餐廚垃圾俗稱泔水、潲水,即殘羹剩飯,是城市固體垃圾中有機垃圾的重要組成部分。隨著我國城市化進程加快和人民生活水平的提高,餐廚垃圾已經成為城市生活垃圾的重要組成部分。在城市生活垃圾結構中,餐廚垃圾的占比為30%~50%,清華大學固體廢物污染控制及資源化研究所的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,我國城市每年產生6 000萬t以上餐廚垃圾。餐廚垃圾極易腐爛變質,若處置不當可能會引發(fā)“地溝油”“垃圾豬”等食品安全問題,嚴重影響市容并污染環(huán)境,危及居民身體健康。與其他垃圾相比,餐廚垃圾含有豐富的營養(yǎng)元素和有機質,具有很大的回收利用價值。餐廚垃圾資源化處理可以變廢為寶、化害為利,從源頭上避免直接作為飼料進入食物鏈,有效解決餐廚垃圾作為生活垃圾填埋或焚燒造成的資源浪費和環(huán)境污染問題,實現(xiàn)社會效益、經濟效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。因此如何實現(xiàn)餐廚垃圾的資源化利用及無害化處理是我國當前面臨的迫切問題,也是社會廣泛關注的問題。常規(guī)的填埋和焚燒方法不僅浪費大量有機物,也帶來嚴重的二次污染。筆者在分析餐廚垃圾特征及闡述餐廚垃圾資源化處理技術的基礎上,分析了目前我國餐廚垃圾資源化處理現(xiàn)狀及存在的問題,探討了餐廚垃圾資源化利用未來的發(fā)展趨勢。

1 國內外餐廚垃圾處理現(xiàn)狀

1.1 國外餐廚垃圾處理現(xiàn)狀

歐洲餐廚垃圾產量約5 000萬t∕a,歐洲各國特別是德國、法國、英國還有北歐地區(qū)的較發(fā)達國家等對餐廚垃圾的管理和處理都有相對較為完善的系統(tǒng)和體制。如德國關閉了絕大多數(shù)垃圾填埋廠,餐廚垃圾采用機械-生物(MBT)或生物技術進行處理;為鼓勵垃圾回收和餐廚垃圾利用,丹麥政府于1987年開始征收填埋稅,并逐年提高費率;英國約75%的餐廚垃圾主要采用土地利用方式進行處理,并頒布了餐廚垃圾資源化利用的相關法律條文。

美國餐廚垃圾產生量約2 598萬t∕a。美國對餐廚垃圾產生量較大的單位設置餐廚垃圾粉碎機和油脂分離裝置,分離出來的垃圾排入下水道,油脂則送往相關加工廠(如制皂廠)加以利用。對于產生量較小的居民廚房餐廚垃圾,則混入有機垃圾中統(tǒng)一進行處理或通過餐廚垃圾粉碎機粉碎后排入下水道。美國未來垃圾處理趨勢是采用堆肥工藝制成肥料或加工成動物飼料進行資源化回收利用。美國各州關于餐廚垃圾處理的政策和方式略有不同,很多州針對當?shù)鼐唧w情況,建立了自己的餐廚垃圾處理回收體系,不同州針對餐廚垃圾肥料化產品的品質規(guī)定了各自的標準體系。美國餐廚垃圾資源化利用時的優(yōu)先次序:抑制產生→救濟饑餓窮人→飼養(yǎng)動物→工業(yè)利用→堆肥→焚燒或填埋。

日本每年排放的餐廚垃圾約2 000萬t。由于餐廚垃圾的傾倒運輸費用很高,因此餐廚垃圾處理機得到了推廣和應用。為減少餐廚垃圾對環(huán)境的污染,并充分利用其中的資源,日本于2000年頒布了《餐廚廢物再生法》,該法律規(guī)定餐廚加工業(yè)、飲食業(yè)和流通企業(yè)有義務減少餐廚廢物的排出量,且就再生利用對象飼料和肥料制定質量標準?！恫蛷N廢物再生法》中規(guī)定了餐廚垃圾資源化利用時的優(yōu)先次序:抑制產生→再資源化(肥料>飼料>油脂等產品>沼氣)→減量。

1.2 我國餐廚垃圾處理現(xiàn)狀

1.2.1 餐廚垃圾處理設施建設及技術工藝

自2010年開始,國家發(fā)展和改革委員會、住房和城鄉(xiāng)建設部、原環(huán)境保護部、原農業(yè)部組織開展了城市餐廚廢物資源化利用和無害化處理試點工作?！笆濉逼陂g,成立了100個餐廚垃圾試點城市,覆蓋了31個省級行政區(qū)并覆蓋一、二、三線城市。截至2015年末,全國已投運、在建、籌建(已立項)的餐廚垃圾處理設施(50 t∕d以上)至少有118座,總計處理能力超過2.15萬t∕d,其中投入運行的餐廚垃圾處理設施為43座。各地區(qū)設施建設總能力相差較大,經濟水平較高、人口密度較大的東部沿海城市的餐廚垃圾處理設施規(guī)模最大,國內生產總值(GDP)較低的西部地區(qū)的處理能力最低。單座設施平均規(guī)模相差不大,人口密度較高或城市規(guī)模較大的地區(qū)單座設施平均規(guī)模為150~200 t∕d,人口密度較低或城市規(guī)模較小的地區(qū)單座設施平均規(guī)模為100~150 t∕d,餐廚垃圾處理設施平均規(guī)模約為182t∕d,受運行成本和技術穩(wěn)定性限制,餐廚垃圾集中處理設施的規(guī)模一般為100~200 t∕d。由于餐廚垃圾處理處置及資源化利用市場的管理政策欠缺、技術路線單一、運營模式不成熟,導致行業(yè)發(fā)展不規(guī)范,盈利模式不清晰,產業(yè)化進程緩慢。

對118座已確定技術路線的餐廚垃圾處理設施中的111座進行統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)采用厭氧發(fā)酵技術的有80座,處理能力為1.60萬t∕d,占總處理能力的75.9%;采用固體堆肥+液體發(fā)酵技術的有4座,處理能力為0.07萬t∕d,占總處理能力的3.3%;采用好氧堆肥或快速好氧發(fā)酵技術的有16座,處理能力為0.30萬t∕d,占總處理能力的14.2%;采用制飼料或其他技術的有11座,處理能力為0.14萬t∕d,占總處理能力的6.6%。

1.2.2 餐廚垃圾處理能力

E20研究院的《餐廚垃圾處理市場分析報告(2016)》指出,近年來我國經濟快速發(fā)展,餐廚垃圾以每年10%的增量持續(xù)增長。按照城鎮(zhèn)人口人均餐廚垃圾產生量為0.15 kg∕(d·人)計算,我國2011年的餐廚垃圾產生量為3 782萬t,2015年增至4 222萬t,到2020年將增至4 873萬t。一方面是餐廚垃圾產生量的快速增長,另一方面是無害化處理能力及水平仍相對不足,大部分城鎮(zhèn)的餐廚垃圾難以實現(xiàn)無害化處理,餐廚垃圾收集率及處理率亟待提高。據(jù)不完全統(tǒng)計,截至2015年9月,全國已建、在建、籌建的118座餐廚垃圾處理項目,總處理能力約2.15萬t ∕d,與“十二五”規(guī)劃中3萬t∕d的處理能力還有差距。此外,《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》中要求,到2020年底力爭新增餐廚垃圾處理能力3.44萬t∕d,城市基本建立餐廚垃圾回收和再生利用體系。而“十三五”末若完成新增規(guī)劃處理能力建設,餐廚垃圾無害化、資源化處理率僅達36%。我國餐廚垃圾處理能力仍需進一步提升。

2 我國餐廚垃圾特性及無害化處理技術

2.1 餐廚垃圾特性

餐廚垃圾具有一定的特殊性,和產生群體的飲食、生活習慣以及后續(xù)的存放和收集方式有關。我國部分城市餐廚垃圾化學成分主要包括淀粉、纖維素、蛋白質、脂類和無機鹽等(表1)。由表1可知,我國餐廚垃圾主要特點如下:1)含水率高,通常高達70%~85%;2)有機質含量高,脂肪、蛋白質等含量高達80%~93%(干基);3)油脂含量豐富,約為2%~3%,可以進行回收再加工煉制生物柴油等;4)鹽分含量高,約為1%,這會影響后續(xù)肥料化利用;5)極易腐爛變質,散發(fā)惡臭,傳播細菌和病毒,性狀和氣味都會對環(huán)境衛(wèi)生造成惡劣影響,且容易滋長病原微生物等。

由于餐廚垃圾具有有機質含量高、易生物降解的特點,因此采用生物處理技術可生產有機肥和生物氣等高附加值的產品。生物處理技術(厭氧發(fā)酵工藝)是現(xiàn)階段國內外規(guī)模化處理餐廚垃圾的主流工藝,也是實現(xiàn)餐廚垃圾減量化、無害化和資源化利用較安全可行的方法[13]。

2.2 餐廚垃圾無害化處理技術

餐廚垃圾處理技術包括填埋和焚燒、飼料化及生物處理三大類,其中飼料化和生物處理是目前應用較為廣泛的新型餐廚垃圾處理技術。

2.2.1 填埋和焚燒

我國傳統(tǒng)的餐廚垃圾處置方式有填埋和焚燒。由于我國尚未有效開展餐廚垃圾分類工作,大量餐廚垃圾混入生活垃圾并同生活垃圾一起進行填埋或者焚燒處理。餐廚垃圾進入填埋場占用大量的庫容,而且其高含水率及高有機質特性增大滲瀝液及高濃度有機污染物的產生量,大大增加填埋場滲瀝液處理負荷和處理難度,同時造成餐廚垃圾中有機質資源的浪費,使資源回收利用率基本為零[14]。目前我國正著力控制餐廚垃圾的填埋處置。

2.2.2 飼料化技術

餐廚垃圾中含有大量的有機營養(yǎng)成分,其飼料化具有相當?shù)膬?yōu)勢。目前主要有2類飼料化技術:干式飼料及蛋白飼料[14]。其中干式飼料要求物料在95~120 ℃下至少干燥2 h,達到含水率小于15%,雜質低于5%;蛋白飼料由微生物自身及其蛋白分泌物組成(60~80 ℃)。由于餐廚垃圾來源廣泛,成分復雜,采用飼料化利用技術時存在很多安全隱患[15],如生物同源性、病菌、重金屬、有毒有機物等。為了提高餐廚垃圾飼料化利用過程的可靠性及安全性,CJJ 184—2012《餐廚垃圾處理技術規(guī)范》中規(guī)定了用于生產飼料的餐廚垃圾及其生產工況。

2.2.3 生物處理技術

生物處理技術包括通過好氧發(fā)酵獲得生物質肥料和通過厭氧發(fā)酵獲得潔凈的沼氣能源等。好氧生物處理技術又包括好氧堆肥、制備生化腐殖酸、快速好氧發(fā)酵。

2.2.3.1 好氧堆肥

好氧堆肥是指在有氧條件下,利用好氧微生物對堆積于地面或者專門發(fā)酵裝置中的有機質進行生物降解,最終形成穩(wěn)定的高肥力腐殖質[16]。餐廚垃圾中有機質含量高,營養(yǎng)元素全面,C∕N較低,是微生物的良好營養(yǎng)物質,適于采用堆肥處理,主要包括傳統(tǒng)好氧堆肥發(fā)酵技術及高溫好氧堆肥發(fā)酵技術2類。還可在好氧堆肥的基礎上投入蚯蚓,利用蚯蚓自身豐富的酶系統(tǒng),將餐廚垃圾有機質轉化為其自身或其他生物易于利用的營養(yǎng)物質,加速堆肥的穩(wěn)定化過程[17]。但我國餐廚垃圾的高鹽分、高油分問題,在很大程度限制了肥料化利用技術的推廣與應用。

2.2.3.2 制備生化腐殖酸

通過高溫復合微生物和酶轉化技術、快速腐殖化集成裝備、轉化工藝精準控制技術集成,篩選自然界生命活力和增殖能力強的高溫復合微生物菌種,在生化處理設備中,對餐廚垃圾等有機垃圾進行高溫高速好氧發(fā)酵,使各種有機物得到快速降解和轉化為生物腐殖酸肥料。該腐殖酸肥料可以作為有機源土壤調理劑,用于土壤質量提升,起到降低化肥利用率,提高農產品產量和改善農產品品質的作用[17]。該技術優(yōu)點是轉化速度快,有機質利用率高,產品一致性高,可進入工業(yè)產品銷售通路。該技術為好氧技術的主流代表工藝,已在北京、廣州、成都、烏魯木齊等城市成功應用,但該工藝的液相進入污水處理系統(tǒng)會造成污水負荷增大及液相中有機質的浪費。

2.2.3.3 厭氧發(fā)酵

餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵是指在無氧條件下,利用兼性微生物及厭氧微生物的代謝作用將復雜有機物分解為小分子有機物及無機物,在此過程中可產生甲烷和氫氣等能源物質,此外,利用厭氧發(fā)酵可獲得各種有機酸和醇類,如乙醇、乙酸、丁酸、葡萄糖糖化酶、乳酸等,從而實現(xiàn)對餐廚垃圾的減容減量及資源化利用。厭氧工藝產生的沼氣可轉化為電能與燃氣,厭氧消化罐中產出的沼渣可以進行二次發(fā)酵制肥處理。通常厭氧發(fā)酵產生的沼氣中甲烷含量為60%~75%,據(jù)杭州市餐廚垃圾一期處理工程經驗,處理能力為200 t∕d時,沼氣產量可達13 000 m3∕d,當沼氣中的甲烷濃度為60%時,可產生電能約為26 000 kW·h∕d,油脂回收率可達88%[17]。厭氧發(fā)酵后產生的沼氣還可以經過凈化、加壓后進入燃氣管網(wǎng),供給居民日常生活使用。

餐廚垃圾高油脂、高鹽分也會導致過度酸化及抑制菌體生長,不利于持續(xù)而穩(wěn)定地降解餐廚垃圾。此外,厭氧消化產生的沼渣處理仍是一大難題,通常需干化處理后填埋,或重新堆肥后制成有機肥[18]。因此,尋找適合我國餐廚垃圾組分與特點的厭氧處理工藝,并保證厭氧消化系統(tǒng)的運行穩(wěn)定,降低運行管理難度及費用是當前亟待解決的關鍵技術問題。

2.2.4 技術比較

主要餐廚垃圾處理技術比較見表2。

3 我國餐廚垃圾資源化利用未來趨勢

3.1 推動多種工藝融合創(chuàng)新

考慮到餐廚垃圾成分復雜,各地區(qū)飲食習慣差別大致使垃圾組分差異較大,往往通過預處理對餐廚垃圾進行雜質去除和油脂回收。由于我國尚未全面開展垃圾分類工作,因此收集到的餐廚垃圾中仍然含有大量雜質,包括金屬、玻璃、陶瓷等無機雜質和廢紙、廢塑料、廢餐盒、筷子等非營養(yǎng)性有機物,合理的預處理技術不僅可以實現(xiàn)雜質的有效去除,同時能為后續(xù)處理環(huán)節(jié)創(chuàng)造有利條件。預處理技術應根據(jù)收運的餐廚垃圾成分和主體工藝要求而定,并做出針對性設計,以實現(xiàn)預處理效果佳、后續(xù)資源化工藝運行穩(wěn)定的目的。

餐廚垃圾成分的復雜性決定了使用單一的現(xiàn)有處理技術難以完成高效高產值處理,因此,對餐廚垃圾進行組分分離、綜合運用已有多項處理技術是必然的處理思路。如將收集到的餐廚垃圾初步去除雜物后,利用離心或壓榨等手段得到有機質干渣和油水混合物,有機質干渣可用于微生物好氧發(fā)酵生產有機肥;油水混合物再次分離后,油脂可用于生產生物柴油,最終剩下的水分含有豐富的有機質,可進行厭氧發(fā)酵生產能源氣體[19],作為高品質熱源循環(huán)用于發(fā)酵裝備,產生的沼渣可以進入好氧系統(tǒng)發(fā)酵。通過融合與技術創(chuàng)新,可以有效解決好氧發(fā)酵液相有機質浪費、厭氧發(fā)酵沼渣處理難題,達到固相液相全利用,物質能量全回收,既彌補了采用單一處理技術存在的短板,又增加了餐廚資源化產品的多樣性,實現(xiàn)投資收益最大化,是未來餐廚垃圾處理技術發(fā)展的趨勢。

3.2 實施源頭減量和垃圾分類

餐廚垃圾源頭分類收集不僅可以實現(xiàn)源頭減量,有效提高餐廚垃圾收集數(shù)量及質量,同時可以降低預處理成本,提高后續(xù)資源化產品質量。當前應加大宣傳教育,大力開展餐廚垃圾源頭減量和分類活動,提高居民環(huán)境意識,養(yǎng)成勤儉節(jié)約、物盡其用、減少浪費的文明生活習慣,促進源頭減量和資源回收。

餐廚垃圾的分類收集不僅可以實現(xiàn)餐廚垃圾的有效回收利用,同時可減少生活垃圾總量的50%以上。餐廚垃圾單獨收集將顯著提高生活垃圾熱值,從而便于后續(xù)焚燒或者填埋處理,不僅可以降低焚燒過程的煙氣污染,而且可以提高填埋場使用年限,減少滲濾液處理負荷。

垃圾源頭分類通過回收可循環(huán)利用的垃圾減少資源浪費,改變粗放的垃圾混合收運方式,緩解垃圾后續(xù)處理處置的壓力,有效降低垃圾處理成本及土地資源的消耗,具有很大的經濟效益、生態(tài)效益及社會效益。未來餐廚垃圾處理需要做到分類收集、分類運輸和分類資源化,不斷提高餐廚垃圾處理水平,在確保餐廚垃圾得到無害化處理和處置的基礎上,盡可能做到資源化。

3.3 完善餐廚垃圾管理體制和政策

在餐廚垃圾管理體制方面,歐洲等發(fā)達國家在餐飲部門設置專門的餐廚垃圾存放點,對餐廚垃圾實行單獨分類收集,對運輸和處理實行全過程控制管理,特別在食品生產加工環(huán)節(jié),采取成品或半成品等凈菜進城措施,源頭削減和抑制餐廚垃圾的產生,并采取強制資源化利用的措施。我國餐廚垃圾納入規(guī)范化、標準化管理起步較晚(2005年),在收集、運輸和處理方面的政策法規(guī)和標準相對滯后。因此,餐廚垃圾處理應統(tǒng)籌考慮餐廚垃圾的分類收集和運輸、處理設施建設、運行監(jiān)管等重點環(huán)節(jié),落實餐廚垃圾從產生、運輸、處理等各環(huán)節(jié)的污染控制,構建“因地制宜、技術合理、環(huán)保達標”的餐廚垃圾處理體系。建立餐廚垃圾處理及資源化利用監(jiān)控技術體系與信息化管理平臺,實現(xiàn)餐廚垃圾處理系統(tǒng)的統(tǒng)籌監(jiān)控管理與高效信息化運行,顯著提升餐廚垃圾資源化利用系統(tǒng)的整體安全程度和信息化水平。

4 結語

(1)我國餐廚垃圾具有高含水率、高有機質含量、高油脂含量、高含鹽量的特性,理化特性地域性差異大,導致餐廚垃圾處理難度及資源化利用難度高。目前我國餐廚垃圾處理工藝以厭氧發(fā)酵工藝為主,部分為飼料化技術,餐廚垃圾已有的處理設施尚無法滿足日益增大的餐廚垃圾量需求,餐廚垃圾處理項目建設運行的標準化體系和管理制度尚未建立。

(2)隨著餐廚垃圾資源化處理技術水平的不斷提升與餐廚垃圾管理法規(guī)的日益完善,應圍繞餐廚垃圾處理開展多種技術融合實踐與創(chuàng)新,同步實行垃圾分類收運與管理,最終實現(xiàn)餐廚垃圾高效資源化利用及無害化處理的目標,推進循環(huán)經濟社會的快速發(fā)展。

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