餐廚垃圾處理設施產生的固體廢物資源化利用探討

左 樂，聶劍文 ，袁 野，李向蓉（.上海建科環境技術有限公司， 上海 000；.上海老港固廢綜合開發有限公司， 上海 006；.上海環境工程建設項目管理有限公司， 上海 006）

厭氧發酵是上海市等地區餐廚垃圾處置普遍采用的工藝。在其過程中會產生大量的固體廢物，其中包括餐廚垃圾預處理產生的毛油，廢棄油脂提純產生的三相固渣，以及厭氧消化后殘留在發酵罐底部的半固體物質經脫水形成的固態沼渣。上述固體廢物目前采用的處理方式主要為毛油外售處理，三相固渣經均質后進入厭氧發酵系統最后成為沼渣，而對沼渣則是進行外運焚燒處置，總體而言資源利用率低。因此，本文將介紹餐廚垃圾處理過程中產生的各類固體廢物資源化利用方式，并在此基礎上進行環境經濟損益計算，對比分析采用資源化利用前后的環保效費比變化情況，以期為分析和評價餐廚垃圾資源化的環境與經濟效益比較提供參考。

1 毛 油

餐廚垃圾中油脂含量一般約為 4%，經離心分離后會產生毛油，毛油的主要成分三脂肪酸甘油酯，經化學反應后可加工生成生物柴油或油酸。柴油或油酸可作化學原料，達到資源化利用的目的。

1.1 生物柴油

以毛油作為原料生產生物柴油是實現餐廚垃圾毛油高值化利用的一種重要手段。生物柴油是一種生物質能，其物理性質近似于石化柴油。生物柴油具有高十六烷值、低含硫量、可生物降解、潤滑性能優良和閃點高等優點，而且其中的硫含量相對于石化柴油下降約 30%，是一種新型的綠色環保型燃料，已廣泛應用并普遍成為石化柴油替代品。

生物柴油的生產工藝為：原料油（毛油）轉入酯化反應器，隨后加入酸性催化劑，與過量甲醇進行兩次酯化反應后，通過精餾提取生物柴油。其中，產物分為輕質柴油（C 14 甲酯）和重質柴油（植物瀝青、油酸甲酯、棕櫚酸甲酯等）。

1.2 油 酸

以毛油生成油酸也是其資源化利用的一個重要方式。油酸是一種油脂化工的基礎原料，其制備工藝是對毛油進行水解，然后經過精餾而逐步分離出油酸、硬脂酸、瀝青、粗甘油等產品。其主要工藝流程如圖1 所示。

圖1 油酸生產工藝流程圖

生成的油酸及其副產物產品可用于日用化工、石油化工、鑄造、金屬加工、油墨、涂料、食品、醫藥、紡織、橡塑、采礦、交通運輸等各行各業，用途較為廣泛。

2 三相固渣

廢棄油脂在提純過程中產生的三相固渣一般會進入厭氧發酵系統繼續發酵，最后作為沼渣處理，但是該處理方法資源利用率低，并且大量油脂含量較高，將影響后續厭氧發酵。研究表明，三相固渣中蛋白質含量高且種類豐富，可用于養殖低等生物制備蛋白飼料，帶來較高的經濟效益。

通過飼養昆蟲（如蚯蚓、蝗蟲、黑水虻等）作為蛋白質來源回收餐廚垃圾并生產蛋白飼料是三相固渣高值化利用的一種方法，目前推廣的為黑水虻養殖。黑水虻是一種腐生性水虻科昆蟲，繁殖速度快，具有對有機物吸收轉化率高、可高密度養殖、飼養成本低等特點。

利用黑水虻消化餐廚垃圾中有機成分，而其幼蟲和蛹可用于制作高價值的動物蛋白飼料。含水率約 70% 的三相固渣經粉碎后喂食于黑水虻，經 5～7 d 養殖后，將黑水虻虻體蛋白和蟲糞采用蟲料篩分設備進行蟲糞分離，最終得到的優質的水虻鮮蟲，可作為有機肥產品，實現餐廚垃圾資源化利用。

3 沼 渣

沼渣主要由分解的原料固形物與新產生的微生物菌體組成[1]。其特點是有機質養分含量較高，重金屬含量較低，具有較高的營養成分和較低的生物毒性，具備良好的資源化利用潛力[2]。

3.1 飼 料

沼渣作為飼料或飼料添加劑是其資源化利用的途徑之一，多應用在水產和畜禽養殖方面。沼液中含有豐富的蛋氨酸和賴氨酸及一定量的糖類、蛋白質及脂質，還含有大量的微量元素，還可以用作畜禽養殖的飼料和淡水養殖的餌料，達到廢棄物資源利用的最大化[3]。

3.2 肥 料

沼渣中含有豐富的有機及無機物質，速效養分含量高，被認為是一種優質高效的土壤改良劑和有機物肥料。

通常沼渣經脫水后還會通過干化處理使其含水率降至40% 左右，干化后沼渣的資源化途徑主要為生產有機肥料。根據某工程厭氧發酵的沼渣干化處理后的檢測數據，其各類指標可滿足 NY 525—2012《有機肥料》要求，如表1所示。

表1 干化沼渣指標檢測值對比分析結果

3.3 生物質炭

熱解碳化沼渣是目前最新的資源化處理方式，尚處于試驗階段未正式投入大規模生產。該方法通常采用固定床汽化爐進行熱解氣化，碳化沼渣在限氧或者無氧的條件下進行裂解，將有機物轉化為熱解油、可燃性氣體以及多用途的熱解炭（生物炭）。

熱解炭化工藝流程如圖2 所示。整個系統主要由回轉式干化機和空氣加熱、冷凝交換機組組成。干化機利用炭化余熱產生的蒸汽通過熱交換器將常溫風轉換成熱風，對沼渣進行干化；此階段的風進入冷凝器進行冷凝水回收，再循環至干化機。炭化機采用外熱型干餾炭化，物料與高溫煙氣不直接接觸。

圖2 沼渣熱解炭化工藝流程圖

熱解是在無氧的條件下進行的，熱解過程中會產生三種物質，分別是熱解氣、生物質炭和焦油，均可被回收利用。熱解氣為可燃氣體，主要為 CH4、H2、CO、CO2等，可以作為熱解炭化系統的內循環燃料。生物質炭具有多孔性，并含有一定量的氮、磷、鉀等元素，可以用作土壤性能改良劑以及炭基肥生產的原材料，也可以用作環境功能材料，用于污水治理、煙氣凈化、土壤修復、固體成型燃料、燃料電池、固體酸催化劑和電極材料等[4]。焦油經過提純后可以作為焦化工業的原料，生產重整柴油。沼渣的熱解炭化處理在無害化過程中最大程度實現了資源化利用，是未來沼渣資源化處理方式的主要發展趨勢。

此外，對于炭化熱解，一些學者比較關注該過程中二噁英污染物的產生。熱解反應系統一般分為固體熱解區和氣體燃燒區。固體熱解區為無氧狀態，缺少二噁英產生的必要條件—氧；熱解氣體燃燒區，則無可作為催化劑的重金屬，且該區域溫度在 850 ℃ 以上，亦不構成二噁英產生的條件。因此，在無氧或缺氧條件下，二噁英等因缺少生成的條件而從源頭上減少了二噁英的排放，降低了熱解炭化生產工藝的環境風險[5]。根據上海市某濕垃圾項目沼渣熱解炭化試驗結果，熱解廢氣中污染物 SO2、顆粒物、氮氧化物的含量均相對較低，對于 SO2、含汞重金屬和二噁英則顯示未檢出，如表2 所示。因此炭化熱解處理沼渣對環境造成的損害較低，具有良好的環境及經濟效益。

表2 濕垃圾沼渣炭化熱解廢氣檢測數據

4 環保效費比

環境經濟損益分析是衡量一個建設項目環境可持續發展的重要指標。在環境影響評價中常采用環保效費比的數值來判斷。一般認為環保效費比的值≥1 時，該項目的環境控制方案是可行的，否則認為該方案在環保經濟上不合理。

基于上述固廢資源化利用方式，本次研究以一座處理能力為餐廚垃圾 500 t/d 的處理設施為例來進行餐廚垃圾處理設施產生的固廢資源化利用前后的環保效費比對比分析，其固廢的資源化利用方式為：毛油制備油酸，三相固渣用作黑水虻養殖，沼渣作為有機肥。

根據市場調查和題設規模餐廚垃圾運行實際情況，一般有機肥單價為 200 元/t，產量約 19 370.00 t/a；鮮蟲單價為 3 500 元/t，產量約 2 190.00 t/a；蟲糞單價為200 元/t，產量約 32.85 t/a；油酸單價為 5 000 元/t，產量約 2 810.00 t/a；油酸制備副產物單價為 200 元/t，產量約 1 245.00 t/a。

通過計算及前文得出的結果[5]，在未采用資源化利用工藝之前，餐廚垃圾處理設施的環境年凈效益計算結果為1 782 萬元，其環保效費比為 1.26，在進行資源化利用后，餐廚垃圾厭氧發酵處理的環境年凈效益達到 4 366 萬元，其環保效費比達 1.65，提高了約 30%，說明餐廚垃圾末端固廢資源化利用率的提高將明顯有助于項目環保效費比的提高，從而有利于項目具有更加穩定持續的運營模式，有益于環境與經濟效益的可持續發展。

5 結 語

近年開展的生活垃圾分類引起的餐廚垃圾處理設施興建，目前處于一種全新的生活垃圾處理模式發展時期。根據調查，上海市大部分餐廚垃圾厭氧發酵處理的沼渣多采用外運焚燒的處置方式。從經濟和環境保護角度考慮，該方法一方面增加了生活垃圾焚燒場的工作負荷，一方面也削弱了生活垃圾分類處理的實際意義。因此，在源頭做好餐廚垃圾消化處理的同時，從末端提高處理過程中產生的固體廢物如毛油、三相固渣、沼渣等的資源化利用率，對餐廚垃圾厭氧發酵處理設施的可持續運行大有裨益。

上海市已有少數餐廚垃圾處理設施在嘗試采用不同的固廢資源化利用組合方案，而炭化熱解工藝，尚處于探索階段。但是，不論采取何種資源化處理方式，都存在利用途徑較窄，產品的產量和品質有待提高等問題，尤其對于炭化熱解工藝的全面推廣還需要更加深入和細致的試驗和研究。