雙碳目標(biāo)下餐廚垃圾厭氧消化技術(shù)應(yīng)用及碳減排策略思考

廣東省國際工程咨詢有限公司 張淑婷

一、研究背景

2020年9月，提出中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更有力的政策和措施，力爭于2030年達(dá)到二氧化碳排放峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和（以下簡稱“雙碳”目標(biāo)）。2021年2月2日，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》，根據(jù)這一決定，許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)都開始積極地制定各種降低二氧化碳排放的方法，以便將來達(dá)到“凈零排放”，即當(dāng)一個組織的一年內(nèi)所有溫室氣體（CO2-E，以二氧化碳當(dāng)量衡量）排放量與溫室氣體清除量達(dá)到平衡時，就是凈零溫室氣體排放。據(jù)靈動核心數(shù)據(jù)整理《2021-2026年中國餐廚垃圾處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與市場前景投資分析報告》，2021年我國餐廚垃圾的產(chǎn)生量突破1.2億噸，2020年12月全國46個重點(diǎn)城市餐廚垃圾處理項目超過200個，總體處理能力為約5.2萬t∕d，與2020年我國餐廚垃圾32萬t∕d的產(chǎn)生量進(jìn)行對比，“十三五”末期餐廚垃圾處理率僅有約16.4%，我國餐廚垃圾處

理率仍處于低位，因此，如何以綠色低碳的形式進(jìn)行餐廚廢棄物處理，是當(dāng)前“雙碳”形勢下急需研究的重要課題。筆者以廣州市某餐廚垃圾處理廠為例，對不同工藝進(jìn)行論述，并對“壓榨制漿預(yù)處理+CSTR厭氧消化+干組分焚燒/濕組分厭氧發(fā)酵”進(jìn)行碳排放分析，同時，為“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略下的餐廚廢棄物資源化處理和循環(huán)利用工作提出一些減碳策略。

二、工程應(yīng)用

本餐廚垃圾處理廠位于廣州市南沙區(qū)，于2021年4月建成投產(chǎn)，該餐廚垃圾處理廠選址遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)居民點(diǎn)，毗鄰廣州市第四資源熱力電廠，在此建廠可最大限度實現(xiàn)資源整合，實現(xiàn)生活垃圾焚燒、餐廚垃圾厭氧處理集中設(shè)置，餐廚垃圾處理系統(tǒng)產(chǎn)生的沼渣和其他固體廢棄物可以進(jìn)入垃圾池焚燒處理，餐廚垃圾處理系統(tǒng)產(chǎn)生的沼液可以和焚燒廠的垃圾滲瀝液合并處理，餐廚垃圾處理系統(tǒng)厭氧發(fā)酵沼氣提純制備生物天然氣，厭氧系統(tǒng)所需的保溫?zé)崃靠梢岳梅贌龔S的蒸汽，可以最大限度地實現(xiàn)資源共享，降低運(yùn)行費(fèi)用。因此，在此建廠既符合當(dāng)?shù)爻鞘锌傮w規(guī)劃，區(qū)域環(huán)境規(guī)劃，城市環(huán)境衛(wèi)生專業(yè)規(guī)劃及相關(guān)規(guī)劃的要求，而且對環(huán)境影響最小。餐廚垃圾處理規(guī)模為400噸/日，項目主要采用“壓榨制漿預(yù)處理+CSTR厭氧消化+干組分焚燒/濕組分厭氧發(fā)酵”處理技術(shù)。

三、廚余垃圾處理工藝分析

國內(nèi)外廚余垃圾處理工藝主要有填埋、焚燒、厭氧發(fā)酵、好氧堆肥、直接烘干作飼料等幾種。填埋處理占用大量土地，耗用大量征地等費(fèi)用；餐廚垃圾的滲出液會污染地下水及土壤，垃圾堆放產(chǎn)生的臭氣嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，對周圍大范圍的大氣及水土?xí)a(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，垃圾堆放產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VFAs）嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量及危害人體健康[1]。在當(dāng)前土地資源緊缺、人們對環(huán)境影響的關(guān)注度越來越高的大前提下，填埋處理技術(shù)明顯不適合我國餐廚垃圾的實際情況，因此不推薦采用該技術(shù)。

焚燒是垃圾中的可燃物在焚燒爐中與氧進(jìn)行燃燒的過程，焚燒處理量大，減容性好，焚燒過程產(chǎn)生的熱量用來發(fā)電可以實現(xiàn)垃圾的能源化。但由于餐廚垃圾含水率較大，熱值較低，不適合用來發(fā)電；如采用焚燒技術(shù)需要添加大量的輔助燃料，而且焚燒處理的投資過高，運(yùn)營成本也很高，因此不推薦采用該技術(shù)。

綜上所述，排除餐廚垃圾填埋及焚燒兩種處理手段，僅對厭氧消化、好氧堆肥、飼料化技術(shù)進(jìn)行比較，詳細(xì)比較如表1所示。

表1 餐廚垃圾處理方式比較表

總體而言，厭氧消化、好氧堆肥和飼料化處理才是適合我國國情的餐廚垃圾處理主流技術(shù)。然而在當(dāng)今的餐飲垃圾處理主流技術(shù)中，考慮到常規(guī)的好氧堆肥技術(shù)設(shè)備能耗過大，減量化效果較差，更重要的是其投資和運(yùn)行成本較高，不適合于大、中型餐飲垃圾處理項目，在此常規(guī)的好氧堆肥工藝類別不選為本項目的處理工藝。

而干熱等飼料化技術(shù)，由于同源相食、流行性疾病傳播等生物安全風(fēng)險的爭議，目前國家尚未出臺明確政策，在此尚不列入備選工藝考察范圍內(nèi)。針對餐飲垃圾高水分、高油脂、高有機(jī)含量的性質(zhì)，厭氧消化技術(shù)可以對其完成高效生物降解，并制備清潔能源。因此，本項目餐廚垃圾處理擬采用主體工藝路線為厭氧消化工藝，采用全混合式厭氧反應(yīng)器（CSTR），本項目總體工藝路線如圖1所示。

圖1 廣州市某餐廚垃圾處理廠總體工藝流程

四、項目碳排放分析

結(jié)合本項目總體工藝分析，本項目處理工藝與陳海濱[2]研究中“壓榨預(yù)處理+干組分焚燒+濕組分厭氧發(fā)酵”處理工藝相同，采用該處理工藝下，二氧化碳排放當(dāng)量為10.4kg/t，碳減排效應(yīng)為160.0kg/t，二氧化碳減排量為947.6kg/t。據(jù)此計算，按照本項目處理規(guī)模推算，2023年廣州市該餐廚垃圾廠處理量約為400噸/天×365天=146000噸，全年二氧化碳排放量為151.84噸，碳減排效應(yīng)為2336噸，實現(xiàn)減少二氧化碳排放1.38萬噸，可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

五、餐廚垃圾處理廠碳減排策略

政策支持方面。對餐廚垃圾進(jìn)行無害化、資源化處理具有積極意義。具體而言，政府有關(guān)部門應(yīng)基于餐廚垃圾資源化利用技術(shù)制定一系列政策，可從專項資金投入、試驗研究引導(dǎo)、稅收優(yōu)惠等方面著手，提高社會整體對餐廚垃圾資源化利用的重視度。例如，在餐廚垃圾處理企業(yè)發(fā)展壯大的過程中，地方政府可根據(jù)有關(guān)政策減免其稅費(fèi)，經(jīng)過資源提取后生成的產(chǎn)品可由政府有關(guān)部門聯(lián)系買家，規(guī)范餐廚垃圾處理行業(yè)。

此外，政府部門還可以餐廚垃圾資源化利用技術(shù)為依據(jù)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)條例，如餐廚垃圾腐殖質(zhì)肥料標(biāo)準(zhǔn)等，并加強(qiáng)餐廚垃圾處理監(jiān)管，全面杜絕焚燒法等污染性處理方式，同時制定餐廚垃圾管理辦法，規(guī)范餐廚垃圾回收、運(yùn)輸、處理和再利用等工序。在此基礎(chǔ)上，還需要構(gòu)建餐廚垃圾處理資質(zhì)管理制度，規(guī)避不法商販私自售賣問題，一經(jīng)查處，嚴(yán)肅處理。

產(chǎn)量控制方面。產(chǎn)量控制是一種從根本上降低餐廚垃圾數(shù)量的管理方式。近年來，我國各級政府大力推廣“光盤行動”，目的在于引導(dǎo)社會公眾樹立節(jié)約意識，減少餐廚垃圾。此外，在垃圾分類政策下，餐廚垃圾已經(jīng)初步實現(xiàn)了集中、專項處理，并非傳統(tǒng)的“一燒了之”。為進(jìn)一步推動餐廚垃圾資源化發(fā)展，應(yīng)嚴(yán)格落實餐廚垃圾排放監(jiān)督制度，結(jié)合垃圾分類政策進(jìn)行申報登記，實時掌控各地餐廚垃圾產(chǎn)量，依據(jù)產(chǎn)量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)垃圾處理廠承載力，同時增設(shè)餐廚垃圾排放限值，以此達(dá)到產(chǎn)量控制的目的。

處理技術(shù)方面。餐廚垃圾飼料化的處理技術(shù)能夠?qū)⒉蛷N垃圾進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)資源合理利用，但是將餐廚垃圾當(dāng)做動物飼料還存在一定的安全風(fēng)險，有可能會由于處理時沒有進(jìn)行無菌操作而導(dǎo)致飼料里依舊存在一定的含菌量，會導(dǎo)致動物的健康問題，從而引發(fā)食物鏈頂端人類的安全。所以這個處理技術(shù)還沒有完全推廣，正處于不斷發(fā)展創(chuàng)新之中，希望在不久的未來能夠很好地被動物所利用，提高餐廚垃圾的利用率，為社會的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)一分力量。

市場監(jiān)管方面。在我國餐廚垃圾處理技術(shù)發(fā)展的過程中，如何對垃圾進(jìn)行清理以及運(yùn)輸會直接影響資源化的利用水平，通過完善綠色化的運(yùn)輸管理體系，能夠?qū)崿F(xiàn)餐廚垃圾處理技術(shù)的價值最大化。首先，在進(jìn)行垃圾回收的過程中，應(yīng)當(dāng)始終遵守綠色環(huán)保這一原則，通過加強(qiáng)回收容器管理，避免出現(xiàn)二次污染。其次，在對餐廚垃圾進(jìn)行清理運(yùn)輸?shù)倪^程中，也應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)信息化發(fā)展，只有應(yīng)用信息技術(shù)才能夠?qū)崿F(xiàn)更加有效的追蹤和管理。通過完善運(yùn)輸管理體系，能夠規(guī)范餐廚垃圾的運(yùn)輸清除工作，同時也能夠加強(qiáng)市場監(jiān)管，對我國餐廚垃圾資源化利用有著十分重要的意義。

六、結(jié)論及建議

（1）本餐廚垃圾處理廠自2021年4月投入運(yùn)行以來，運(yùn)營穩(wěn)定，對保護(hù)周邊環(huán)境具有重要意義。根據(jù)碳排放分析計算，本項目的實際應(yīng)用減少了二氧化碳排放1.38萬噸，可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。厭氧消化與其他處置方式相比，在資源回收和碳減排方面具有突出優(yōu)勢，這就決定了厭氧消化產(chǎn)沼氣為今后餐廚垃圾處置中的首選方式。

（2）本項目對餐廚垃圾資源化利用主要有以下方面：一餐廚垃圾中的有機(jī)成分進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，可以制備清潔能源—沼氣。沼氣經(jīng)過凈化處理后，可以通過沼氣提純制備生物天然氣，輸送至燃?xì)夤芫W(wǎng)，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。二是餐廚垃圾中的油脂成分，進(jìn)行除雜提純處理后制備毛油，可以作為生物柴油原料或者化工生產(chǎn)原料。三是餐廚垃圾中的玻璃、鐵絲、廢棄餐具等，經(jīng)過精細(xì)分揀可以單獨(dú)回收。因此，在資源化利用技術(shù)下，餐廚垃圾不光是一種廢棄物，同時也是一種資源，對其充分利用可以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

（3）在建有市政污泥厭氧消化單元的城市，餐廚垃圾與污泥參混共發(fā)酵不失為一種良策，可以平衡碳氮比、稀釋有毒組分等，克服單基質(zhì)發(fā)酵的弊端[3]，從而提高資源的回收效率。在此方面，奧地利斯特拉斯[4]與美國希博伊根污水廠[5]利用污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥與外源餐廚垃圾共發(fā)酵已獲得充足運(yùn)行能量（甲烷），已實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。

（4）隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的確立，國家對餐廚廢棄物的回收利用的新方針不斷出臺，新的處理方法將會得到推廣和應(yīng)用。近些年，利用餐廚垃圾酸性發(fā)酵獲取中間產(chǎn)物，如短鏈脂肪酸（SCFA）、乳酸等也成了新的研究方向，也有利用餐廚垃圾發(fā)酵制備揮發(fā)性脂肪酸，為污水處理提供優(yōu)質(zhì)的反硝化碳源，以替代污水處理中價格昂貴的碳源，提高污水處理的脫氮除磷效果[6]。未來對餐廚廢棄物的回收利用，必須順應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展形勢，生產(chǎn)出高效的再生能源，提高對廢物的使用，從而實現(xiàn)“雙碳”的整體目標(biāo)。