù)處理有機(jī)械處理（超聲波、高壓和裂解）、熱處理（濕熱處理、干熱處理）等。化學(xué)預(yù)處理有堿處理、酸處理、臭氧處理等。生物預(yù)處理有生物干化技術(shù)、生物淋濾等。

1.1.4 油脂回收

經(jīng)過三相分離后得到的粗油脂，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，貯藏時(shí)間較長容易產(chǎn)生酸敗現(xiàn)象[12]。粗油脂的回收，可在80～85℃下加熱，后使用離心機(jī)分離，能得到純度達(dá)98%以上的毛油[13]，也可通過脫膠、脫酸、脫色、脫臭工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精煉油脂油品提升[14]。毛油可以作為工業(yè)級混合油進(jìn)行外售[15]及制備生物柴油、生物航空燃料[16]。此外，粗油脂可經(jīng)脫水、過濾、脫色、皂化、鹽析、水洗及干燥定型制得肥皂[17]。

綜上，我國垃圾未達(dá)到精細(xì)化分類，餐廚垃圾預(yù)處理質(zhì)量不高，存在玻璃碎片、塑料薄膜等小尺寸物質(zhì)摻雜不滿足后續(xù)厭氧發(fā)酵進(jìn)料要求等問題，但隨著垃圾分類的推廣和落實(shí)，餐廚垃圾中玻璃碎片、塑料等混雜物減少且化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定，預(yù)處理質(zhì)量將逐步提升，進(jìn)而提升后續(xù)餐廚垃圾處理效果。目前，我國餐廚垃圾處理技術(shù)有衛(wèi)生填埋、焚燒、好氧堆肥、厭氧發(fā)酵和熱解等。

1.2 垃圾處理

1.2.1 衛(wèi)生填埋

餐廚垃圾進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理是指未分選或分選不完全的餐廚垃圾與其他生活垃圾共同進(jìn)入垃圾填埋場進(jìn)行填埋[18]。餐廚垃圾在實(shí)現(xiàn)單獨(dú)收運(yùn)前，多混合于生活垃圾中，并未進(jìn)行有效分離，常通過衛(wèi)生填埋處理，具有成本低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。然而，垃圾填埋場是一個(gè)不穩(wěn)定的環(huán)境，一些害蟲在適應(yīng)垃圾填埋廠的動態(tài)環(huán)境后，將隨著生物鏈給人類健康帶來危害[19]。同時(shí)，衛(wèi)生填埋場需要占用大量的土地資源以及填埋后期產(chǎn)生的滲濾液，對土壤造成不可逆轉(zhuǎn)的二次污染，且填埋過程中釋放的甲烷和二氧化碳等氣體副產(chǎn)品[20]具有加劇全球變暖的風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織FAO （Food and Agricultural Organization）統(tǒng)計(jì)，全世界每年被浪費(fèi)的食物總量約為13億噸，其中45%～80%被丟棄在垃圾填埋場[21]。歐美等發(fā)達(dá)國家在20 年前就已逐步禁止將餐廚垃圾進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理。歐盟在1999 年要求其成員國在未來五年內(nèi)將進(jìn)入填埋場的垃圾量降低至1995 年的75%，且要求最終進(jìn)入填埋場的垃圾有機(jī)物含量控制在5%以內(nèi)[22]。目前，歐盟國家已經(jīng)禁止衛(wèi)生填埋處理餐廚垃圾[23]。從1997 年起，韓國對餐廚垃圾管理政策為減少垃圾量，并從源頭分類收集，擴(kuò)大回收效率。在短時(shí)間內(nèi)，隨著回收利用率迅速增加，填埋量急劇減少。至2005 年已禁止餐廚垃圾直接在垃圾填埋場處置[24]。

在我國地方實(shí)施并落實(shí)餐廚垃圾單獨(dú)收運(yùn)前，未經(jīng)過分選或分選不完全的餐廚垃圾常常與其他城市生活垃圾共同進(jìn)入填埋場。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)[25]，截止到2020 年，我國生活垃圾衛(wèi)生填埋無害化處理廠有644座，占全國無害化處理廠總數(shù)的50%，衛(wèi)生填埋無害化處理能力337848t/d。

因此，根據(jù)我國對餐廚垃圾處理的要求，衛(wèi)生填埋已無法滿足無害化和資源化的處理要求。隨著垃圾分類的落實(shí)，餐廚垃圾從生活垃圾中單獨(dú)收運(yùn)后進(jìn)行專項(xiàng)處理，不再隨著生活垃圾進(jìn)入填埋場。

1.2.2 焚燒

焚燒是指餐廚垃圾中的可燃組分在800～1000℃的高溫下燃燒，釋放出熱量、高溫燃?xì)庖约皻堅(jiān)倪^程[26]。焚燒具有占地面積小、減量化效果好、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)焚燒產(chǎn)生的熱量可進(jìn)行余熱回收，實(shí)現(xiàn)能源化利用。早期焚燒處理廠工藝設(shè)備簡單，處理過程易產(chǎn)生具有污染性的飛灰和一些有毒化合物（如二噁英），直至20世紀(jì)70年代煙氣處理系統(tǒng)的研發(fā)與發(fā)展，焚燒技術(shù)開始逐漸發(fā)展推廣，成為生活垃圾、餐廚垃圾最主要的處理方式。日本是世界上垃圾焚燒廠最多的國家，2017年共有各類垃圾焚燒設(shè)施1103 座，合計(jì)處理能力為1.8×105t/d，其中34%的垃圾焚燒廠都配備垃圾發(fā)電設(shè)施，年發(fā)電量8.2×109kWh[27]；截至2018 年美國建有74 座焚燒廠，日處理量近8.62×104t/d[28]；歐洲2019年垃圾焚燒廠現(xiàn)存量達(dá)到500座，年處理能力2.75×105t/d。國外典型的垃圾焚燒廠如新加坡大士南垃圾焚燒廠，日處理能力3萬噸；被稱作全球最美焚燒廠的丹麥能源之塔，年處理能力35 萬噸，能源利用率達(dá)95%，可為家庭供電供暖[29]。我國垃圾焚燒技術(shù)于20 世紀(jì)80 年代引進(jìn)，并進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。早期餐廚垃圾未單獨(dú)收運(yùn)，主要是混在生活垃圾中共同焚燒，截至2020 年，我國有1287 座生活垃圾無害化處理廠，其中焚燒廠463座，占比35.97%，是我國生活垃圾主要的處理方式。但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國垃圾焚燒技術(shù)研究起步較晚，尚存在多方面的問題：①垃圾焚燒技術(shù)不完善，核心技術(shù)與裝備需由國外引進(jìn)，成本過高；②焚燒過程中產(chǎn)生的飛灰、二噁英等有害物質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)與處理手段匱乏；③我國垃圾未能是實(shí)現(xiàn)較好的分類回收，不可燃組分較多，焚燒處理效益低。

總的來說，焚燒通過高溫能大量減少餐廚垃圾數(shù)量及體積，具有良好的減量化效果，但仍存在污染物控制水平不足、資源化效率較低等問題。另一方面，國家“雙碳”政策也對垃圾焚燒提出了更高的要求，焚燒技術(shù)水平有待進(jìn)一步提升。

1.2.3 好氧堆肥

好氧堆肥是指在有氧條件下，利用微生物對垃圾中有機(jī)質(zhì)進(jìn)行生物降解，最終形成穩(wěn)定高肥力腐殖質(zhì)的過程[30]。餐廚垃圾經(jīng)固液分離后的固體部分富含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)、微量營養(yǎng)物質(zhì)、多種氨基酸、酶類和有益微生物，符合好氧堆肥處理工藝的條件[31]。處理過程中主要依靠餐廚垃圾中的細(xì)菌、放線菌和真菌，并添加好氧堆肥菌劑，使得有機(jī)物中可生物降解的物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)[32]。好氧堆肥一般經(jīng)歷三個(gè)階段：升溫段、高溫段和降溫段[33]。好氧堆肥受含水量、粒徑、環(huán)境溫度、通風(fēng)量等多種因素影響[34]，且具有周期長、效果不穩(wěn)定、肥料質(zhì)量較差，肥料質(zhì)量較差主要是因?yàn)椴蛷N垃圾的高鹽性，且肥料往往成堆儲存或掩埋而不是被利用[35]，回收利用率低。

自1994 年至今，美國主要通過好氧堆肥方式進(jìn)行餐廚垃圾的資源化處理，該方式也是歐洲處理城市有機(jī)固廢的主要方式[23]。日本在2000 年就規(guī)定要回收循環(huán)利用餐廚垃圾，進(jìn)行堆肥處理，2001年規(guī)定再生飼料和肥料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，2003 年制定了相關(guān)完善的法律法規(guī)[36]。截至2015 年，韓國每天產(chǎn)生的食物垃圾中，有33.9%是通過堆肥處理，但只有6.49%被回收用于農(nóng)場，回收率低[37]。我國的現(xiàn)代堆肥技術(shù)發(fā)展始于建國后，隨著對堆肥設(shè)備的研發(fā)，堆肥技術(shù)在我國逐漸普及推廣。但對堆肥技術(shù)研究還不夠充分和完善，尚存在處理效率低、高投資、產(chǎn)品品質(zhì)低等問題[38]。目前，國內(nèi)共111座餐廚垃圾處理設(shè)備，其中有7座使用好氧堆肥技術(shù)，處理能力0.11t/d，能力占比5.2%[39]。

綜上，好氧堆肥能夠?qū)崿F(xiàn)餐廚垃圾資源化利用，但回收利用率低，且好氧堆肥反應(yīng)器在處理過程中存在異味、臭氣且滲濾液難處理等問題[40]，無法滿足無害化和減量化的要求。

1.2.4 厭氧發(fā)酵

厭氧發(fā)酵是通過厭氧微生物在無氧或缺氧的環(huán)境下對餐廚垃圾中的有機(jī)物進(jìn)行降解的過程[41]。該過程一般包括水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個(gè)階段[42]。在降解餐廚垃圾過程中能產(chǎn)生沼氣等可利用能源且可通過油脂回收處理系統(tǒng)收集餐廚垃圾中的粗油脂，粗油脂可作為產(chǎn)品對外銷售[43]。此外，餐廚垃圾還可與其他生物質(zhì)聯(lián)合發(fā)酵，進(jìn)一步改善發(fā)酵效果[44]。

目前，厭氧發(fā)酵作為一種資源利用技術(shù)在食品垃圾管理中得到推廣，尤其是在中國[19]，從2014年至今，建設(shè)餐廚垃圾處理設(shè)施進(jìn)程明顯加快。截止2015 年，全國已建、在建、籌建關(guān)于餐廚垃圾處理廠共有118座，其中有80座是使用厭氧發(fā)酵技術(shù)[39]。與前面介紹的處理技術(shù)相比較，厭氧發(fā)酵技術(shù)在我國使用最廣泛[45]。國外在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域起步較早，20 世紀(jì)60 年代，德國已開始使用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理餐廚垃圾，到90 年代厭氧技術(shù)開始大規(guī)模推廣使用[46]。截止2006 年，歐洲有124 家厭氧消化廠，年總處理規(guī)模430 萬噸，同時(shí)，目前歐洲大約3%的可生物降解固廢采用厭氧處理[23]。

厭氧發(fā)酵工藝復(fù)雜，受溫度、pH、底物性質(zhì)、有機(jī)負(fù)荷、原料、含固量等多種因素的影響[47]。研究表明，餐廚垃圾中只有15%～40%的有機(jī)化合物可用于沼氣生產(chǎn)[48]，且產(chǎn)生的沼氣需要處理后再利用，綜合利用限制條件多。此外，發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼渣沼液需要進(jìn)一步處理才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[49]，無害化處理成本較高。

1.2.5 熱解

餐廚垃圾熱解是將有機(jī)餐廚垃圾在無氧或缺氧的條件下加熱，餐廚垃圾中的有機(jī)物化合鍵在高溫下發(fā)生斷裂，生成氣態(tài)和液態(tài)的小分子物質(zhì)及固態(tài)殘?jiān)倪^程[50]，得到熱解油、可燃性氣體、熱解炭產(chǎn)物。餐廚垃圾含有大量水分，經(jīng)干燥處理后，剩余65%～80%的餐廚垃圾是由有機(jī)物質(zhì)組成，其中固定碳含量為8.7%～16.9%，這意味著它可通過熱解處理轉(zhuǎn)化為固體燃料回收能量[51]。餐廚垃圾經(jīng)熱解產(chǎn)生的熱解氣、生物炭及熱解油皆可經(jīng)處理后進(jìn)行回收利用，極大程度上實(shí)現(xiàn)了資源化利用，且熱解過程塵煙排放量較低，無有害氣體產(chǎn)生，相較于焚燒處理，解決了無害化處理的難題。此外，熱解過程可將餐廚垃圾中的碳固定在固態(tài)殘?jiān)?，可助力我國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

近些年，基于熱解技術(shù)在減量化、無害化和資源化方面的優(yōu)勢，國內(nèi)外皆開展了包括生活垃圾、餐廚垃圾、污泥等固廢的熱解處理技術(shù)研究，已開發(fā)了相應(yīng)的熱解處理設(shè)備。如德國漢堡大學(xué)Kaminsky[52]開發(fā)的流化床熱解氣化爐，熱解溫度區(qū)間為400～800oC，垃圾處理量可達(dá)到1t/h；廣州市醇美環(huán)保科技有限公司[53]應(yīng)用的立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化焚燒爐，通過自身的燃燒氣進(jìn)行供熱，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)處理，處理量為5t/h；加拿大Laval 大學(xué)開發(fā)的連續(xù)式進(jìn)料真空移動床[54]與德國Kassel 大學(xué)開發(fā)的回轉(zhuǎn)窯熱解氣化爐[55]等。目前，我國中小城市垃圾處理方式主要為焚燒和填埋，但受困投資運(yùn)營成本、環(huán)境污染等因素，相應(yīng)的處理設(shè)備及其處理規(guī)模皆有很大的局限性。熱解工藝具有規(guī)模小、投資少、運(yùn)營成本低等優(yōu)勢，能夠廣泛應(yīng)用于中小城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)。因此，在國家致力于提高無害化處理能力的政策支持下，我國熱解技術(shù)快速發(fā)展，已建成多項(xiàng)熱解氣化項(xiàng)目，如：東莞厚街垃圾處理廠，通過熱解氣化再燃燒技術(shù)處置生活垃圾，處理能力達(dá)到4×150t/d；河北霸州勝芳鎮(zhèn)垃圾處理項(xiàng)目，應(yīng)用旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)，垃圾熱解氣用于發(fā)電，熱解炭作為增值產(chǎn)品，處理能力為200t/d[56]。

綜上，垃圾熱解技術(shù)符合我國國情，適用于我國垃圾處置政策，具有非常廣的應(yīng)用前景。但餐廚垃圾熱解技術(shù)仍然存在很大的提升空間。一方面，餐廚垃圾的含水率高，需要在熱解前進(jìn)行預(yù)干燥脫除大量的水分，且熱解過程焦油產(chǎn)率過高，資源化利用困難，熱解氣產(chǎn)量和品質(zhì)不高[57]。另一方面，餐廚垃圾熱解技術(shù)的熱解機(jī)理、條件等的研究不完全，從研究到試驗(yàn)性設(shè)備再到技術(shù)的工程化應(yīng)用還需進(jìn)一步研究與開發(fā)。

2 熱解技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

熱解技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)餐廚垃圾的無害化、減量化和資源化處理，近年來受到了廣泛的關(guān)注與研究，主要的研究領(lǐng)域包括餐廚垃圾的熱解特性、熱解方式和熱解產(chǎn)物利用。

2.1 餐廚垃圾熱解特性

餐廚垃圾成分復(fù)雜、組成多變，其熱解過程是極其復(fù)雜的反應(yīng)過程，熱解條件是直接影響因素，如溫度、升溫速率和停留時(shí)間。不同的溫度條件下，餐廚垃圾熱解程度不同；根據(jù)升溫速率的不同，熱解過程可分為慢速熱解和快速熱解，三相產(chǎn)物產(chǎn)量和組成皆有較大差異；停留時(shí)間的差異同樣影響產(chǎn)物的組成分布。因此，研究者針對餐廚垃圾熱解特性開展了大量的實(shí)驗(yàn)研究。

黃博[57]選取餐廚垃圾分選出來的難降解生物質(zhì)類、骨頭類和塑料類組分作為原料，通過熱重分析儀研究其熱解過程。結(jié)果顯示三種組分的主要失重區(qū)間均在200～500℃，其中難降解生物質(zhì)類從160℃開始熱解，在325℃和376℃達(dá)到失重峰值；骨頭類組分包含三個(gè)失重峰，分別在341℃、475℃和718℃；塑料類的主要失重峰為475℃。Opatokun等[58]在四種熱解溫度下（300℃、400℃、500℃和700℃）研究餐廚垃圾的熱解特性。發(fā)現(xiàn)熱解產(chǎn)物中碳?xì)浠衔锖秃趸衔锞S溫度的升高而降低，而隨著溫度的升高，灰分和固定碳含量增加。Suriapparao 等[59]發(fā)現(xiàn)熱解溫度升高促進(jìn)餐廚垃圾的熱裂解，焦炭產(chǎn)率降低，氣體產(chǎn)率增加，氣體中CO2的產(chǎn)率降低，而CH4和H2的產(chǎn)率增加。

李文等[60]研究了停留時(shí)間對餐廚垃圾熱解特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著停留時(shí)間越長，固體產(chǎn)量降低，氣體和液體產(chǎn)量增加，且在熱解終溫較低的情況下，停留時(shí)間越長對液體產(chǎn)物產(chǎn)率影響越大。

提高升溫速率能夠增加熱解過程中揮發(fā)分的產(chǎn)率[61]，且高的加熱速率，能避免形成不需要的焦炭[62]。低升溫速率使得物料在高溫區(qū)的反應(yīng)時(shí)間短，高升溫速率使物料在反應(yīng)初期停留時(shí)間短，來不及進(jìn)行充分的脫氫反應(yīng)，就達(dá)到高溫的環(huán)境條件，在高溫停留時(shí)間增加，使得物料中的大量揮發(fā)物析出，高溫下又促進(jìn)二次裂解的進(jìn)行，產(chǎn)氣率增加[63]。黃云龍等[64]研究不同升溫速率下（10～30℃/min）餐廚垃圾的熱解過程，結(jié)果顯示隨著升溫速率增加，焦油產(chǎn)生率從38.73%減小至29.21%，氣體產(chǎn)物收率從29.41%增加至40.78%。Ming 等[65]研究豬肉和大米在不同加熱速率下的熱解特性，發(fā)現(xiàn)隨著加熱速率的增加，豬肉和大米的固相殘留顯著降低，二次焦化反應(yīng)時(shí)間縮短。

2.2 熱解方式

2.2.1 共熱解共熱解是將兩種或兩種以上原料混合后進(jìn)行熱解反應(yīng)的過程[66]。不同物質(zhì)間因化學(xué)組成、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等不同在共熱解過程中存在相互作用以及由相互作用產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)能有效地破壞化學(xué)鍵，對熱解過程以及熱解產(chǎn)物性質(zhì)產(chǎn)生影響[67]。目前，研究者已開展了餐廚垃圾和木質(zhì)纖維素、塑料、小球藻等物質(zhì)的共熱解研究。

沈超青[68]將餐廚垃圾分別與甘蔗葉、碎木共熱解，發(fā)現(xiàn)共熱解過程存在相互作用，能降低SO2氣體排放，固硫作用明顯，同時(shí)提高了熱解氣中H2的含量，利于加氫作用。Park等[69]以餐廚垃圾和樹皮為原料進(jìn)行共熱解實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在不進(jìn)行額外的熱解系統(tǒng)改造情況下，共熱解反應(yīng)能夠提高生物油的重量和質(zhì)量，提升產(chǎn)物利用率。適當(dāng)比例的餐廚垃圾和樹皮共熱解能形成相互促進(jìn)的作用，增加氫氣產(chǎn)量，為氫燃料的生產(chǎn)提供新的解決方案。此外，酚類化合物和多環(huán)芳烴衍生物的形成受到抑制。Nagy 等[70]研究以質(zhì)量比為1∶2 的餐廚垃圾和櫟樹的混合樣為原料進(jìn)行共熱解，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，碳轉(zhuǎn)化率增加，固體殘?jiān)鼫p少，合成氣增加。Chen等[71]研究餐廚垃圾和小球藻在CO2氣氛下共熱解，發(fā)現(xiàn)生物油產(chǎn)量降低，但生物油的熱值和質(zhì)量增大，原因是生物油中的羧酸減少、碳?xì)浠衔镌黾?。Tang等[72]進(jìn)行了大豆蛋白和聚氯乙烯共熱解實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，兩者之間的相互作用促進(jìn)共熱解反應(yīng)、促進(jìn)較重焦油組分形成并抑制含氮焦油（除吲哚-N外）組分形成。

基于上述研究進(jìn)展，可以發(fā)現(xiàn)餐廚垃圾與生物質(zhì)類原料共熱解具有提升生物油質(zhì)量與熱值、增加H2產(chǎn)量、降低SO2等污染性氣體排放等優(yōu)勢，能夠?yàn)橛行幹貌蛷N垃圾提供新途徑。

2.2.2 催化熱解

催化熱解，即通過在熱解過程中添加催化劑提升熱解反應(yīng)性能的過程，具有熱解溫度低、反應(yīng)時(shí)間短、生物油產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)[73]。Kim 等[74]在惰性氣氛下，采用負(fù)載在活性炭上的Pt 催化劑進(jìn)行餐廚垃圾熱解。發(fā)現(xiàn)熱解反應(yīng)中，金屬Pt 位點(diǎn)催化重分子（可凝結(jié)的碳?xì)浠衔铮┝呀庾兂奢p分子（不可冷凝的碳?xì)浠衔铮?，芳烴等化合物向CO、CO2、CH4等氣體轉(zhuǎn)變。Chaihad等[75]探究了生物質(zhì)在高鋁沸石類催化劑作用下的熱解過程。結(jié)果表明，高鋁沸石在生物油的含氧化合物轉(zhuǎn)化為芳烴過程中具有高催化活性和選擇性，能夠提升生物油的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.3 熱解產(chǎn)物利用

2.3.1 生物炭

在較低的熱解溫度下，生物質(zhì)熱解得到一種富含碳的固體副產(chǎn)品——生物炭[76]。生物炭的產(chǎn)率受熱解溫度和加熱速率共同影響，低加熱速率和長停留時(shí)間更利于生物炭的生成，其表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化也受熱解溫度的影響[77]。生物炭表面富含羥基、酚羥基、羰基、羧基、亞甲基等官能團(tuán)，且具有大表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，因此生物炭具有良好的吸附特性、親水或疏水特性、對酸堿的緩沖能力以及離子交換特性[78]。

目前，生物炭的應(yīng)用范圍廣泛，其有碳封存特性，使其被埋在地下幾百至上千年都不會分解，將碳封存進(jìn)土壤，可作為高品質(zhì)能源[79]。此外生物炭還被廣泛應(yīng)用于土壤修復(fù)和污染物吸附領(lǐng)域。

（1）土壤修復(fù)

生物炭對土壤污染的修復(fù)是通過離子交換、絡(luò)合作用、表面吸附等方式對土壤中重金屬離子和有機(jī)物等進(jìn)行吸附[80]，能降低污染物在土壤中的遷移能力和生物有效性[81]。因此，可作為土壤改良劑，改善土壤質(zhì)量[82]。

夏桂敏等[83]將生物炭均勻混合后施入0～20cm土壤中。兩年實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，施用生物炭能明顯提高花生產(chǎn)量，提升花生植株干物質(zhì)積累量和磷素積累量。李葒葒等[80]研究生物炭與硅酸鈉復(fù)合施加到水稻盆栽，探究Pb在土壤-水稻系統(tǒng)各部位中的遷移和累積情況。結(jié)果表明，相較于對照組，生物炭與硅酸鈉復(fù)合施加使Pb 含量顯著降低71.0%～75.6%，土壤pH 下降，土壤的電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)含量增加，且弱酸下可降低Pb 的生物有效性，重金屬更易與有機(jī)質(zhì)形成絡(luò)合物，因此，生物炭能減少土壤中的重金屬含量且額外提供水稻生長所需的養(yǎng)分，顯著提高水稻質(zhì)量。

（2）污染物吸附

生物炭具有豐富的有機(jī)基團(tuán)和孔隙結(jié)構(gòu)，具備良好的吸附性能，可通過改性提高生物炭的吸附效率[84]。朱俊波等[85]研究廢棄花生殼生物炭對單一溶液及混合溶液中鉛鎘離子的去除性能。發(fā)現(xiàn)生物炭對初始pH 為3.5～5 的鉛鎘溶液有優(yōu)良的去除性能。劉建勛等[86]探究花生殼生物炭對亞甲基藍(lán)的吸附性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)亞甲基藍(lán)濃度小于60mg/L 時(shí)，水體中的亞甲基藍(lán)去除率可達(dá)90 %以上，且吸附速率較快。劉總堂等[87]研究小麥秸稈生物炭改性前后對水中四環(huán)素的吸附效率，結(jié)果表明改性后的秸稈生物炭對水中四環(huán)素的吸附容量顯著增加，且重復(fù)使用5 次后吸附去除效率僅下降13.9%。活性炭吸附是處理滲濾液最有效的方法之一，基于此Shehzad等[88]提出，將餐廚垃圾熱解獲得焦炭，經(jīng)過物理活化或化學(xué)活化加工轉(zhuǎn)化成活性炭，可用于處理衛(wèi)生填埋餐廚垃圾形成的滲濾液。此方法不僅可減輕餐廚垃圾衛(wèi)生填埋所帶來的污染問題，且提供了可再生活性炭的來源。

2.3.2 熱解氣

熱解氣是熱解過程中產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，主要成分包括CO、CO2、H2、CH4等[89]。熱解氣通常作為燃料進(jìn)行二次利用，但一次熱解氣品質(zhì)較低，利用率低等問題[90]。則要對熱解氣該產(chǎn)物進(jìn)行利用，熱解氣中有效組分的濃度決定產(chǎn)品價(jià)值，但生產(chǎn)中作為廢棄物時(shí)，熱解氣的成分和流量決定處理成本[91]。劉輝[92]將熱解氣通過生物法甲烷化技術(shù)轉(zhuǎn)化為生物天然氣，即利用熱解氣中H2、CO、CO2和CH4等氣體在微生物的作用下使其轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄?。發(fā)現(xiàn)在小通氣量、大循環(huán)量的運(yùn)行狀態(tài)下，生物甲烷轉(zhuǎn)化效果較好，其中H2和CO的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到最高的87.7%和84.3%。

活化活性炭可通過添加化學(xué)劑或者活化氣體實(shí)現(xiàn)[93]。李偉玉等[94]以熱解氣為活化劑制備活性炭，熱解氣中的CO2是典型活化氣體，體積分?jǐn)?shù)可達(dá)50%～60%。結(jié)果表明活化后的活性炭芳香化程度增強(qiáng)，孔結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá)，表面更加粗糙。活化過程是熱解氣在反應(yīng)容器內(nèi)循環(huán)流動，在提供熱能的同時(shí)作為活化劑制備活性炭，充分利用熱解氣。

2.3.3 熱解油

熱解油是熱解過程中產(chǎn)生的液相產(chǎn)物，其外觀上是一種深褐色黏稠液體，有刺鼻煙熏味，具有黏稠度高、熱穩(wěn)定性較差、高腐蝕性、酸性強(qiáng)和熱值低等特征[95]。因此熱解油直接利用較為困難，通常對熱解油再處理以獲取高附加值產(chǎn)品[96]。生物質(zhì)熱解油可通過催化加氫、乳化、添加溶劑等方法提質(zhì)，能降低含水量、黏度、酸性，增強(qiáng)與目前發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)的相容性[97]。熱解油提質(zhì)后廣泛應(yīng)用于燃料行業(yè)，也有應(yīng)用到新領(lǐng)域，例如材料方面。

莊詩韻等[98]以松木熱解油為原料，輔以催化劑，采用一步加氫催化方式制備生物航空燃料，發(fā)現(xiàn)在條件為溫度404.25℃、空速1.42h-1、氫壓10.24MPa 下，液體產(chǎn)物中C8～C16烷烴的選擇性最高，為48.97%，得到的生物航空燃料一般會作為調(diào)和燃料使用[99]。生物質(zhì)熱解油中含有酚類約10%～40%，常苗苗[100]制備熱解油模型化合物和苯酚以一定比例混合替代苯酚在酚醛樹脂中的作用，探究對得到的熱解油酚醛樹脂的甲醛釋放效果。發(fā)現(xiàn)隨著熱解油替代苯酚的比例由0增大到20%，隨著熱解油添加量增多，甲醛轉(zhuǎn)化效率越高，甲醛釋放量逐漸降低，當(dāng)熱解油替代苯酚比例為20%，甲醛釋放量最低為0.297mg/L。

3 結(jié)語

針對餐廚垃圾的處理，國外經(jīng)多年的技術(shù)發(fā)展，目前主要采用厭氧發(fā)酵和好氧堆肥處理技術(shù)，并禁止填埋處理，減少焚燒處理設(shè)施。我國餐廚垃圾處理技術(shù)發(fā)展較晚，早期餐廚垃圾與生活垃圾共混，以衛(wèi)生填埋和焚燒處理為主。但在土地資源緊張和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的雙重壓力下，我國正逐步減少衛(wèi)生填埋和焚燒的處理規(guī)模，并通過垃圾分選手段將餐廚垃圾單獨(dú)收運(yùn)，經(jīng)預(yù)處理后，采用厭氧發(fā)酵和好氧堆肥技術(shù)進(jìn)行處理，目前已建立了近百座餐廚垃圾處理工廠。然而，根據(jù)我國綠色環(huán)保要求，厭氧發(fā)酵和好氧堆肥技術(shù)均難以滿足餐廚垃圾處理的無害化、減量化和資源化原則。熱解技術(shù)在無氧環(huán)境下能夠?qū)⒉蛷N垃圾轉(zhuǎn)化為可利用的熱解氣、熱解炭和熱解油，且熱解過程無有害物質(zhì)產(chǎn)生，滿足我國餐廚垃圾的處理要求，是一種非常具有前景的餐廚垃圾處理技術(shù)。但目前該技術(shù)尚處于發(fā)展階段，技術(shù)的工程化應(yīng)用還需進(jìn)一步研究與開發(fā)。

（1）餐廚垃圾成分復(fù)雜、組成多變，需進(jìn)一步探究餐廚垃圾多元組分的熱解特性，研發(fā)多源餐廚垃圾熱解工藝。

（2）共熱解與催化熱解皆可提升餐廚垃圾熱解效果，但仍需深入研究共熱解及催化熱解反應(yīng)機(jī)制、協(xié)同作用機(jī)理和產(chǎn)物生成規(guī)律，探尋合適的共熱解原料，開發(fā)廉價(jià)高效的催化劑。

（3）針對餐廚垃圾熱解三相產(chǎn)物分別開發(fā)高效高質(zhì)利用手段，如熱解氣催化制取合成氣、化學(xué)改性生物炭提高污染物吸附效率、熱解油高效催化制取化學(xué)品等，提高餐廚垃圾資源化利用品質(zhì)。

（4）圍繞餐廚垃圾熱解反應(yīng)過程，研究餐廚垃圾熱解反應(yīng)動力學(xué)及其傳熱傳質(zhì)特性，為熱解反應(yīng)器開發(fā)提供理論基礎(chǔ)，加快推進(jìn)理論實(shí)驗(yàn)向工業(yè)應(yīng)用研究轉(zhuǎn)化。