上海市廚余垃圾就地處置資源化應(yīng)用研究

摘要：為提高廚余垃圾資源化應(yīng)用水平，此次選取上海市作為研究區(qū)域，開展廚余垃圾就地處置資源化應(yīng)用研究。先分析上海市廚余垃圾現(xiàn)狀，然后通過微生物好氧堆肥技術(shù)探索廚余垃圾資源化，針對中心城區(qū)特點(diǎn)，采用前段脫水、后端加入輔料返混的方式進(jìn)行水分調(diào)控，并選取水葫蘆及枯枝落葉等多源有機(jī)固廢進(jìn)行協(xié)同資源化處理，進(jìn)一步提高肥料的氮元素含量及腐熟程度，使其制備的有機(jī)肥料滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。最后通過全生命周期評價(jià)方法對其碳排放進(jìn)行評估，結(jié)果表明，就地脫水+集中堆肥的處置方式更利于成為一種綠色、低碳的廚余垃圾資源化方式。

關(guān)鍵詞：廚余垃圾；資源化；好氧堆肥；碳排放

中圖分類號：X705 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1市場分析

中國每年產(chǎn)生4億噸生活垃圾，中國生活垃圾清運(yùn)量中的廚余垃圾（Food Waste）占比約為53.7%，總量約為1.15億t·a^-1；而上海市廚余垃圾每天的分出率在9000余噸，高峰期分出廚余垃圾10000余噸，上海市廚余垃圾無害化、就地化、資源化處置迫在眉睫。當(dāng)前廚余垃圾的處置方式主要分為衛(wèi)生填埋、焚燒、厭氧消化、昆蟲等生物轉(zhuǎn)化和好氧堆肥五種。

1.1廚余垃圾回收利用現(xiàn)狀

上海市廚余垃圾的有機(jī)質(zhì)含量為65.22%～97. 79%，且生物降解度高達(dá)56.76%～90.77%（平均為75.33±7.04），總氮含量為4.43～50.4g·kg^-1；總磷含量為0.52～63.10g·kg^-1；鉀含量為0.38～35g·kg^-1；平均總養(yǎng)分為5.27%，具有生物利用性高，富含營養(yǎng)物質(zhì)等特點(diǎn)，符合廚余垃圾資源化利用要求，具有資源化利用潛力。廚余垃圾資源化二次衍生品方面，市面現(xiàn)存的應(yīng)用設(shè)備分為濕垃圾減量化及濕垃圾資源化，幾乎均未達(dá)到資源化利用且不外運(yùn)的效果。上海市廚余垃圾高含油率，資源化難度大，本課題基于枯枝落葉堆肥技術(shù)，探索添加輔料、菌種及調(diào)理劑進(jìn)行高溫腐熟發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)廚余垃圾無害化、資源化，旨在構(gòu)建上海市特色管理機(jī)制，以形成可復(fù)制服務(wù)模式，解決中心城區(qū)污染，助力無廢城市建設(shè)。

1.2產(chǎn)業(yè)模式

政府持續(xù)推進(jìn)資源循環(huán)利用企業(yè)近零排放項(xiàng)目試點(diǎn)工作，形成“政府搭臺、企業(yè)唱戲、社會(huì)收益”的市場體系；合理布局垃圾處理企業(yè)的功能區(qū)分布和區(qū)域位置劃分，引導(dǎo)垃圾處理企業(yè)引進(jìn)配套先進(jìn)的處理工藝和設(shè)施設(shè)備，逐步形成“高標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)技術(shù)”的餐廚垃圾處理規(guī)模群；推動(dòng)開展固廢利用處置行業(yè)碳排放的監(jiān)測、核查、報(bào)告，強(qiáng)化企業(yè)環(huán)境信用評價(jià)，實(shí)施“雙隨機(jī)、一公開”環(huán)境監(jiān)管模式。

垃圾資源化利用是垃圾處置的重要一環(huán)，積極探索再生資源回收利用“點(diǎn)一站一場”運(yùn)營體系，深入挖掘微生物堆肥技術(shù)分解廚余垃圾，不斷擦亮上海市高質(zhì)量發(fā)展的生態(tài)底色。

2資源化技術(shù)

2.1技術(shù)分析

廚余垃圾資源化處置中，衛(wèi)生填埋、焚燒、好氧堆肥、厭氧消化、昆蟲等生物轉(zhuǎn)化技術(shù)均有不同程度應(yīng)用，根據(jù)廚余垃圾在生命周期對環(huán)境產(chǎn)生的不同程度影響及優(yōu)缺點(diǎn)，分別對上述5種處置方式進(jìn)行分析，如表1所示。為響應(yīng)上海市“無廢城市”建設(shè)號召，將實(shí)現(xiàn)全市生活垃圾零填埋的目標(biāo)；當(dāng)前的昆蟲養(yǎng)殖方法仍然面臨著如昆蟲育種技術(shù)不夠成熟和最終產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)評估不足等問題。目前，仍是好氧堆肥和厭氧消化為兩種主要的處理方式。

為提高廚余垃圾資源化應(yīng)用水平，確保產(chǎn)物對植物毒性和腐熟度的呈正相關(guān)，以種子發(fā)芽指數(shù)（Germination Index，GI）作為評價(jià)堆肥產(chǎn)物植物毒性和腐熟度的重要指標(biāo)，當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)≥80%時(shí)，表明堆肥原料已經(jīng)完全腐熟，已消除對植物的毒性。厭氧消化與好氧堆肥比，后者腐熟度高，適合直接作肥料，減少毒性。好氧堆肥周期短、腐化水平高、減臭減排，易推廣，是餐廚垃圾處理優(yōu)選。針對市中心不適合大規(guī)模堆肥的需求，建議采取前段就地減量化處置后再進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)堆肥發(fā)酵。

2.2廚余垃圾與多源有機(jī)固廢進(jìn)行協(xié)同資源化處理

考慮到廚余垃圾成分復(fù)雜、含水高、碳氮比（C/N）不均衡，需綜合多種技術(shù)處理。通過油水分離、脫水、發(fā)酵等技術(shù)獲取油脂、碳水化合物等，生產(chǎn)生物燃料和肥料。聯(lián)合多源有機(jī)固廢處理，調(diào)整C/N比，促進(jìn)堆肥升溫腐熟，改善微環(huán)境，解決堆肥周期長、品質(zhì)低問題。協(xié)同堆肥減少氨氣流失，微生物菌劑提升肥料氮含量和腐熟度。此研究采用水葫蘆等輔料與廚余垃圾混合，加復(fù)合微生物菌群，經(jīng)高溫好氧發(fā)酵制園林栽培介質(zhì)或肥料，經(jīng)濟(jì)效益顯著，應(yīng)用前景廣?；旌隙逊侍嵘齆含量，加速腐熟，滿足有機(jī)肥國標(biāo)要求。

2.3就地脫水+集中堆肥

由于廚余垃圾高含水率阻礙堆肥效率，延長發(fā)酵周期。為攻克此難題，結(jié)合上海土地資源緊張，采用前期就地脫水后集中堆肥模式。引入分散式處理設(shè)施，破碎脫水、油水分離，減少占地與成本，油脂回收再利用。脫水殘?jiān)醚醵逊?，快速分解有機(jī)質(zhì)，首階段產(chǎn)品作土壤介質(zhì)。進(jìn)一步二次發(fā)酵，定制園林肥料，依據(jù)植物需求精細(xì)調(diào)配，市場潛力大，成本效益優(yōu)?？偨Y(jié)此研究技術(shù)路線見圖1。

3廚余垃圾堆肥資源化碳排放分析

3.1堆肥產(chǎn)物資源化利用過程的碳排放

對于餐廚廢棄物的處理，文章采用了全生命周期（LCA）的評估手段進(jìn)行評價(jià)。評估的LCA涵蓋了餐廚廢棄物的收集、運(yùn)輸、處理以及最終產(chǎn)品的各個(gè)處理步驟；廚余垃圾處理過程中產(chǎn)生的碳排放主要源于收集和運(yùn)輸過程中對外部能量和物質(zhì)的消耗導(dǎo)致的間接碳排放，而減少碳排放的效果則是由于系統(tǒng)輸出的產(chǎn)品或能量帶來的替代效果。LCA之碳排放涉及的溫室氣體包括CO₂、N₂O和CH₄；N₂O和CH₄造成的溫室效應(yīng)分別乘以310、28折算為CO₂當(dāng)量——ECO₂。由微生物分解代謝過程生成的CO₂屬于生物起源，它是有機(jī)物自然的終點(diǎn)，因此不被納入碳排放的計(jì)算中；生成的CH₄在回收后被用于發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），而這種方式產(chǎn)生的碳排放并不被納入LCA碳排放的匯總和計(jì)算中。系統(tǒng)的總碳排放量可以根據(jù)式（1）來計(jì)算：

3.2就地脫水+集中堆肥過程的碳減排效應(yīng)

餐廚垃圾通過先進(jìn)的微生物降解技術(shù)，被高效轉(zhuǎn)化為綠色有機(jī)肥，這一轉(zhuǎn)變不僅促進(jìn)了資源的循環(huán)利用，還顯著減少了化肥生產(chǎn)過程中的能源消耗與溫室氣體排放，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。采用分散式處理模式，有效降低了垃圾運(yùn)輸過程中的燃油消耗及碳排放，同時(shí)，攪拌處理技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步減少了溫室氣體的生成與泄漏。此外，減量化設(shè)備在節(jié)能方面表現(xiàn)卓越，通過脫水預(yù)處理再集中堆肥，不僅加速了堆肥進(jìn)程，還大幅降低了能耗，展現(xiàn)了綠色低碳的廚余垃圾資源化新路徑。這種就地脫水與集中堆肥相結(jié)合的方式，正逐步成為解決廚余垃圾問題的優(yōu)選方案。

4結(jié)論

此研究方法實(shí)現(xiàn)了將廚余垃圾與水葫蘆、枯枝落葉混合處理，不僅能同時(shí)消納多種固體廢棄物，還通過調(diào)節(jié)堆肥C/N比至微生物生長活動(dòng)適宜范圍，促進(jìn)堆肥快速升溫腐熟，并增加腐熟堆體中的TN含量，GI分析確認(rèn)其作為農(nóng)田肥料的優(yōu)良品質(zhì)。同時(shí)，針對上海市中心城區(qū)土地資源緊張的現(xiàn)狀，采用先就地脫水再集中堆肥的處置模式，不僅解決了空間限制，還以低成本高效完成堆肥過程，微生物堆肥技術(shù)產(chǎn)出的成品肥料市場潛力大、成本低廉、適用范圍廣泛且實(shí)施可行性高。此外，分散式減量化處理設(shè)施的應(yīng)用進(jìn)一步減少了廚余垃圾長途運(yùn)輸?shù)娜加拖募疤幚磉^程中的電力能耗，共同推動(dòng)了一種綠色、低碳且高效的廚余垃圾資源化利用新模式發(fā)展。