城市餐廚垃圾資源化處理的研究進展

收稿日期：2024-03-05

基金項目：陜西省重點研發計劃“農村有機易腐垃圾智能化處理與高效安全資源化利用技術研發”（2023-YBNY-271）；西安市社會發展科技創新示范項目“餐廚垃圾分散處理及資源化利用技術裝備研發與示范”（2023JH-SFKC-0003）；深圳市可持續發展科技專項“餐廚垃圾高效無害化與資源化處理技術研究及應用”（KCXFZ20201221173004012：專2021N030）；西北工業大學教育教學改革研究項目“西北工業大學‘碳中和’研學特色體系課程建設——‘碳’索未來”（ST2023JGY07）。

作者簡介：謝斌（1998—），男，江西贛州人，碩士。研究方向：有機易腐垃圾資源化利用。

通信作者：孫然（1984—），女，河北石家莊人，博士，副研究員。研究方向：有機易腐垃圾資源化利用。

摘要：城市餐廚垃圾逐年增加，產生量大，組成復雜，同時含有豐富的有機物、蛋白質和油脂等，具有非常廣闊的資源化利用前景。傳統的餐廚垃圾處理方式對生態環境和居民健康構成潛在威脅，已不適應當前的發展環境。無害化、減量化和資源化是未來餐廚垃圾處置的發展方向。結合餐廚垃圾的組成與特性，分析傳統處理方式，并綜述餐廚垃圾資源化處理技術的研究進展，以更好地實現資源化利用。

關鍵詞：餐廚垃圾；資源化；好氧堆肥；厭氧消化；飼料化；生物柴油

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）05-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.05.035

Research progress on the resource treatment of urban kitchen waste

XIE Bin1， YANG Tao1， LI Wenzhuo1， CAI Jialve1， SUN Ran1，2

（1. School of Chemistry and Chemical Engineering， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710129， China;

2. Shenzhen Research Institute of Northwestern Polytechnical University， Shenzhen 518063， China）

Abstract： Urban kitchen waste is increasing year by year， with a large amount of production and complex composition， as well as rich organic matter， protein， and oil， which has a very broad prospect for resource utilization. The traditional way of handling kitchen waste poses a potential threat to the ecological environment and the health of residents， and is no longer suitable for the current development environment. Harmlessness， reduction， and resource utilization are the future development directions for the disposal of kitchen waste. Based on the composition and characteristics of kitchen waste， the traditional treatment methods are analyzed， and the research progress of resource utilization technology for kitchen waste is summarized， in order to better achieve resource utilization.

Keywords： kitchen waste; resource utilization; aerobic composting; anaerobic digestion; feed conversion; biodiesel fuel

城市餐廚垃圾是指城市居民、學校餐館和企業工廠等在日常生活生產中產生的垃圾。餐廚垃圾中，碳水化合物、油脂和蛋白質占比較高。如表1、表2所示，餐廚垃圾來源廣泛，組成復雜，含水率高[1]，不便于收集運輸和后續處理。若不及時處理，則極易腐敗變質，滋生各類微生物，影響城市環境衛生，危害城市居民健康。高含鹽量、高油脂量和高有機物量等又使得餐廚垃圾具有可資源化的性質，好氧堆肥、厭氧消化、飼料化和生產生物柴油等處理技術則可將餐廚垃圾變廢為寶。餐廚垃圾作為城市生活垃圾的重要組成部分，在我國大中城市中占據較大的比例，其中上海市為72.49%，北京市為63.39%，廣州市為54.43%，蘭州市為55.99%，青島市為69.00%，沈陽市為60.97%[2]。我國餐廚垃圾產生量極大，目前，年產生量已經超過1億t，每年仍以10%的速率增長。我國餐廚垃圾的處理能力僅為3.44萬t/d，無法滿足需求[3]。

1 餐廚垃圾傳統處理方式

餐廚垃圾的傳統處理工藝有填埋、焚燒和喂養禽畜等。這些處理方式雖然簡單快捷，但是很難保證餐廚垃圾的無害化，導致其資源化程度低。

1.1 填埋

通常由于未將餐廚垃圾與其他生活垃圾分揀開來，大多直接轉運至填埋場進行簡單填埋。這種方式處理量大，操作簡單。餐廚垃圾含有大量有機物，填埋后通過厭氧發酵降解。餐廚垃圾含水量高，若填埋不合理或填埋場選址不當，則易發生滲漏，造成附近土壤和地下水的污染。填埋還易產生甲烷和二氧化碳，存在安全隱患。衛生填埋能避免滲漏等問題，但同樣需要占用大量土地，餐廚垃圾含有的大量有機物和油脂等資源得不到利用。

1.2 焚燒

對餐廚垃圾進行高溫焚燒，使其含有的有機物等徹底氧化分解，產生的熱能可用于制熱和發電，能夠很好地達到減量化和無害化的要求。但是，餐廚垃圾含有大量水分，熱值低，通常需要進行脫水處理或者加入輔助燃料，使其燃燒徹底，增大處理成本。水分蒸發易造成餐廚垃圾燃燒不充分，產生二噁英等有害氣體，造成二次污染。

1.3 喂養禽畜

城市餐廚垃圾含有豐富的有機物、蛋白質和油脂等物質，不少養殖戶會將各餐飲店、學校及工廠產生的餐廚垃圾直接喂養禽畜。餐廚垃圾通?；煊兴芰稀⑾礉崉┖徒饘俳z等垃圾，同時混有禽畜的肉、骨及各類內臟等，若被同類禽畜食用，則容易造成同源性污染，造成喂養的禽畜感染病毒，傳染疾病，再通過生物鏈傳染給人類，引起人畜交叉感染等衛生安全問題。我國多地已經出臺相關法規，禁止直接用餐廚垃圾喂養禽畜。

2 餐廚垃圾資源化處理技術

傳統的餐廚垃圾處理技術資源化利用率不高，容易破壞生態環境，影響居民健康。近年來，我國對餐廚垃圾資源化處理越來越重視，出臺相關政策，建立餐廚垃圾管理制度。城市餐廚垃圾資源化處理不僅有助于改善環境，而且有利于資源回收利用，促進循環經濟的發展。

2.1 好氧堆肥

餐廚垃圾含有大量的有機物和N、P、K等營養元素，具有比傳統肥料更豐富的營養物質，可用于制成有機肥或土壤改良劑，實現資源化利用。餐廚垃圾好氧堆肥是指在有氧條件下，借助微生物將餐廚垃圾含有的有機物質分解成小分子物質和二氧化碳等，在給微生物提供生存繁殖所需能量的同時，轉化成土壤改良所需的重要物質——腐殖質。餐廚垃圾中的各類蟲卵、寄生蟲和致病菌也會在好氧堆肥的高溫處理下被殺死，可減少環境污染和疾病的產生。餐廚垃圾好氧堆肥分成堆肥物料配比階段、一次高溫發酵階段和二次高溫腐熟階段，制備出資源化產品質量占比高和養分含量達標的有機肥。

2.2 厭氧消化

厭氧消化是指在無氧條件下，通過厭氧微生物將餐廚垃圾含有的有機物降解，再進一步轉化甲烷、二氧化碳和其他穩定物質，從而實現餐廚垃圾無害化、資源化。厭氧消化通?？煞譃?個階段，即水解、酸化、乙酸化和甲烷化。厭氧消化封閉式處理環境污染小，產品豐富，用途廣，資源化利用程度高，應用前景廣闊。

2.2.1 制甲烷

甲烷是沼氣的主要成分，是一種清潔能源。餐廚垃圾含有大量有機物和高碳氮比，易在厭氧消化中酸化，造成體系不穩定，影響甲烷產率。通常，利用接種物降低碳氮比，使體系穩定，增加甲烷產量。周雨綺等[4]研究發現，在中溫條件下，污泥-餐廚垃圾聯合厭氧發酵產氫時，隨著污泥接種量的增加，甲烷產率先增后減，污泥接種量為30%，最有利于體系制備甲烷，甲烷產率最大。

2.2.2 制氫

氫氣是厭氧酸化階段的中間產物，是一種新型的清潔能源，熱值高。餐廚垃圾制備氫氣，受溫度、pH、氨氮含量和接種物等因素的影響。王勇等[5]以丁酸型厭氧發酵為基礎，利用餐廚垃圾制氫，溫度為55 ℃且初始pH為6.0時，產氫效果最佳，條件優化可以有效提高餐廚垃圾產氫量。

2.2.3 制乙醇

將餐廚垃圾中淀粉、纖維素等碳水化合物通過水解還原成糖類，再通過酵母菌等微生物發酵將其轉化成生物燃料乙醇，是餐廚垃圾資源化的重要發展方向。餐廚垃圾制備乙醇需要經歷4個階段，即預處理、水解、發酵和純化，而水解和發酵是制乙醇的關鍵步驟。劉愛民等[6]先利用根霉菌和枯草芽孢桿菌對餐廚垃圾進行糖化，再接種啤酒酵母菌，通過發酵產燃料乙醇，其間通過探究接種菌落類型、接種量、含水率和發酵時間等影響因素，優化發酵條件，獲得產率最高可達6.67%的燃料乙醇。

2.3 飼料化

隨著養殖業的蓬勃發展，飼料需求量不斷增加。餐廚垃圾含有大量的淀粉、油脂和蛋白質，可代替玉米、大豆和魚粉等制作高蛋白飼料，實現資源回收利用。但是，餐廚垃圾可能含有多種病菌，容易引起同源性污染，餐廚垃圾飼料化必須執行嚴格的標準。餐廚垃圾飼料化工藝主要分為物理法和生物法。物理法是指對餐廚垃圾進行脫水處理、高溫殺菌、干燥和粉碎等處理，關鍵在于高溫殺死病菌、蟲卵和寄生蟲等，但并不能完全避免同源性污染。生物法是利用微生物發酵、昆蟲養殖技術（黃粉蟲、黑水虻和蠅蛆等昆蟲）將餐廚垃圾轉化成高蛋白飼料。

2.4 生產生物柴油

生物柴油是一種環境友好且可再生的生物質燃油，以動植物油脂為原料，通過酯交換技術產生脂肪酸單烷基酯。餐廚垃圾含有大量的廢油脂，其理化性質和動植物油接近，經預處理可作為生物柴油生產的原料。餐廚垃圾制備生物柴油，可以有效消納廢油脂，變廢為寶，帶來經濟效益和環境效益。先提煉廢油脂，再對其進行預處理（除雜、脫酸、脫色和脫水）。酯交換法是目前最成熟的生物柴油生產技術，包括酸催化法、堿催化法和生物酶法等。酯交換法可用于處理餐廚垃圾，制取生物柴油，目前已經實現工業化應用，但仍面臨規模小、供需不穩定和效益低等問題，而生物柴油優勢突出，在能源緊缺的當下成為研究熱點。

3 結語

目前，餐廚垃圾資源化處理依舊存在許多問題。一是垃圾收運體系與分類分揀系統不完善；二是好氧堆肥周期長，產品品質受餐廚垃圾組分影響大；三是厭氧消化沼渣沼液處理困難；四是飼料化規模小，存在食品安全隱患；五是制取生物柴油的工業化規模小，經濟效益低。要加大對餐廚垃圾資源化的研究，不斷完善資源化處理工藝，加強資源化與工業化生產，對餐廚垃圾進行綜合回收利用。要不斷出臺餐廚垃圾資源化政策，完善監督管理制度，實現城市餐廚垃圾資源化的全覆蓋。

參考文獻

1 劉奕清.餐廚垃圾綜合利用探討[J].皮革制作與環?？萍?，2021（21）：128-129.

2 劉偉建，趙高輝.城市生活垃圾資源化綜合處理技術研究和應用進展[J].科學技術與工程，2019（34）：40-47.

3 祝曉燕，陳 婷，趙瑩瑩，等.我國餐廚垃圾資源化處理規模的影響因素統計學分析[J].環境工程，2021（3）：172-177.

4 周雨綺，許俊超，桌桂華，等.中溫條件下污泥接種量對污泥-餐廚垃圾聯合厭氧發酵產氫余物產甲烷的影響[J].環境工程，2021（6）：

144-149.

5 王 勇，任連海，趙 冰，等.初始pH和溫度對餐廚垃圾厭氧發酵制氫的影響[J].環境工程學報，2017（12）：6470-6476.

6 劉愛民，徐雙鎖，蔡 欣，等.餐廚垃圾混菌發酵制備燃料乙醇[J].環境工程學報，2013（2）：727-731.