餐廚垃圾資源化利用技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進展

汪 丹，黃帥宇

（上海清寧環(huán)境規(guī)劃設(shè)計有限公司，上海 200051）

近年來，隨著我國的經(jīng)濟、社會的發(fā)展，也帶動了餐飲業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們的物質(zhì)生活條件也得到了顯著改善，與此同時，餐廚垃圾的排放量也在急劇增加。調(diào)查表明，我國城市每年制造的餐廚垃圾就超過了9 000萬噸，但餐廚垃圾資源化處理程度卻不高。隨著國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施和大力倡導資源節(jié)約型社會，人們才對餐廚垃圾的資源化處理利用問題日益重視。

1 餐廚垃圾概述

1.1 餐廚垃圾的定義

按照產(chǎn)生餐廚垃圾的不同來源可以將其大致分成廚余垃圾和餐余垃圾兩大類。廚余垃圾指的是個人、家庭、單位、餐飲行業(yè)由于預處理和烹制食物而產(chǎn)生的食材廢料。餐飲垃圾是指人們在用餐中和用餐后產(chǎn)生的食物剩渣，也包括使用過的一次性餐具、清潔用品和包裝材料等[1]。

1.2 餐廚垃圾的特性

1.2.1 理化特性

餐廚垃圾屬于生活固體垃圾，其成分復雜、產(chǎn)量高、種類多樣。由于餐廚垃圾與地區(qū)的生物特性和飲食結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，造成了其在不同地區(qū)呈現(xiàn)出很大的差異性。但從整體來看餐廚垃圾的理化特性卻又十分接近，都是由油脂類、蛋白質(zhì)類、碳水化合物、粗纖維、無機鹽和水等組成，都具有“四高三低”特性，都含有大量的有機物，實驗數(shù)據(jù)顯示其在餐廚垃圾干物質(zhì)中所占比例超過了95%。由于餐廚垃圾十分利于細菌滋生繁殖，因此變質(zhì)腐爛速度很快，如果處理不當就會造成生態(tài)環(huán)境污染，從而影響人們的健康生活。

1.2.2 危害性

餐廚垃圾外表含有大量油水的固體混合廢棄物，散發(fā)出的難聞味道會對環(huán)境和人們造成影響，同時還會造成蒼蠅、老鼠等有害動物泛濫進而引發(fā)流行性傳染病。餐廚垃圾的堆放或填埋都有滲濾液產(chǎn)生從而會污染地下水；未經(jīng)處理的餐廚垃圾含有大量的病毒和病原菌，如果直接用來喂飼家畜也會危及人畜健康。此外，如果餐廚垃圾管理不當會被不法分子收集后提煉加工成地溝油流向餐飲行業(yè)，對食品安全和人們的生命健康造成巨大的危害[2]。

1.2.3 資源性

餐廚垃圾中含有的大量油脂在經(jīng)過提煉和深度加工后，能夠生產(chǎn)出生物柴油等資源價值很高的化工產(chǎn)品。另外，餐廚垃圾中的食物廢料和殘渣屬于高營養(yǎng)的物質(zhì)，經(jīng)過科學處理后可以制成家禽飼料、綠色有機肥、生物培養(yǎng)基等。因此，餐廚垃圾具有很高的資源開發(fā)和利用潛力。

2 常見的餐廚垃圾資源化利用技術(shù)

在前些年，餐廚垃圾的處理方式主要是混合焚燒和填埋，這兩種處理方式都會產(chǎn)生二次污染。隨著科技發(fā)展，資源緊缺日益嚴重以及餐廚垃圾排放量不斷增長，其處理方式逐漸向著資源化利用方向發(fā)展并取得了顯著的成效。

2.1 厭氧發(fā)酵技術(shù)

厭氧發(fā)酵技術(shù)是指在特定的無氧條件下，利用厭氧菌的生理代謝效應把餐廚垃圾中富含的大量大分子有機質(zhì)降解轉(zhuǎn)化成為無機質(zhì)以及小分子的有機物。基于此，目前厭氧發(fā)酵技術(shù)被分為生物制乙醇，生物制氫和生物制甲烷三個方向。生物制甲烷技術(shù)主要分為環(huán)境準備、水解、產(chǎn)酸，轉(zhuǎn)化四步，四步完成后得到甲烷。生物制氫技術(shù)是主要根據(jù)菌種不同、發(fā)酵溫度區(qū)不同、反應器工作方式區(qū)不同、發(fā)酵原料固含量區(qū)不同分別應用。生物制氫技術(shù)能耗低且發(fā)酵條件溫和，又有節(jié)能、環(huán)保和高能的優(yōu)勢，因此具有廣闊的研發(fā)空間。生物制乙醇技術(shù)尚處在實驗室研究階段。

厭氧發(fā)酵技術(shù)的工藝總體上都比較簡單，應用的成本也比較低，但是受到高油鹽、pH值、菌種、有害物質(zhì)、碳氮比等因素的影響會抑制微生物生長繁殖導致降解不穩(wěn)定，此外，在發(fā)酵處理后的殘渣處理方面目前還不夠完善，這也限制了該技術(shù)的廣泛應用[3]。

2.2 生物柴油技術(shù)

生物柴油技術(shù)是利用油水分離技術(shù)分離出餐廚垃圾中含有的大量動植物油脂，并以此為原料，利用化工技術(shù)加工提煉得到生物柴油的技術(shù)。生物柴油可以完全代替石化柴油用作燃料能源，而且還有石化柴油所不具備的諸多優(yōu)點。利用餐廚垃圾制備生物柴油技術(shù)是資源化利用技術(shù)非常具有前景的研究和發(fā)展方向。

酸堿催化技術(shù)是目前在餐廚垃圾制備生物柴油方面最具代表性的技術(shù)，也是生物柴油技術(shù)發(fā)展最為成熟的技術(shù)之一。然而在實際應用的過程中，由于餐廚垃圾的高酸性往往會抑制酯交換反應導致堿催化劑大量消耗，同時，餐廚垃圾油脂中含有抑制皂化反應的多種聚合物，在實際應用時需要結(jié)合其油脂的不同化學性質(zhì)選擇酸堿催化劑。此外，在利用餐廚垃圾制備生物柴油的同時還會得到甘油三酯等副產(chǎn)物，可用于制備活性劑、清潔劑等產(chǎn)品，提高了該技術(shù)的應用附加值[4]。

2.3 生物塑料技術(shù)

餐廚垃圾中含有的大量廢棄動植物油脂，雖然經(jīng)濟價值很低，但是其有機碳含量異常豐富，可以作為十分理想的有機碳源。目前，研究較為成熟的是以餐廚垃圾廢棄油脂為原料制備聚羥基脂肪酸酯（PHA），PHA有著優(yōu)良的工藝性和生物親和性，能夠被微生物降解，能夠有效降低“白色污染”，可廣泛取代工業(yè)塑料應用在眾多領(lǐng)域。目前生物塑料技術(shù)整體處于研究探索階段，與規(guī)模化應用還存在一定差距，未來還有很大的研究空間。

2.4 好氧堆肥技術(shù)

好氧堆肥技術(shù)是指在富氧的環(huán)境下，利用大量好氧微生物的生理代謝效應把餐廚垃圾中的難分解、大分子有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成為易吸收、穩(wěn)定的小分子有機質(zhì)，并最終得到腐殖質(zhì)生物肥料的一種資源化利用技術(shù)。由于餐廚垃圾60%以上為有機質(zhì)，為應用好氧堆肥技術(shù)創(chuàng)造了良好條件，好氧堆肥技術(shù)又具有工藝簡單、好氧堆肥產(chǎn)品氮含量高等優(yōu)點，當前在餐廚垃圾資源化利用方面應用比較普遍。

好氧堆肥產(chǎn)品能夠有效改善土壤營養(yǎng)和組分條件，是應用價值很高的有機肥料，常用于土壤改良和復合肥，且在好氧堆肥過程中的高溫會殺死部分病原菌從而有效抑制細菌和病毒的蔓延。由于餐廚垃圾具有高油高鹽的特性，而且在好氧堆肥過程中受到溫度、碳氮比和pH值等因素的影響，導致在好氧堆肥過程中容易出現(xiàn)溢氮和溢硫的問題進而會降低堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)。

好氧堆肥的缺點主要有：用地成本高、分解周期長、臭氣和滲濾液二次污染、穩(wěn)定性差等，而且好氧堆肥產(chǎn)品和反應器缺少相關(guān)標準等，堆肥反應器研發(fā)、二次污染控制、混合堆肥工藝等是該技術(shù)未來需要克服的主要難題。

2.5 飼料轉(zhuǎn)化技術(shù)

我國養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展也帶動了飼料業(yè)的快速發(fā)展，同時對蛋白質(zhì)飼料原料的需求量不斷攀升，導致魚粉和豆粕等常見的蛋白質(zhì)飼料原料供應緊張而且價格居高不下，嚴重制約了我國養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展。餐廚垃圾中含有大量種類豐富的動植物蛋白質(zhì)，利用其來制備蛋白質(zhì)飼料原料成為了資源化利用技術(shù)研究的一個方向。目前根據(jù)轉(zhuǎn)化方式不同，飼料轉(zhuǎn)化技術(shù)分為微生物發(fā)酵技術(shù)和昆蟲養(yǎng)殖技術(shù)。

2.5.1 微生物發(fā)酵技術(shù)

微生物發(fā)酵技術(shù)是利用固態(tài)發(fā)酵法等工序，將餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)烘干制備成可用作微生物發(fā)酵技術(shù)的蛋白質(zhì)飼料原料，再通過微生物發(fā)酵技術(shù)把大分子的粗蛋白分解成活性高且易吸收的小分子蛋白，再經(jīng)過深度加工制成可以替代豆粕和魚粉的蛋白質(zhì)飼料。微生物發(fā)酵技術(shù)具有綠色環(huán)保和轉(zhuǎn)化率高的優(yōu)點，利用該技術(shù)制備的蛋白質(zhì)飼料具有適口性好、易吸收、品質(zhì)高的特點。此外，研究發(fā)現(xiàn)在應用該技術(shù)時，添加一些活性酶或有益菌不僅可以提高轉(zhuǎn)化率而且可以改善蛋白質(zhì)飼料的品質(zhì)。因受到技術(shù)水平限制，利用微生物發(fā)酵技術(shù)制備蛋白質(zhì)飼料過程中很容易導致飼料攜帶病原體，病原體會通過食物鏈傳染給人體使人致病，因此該技術(shù)目前穩(wěn)定性和安全性較差，還需要不斷對技術(shù)進行研究和完善[5]。

2.5.2 昆蟲養(yǎng)殖技術(shù)

昆蟲養(yǎng)殖技術(shù)是直接用餐廚垃圾作為飼料來養(yǎng)殖昆蟲，再將成蟲進一步加工為可以替代豆粕和魚粉的蛋白質(zhì)飼料。目前常見的是以黑水虻作為養(yǎng)殖昆蟲，其能夠直接以餐廚垃圾為食，易于成活和繁殖，而且耐油鹽性好，是公認的適用于昆蟲養(yǎng)殖技術(shù)的昆蟲種類。因此，黑水虻養(yǎng)殖轉(zhuǎn)化餐廚垃圾是一種綠色、安全、高效的餐廚垃圾資源化利用技術(shù)。

3 結(jié)論

餐廚垃圾經(jīng)過科學的收集和資源化處理利用不但能夠消除其帶來的環(huán)境污染問題，從而也緩解了生活垃圾處理壓力，還能實現(xiàn)資源的高效利用。餐廚垃圾的收集、降解處理及資源化利用是一項系統(tǒng)性很強的工程，相關(guān)部門應當加強對社會大眾的宣傳和引導，加強對餐廚垃圾的管理和針對性收集，加大對餐廚垃圾資源化利用技術(shù)的研發(fā)。