廚余垃圾處理及資源化分析

收稿日期：2023-11-13

基金項目：國家大學生創新創業訓練計劃資助“華飛環保——餐廚垃圾資源化處理”（S202310497305X）。

作者簡介：王亞楠（2002—），女，浙江溫州人，本科在讀。研究方向：新媒體運營。

摘要：伴隨經濟的發展和生活品質的提升，廚余垃圾的生成量急劇增加。全球都在密切關注廚余垃圾的安全處理及其資源化利用。我國廚余垃圾產生量大，廚余垃圾處理行業起步較晚，其處理能力有待加強。因此，本文對國內外廚余垃圾處理方法進行全面分類，深入探討各種處理技術的長處和短處，并展示一種廚余垃圾的資源化處理設備，旨在為廚余垃圾的資源化利用開辟新方向。

關鍵詞：廚余垃圾；處理；資源化利用；厭氧消化；資源艙

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-0-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.028

Analysis on Kitchen waste treatment and resource utilization

WANG Yanan

（School of Law， Humanities and Sociology， Wuhan University of Technology， Wuhan 430000， China）

Abstract： With the development of the economy and the improvement of quality of life， the generation of kitchen waste has sharply increased. The world is closely monitoring the safe disposal and resource utilization of kitchen waste. China produces a large amount of kitchen waste， and the kitchen waste treatment industry started relatively late， its processing capacity needs to be strengthened. Therefore， this paper comprehensively classifies domestic and foreign methods for treating kitchen waste， explores the strengths and weaknesses of various treatment technologies， and demonstrates a resource utilization equipment for kitchen waste， aiming to open up new directions for the resource utilization of kitchen waste.

Keywords： kitchen waste; treatment; resource utilization; anaerobic digestion; resource cabin

廚余垃圾是指日常生活、飲食服務和單位供餐活動中產生的易腐垃圾，包括蔬菜、瓜果皮殼、剩飯剩菜、廢棄食用油脂、水產品和畜禽內臟等。這類垃圾具有危害性和資源性。從危害的角度考慮，廚余垃圾容易腐爛發臭，這會滋生細菌，產生惡臭，從而導致疾病傳播和環境污染。從資源性角度來看，廚余垃圾含有豐富的蛋白質、纖維素、淀粉和脂肪，富含有機肥料所需的鈣、鉀、磷及氮等微量元素[1]。如果妥善處理，廚余垃圾有可能轉化為有價值的資源，從而實現無害化處理和再利用。

伴隨我國消費水平的提升和餐飲行業的壯大，廚余垃圾的產生量逐年增加，但處理能力相當不足。為了解決這一問題，國家已經采取舉措，但面對源頭多、基數大、持續激增的廚余垃圾，終端化處理模式只能起到部分消納作用，根本無法徹底消除。為了真正遏制廚余垃圾泛濫，必須采取終端兜底消除和源頭減量節流的策略。目前，廚余垃圾處理方法有粉碎直排、填埋、肥料化、飼料化和能源化處理，這些技術各有優勢和缺陷。在眾多技術中，智能生態資源循環艙（簡稱資源艙）被認為是一種具有較高綜合效益的廚余垃圾處理方法，其核心技術是厭氧消化原位處理。該技術利用微生物的厭氧消化過程，將廚余垃圾轉化為有機肥和生物燃料，展現出高效、環保和節能的

優勢。

1 廚余垃圾處理現狀

1.1 國外廚余垃圾處理現狀

一些國家已經成功實現廚余垃圾的無害化處理和資源化利用。這些國家在廚余垃圾處理方面的經驗能夠為其他國家提供有益參考，共同促進環境保護和可持續發展。

1.1.1 美國

目前，美國主要采用填埋法處理廚余垃圾[2-3]，各州根據當地具體情況，建立廚余垃圾處理回收體系，如利用廚余垃圾發電和蚯蚓堆肥等。為了減少食物浪費，美國在源頭減量化處理上主要依賴食物捐贈和廚余垃圾粉碎機。目前，美國新建住宅中80%都安裝廚余垃圾粉碎機[4]。

1.1.2 日本

為了減少廚余垃圾對環境的污染，日本充分利用資源，政府積極扶持廚余垃圾處理技術的發展[4]。廚余垃圾作為一種可燃廢物，經過過濾處理后，會被送至垃圾焚燒廠進行焚燒處置。在日本，絕大部分家庭習慣在廚房水槽下方安裝生活垃圾處理機，以便將剩余的廚余垃圾轉化為有機肥料。

1.1.3 韓國

韓國在廚余垃圾處理方面具有豐富的實踐經驗，政府對垃圾分類和處置給予高度關注。廚余垃圾處理采用從量制收費制度，允許使用廚余垃圾粉碎裝置和將粉碎的廚余垃圾排入市政污水系統[5]。韓國禁止填埋廚余垃圾，絕大多數廚余垃圾會被轉化為動物飼料、肥料和家庭取暖燃料，目前以好氧堆肥為主，厭氧消化技術也有較多應用。

1.2 國內廚余垃圾處理現狀

隨著我國經濟社會的發展，外賣行業迅速崛起，廚余垃圾產生量逐年遞增。數據顯示，2020年我國廚余垃圾產生量約為1.2億t，“十四五”時期，這一數字會持續上升，到2025年，這一數字有望達到

1.7億t。然而，我國廚余垃圾處理理念相對落后，缺少相關專業人員、實踐經驗和技術支持，行業發展受阻。廚余垃圾處理企業數量有限，分布零散，處理規模較小，廚余垃圾處理能力明顯不足。

為應對挑戰，國家已采取生活垃圾分類管理、興建城鎮生活垃圾集中處理站等舉措。目前已經完成和正在進行的廚余垃圾處理項目超出350個，其總處理能力超過5.0萬t/d，約占城市廚余垃圾總量的55%。其中，超過180個廚余垃圾處理項目已經開始運行或處于試運行狀態，其處理能力超過3.5萬t/d。在我國，不同城市的飲食和生活習慣導致廚余垃圾的組分和產生量呈現出明顯的區域化和差異化特征。我國廚余垃圾的組成相當復雜，主要特點是高有機物含量（超過80%）、高水分含量（80%～90%）、高油脂含量以及高鹽含量。隨著城市居民生活水平的不斷提升，廚余垃圾的蛋白質和有機物含量逐步增加。

國內常用的廚余垃圾處理工藝有傳統處理技術和資源化處理技術。傳統處理技術主要包括焚燒法和填埋法。目前，在中國廚余垃圾處理中，約50%采用填埋處理，約38%采用焚燒處理[6]。填埋法屬非資源化治理，占地面積大，污染嚴重，與可持續發展理念不符。資源化處理技術有厭氧發酵、好氧堆肥和飼料化處理。然而，受處理途徑單一、資源化利用程度低以及缺乏良性循環等因素的影響[7]，我國每年僅有少量廚余垃圾得到資源化無害化處理[6]。經實踐，我國基本形成一條以厭氧消化技術為基礎，好氧制肥技術為核心，昆蟲法、飼料法為輔的廚余垃圾處理技術路線。其中，厭氧消化技術是未來廚余垃圾處理技術的重點發展方向，從市場占比來看，厭氧消化技術約占70%，就地就近處理技術約占15%，其他處理技術約占15%。

2 廚余垃圾處理技術綜述

2.1 粉碎直排處理

粉碎直排就是采用粉碎裝置將廚余垃圾直接破碎，再把破碎后廚余垃圾直接沖入下水道。這是歐洲和美國處理少量廚余垃圾的主要方式，其中，美國家庭的粉碎直排設備安裝率超過95%[8]。該方法具有價格便宜、技術簡便、占地面積小、成本低等優點，對于處理少量、分散的廚余垃圾非常有效，適合人口分散的地區使用。然而，這種方法也存在一些局限性。一是粉碎直排法需要利用大量水對破碎廚余垃圾進行沖洗，這既浪費水資源，又增加城市污水產生量，直接增大城市市政污水處理系統壓力。二是我國廚余垃圾含有大量油脂，油脂在破碎時不能消解，易在下水道內冷凝堆積成團，造成管網堵塞。此外，我國污水管網普遍存在結構性和功能性缺陷，合流制溢流、分流制錯接混接現象普遍，破碎廚余垃圾進入管網后，輸送過程中存在滲漏、溢流、錯排的風險[9-10]。

2.2 填埋處理

填埋處理是指將廚余垃圾和其他垃圾集中運往指定的填埋場，利用其中存在的各種微生物，將大分子物質分解為小分子物質。填埋可有效減少城市生活垃圾處理成本，提高資源利用率。在實際的工程實踐中，填埋被分為三個等級，即簡易填埋、可控填埋和衛生填埋[11]。填埋處理技術已發展成熟，它具有操作簡單、易于實現、處理量大、投資及運行費用低、適合處理各種垃圾等特點，是一種應用較為廣泛的處理方法。然而，這種處理方法并未從根本上解決廚余垃圾產生的諸多問題。填埋法無須將垃圾歸類，含水率較高，廚余垃圾填埋后易腐爛，易產生大量滲濾液。這樣既形成污染性氣體及液體，污染周圍空氣、地下水及土壤，又占用大量土地資源。

早期填埋采用的是簡單的填埋場或垃圾堆放場，其滲濾液的阻隔僅依賴自然材料。20世紀90年代末，高密度聚乙烯（HDPE）膜開始應用于生活垃圾衛生填埋場的防滲。HDPE膜因其卓越的防滲性能和抗拉性能備受推崇。與傳統的垃圾填埋場相比，衛生填埋場的顯著優勢是可以有效地減少填埋時產生的滲透液對土壤和地下水的污染。隨著人們對廚余垃圾資源化利用的認知日益深入，無論是在美國、日本還是中國，廚余垃圾的填埋比例均呈下降趨勢，多個國家已經禁止廚余垃圾進入填埋場。

2.3 肥料化處理

2.3.1 好氧堆肥技術

在氧氣充足的環境中，自然環境中廣泛存在的好氧微生物或人為添加的高效復合菌劑共同進行生物化學反應，實現有機廢物的氧化、分解和吸收。滲濾法是目前處理垃圾滲濾液的主要方法之一，它具有成本低、操作簡單、運行穩定等優點。由于沒有采取適當的防護手段，滲濾液對周邊環境造成嚴重的污染。微生物種類繁多，其中包括細菌、真菌、放線菌、纖維菌以及木質素分解菌等。生物礦化可以將有機廢棄物轉化為腐熟穩定的有機肥料[12]。

好氧堆肥技術是一種優于傳統衛生填埋的廚余垃圾處理方法，具有過程可控、易操作、降解快、資源化效果好、可以處理混合垃圾、運行費用低等優點。高溫堆肥能夠實現廚余垃圾的減量，獲得資源化的堆肥產品[13]。城市生物質垃圾堆肥被認為是最符合自然生態規律的一種垃圾處理方式[14]。

2.3.2 厭氧消化技術

厭氧消化是一種生物化學過程，在此過程中，厭氧微生物在無氧或缺氧條件下分解廚余垃圾中的有機物，將其轉化為微生物細胞質、CH4、CO2等物質[15]。根據厭氧發酵方式和條件的不同，厭氧消化工藝可以分為4類：干式和濕式；單相和兩相；序批式和連續式；常溫、中溫和高溫消化[16]。在實際操作中，應該選擇適合處理廚余垃圾的厭氧消化方法。

（1）濕式和干式。厭氧消化技術主要分為濕法和干法，它們在反應器內處理消化物料時所產生的總固體（TS）濃度存在差異。濕法厭氧發酵過程的固體含量較低，有必要將廚余垃圾TS含量稀釋到不超過15%。干式厭氧發酵能夠增加固體含量，對廚余垃圾進行厭氧處理。反應器中，物料的TS含量通常介于20%～40%，與濕法相比，進料預處理變得更加簡潔。

目前，歐洲廣泛運用干式厭氧消化處理廚余垃圾[17]。濕法厭氧發酵工藝較為成熟，在我國廚余垃圾資源化領域得到廣泛應用[18]，是目前主流的處理工藝之一[19]。干式厭氧消化的沼氣產量更高，水耗和熱耗較小，產生的廢水更少，因此，干式厭氧消化在我國未來廚余垃圾處理領域有較大的發展潛力，但目前在我國的應用較少。

（2）單相和兩相。單相厭氧發酵過程中，產酸菌和產甲烷菌被放置在同一消化池中進行厭氧消化。兩相厭氧發酵技術是將水解酸化和甲烷（CH4）生成兩步分開，使其在不同的消化池中進行，從而實現生物相的分離。這種分離技術能夠讓產酸菌和產甲烷菌在各自合適的環境條件下生長，從而明顯加快化學反應并增強操作的穩定性。

（3）序批式和連續式。序批式厭氧消化與連續式厭氧消化為2種廚余垃圾處理方式。序批式厭氧消化就是將廚余垃圾一次投加到反應器內，直至消化反應完成，不需要再添加物料，利用廚余垃圾本身所帶微生物對接種物進行消化。連續式厭氧消化是指投料開始后，每日定時定量投加新廚余垃圾，將消化殘渣排出。

（4）常溫、中溫和高溫。在厭氧消化過程中，三個適宜的溫度范圍是常溫（20～25 ℃）、中溫（30～40 ℃）以及高溫（50～60 ℃）。常溫消化技術相對簡潔且成本較低，但其處理效果和產氣率在很大程度上受到溫度波動的影響。中溫消化系統對溫度的要求較低，所需的能量供應較少。目前多采用中、高溫厭氧消化方式，高溫時有機物分解迅速，停留時間短，對有害病菌及寄生蟲卵有一定殺滅作用。

2.4 飼料化處理

飼料化處理就是把廚余垃圾的有機成分轉變為高熱量的動物源性飼料，主要有兩種處理方式。一是生物處理制飼料，通過微生物菌體發酵處理，積累有用的菌體、酶和中間體，然后烘干制成蛋白飼料[11]；二是高溫消毒制飼料，采用高溫消毒原理，去除廚余垃圾中的病毒，經粉碎加工后制作飼料，這種方法技術要求不高，工藝流程簡單，但是成本較高，存在安全隱患。此外，飼料化技術還存在菌種發酵環境要求高、周期長、同源污染風險等問題[20]，處理技術還有待進一步改進。

2.5 能源化處理

（1）熱分解法。熱分解法是在高溫條件下將廚余垃圾包含的能量轉換為熱解油、生物炭以及熱解氣等能源產品，再加以綜合利用。熱解的氣體產物含有氫氣（H2）、一氧化碳（CO）和CH4等可燃組分，而且CO會造成環境污染[21]。在熱解過程中，廚余垃圾含有的氨、氦、硫等始終保持還原狀態，對處理裝置的腐蝕較小[22]。這項技術目前尚未進入實際應用，但其應用潛力巨大。

（2）生物發酵制氫技術。生物發酵制氫的主要工藝包括光合細菌產氫和發酵產氫，與之對應的有

2類微生物菌落，即光合細菌和發酵細菌[23]。H2被視為一種可再生的清潔能源，它以高燃燒熱值、零污染、高利用率和廣泛應用而著稱。將廚余垃圾轉化為H2，不僅能夠解決廚余垃圾引發的環境問題，還能生產清潔能源，緩解當前的能源危機，并帶來顯著的環境保護效果。

3 廚余垃圾資源化方案——智能生態資源循環艙

為實現源頭的減量分流，應將人員相對集中的地區或組織作為關鍵切入點，為其提供先進且適用的廚余垃圾處理技術設備。資源艙作為廚余垃圾資源化處理設備，能將廚余垃圾全面轉化為固體、液體酵素肥料，以直接利用或銷售。這種設備不僅有助于廚余垃圾的資源化處理，還能帶來處理便利和經濟效益，因此非常適合大多數中小餐飲企業和百人規模單位食堂的廚余垃圾處理。

3.1 產品簡介

資源艙是一種創新的廚余垃圾處理工藝，通過厭氧消化技術將廚余垃圾轉化為可再利用的資源。中國科學院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室成功研制出適合高溫、高濕、高鹽霧海洋環境并擁有厭氧消化原位處理核心技術的資源艙。該設備主要由廚余粉碎預處理機和厭氧消化反應器組成，包括廚余垃圾破碎處理、粉碎固液分離、固態發酵和液態發酵等模塊，各模塊可以靈活組合，具有智能度高、操作簡便、運行平穩等特點。資源艙可用于處理珊瑚砂島礁、餐廳、食堂、大型商場美食街、住宅小區等場所產生的廚余垃圾，具有廣泛的應用領域。資源艙不僅可以實現廚余垃圾的無害化處理，還可以利用厭氧發酵獲得的沼液直接改造土質，為改善農田貧瘠的生態環境提供強有力的科技支撐。

3.2 技術原理

廚余垃圾具有優異的生物降解性和高產CH4的潛力，是甲烷消化的良好底物[24]。厭氧消化是在厭氧條件下對廚余垃圾中的有機物質進行水解發酵，經歷水解與酸化、產氫產乙酸、產甲烷三個階段。在這個過程中，各種微生物按照層次逐漸分解有機物，最后將其轉化為CH4和二氧化碳（CO2）。厭氧消化反應原理如圖1所示。

與傳統廚余垃圾處理方式相比，厭氧消化工藝既不產生滲透液而對大氣及土地造成污染，環境影響小，又能回收生成的CH4，使廚余垃圾資源化。資源艙主要采用預處理機將廚余垃圾粉碎、離心、脫水和固液分離，然后接種微生物進行兼性厭氧發酵。該方法將廚余垃圾有機質最大程度保存下來，并將其做成固體和液體有機肥，最后使廚余垃圾肥料化。目前，厭氧消化工藝已經成熟，系統穩定性高，它是廚余垃圾集中處理的重要路線之一，在國內廚余垃圾處理市場中占據較大的優勢[25]。資源艙的廚余垃圾處理主要依賴兩種生化反應，即厭氧條件的沼肥反應和酵素反應。這兩種反應都有專門的配套設備，旨在提高反應效率和穩定性，從而實現長期的循環使用。

3.3 資源艙的優勢

目前，國內外廚余垃圾資源化普遍采用集中和分散相結合的處理方法，然而這些技術在實際應用中各有利弊。資源艙相較于國內現有的厭氧+好氧堆肥工藝和好氧減量工藝設備，在菌種使用壽命、產物屬性和應用前景等方面具有領先優勢。它可運行于高溫高濕高鹽霧的海洋環境，可實現廚余垃圾無害化和資源化處理。資源艙是一種具有潛力的廚余垃圾處理技術，值得進一步研究和推廣。產品具有3個核心優勢。

3.3.1 技術優勢

資源艙不僅能在高溫、高濕、高鹽霧的海洋環境下運作，還擁有厭氧消化原位處理的核心技術，是一種環境友好的新型設備。其采用廚余垃圾資源化新工藝，使廚余垃圾完全變成資源并生產固體及液體肥料。資源艙采用復合微生物制劑設計并與兼性厭氧消化工藝裝備相結合，可使廚余垃圾無害化和資源化，在避免臭氣生成的前提下達到CO2接近零排放的效果，有利于碳達峰碳中和目標的實現。

3.3.2 原位優勢

資源艙采用原位全部廚余垃圾處理成產品的方式，突破同類工藝設備只能原位半處理、需要進行二次處理的局限。這一創新不僅實現廚余垃圾處理技術的重大突破，還節省二次運輸成本，消除二次環境污染的隱患。

3.3.3 產物優勢

資源艙運行后可將全部廚余垃圾資源化處理，最大限度地保留廚余垃圾的有機質，產生的固體和液體肥料基本符合國家相關肥料標準。此外，經過預處理機粉碎處理、脫水后的廚余碎屑達到《國際防止船舶造成污染公約》的研磨垃圾排入公海標準。

4 結論

隨著社會經濟水平的提高和城市化的加速，廚余垃圾在日常生活垃圾中所占的比重日益增加，成為城市管理面臨的新挑戰。廚余垃圾處理技術逐漸向無害化、資源化和源頭減量化方向發展，從傳統的填埋和焚燒朝厭氧發酵、堆肥等資源化處理方向轉變。我國廚余垃圾處理技術基礎相對薄弱，相關人才和經驗缺乏，廚余垃圾處理行業起步較晚。相比之下，發達國家廚余垃圾處理體系相對完善，其收集、運輸和處理方面都領先我國。我國應不斷完善相關政策，優化技術與裝備，對廚余垃圾進行高效治理，廚余垃圾處理市場前景十分可觀。當前，廚余垃圾處理的主要工藝有粉碎直排法、填埋法、焚燒法、好氧堆肥法和飼料化法等。除粉碎直排法、填埋法以外，其他工藝均不同程度地資源化利用廚余垃圾。在國內，濕法與干法厭氧消化作為廚余垃圾處理領域應用最廣泛的2種工藝，在廚余垃圾處理領域占有很大的市場優勢。資源艙是一種廚余垃圾原位快速資源化處理技術，可以實現廚余垃圾的無害化、資源化和減量化處理，是廚余垃圾處理技術的重大創新。在目前的政策背景下推廣應用資源艙，符合國家的產業扶持政策和行業發展規律，具有顯著的生態效益、經濟效益和社會效益。未來，要進一步優化資源艙，以滿足不同用戶的需求，更好地拓展市場。

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