餐廚垃圾處理節能降耗措施分析

鄧松圣，戴飛，冷夕杜

（重慶工程職業技術學院，重慶 402260）

隨著我國人民生活水平的持續提升，餐廚垃圾的產生量也在逐年增加。據統計，2020年我國餐廚垃圾的產生量高達12 775萬噸。若這些垃圾得不到妥善處理，將會對水體和大氣環境造成嚴重污染。同時，餐廚廢油若回流至餐桌，將嚴重威脅居民的身體健康。此外，未經有效處理的餐廚垃圾若被用作飼料，還可能引發動物疫情的擴散。例如，2020年前后我國部分地區爆發的非洲豬瘟疫情，不僅導致豬肉供應緊張，價格大幅上漲，而且增加了居民的消費負擔。因此，加強城鄉餐廚垃圾的有效處理對于環境保護和保障人民群眾身體健康具有至關重要的意義。然而，目前我國餐廚垃圾的處理能力仍顯不足，截至2020年9月，全國已建、在建、籌建的餐廚垃圾處理項目的總處理能力僅為約2.15×104t/d（年處理能力7.847 5×106t），相較于每年1.2×108t的產生量，處理缺口依然巨大[1]。

餐廚垃圾實際上是一種被放錯位置的資源，其中含有的油脂和有機質等有用物質均可被視為城市礦產。所謂城市礦產，是指在工業化和城鎮化過程中產生并蘊藏于各類城市廢棄物中的可循環利用資源，其利用價值不亞于原生礦產資源[2]。因此，推動餐廚垃圾的資源化回收利用對于促進我國城鄉的可持續發展具有深遠意義。但與此同時，我們也應看到餐廚垃圾處理過程中的能耗問題。它直接關系到企業的運營成本、經濟效益乃至整個行業的發展前景。在碳達峰和碳中和的背景下，我們探究影響餐廚垃圾處理能耗的因素并尋求降低能耗的有效措施，對于推動餐廚垃圾處理行業的可持續發展具有積極的促進作用。

一、餐廚垃圾處理中節能降耗的必要性和重要性

隨著我國積極推進2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的戰略目標，全社會正努力減少對化石能源的依賴，轉而開發非化石能源和可再生能源。同時，高效能源利用技術、節能降耗技術的研發與應用也在不斷深入，以提高能源利用效率。其中，少碳－用碳－零碳能源原理的創新與顛覆性技術得到了大力發展。在這些技術中，節能降耗技術因其能直接減少能源消費，成為最顯著、最直接的碳減排手段，是實現碳中和目標的優先發展路徑。節能降耗的核心在于通過提高能源利用效率，減少能源消費總量和不必要的能源浪費。數據顯示，2020年我國單位國內生產總值能耗為3.38tce/萬美元，是世界平均水平的1.4～1.5倍，是美國的2倍。如果能將這一數值降至世界平均水平，我國每年可節省的能源將達到13億tce，減排CO234億噸[3]。由此可見，提高能源利用率、減少能源消耗對于我國實現碳達峰、碳中和目標具有至關重要的意義。

在餐廚垃圾處理行業中，節能降耗的需求尤為迫切。目前，該行業廣泛應用的肥料化、厭氧發酵、焚燒以及聯合生物綜合處理工藝等各具特點，但仍在不斷完善中。特別是這些工藝中涉及的高溫加熱與消毒、添加輔助燃料、相變傳熱、多相分離以及水處理等環節，能耗較大，成為制約餐廚垃圾處理技術發展和產業推廣的瓶頸。

因此，本文在簡要分析餐廚垃圾處理工藝特點的基礎上，將對各環節工藝能耗進行詳細剖析，以明確主要的能耗環節。同時，通過工藝優化、科學設計、科技創新以及強化管理等多方面的探討，我們將系統地提出餐廚垃圾處理工藝節能降耗的具體措施。這些措施的實施將有助于餐廚垃圾處理行業碳達峰和碳中和目標的實現。

二、餐廚垃圾不同處理方式的能耗分析

（一）基本前提

餐廚垃圾的各種處理方法通常都會涉及餐廚垃圾前處理工藝，包括篩分、破碎、壓榨、原料加熱以及油水分離（即毛油回收）等步驟。不同的處理方法對這些前處理工藝的要求存在差異，例如，聯合生物綜合處理工藝就對前處理有較高要求。此外，所有處理方式都需要對車間進行臭氣負壓抽吸與處理、滲濾液處理，以確保達到環保標準。所有處理方式都需配備監控管理系統來監視、控制和管理整個生產過程。為了簡化分析，我們通常認為各種處理方法的前處理工藝能耗相差不大，主要的能耗差異體現在主體工藝上。

（二）不同處理模式能耗分析

1.餐廚垃圾填埋

餐廚垃圾填埋是一種較為原始的處理方式。在填埋過程中，餐廚垃圾與周圍的水土、空氣等構成一個復雜的系統。這個系統內不僅會進行生物代謝，而且會發生一系列復雜的物理和化學反應，最終產生甲烷、二氧化碳、硫化氫等酸性氣體以及腐殖質，并釋放出熱量。然而，早期建設的餐廚垃圾填埋場由于長期超負荷運行且管理不善，已經導致了土壤和地下水的污染，同時產生了大量的二氧化硫和硫化氫等惡臭氣體，對附近居民的健康構成了威脅。此外，排放的甲烷和二氧化碳是溫室氣體。其中，甲烷的積聚還容易引發燃燒爆炸事故[4]。目前，我國已經不再將餐廚垃圾填埋作為主流的處理工藝，而已建的垃圾填埋場則成為環境綜合治理的重點對象[5-6]。這種方法的能耗主要包括水噴淋、氣體抽采、凈化處理、加壓輸送等環節，還包括氣體除臭和滲濾液處理等。

2.飼料化

餐廚垃圾的飼料化處理包括物理法和生物法兩種。物理處理法涉及餐廚垃圾的分揀、破碎、固液分離、高溫滅菌、干燥、壓榨和研磨等環節，最終將處理后的物質與基礎飼料均勻混合制成干飼料。在這個過程中，高溫滅菌、干燥、壓榨和研磨等環節會消耗大量的能量。而生物法則是通過培養特定的菌種，將餐廚垃圾與其他介質（如秸稈粉）按一定比例混合進行生化反應，從而生產出富含蛋白質的飼料[7]。在適宜的條件下，我們利用特定的生物，如蠅蛆、水虻和蝗蟲等，將餐廚垃圾中的有機物轉化為腐殖物，同時獲得這些生物的幼體作為蛋白飼料。然而，這種方法生產的飼料，安全性尚未得到充分保障，存在潛在的疾病傳播風險[8]。因此，我國并不提倡簡單的餐廚垃圾飼料化處理方法。在這種方法中，通風、溫控、除臭、干燥、破碎以及滲濾液處理等環節都需要消耗一定的能量。

3.肥料化

餐廚垃圾的肥料化處理主要包括好氧堆肥和厭氧堆肥兩種方法。好氧堆肥是將餐廚垃圾放置在地面或特制的發酵裝置中，在有氧環境下，通過添加細菌、真菌等堆肥菌劑，或利用物料本身所含的微生物，使有機物分解成穩定的腐殖質、水、二氧化碳和氨氣等的生物化學過程[9]。然而，如果好氧發酵制肥過程中的供風量不足，會導致厭氧發酵，進而產生甲烷、氨氣和硫化氫等惡臭氣體。肥料化處理的能耗主要涉及破碎、通風、翻堆、干燥、包裝等環節的電力和其他動力消耗。

4.焚燒

餐廚垃圾的焚燒處理需要先對其進行壓榨以降低水分，然后進行篩選，與生活垃圾一同焚燒。這種方法能徹底分解有機物，顯著減少垃圾的體積和重量。焚燒產生的熱量可用于供熱或發電，產生的惰性爐渣也可加以利用[10]。但由于餐廚垃圾含水率較高，焚燒可能不充分，從而產生二氧化硫、氯化氫和二噁英等對人體有害的氣體，對周邊環境構成嚴重威脅。這是當前尚未徹底解決的技術難題。餐廚垃圾熱值較低，焚燒時需要添加柴油、天然氣等輔助燃料。同時，處理燃燒產生的有毒煙氣和滲濾液需要消耗電力、水和藥劑，排煙過程中也會損失一部分煙氣余熱。

5.厭氧消化

厭氧消化技術在處理生活垃圾、餐廚垃圾等方面得到廣泛應用。在無氧條件下，該技術利用兼性微生物和厭氧微生物的代謝作用，將復雜有機物分解為小分子有機物及無機物，并產生甲烷和二氧化碳等[11]。通過控制發酵過程，我們還可以獲得各種有機酸和醇類。產生的沼氣經過凈化、加壓后可進入燃氣管網，或進一步轉化為電能并入電網。厭氧消化具有規模化處理能力強、資源化效果好的優點，因此，成為餐廚垃圾處理的主流方向。但是，該技術也存在一次性投資大、占地面積大、工藝復雜、發酵工藝操作要求高以及沼渣沼液處理難度大等不足之處。在厭氧消化過程中，為了維持一定的溫度，我們需要對料漿提供熱能，還需要對產生的沼氣進行脫水、除雜等凈化處理。此外，對污水、臭氣、沼渣等的處理也需要消耗大量能量。

6.其他綜合處理技術

餐廚垃圾具有成分復雜、有用成分多樣的特點。聯合生物處理技術（CBP）[12]采用一種新型的“噬污酵母”，可以在同一個體系內同時進行多種生化活動。該技術能夠降解和轉化餐廚垃圾的復雜成分，結合油脂高效分離等技術，生產出非糧乙醇、工業毛油、酒糟飼用蛋白等多種高附加值的粗產品。然而，該過程涉及高溫消毒、蒸餾、干燥及水處理等多個能耗環節，導致能耗較高。節能降耗成為該技術發展和推廣過程中必須解決的技術難題。

經過分析，我們得出了不同技術路線下餐廚垃圾處理的平均能耗與成本，具體數據如表1所示。

表1 不同技術路線下餐廚垃圾處理平均能耗與成本分析[13]（單位：元/噸）

三、節能降耗措施分析

餐廚垃圾處理是一項系統工程，其節能降耗工作應從多個方面入手，包括優選餐廚垃圾處理工藝、生產系統的優化設計、節能設備的選用以及加強生產過程管理等。只有開展系統性的研究工作，餐廚垃圾處理才能取得顯著的節能降耗效果。

1.優選餐廚垃圾處理工藝是節能降耗的前提

餐廚垃圾處理工藝的確定需綜合考慮處理規模、處理對象的源頭屬性等因素。從表1可見，雖然填埋處理方式成本消耗最低，但受應用地點限制，僅適用于人煙稀少、處理量較小、產品能就近利用的場景。機關食堂和大型飯店等產生的有機質含量高的餐廚垃圾，更適宜采用厭氧發酵或生物轉化法，以獲取更多的沼氣、蛋白質粉及其他有機物。盡管此類工藝能耗較高，但所獲收益更高。若餐廚垃圾與生活垃圾混雜，則肥料化或焚燒處理更為合適，其能耗低于厭氧發酵或聯合生物處理。

2.生產過程優化設計是節能降耗基礎

為實現節能降耗，我們需進行成本效益核算，確定合理的處理規模，優化各種設備的負荷及容量配置。通過協調整個系統的工作狀態，我們既能降低設備成本和建設成本，又能減少能耗，降低運行成本。此外，我們可以對各種泵進行優化選型，使其高效工作。我們還可以對負壓抽氣點進行流場模擬，以優化布局和抽氣負荷。我們還可以通過模擬分析確定反應容器的最佳容量、反應條件、結構參數和工作參數等。這些工作涉及流體力學、傳熱學、熱力學、傳質學、化學及生物化學等多學科知識。有些工作還需借助先進的模擬軟件進行仿真和優化設計。

3.采用性能先進的低能耗技術裝備是節能降耗的保障

選用先進的節能技術和裝備對餐廚垃圾處理工藝至關重要，為節能降耗提供了有力保障。我們可以采用性能卓越的燃燒設備提高蒸汽鍋爐的效率并降低能耗，采用高效換熱器提升換熱效率并實現能量的梯級利用，選用優質保溫材料減少散熱損失，實施節約用水和水的回用策略減少水量消耗，優化生產控制過程降低能量消耗。

4.科技攻關和技術革新是節能降耗的根本

技術創新和新型裝備研發可以推動餐廚垃圾處理技術的進一步成熟與完善。目前，餐廚垃圾的前處理技術裝備普遍不具備差異化處理能力，導致資源嚴重浪費。某些不善于處理沼氣的處理系統，將沼氣燃燒后排放二氧化碳，造成了資源的極大浪費。現有的餐廚垃圾發酵廢水處理技術存在投資成本高的問題。

5.科學管理是節能降耗的倍增器

企業節能降耗是一個綜合性的過程。一方面，我們要采用先進的節能工藝和技術產品。另一方面，我們要全面關注生產的各個環節，實施科學的企業生產管理，以確保設備充分發揮效益，使企業的節能降耗工作系統高效運轉。我們應加強設備維護管理，保持設備處于良好工作狀態，減少事故，確保企業穩定連續生產；加強生產調度管理，精細操作與控制生產工藝，使生產在最佳狀態下運行；樹立全面的節水觀念，杜絕水資源浪費，實現水的循環利用，減少市政用水，同時收集雨水用于綠化和場地清洗；加強換熱設備的維護，定期清洗，提高傳熱效率；做好設備保溫工作，減少熱量損失；定期對鍋爐進行維護，減少燃燒積碳和設備結垢，優化燃燒器運行，合理確定燃燒負荷，提高燃燒效率；在車間、辦公區及室外安裝聲控燈，道路安裝太陽能板和路燈，以節約照明用電。

四、結束語

結合餐廚垃圾處理的特點，本文指出在碳達峰、碳中和的背景下開展餐廚垃圾節能降耗研究的必要性。本文分析了各種影響餐廚垃圾處理方式能耗的因素，系統性地提出了優選處理工藝、生產系統優化設計、節能設備選擇和加強生產過程管理等一系列節能降耗措施。這對完善和發展餐廚垃圾處理技術，推動餐廚垃圾處理行業的可持續發展具有重要意義。