餐廚垃圾的研究熱點及處理技術(shù)發(fā)展與行業(yè)現(xiàn)狀

張越 孫東曉 楊蒙嶺 葉港歸 彭斯涵 董志強*，2，3

（1.中鐵上海工程局集團市政環(huán)保工程有限公司，上海 201906；2.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092；3.中國鐵路工程集團有限公司，北京 100039）

1 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和各國城市化進(jìn)程的推進(jìn)，餐廚垃圾對人們生活和居住環(huán)境的影響日趨明顯，已經(jīng)是全世界亟待解決的一個大問題。與其他垃圾相比，餐廚垃圾具有含水、油、鹽率高，有機物含量高，有害物質(zhì)少，易腐爛變質(zhì)等特點［1］。餐廚垃圾平均含水率80%～90%，含油脂率1%～8%，含鹽率1%～3%；餐廚垃圾有機質(zhì)約占干重的90%，富含碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物，以及N，P，K，Ca 等各種微量元素；餐廚垃圾有毒有害化學(xué)物質(zhì)含量少，來源集中，成分相對單一，資源化價值高；餐廚垃圾易腐爛變質(zhì)和攜帶滋生病菌，直接利用或處理不當(dāng)容易引發(fā)病原菌傳播，造成土壤、水源、空氣污染，以及動物和人類病毒感染［2］。

我國餐廚垃圾存在數(shù)量龐大、總體合法收運處理占比較低、部分地區(qū)政策標(biāo)準(zhǔn)不夠完善等問題。2019 年數(shù)據(jù)顯示，我國餐廚垃圾產(chǎn)生量已突破1.2 億t，但其合法收運處理率占比僅10%左右［3］，大量餐廚垃圾通過私人收購、飼喂牲畜、市政排水管網(wǎng)、生活垃圾混合傾倒等不正規(guī)渠道處理。此外，因為國內(nèi)部分地區(qū)垃圾分類尚未完全推行，餐廚垃圾中夾雜大量其他垃圾，自動化預(yù)處理程度難以提高。部分省市雖然出臺了地方性餐廚垃圾管理辦法，但存在只針對餐飲企業(yè)進(jìn)行監(jiān)管，而未將居民產(chǎn)生的餐廚垃圾納入管理的問題。餐廚垃圾的收運與集中處置也缺乏收運服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、資源化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)等統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在此背景下，餐廚垃圾的處理技術(shù)、行業(yè)市場還有很大的發(fā)展空間，亟須出臺相關(guān)政策。

2 餐廚垃圾來源及產(chǎn)量分析

餐廚垃圾主要是指居民日常生活及除此以外的食品加工、飲食服務(wù)、單位供餐等活動中產(chǎn)生的垃圾。餐廚垃圾包括廢棄食用油脂和廚余垃圾。其中，廢棄食用油脂是指不可再食用的動植物油脂和各類油水混合物，而廚余垃圾是指食物殘余和食品加工廢料，主要為餐廚垃圾中的固體殘留物［4］。

目前，全球每年產(chǎn)生的城市生活垃圾為500 億t左右，其中餐廚垃圾占10%～20%。隨著我國消費升級，餐飲行業(yè)的發(fā)展迅速，尤其是外賣行業(yè)的快速發(fā)展，餐廚垃圾的產(chǎn)量也逐年遞增［5］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在餐飲浪費中，外賣餐飲的浪費比例正日益增長，主要原因有：（1）餐飲商家設(shè)置“湊單滿減”優(yōu)惠活動，顧客為追求劃算而湊單，導(dǎo)致點餐超量吃不完而產(chǎn)生浪費；（2）餐飲商家刷高分評分，外賣食物貨不對版，食物難吃導(dǎo)致浪費；（3）商家設(shè)置起送金額，顧客為了湊到起送費而點餐超量，吃不完產(chǎn)生浪費。外賣在方便人們生活的同時，部分餐飲商家為達(dá)到經(jīng)營目的，誘導(dǎo)消費者進(jìn)行不合理點餐，從而導(dǎo)致浪費，增加了餐廚垃圾的產(chǎn)量［6］。除了外賣餐飲浪費導(dǎo)致的餐廚垃圾大量增加之外，大型聚會餐飲浪費更高，可達(dá)35%左右。

數(shù)據(jù)顯示，2015 年我國餐廚垃圾產(chǎn)量達(dá)9 475 萬t，2019 年產(chǎn)量增長至12 075 萬t，較2018 年增長5.91%，至2021 年我國餐廚垃圾產(chǎn)量達(dá)到13 000 萬t［7］，較2020 年增長1.76%。

2015—2021 年我國餐廚垃圾產(chǎn)量見圖1。

圖1 2015—2021 年我國餐廚垃圾產(chǎn)量

截至2020 年上半年，全國已建及在建餐廚垃圾處理設(shè)施406 座，累計投資超過1 236.88 億元，總處理能力約15.3 萬t/d。當(dāng)前國內(nèi)餐廚垃圾資源化行業(yè)已基本形成，管理體系和政策、技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化、設(shè)備設(shè)計和加工、工程咨詢和建設(shè)、項目運營和管理、設(shè)備租賃等措施日趨完善。

3 餐廚垃圾研究發(fā)展趨勢分析

3.1 餐廚垃圾的發(fā)文量

發(fā)文量及其年變化趨勢不僅反映了科研工作者對本領(lǐng)域研究的關(guān)注度，還體現(xiàn)了該學(xué)科或領(lǐng)域的發(fā)展速度［8］。在中國期刊全文數(shù)據(jù)庫，以“餐廚垃圾”為主題和關(guān)鍵詞檢索近20 年（2002—2022 年）收錄的相關(guān)文獻(xiàn)，逐條整理，并去掉重復(fù)或不相關(guān)文獻(xiàn)，獲取有效文獻(xiàn)分別為4 389 篇和3 696 篇。餐廚垃圾相關(guān)研究發(fā)文量的年變化見圖2。

圖2 2002—2022 年餐廚垃圾相關(guān)研究發(fā)文量的年變化

由圖2 可知，將餐廚垃圾的相關(guān)研究可大致分為以下3 個階段：萌芽階段（2002—2007 年），這一時期中英文期刊發(fā)文量較少，研究尚處于初步探索中；快速增長階段（2008—2010 年），這一時期發(fā)文量增加1 倍，餐廚垃圾研究迅速發(fā)展；平穩(wěn)發(fā)展階段（2011—2022 年），這一時期中英文期刊發(fā)文量每年增減幅度較小，餐廚垃圾研究趨于穩(wěn)定發(fā)展階段。

由圖2 可知，快速增長階段（2008—2010 年）和平穩(wěn)發(fā)展階段（2011—2022 年）中有3 個峰值，分別為2010 年314 篇、2014 年313 篇和2021 年373篇，國家政策及基金扶持可能是我國餐廚垃圾研究的重要推動力。

2010 年，國家發(fā)改委等部門發(fā)布了《關(guān)于開始組織城市廚余垃圾利用與無害化處理試點工作的通知》，并選擇了33 個試點城市進(jìn)行探索［9］。

2014 年，國家發(fā)改委對第4 批餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點城市進(jìn)行公示，陜西省西安市、浙江省衢州市等17 個城市入圍，加上前3批試點城市，餐廚垃圾處理試點城市及地區(qū)已達(dá)100 個。100 個試點城市中已有62 個城市專門實施了餐廚垃圾管理辦法或條例，10 個城市出臺了餐廚垃圾管理實施細(xì)則或?qū)嵤┓桨福? 個城市出臺了管理意見，8 個城市正在編制餐廚垃圾管理草案，已出臺、計劃出臺餐廚垃圾管理相關(guān)規(guī)定的城市占比83%［10-11］。與此同時，餐廚垃圾處理設(shè)施建設(shè)也蓬勃發(fā)展，截至2015 年年末，全國已投運、在建、籌建（已立項）的餐廚垃圾處理設(shè)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(shè)施為43座。由于我國東西部經(jīng)濟水平、人口密度等差距較大，東部發(fā)達(dá)地區(qū)單座設(shè)施平均處理規(guī)模為150～200 t/d，人口少或城市規(guī)模較小的地區(qū)單座設(shè)施平均處理規(guī)模為100～150 t/d，各地區(qū)設(shè)施建設(shè)總能力相差較大［12］。

2020 年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展改革委等多個部門發(fā)布了多項關(guān)于餐廚、生活垃圾的政策，針對農(nóng)村生活垃圾治理、垃圾分類、禁止餐廚垃圾畜禽養(yǎng)殖、餐廚垃圾處理、村莊清潔和綠化行動等提出一系列規(guī)范類和支持類政策意見。國家對于餐廚垃圾治理問題的高度關(guān)注、政策出臺和設(shè)施建設(shè)需求，極大地推動了餐廚垃圾的相關(guān)理論與技術(shù)研究［13］。

3.2 餐廚垃圾的研究熱點

關(guān)鍵詞是科技論文的重要部分，其可高度概括論文的研究內(nèi)容。由圖3 可知，除了“餐廚垃圾”主題詞匯外，“厭氧消化”“厭氧發(fā)酵”“資源化”“餐廚垃圾沼液”和“預(yù)處理”為該領(lǐng)域的研究熱點詞匯。

圖3 2002—2022 年餐廚垃圾研究關(guān)鍵詞統(tǒng)計

綜上，餐廚垃圾研究中餐廚垃圾處理問題是研究熱點，“厭氧消化”“厭氧發(fā)酵”“餐廚垃圾沼液”“預(yù)處理”和“資源化”都為餐廚垃圾處理方式。厭氧消化也稱厭氧發(fā)酵，是目前最常用的餐廚垃圾實現(xiàn)減量化和資源化的方式之一，是有機物質(zhì)被厭氧菌在厭氧條件下分解產(chǎn)生甲烷和二氧化碳的過程，產(chǎn)生的甲烷和二氧化碳的混合氣體一般稱之為沼氣［14］；產(chǎn)生的殘渣和殘液一般稱之為沼渣和沼液，也就是圖3 中第5 個熱點詞匯“餐廚垃圾沼液”，是餐廚垃圾資源化處理的產(chǎn)物。

厭氧消化（發(fā)酵）是一種較為節(jié)能高效的處理方式，同時產(chǎn)生的沼氣還能作為能源進(jìn)行利用，可以產(chǎn)熱、發(fā)電或者提純天然氣，有些廢物的沼渣沼液也可以進(jìn)行利用（可以作為有機肥），因此厭氧消化技術(shù)能夠一定程度地實現(xiàn)廢物資源化轉(zhuǎn)換，是一種相對理想的有機廢物處理方式［15］。

“預(yù)處理”也是餐廚垃圾研究的熱點之一，最常規(guī)的餐廚垃圾預(yù)處理是通過物理機械手段對餐廚垃圾進(jìn)行預(yù)處理，主要包括粉碎和機械壓榨。經(jīng)過物理手段預(yù)處理后餐廚垃圾的粒度變細(xì)，可實現(xiàn)固體和漿體液的高效分離［16］。除此之外，還有化學(xué)預(yù)處理和生物預(yù)處理，化學(xué)預(yù)處理有酸或堿預(yù)處理和臭氧氧化預(yù)處理兩種，生物預(yù)處理即酶的水解。這幾種預(yù)處理的直接作用效果是增溶，使餐廚垃圾在后續(xù)的處理中效率更高，目前酸或堿預(yù)處理成本低廉，并具有促進(jìn)復(fù)雜有機質(zhì)降解速度更快、效率更高等優(yōu)點［17］，已得到廣泛的研究應(yīng)用，而臭氧氧化預(yù)處理和生物酶水解預(yù)處理由于裝置成本高、操作危險系數(shù)高等而未廣泛應(yīng)用，降低成本和提升安全是未來的研究方向。

3.3 餐廚垃圾的研究層次

餐廚垃圾研究文獻(xiàn)層次分布見圖4。

圖4 2002—2022 年餐廚垃圾研究文獻(xiàn)層次分布

由圖4 可知，餐廚垃圾研究文獻(xiàn)層次當(dāng)前主要分布在技術(shù)研究層面，技術(shù)研究文獻(xiàn)高達(dá)548 篇，其次為工程研究、基礎(chǔ)應(yīng)用研究和技術(shù)開發(fā)。由此可見，餐廚垃圾的基礎(chǔ)理論研究已經(jīng)基本飽和或到達(dá)一定瓶頸階段，目前的研究主要為實用技術(shù)方面，例如餐廚垃圾處理技術(shù)研究、餐廚垃圾處理設(shè)施建設(shè)研究、處理設(shè)備工藝研究、處理場景研究等，以達(dá)到減量化、資源化以及更精細(xì)化的餐廚垃圾處理目標(biāo)。

當(dāng)前餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點城市的處理及管理水平較高，但是在鄉(xiāng)村、偏遠(yuǎn)縣城、人口密度低地區(qū)以及一些特殊場景，餐廚垃圾處理能力及管理水平仍然有待提高［18］。例如建筑企業(yè)施工項目部遠(yuǎn)離市區(qū)或臨時搭建，面臨著餐廚垃圾難以集中收運處理或者收運成本高的困境。中鐵上海工程局市政環(huán)保公司針對工程建設(shè)項目部這一特殊場景的餐廚垃圾處理問題開展了課題研究，著力探究適合建筑企業(yè)施工項目部的餐廚垃圾就地化處置設(shè)備與資源化利用技術(shù)。調(diào)研顯示，根據(jù)項目規(guī)模不同，項目部有10～70 名職工不等，會產(chǎn)生30～200 kg/d的餐廚垃圾，因此項目部需要處理量為30～200 kg/d的餐廚垃圾處理設(shè)備，方能滿足日常餐廚垃圾處理需求，因此公司研制出一種適合項目部的中型餐廚垃圾處理設(shè)備，投放到公司項目部進(jìn)行實驗應(yīng)用，實現(xiàn)處理能力為50 kg/d，餐廢有機肥料生產(chǎn)能力10 kg/d。餐廢有機肥料可用于項目綠化，從而減少項目部綠化過程中的肥料投入，同時節(jié)約餐廚垃圾外運費用。

4 餐廚垃圾主要處理技術(shù)

4.1 傳統(tǒng)處理方法

在2002 年之前，我國餐廚垃圾研究領(lǐng)域幾乎是空白，對餐廚垃圾的處理方式也比較簡單，主要為填埋法和粉碎直排法。

填埋法是將餐廚垃圾進(jìn)行填埋處理，餐廚垃圾中含有大量的可降解組分，填埋法利用厭氧作用降解其中有機物，穩(wěn)定時間短，有利于垃圾填埋場地的恢復(fù)使用［19］。填埋法技術(shù)要求低，操作簡單，大大節(jié)約了建廠和運行的成本，因此在過去一個時期以及當(dāng)前的一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用普遍。但填埋法也有很多缺點：一是填埋處理中帶來的滲濾液、沼氣和腐臭會對周邊水體、地下水、土壤、大氣造成污染［20］；二是被填埋的垃圾并沒有進(jìn)行無害化處理，殘留著大量的細(xì)菌、病毒；三是填埋法占用了土地資源，降低了土地利用率。因此這種方法潛在極大危害，目前，我國餐廚垃圾填埋率逐漸降低，部分地區(qū)已禁止對餐廚垃圾進(jìn)行直接填埋。

粉碎直排法是指將餐廚垃圾在其產(chǎn)生地進(jìn)行研磨、粉碎處理，達(dá)到不影響自來水流速的細(xì)小顆粒狀態(tài)，然后采取常壓水力沖刷，便可將其隨水流排入市政下水管網(wǎng)，與污水合并進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理。這種方法對用于處理少量、分散的家庭餐廚垃圾，具有處理成本低、操作簡便等特點［21］。有些國家廚房餐廚垃圾處理器已經(jīng)規(guī)?；瘧?yīng)用，一些國家針對家庭餐廚垃圾制定了法規(guī)，將食物垃圾處理器納入建筑范圍，使其成為廚房設(shè)施的必備設(shè)備。廚房餐廚垃圾處理器技術(shù)成熟，市面上品牌和產(chǎn)品多樣，近幾年國內(nèi)少量家庭也會安裝使用。但是粉碎直排法也存在缺點：一是容易造成排水管道堵塞，降低城市下水道的排水能力，加重城市污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷；二是該方法容易在城市下水道中滋生病菌、蚊蠅和導(dǎo)致疾病傳播［22］。

填埋法和粉碎直排法都屬于傳統(tǒng)的餐廚垃圾處理方法，這兩種方法都有可能產(chǎn)生環(huán)境二次污染，以及造成餐廚垃圾中有機質(zhì)資源的浪費，使資源回收利用率基本為零。為兌現(xiàn)申奧承諾，2007 年我國餐廚垃圾研究進(jìn)入快速增長階段，出臺了多項餐廚垃圾管理政策，對餐廚垃圾可利用性和環(huán)保性的認(rèn)識越來越廣泛，傳統(tǒng)的餐廚垃圾處理方法呈現(xiàn)下降甚至禁止的趨勢。

4.2 資源化處理方法

4.2.1 早期資源化處理方法

餐廚垃圾作為一種隱性資源存在，具有極大的資源化利用價值，對餐廚垃圾合理治理，進(jìn)行有效利用，能夠在解決餐廚垃圾帶來的各種環(huán)境問題的同時，緩解資源短缺的困境［23］。2000 年以前國內(nèi)對餐廚垃圾資源化利用的方式主要為堆肥和飼喂生豬，這兩種方式在目前的偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村地區(qū)也依然存在。

對餐廚垃圾進(jìn)行堆肥和飼喂生豬處理的歷史可以追溯到更遠(yuǎn)，以上海為例，在2000 年以前其城區(qū)垃圾的處理采用送肥下鄉(xiāng)的做法，由環(huán)衛(wèi)水運單位把餐廚垃圾混入生活垃圾運往上海郊區(qū)和周邊的農(nóng)村地區(qū)，經(jīng)過一段時間的簡易堆放發(fā)酵后，用作農(nóng)作物的肥料。1983 年又發(fā)明出以垃圾高溫堆肥發(fā)酵方式來增進(jìn)肥效的方法，這種技術(shù)的應(yīng)用增加了餐廚垃圾處理的速度，緩解了餐廚垃圾產(chǎn)量逐漸增大的問題。到了20 世紀(jì)90 年代，農(nóng)村耕種普遍使用肥效高、收益快的化肥，堆肥發(fā)酵后的細(xì)堆肥銷路不暢，且餐廚垃圾采用高溫堆肥的處理方法存在成本較高、堆肥處理周期較長、占地面積大、有害有機物及重金屬等污染無法很好去除、無害化不徹底、處理過程不封閉、衛(wèi)生條件相對較差、易造成二次污染等缺點［24］，堆肥法處理餐廚垃圾逐漸減少。

飼喂生豬的餐廚垃圾處理方式和堆肥同屬于一個時期，環(huán)衛(wèi)水運單位將城區(qū)的餐廚垃圾收集后運往郊區(qū)和周邊農(nóng)村地區(qū)的生豬飼養(yǎng)場，用于生豬或家禽飼料。餐廚垃圾喂豬不光省時省力，更能節(jié)省一大部分豬飼料的開銷［25］，因此這種餐廚垃圾處理方式一直廣泛沿用。但餐廚垃圾未經(jīng)過消毒處置就與其他飼料混合，餐廚垃圾含有大量有機物，其變質(zhì)的速度快和各類病菌的傳染概率大，直接喂豬或其他家禽，容易導(dǎo)致各類病原菌或病原體的傳播與感染，使用餐廚垃圾喂豬的風(fēng)險很高，因此，2000 年以來各地方陸續(xù)出臺禁止餐廚垃圾飼喂生豬的管理辦法，例如2000 年5 月，滬農(nóng)委第69 號文要求把禁止使用廚余垃圾喂養(yǎng)生豬列為專項治理的重點之一。2006 年7 月，《中華人民共和國畜牧法》正式施行，規(guī)定飼養(yǎng)戶不得使用未經(jīng)高溫處理的餐館泔水飼喂家畜。國外有專家對2008—2012 年查明的219 起非洲豬瘟疫情進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)45.6%的疫情是飼喂餐廚垃圾引起的。專家對我國非洲豬瘟疫情發(fā)生原因進(jìn)行了初步分析，分析結(jié)果表明，在我國發(fā)生的21 起非洲豬瘟疫情中，有62%的疫情與飼喂餐廚垃圾有關(guān)［26］。2018 年10 月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步做好非洲豬瘟防控工作的通知》，明確全面禁止餐廚剩余物飼喂生豬［27］。

意識到餐廚垃圾直接用作飼料的危害后，我國從政策和技術(shù)上對餐廚垃圾作為飼料的資源化利用進(jìn)行了一系列的探索。當(dāng)前的飼料化處理技術(shù)主要采用物理手段將餐廚垃圾經(jīng)過高溫加熱，烘干處理，殺毒、滅菌、除去鹽分等，最終生成蛋白飼料［28］。

當(dāng)前的好氧堆肥技術(shù)也有了巨大的發(fā)展變革，以生物強化腐殖化技術(shù)為例，生物強化多階段接種與動態(tài)返混技術(shù)，利用生物強化加速醌基物質(zhì)釋放，使小分子物質(zhì)圍繞醌基物質(zhì)定向聚合，實現(xiàn)有機廢物高效定向腐殖化，最大化固定碳氮［29］。通過生物強化腐殖化技術(shù)進(jìn)行好氧堆肥具有多種技術(shù)優(yōu)勢：（1）定向腐殖化，而傳統(tǒng)的堆肥存在無序的礦化和腐殖化，存在二次污染；（2）8～10 h 即可完成有機物料的腐殖化，而傳統(tǒng)堆肥腐殖化需要20～30 d；（3）有機質(zhì)含量高（高達(dá)75%），是傳統(tǒng)堆肥的2～3 倍，易氧化有機質(zhì)含量更高；（4）除了有機質(zhì)外，還有腐植酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素等生物活性物質(zhì)［30-31］。

4.2.2 能源化處理方法

2008 年，為了提升市容市貌和社會文明水平，國家對餐廚垃圾處理的重視程度大大提高，以北京為代表的試點城市政府對餐廚垃圾管理考核力度也逐漸加大，餐廚垃圾的基礎(chǔ)研究、技術(shù)研究、政策研究等呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。餐廚垃圾處理從以前的粗獷式減量化和資源化的處理方式，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害化、可再生能源化的發(fā)展趨勢。這一時期的餐廚垃圾能源化處理方式主要有厭氧消化制甲烷、熱化學(xué)法制再生柴油、濕式焚燒以及發(fā)酵制氫。與此同時，研究也注重餐廚垃圾的預(yù)處理，無論采取哪一種餐廚垃圾處理方式，前期的預(yù)處理都是必不可少的環(huán)節(jié)。

厭氧消化是目前餐廚垃圾處理使用最廣泛、研究最多的方法［32］，也是研究熱點。2023 年光大環(huán)境公司調(diào)查顯示，當(dāng)前國內(nèi)餐廚垃圾處置和利用的主要技術(shù)應(yīng)用中，厭氧消化占比74.3%。與好氧堆肥工藝相比，厭氧消化具有占地面積小、環(huán)境影響小、實現(xiàn)沼氣能源回收的優(yōu)勢。厭氧消化能夠降解廚余垃圾中的有機質(zhì)，控制氣味的產(chǎn)生，避免衛(wèi)生安全問題的產(chǎn)生，且反應(yīng)系統(tǒng)簡單，無二次污染，輸入的能量低且可產(chǎn)生甲烷，經(jīng)濟效益好［33］。厭氧消化的整個過程無需供氧，輸入能量較低，對環(huán)境友好，具有反應(yīng)過程穩(wěn)定、產(chǎn)生清潔能源、實現(xiàn)廚余垃圾無害化和資源化等多種優(yōu)勢，是極具潛力和發(fā)展前景的餐廚垃圾的處理方法。餐廚垃圾的碳氮比（C/N）一般在10～30，符合厭氧消化C/N 值在20～25 的要求。餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)生的沼氣中，甲烷只占40%～70%，剩下的大部分是二氧化碳，還有少量的硫化氫和其他雜質(zhì)，所以產(chǎn)物沼氣熱值低［34］。

餐廚垃圾厭氧消化機理和限制因素見圖5。

圖5 餐廚垃圾厭氧消化機理和限制因素

濕式焚燒又稱水熱氧化，是當(dāng)前餐廚垃圾資源化處理的一種方式。由于餐廚垃圾具有含水率高的特性，普通焚燒消耗燃料成本極高，且會產(chǎn)生二英、飛灰、氮氧化物等有毒有害物質(zhì)［35］，造成大氣污染。因此當(dāng)前的餐廚垃圾焚燒發(fā)電采用新型的濕式燃燒技術(shù)，它在高溫高壓（100～400 ℃，2～30 MPa）水中進(jìn)行反應(yīng)，故在處理高含水率廢棄物方面具有獨特的優(yōu)勢，不僅不需要脫水、干燥等耗能的預(yù)處理，而且氮、硫的氧化物容易捕獲在水中，降低甚至消除氮氧化物、硫氧化物的形成。另外，由于燃燒溫度低，也不會形成二 英等有毒有害物質(zhì)［36］。不完全燃燒的餐廚垃圾會產(chǎn)生甲酸和乙酸，是重要的有機化工原料，可以用于生產(chǎn)染料、合成化學(xué)中間體等。但是濕式焚燒餐廚垃圾存在成本投入過高、安全性低且不可觀察反應(yīng)過程等缺點［37］。濕式燃燒技術(shù)處理餐廚垃圾的技術(shù)路線見圖6。

圖6 濕式燃燒技術(shù)處理餐廚垃圾的技術(shù)路線

餐廚垃圾制再生柴油也是當(dāng)前發(fā)展成熟的產(chǎn)業(yè)。餐廚垃圾高含油率是我國餐飲的特點，針對這個特點餐廚垃圾廢棄油脂資源化利用成為發(fā)展趨勢［38］。餐廚垃圾制生物柴油是先將餐廚垃圾干濕分離出含油廢水，將含油廢水加入油水分離器分離出含油率60%～80%的廢棄油脂，再通過加熱離心將廢棄油脂加工為含油率95%的油品，經(jīng)過再次提純后，加入甲醇和催化劑進(jìn)行酯化反應(yīng)，形成含有生物柴油主要成分的粗甲酯，清洗后的粗甲酯進(jìn)入蒸餾塔去味去臭，并進(jìn)行精餾，形成精甲酯，也就是無色透明的生物柴油。最后將生物柴油和礦物質(zhì)柴油以1 ∶9 的體積比例進(jìn)行勾兌，形成B5 生物柴油［39-40］。

生物柴油近些年發(fā)展成熟、應(yīng)用廣泛，以上海市為例，2012 年開始上海市政府對于餐廚廢棄油脂的管理執(zhí)行最為嚴(yán)格的準(zhǔn)入制度，對于收運體系無縫監(jiān)管，防止餐廚廢油外流成為“地溝油”。隨著垃圾分類不斷深入，餐廚廢棄油脂回收處置數(shù)量逐年增加，截至2021 年已達(dá)到近6.5 萬t/a（每天約170 余t），350 座（中石化280 座、中石油70 座）加油站可以加注生物柴油，日均加油車輛達(dá)16 000 輛，加注B5 生物柴油約140 萬L。上海市場每天的餐廚廢棄油脂收油量達(dá)120 t 以上。餐廚廢棄油脂制生物柴油，有效解決了“地溝油”回流餐桌問題，促進(jìn)資源循環(huán)利用［41］。但餐廚垃圾制再生柴油存在預(yù)處理步驟多、增加處理成本的弊端。

餐廚垃圾發(fā)酵制氫是未來重要的發(fā)展趨勢之一。1 t 餐廚垃圾可產(chǎn)生69 m3沼氣，最終可轉(zhuǎn)化為90 m3氫氣。餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，沼氣提純制備氫氣是較為主流的餐廚垃圾制氫工藝［42］。根據(jù)《餐廚垃圾能源化研究進(jìn)展》［43］及《厭氧消化處理餐廚垃圾工藝》［44］，餐廚垃圾制備氫氣主要采用厭氧發(fā)酵法，主流工藝有2 種：（1）兩步法：餐廚垃圾發(fā)酵先產(chǎn)生沼氣（同時會產(chǎn)生含量較低的氫氣，通常直接排放），沼氣提純甲烷再制備氫氣，該工藝產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較多；（2）一步法：通過改變催化劑、反應(yīng)條件、反應(yīng)物配比等，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵時盡可能多地同時產(chǎn)出氫氣及甲烷，但目前該工藝多停留在實驗室階段。甲烷制氫多采用蒸汽重整法，1 m3甲烷平均約產(chǎn)生2 m3氫氣，則1 t 餐廚垃圾最終可轉(zhuǎn)化為90 m3氫氣。甲烷蒸汽重整法（SMR）是目前甲烷制氫最為廣泛應(yīng)用的技術(shù)［45］，其主要流程包括原料氣預(yù)處理、蒸汽轉(zhuǎn)化、CO 變換、氫氣提純。根據(jù)《天然氣制氫工藝介紹及成本分析》提到的實際運行情況，平均1 m3甲烷約產(chǎn)生2 m3氫氣［46］。

餐廚垃圾制氫1 t 氫氣對應(yīng)的成本為1.55 萬元，相較于天然氣制氫、電解水制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫等各類工藝制氫成本，餐廚垃圾制氫成本優(yōu)勢顯著。且餐廚垃圾處理站多布局在城市人口密集區(qū)，因此距離加氫站較近，可降低運氫成本。2022 年3 月，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035 年）》發(fā)布，強調(diào)可再生能源制氫（包括電解水、生物質(zhì)制氫等）為主攻制氫方向［47］。餐廚垃圾制氫具備一定的成本優(yōu)勢，是未來重要的發(fā)展趨勢。

4.2.3 微小動物蛋白轉(zhuǎn)化處理方法

蚯蚓堆肥餐廚垃圾生物轉(zhuǎn)化處理方法在國內(nèi)運行有20 年歷史，技術(shù)成熟，成本較低，蚯蚓活體和蚯蚓糞便都有較高的市場價值，使餐廚垃圾資源化利用價值較高［48］。餐廚垃圾收集后先進(jìn)行脫油、脫鹽、去除無機固體廢棄物的預(yù)處理過程，將經(jīng)過預(yù)處理的固相和液相餐廚垃圾作為蚯蚓飼料，蚯蚓吞食大量有機物質(zhì)，通過自身的新陳代謝將有機物分解轉(zhuǎn)化，并將其與土壤混合。具體來說，就是借助蚯蚓的消化系統(tǒng)，使有機廢棄物通過蚯蚓腸道中的蛋白酶、脂肪分解酶、纖維酶和淀粉酶的生物化學(xué)作用，轉(zhuǎn)化成為蚯蚓自身或其他生物易于利用的活性物質(zhì)，同時產(chǎn)生蚯蚓蛋白和氨基酸［49］。蚯蚓糞富含多種氨基酸、酶類和活性物質(zhì)，是園林綠化、草坪花卉、生產(chǎn)綠色無公害食品的首選肥料。相比填埋、焚燒等方式，同樣單位的餐廚垃圾用蚯蚓處置的投入更低，且對環(huán)境基本沒有副作用。利用蚯蚓處理餐廚垃圾是世界公認(rèn)的最經(jīng)濟、最生態(tài)的好方法。

餐廚垃圾黑水虻生物養(yǎng)殖轉(zhuǎn)化技術(shù)是近些年興起的一種新工藝。黑水虻是腐生性水虻科昆蟲，我國有自然分布，其幼蟲以禽畜糞便、餐廚垃圾、秸稈、菌包、枯枝爛葉、園藝廢棄物、腐敗瓜果等有機廢棄物為食，是自然界碎屑食物鏈中的重要一環(huán)［50］。通過利用餐廚垃圾飼養(yǎng)黑水虻，可實現(xiàn)餐廚垃圾減量化，同時其資源化利用產(chǎn)品包括黑水虻幼蟲活蟲與蟲干，作為飼料蛋白源，可用于飼喂高價值肉食魚類、禽類，同時經(jīng)處理后的蟲糞是優(yōu)質(zhì)的有機肥［51］，有機質(zhì)和總養(yǎng)分含量均高于NY 525—2012《有機肥料標(biāo)準(zhǔn)》的技術(shù)要求。黑水虻蟲沙作為植物可吸收利用的豐富有機質(zhì)，是優(yōu)異的有機質(zhì)源，是優(yōu)良的土壤改良劑。但是當(dāng)前黑水虻處理餐廚垃圾存在3 項技術(shù)瓶頸：（1）黑水虻人工種蟲繁育不穩(wěn)定，受季節(jié)影響，黑水虻在夏秋兩季繁育旺盛，餐廚垃圾減量率高，蟲卵產(chǎn)量大，導(dǎo)致餐廚垃圾無法滿足黑水虻喂養(yǎng)需求。而在冬春兩季，情況恰好相反，種蟲交配率低、形成受精卵的比例低，導(dǎo)致收獲的蟲卵無法滿足生產(chǎn)所需［52］。（2）黑水虻機械化和規(guī)?；B(yǎng)殖技術(shù)尚不成熟，由于黑水虻生長各階段過程中對溫度、濕度和光照等環(huán)境因素的特殊需求，目前尚未實現(xiàn)規(guī)?；酿B(yǎng)殖繁育，自動化、機械化設(shè)備的研發(fā)技術(shù)不足，養(yǎng)殖工藝未形成模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化，如缺乏立體養(yǎng)殖設(shè)備和蟲糞分離設(shè)備等，因此無法大范圍推廣和復(fù)制。需要建立起更多研究、試驗數(shù)據(jù)支撐的黑水虻飼用效果數(shù)據(jù)庫，才能逐步實現(xiàn)黑水虻標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模的應(yīng)用和推廣，進(jìn)一步提升其飼用價值。（3）目前黑水虻產(chǎn)品市場尚不完善。首先，國內(nèi)黑水虻產(chǎn)品有全脂蟲干、脫脂蟲干、蟲油和蟲漿發(fā)酵產(chǎn)品等應(yīng)用形式，未有統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其次，黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化剛剛起步，市場供應(yīng)鏈不完善，目前大部分養(yǎng)殖企業(yè)還處在市場探索的階段，黑水虻產(chǎn)品銷售市場渠道尚未打通［53］。

5 餐廚垃圾處理行業(yè)痛點

5.1 餐廚垃圾預(yù)處理難度大

垃圾分類不到位和餐廚垃圾成分復(fù)雜成為餐廚垃圾處理行業(yè)的痛點之一。2000 年6 月，我國第一次發(fā)布關(guān)于生活垃圾分類收集試點城市的通知，自建設(shè)部城建司將北京等8 個城市作為試點城市推行垃圾分類以來［54］，住建部等部門陸續(xù)發(fā)布垃圾分類管理辦法，到2020 年年底，我國基本建立了垃圾分類相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，部分范圍內(nèi)實現(xiàn)了強制垃圾分類，但是在大部分的縣城、農(nóng)村及偏遠(yuǎn)城市地區(qū)仍然尚未推行垃圾分類，垃圾成分復(fù)雜，使得餐廚垃圾預(yù)處理成本高、工程量大，易引發(fā)餐廚垃圾處理設(shè)備卡堵、纏繞的問題，導(dǎo)致設(shè)備高損耗率和高故障率［55］。

5.2 餐廚垃圾液相處理難度大成本高

餐廚垃圾含水率高達(dá)80%，其預(yù)處理和厭氧環(huán)節(jié)需要引入一些沖洗水、調(diào)配水等，因此目前餐廚項目基本上是1 ∶1 的產(chǎn)水量。餐廚垃圾液相具有高COD、高氮、高油、高鹽、高固體懸浮物的特征，因此處理工藝復(fù)雜，處理難度大，處理費用高，餐廚項目污水處理系統(tǒng)的運行費用可以占到整個項目運行費用的50%以上［56］。大多數(shù)運營失敗的餐廚垃圾項目，基本是因為水處理不達(dá)標(biāo)。處理餐廚垃圾廢液具有運行效率不高，池容大，占地面積大，投資高，同時能耗大，藥劑用量大，污泥產(chǎn)量大［57］，反滲透膜易堵塞，膜清洗頻繁、壽命低，維修更換成本高，項目整體運行成本較高等缺點。

5.3 餐廚垃圾處理企業(yè)長效運營生存缺乏保障機制

餐廚垃圾處理行業(yè)是政策引導(dǎo)性行業(yè)，行業(yè)發(fā)展對政策的依賴性強，行業(yè)市場規(guī)模與利潤水平易受政策的影響，并且行業(yè)的市場化改革主要由政府主導(dǎo)。與經(jīng)濟效益相比，餐廚垃圾處理項目產(chǎn)生的社會效益更加重要，2000 年以后，國家陸續(xù)出臺有機固廢資源化及垃圾分類等政策、文件、法律法規(guī)等，在國家政策引導(dǎo)和政府資金補貼下，國內(nèi)固廢行業(yè)產(chǎn)生了餐廚垃圾細(xì)分領(lǐng)域。餐廚垃圾處理企業(yè)如雨后春筍般遍布國內(nèi)各省市［58］。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2015 年年底，全國已建、在建、籌建餐廚廢棄物處理廠（50 t/d 以上）有118 座，建成43 座，但能夠正常盈利運營的卻不多，日處理僅有2.15 萬t，并未達(dá)到“十三五”設(shè)定的目標(biāo)［59］。大型集成化一體餐廚垃圾資源化項目具有固定資產(chǎn)投資大、建設(shè)周期長、處理工藝復(fù)雜、投資回收期長等特點［60］，以及存在各地方政府財政補貼政策不同、補貼不足以支撐項目建設(shè)運營、補貼下發(fā)不及時不到位等問題，使餐廚企業(yè)長效運營生存不能得到保障。

5.4 餐廚垃圾管理不平衡不完善

當(dāng)前國內(nèi)已通過驗收的84 個餐廚廢棄物試點城市餐廚垃圾管理體系較為完善，餐廚垃圾項目運營和技術(shù)研發(fā)平穩(wěn)向好，但是在大部分的縣城、農(nóng)村及偏遠(yuǎn)城市地區(qū)餐廚垃圾分類及回收政策不足或不落地，管理體系不完善，存在國內(nèi)餐廚垃圾管理發(fā)展不平衡的問題［61］。具體包括4 個方面：（1）源頭管理問題。部門協(xié)同不夠，餐飲單位開、停動態(tài)變化大，存在“無照無證”餐飲經(jīng)營行為，源頭分類效果差。（2）收集運輸問題。特許單位管理難，非正規(guī)收運餐廚垃圾隊伍仍然存在。（3）處理處置問題。大部分地區(qū)餐廚垃圾處理能力不足，“三廢”處理技術(shù)水平低、成本高，副產(chǎn)品價值低、資源化水平低。（4）管理機制和長效運行機制問題。資金機制未理順，監(jiān)管水平有待提高，企業(yè)經(jīng)營能力不強［62］。

6 餐廚垃圾處理發(fā)展趨勢與展望

6.1 推動全面嚴(yán)格垃圾分類管理

嚴(yán)格垃圾分類管理是降低餐廚垃圾預(yù)處理難度和成本的直接辦法。垃圾分類以習(xí)近平總書記關(guān)于開展垃圾分類的重要指示精神為指導(dǎo)思想，貫徹落實創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，以“加快建立分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理的垃圾處理系統(tǒng)”為指導(dǎo)，不斷提高生活垃圾減量化、資源化、無害化處理水平，營造干凈、美觀的城市環(huán)境。一是生活垃圾分類管理不僅局限于試點城市，而要以點帶面全面鋪開，在各級縣城、農(nóng)村及偏遠(yuǎn)城市地區(qū)開展生活垃圾強制分類，各地政府制定和完善相關(guān)配套政策法規(guī)，為加強垃圾分類工作提供充分的法律依據(jù)，確保垃圾分類工作可持續(xù)開展并形成長效管理機制。二是垃圾分類制度不僅局限于餐飲行業(yè)和學(xué)校、單位公共食堂，更要嚴(yán)格監(jiān)管到社區(qū)和家庭，因此要突出宣傳引領(lǐng)作用，引導(dǎo)市民主動分類，強化全社會垃圾分類和環(huán)保意識的教育培養(yǎng)。

6.2 建設(shè)餐廚垃圾集成化一體式處理項目

在人口密集的城市地區(qū)，餐廚垃圾集成化一體式處理項目是餐廚垃圾處理行業(yè)的發(fā)展趨勢。

餐廚垃圾集成化一體式處理方式是將多種餐廚垃圾處理工藝集中為一體，在一個餐廚垃圾工業(yè)項目中完成餐廚垃圾的預(yù)處理、減量化和資源化全過程，降低運輸成本和委外成本。具體過程為：第一步，餐廚垃圾經(jīng)過預(yù)處理，分離出有機物和其他雜物；第二步，有機固渣經(jīng)過干燥、磨粉、化驗及包裝后，能成為高鈣多維酵母蛋白飼料，作為一種有機肥料供畜牧、農(nóng)業(yè)或園林綠化使用；第三步，脫油料液進(jìn)入密閉的厭氧發(fā)酵罐，產(chǎn)生沼氣，可用于發(fā)電；第四步，純毛油可被提取、加工成生物柴油等。

另一種餐廚垃圾集成化一體式處理方式是將餐廚垃圾與其他種類垃圾協(xié)同處理，例如，將餐廚垃圾與生活垃圾焚燒協(xié)同處理，基礎(chǔ)設(shè)施同址合建，同處一個廠區(qū)，共用公用工程，避免重復(fù)建設(shè)，節(jié)約土地費用，降低投資成本。具體工藝為：餐廚垃圾分揀、破碎、壓濾三相分離出的固渣一并轉(zhuǎn)運至生活垃圾倉入爐焚燒發(fā)電；餐廚垃圾油水分離處理過程中的廢水與生活垃圾滲濾液協(xié)同處理，中水回用。油脂外運委外處理制生物柴油；處理過程中的電、蒸汽來自生活垃圾焚燒系統(tǒng)；處理過程中產(chǎn)生的廢氣作為一次風(fēng)補充進(jìn)入焚燒爐，減少異味排放。這種協(xié)同處理實現(xiàn)了工藝、能源、“三廢”、物流、人員和維護(hù)的高效協(xié)同。

6.3 建設(shè)餐廚垃圾分散式處理項目

在人口密度低的縣城和村鎮(zhèn)以及地廣人稀地區(qū)，餐廚垃圾處理的趨勢是建設(shè)分散式處理項目，核心是以縣城、村鎮(zhèn)為單位“就地處理，就地利用”，通常采用好氧堆肥和微小動物蛋白轉(zhuǎn)化等規(guī)模較小、設(shè)備成本較低、技術(shù)難度較小的工藝，將當(dāng)?shù)夭蛷N垃圾進(jìn)行飼料和肥料的資源化轉(zhuǎn)化，就地利用，減少化肥使用，達(dá)到改良、培肥土壤和保護(hù)水土可持續(xù)發(fā)展效果。

6.4 實行餐廚垃圾“一網(wǎng)統(tǒng)管”數(shù)字化運營管理

餐廚垃圾數(shù)字化“互聯(lián)網(wǎng)＋”運營管理是餐廚垃圾行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，餐廚垃圾處理智能化升級和規(guī)模擴容市場即將到來。一是健全餐廚垃圾監(jiān)管體系，推進(jìn)信息化建設(shè)，形成餐廚垃圾數(shù)據(jù)一本臺賬、一張網(wǎng)絡(luò)、一個窗口，使我國餐廚垃圾領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一張網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)管全局，即統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管。二是我國餐廚垃圾處理技術(shù)從無到有，工藝技術(shù)趨于成熟，進(jìn)入了高質(zhì)量的精細(xì)化和數(shù)字化發(fā)展階段。餐廚垃圾設(shè)施的“智能化升級＋協(xié)同擴容＋平臺化運維”，可滿足政府“一網(wǎng)管控”和企業(yè)增收需求，例如，餐廚垃圾處理項目建立云平臺管理，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程查看設(shè)備運行情況；可接受系統(tǒng)異常報警提醒，便于隨時監(jiān)測設(shè)備運行情況；異常情況下可實現(xiàn)在線指導(dǎo)、故障檢修，快速解決問題，恢復(fù)生產(chǎn)；餐廚垃圾智能化收運管控，車載智能系統(tǒng)識別分類垃圾桶的“身份”，自動裝載裝置將餐廚垃圾倒進(jìn)密閉的車廂里，并記錄餐廚垃圾的質(zhì)量，同時將餐廚收運數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)傳輸至后臺?；诓蛷N垃圾“一網(wǎng)統(tǒng)管”監(jiān)督管理和餐廚垃圾行業(yè)數(shù)字化發(fā)展趨勢，“政府主導(dǎo)＋企業(yè)建維＋公眾參與”協(xié)同運作方式和“設(shè)施智能化＋平臺運維化”的新建維模式是未來的發(fā)展方向。

7 結(jié)論

餐廚垃圾具有典型的“廢物”和“資源”二重性，有機質(zhì)、油脂含量高，具有較高的資源回收價值，但若處理不當(dāng)易造成二次污染。我國餐廚垃圾處理行業(yè)整體還處于起步階段，未來要全面實施垃圾強制分類，建立與分類品種相配套的收運體系，建立與再生資源利用相協(xié)調(diào)的回收體系，完善與垃圾分類相銜接的終端處理設(shè)施，并建立垃圾協(xié)同處置基地。因地制宜選擇建設(shè)集成化一體式或者分散式的餐廚垃圾處理項目，以及可靠穩(wěn)定、具有經(jīng)濟效益的處理技術(shù)，保證餐廚項目具有持續(xù)生命力。健全環(huán)境治理監(jiān)管體系，實現(xiàn)餐廚垃圾數(shù)字化“互聯(lián)網(wǎng)＋”運營管理。未來餐廚垃圾項目的運營管理應(yīng)向合規(guī)化、智能化、精細(xì)化的方向發(fā)展，餐廚垃圾項目的建設(shè)應(yīng)向?qū)崿F(xiàn)社會效益、生態(tài)效益、環(huán)境效益和節(jié)能效益相統(tǒng)一的方向發(fā)展。