廚余垃圾處理技術應用分析及綜合評估

楊麗?孫國芬?許曉敏?范玉龍?郭禹佳

一、引言

廚余垃圾是生活垃圾的重要組成部分，包括家庭廚余垃圾、餐廚垃圾和其他廚余垃圾。隨著城市生活垃圾分類工作的深入推進，廚余垃圾的處理需求日益增長。廚余垃圾具有“四高”特性和雙重屬性，其中，油脂含量高和有機質含量高，體現了其資源屬性；含水率和含鹽量高、易腐爛變質，體現了其危害屬性。因此，如何選擇合適的處理技術對廚余垃圾進行資源化、減量化和無害化處理，已成為當前城市面臨的一個重要難題。

二、廚余垃圾主要處理技術應用情況

根據處理原理不同，廚余垃圾處理技術可分為物理法、生物法和其他法。其中，由于廚余垃圾成分較復雜，在進行綜合處理前，首先需要通過物理方式進行除水、除雜、除油等預處理，篩分出各類物料，并對不同物料進行分類分級處理及利用。常用的物理預處理方法包括壓榨脫水和三相分離等技術。同時，由于廚余垃圾有機質含量高，可利用生物法深度處理進一步實現資源化利用。常用的生物法包括厭氧消化、好氧堆肥、生物養殖等技術，廚余垃圾經不同生物法處理后可產生沼氣、肥料或飼料等資源產品。部分地區還采用其他法，如通過與其他垃圾協同焚燒或填埋處理，以實現對廚余垃圾無害化處理的目的。在實際處理技術工藝設計及應用時，通常會將物理法、生物法或其他法處理技術組合應用，以實現處理效益的最大化（圖1）。

本研究通過調研獲取深圳市廚余垃圾處理技術應用案例投入及產出情況，總結了不同技術的應用優勢及不足，如表1所示。

三、指標體系構建及分析

由于廚余垃圾處理技術應用類型多樣，對技術的選擇是一個復雜的系統工程，涉及技術、經濟、環境、社會等多個方面。目前關于城市生活垃圾處理技術方案的研究較多，如層次分析法和模糊評價法。其中，層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是采用優化方法將復雜的系統分析簡化為各種因素之間的成對比較判斷和簡單排序計算，從而使難以用參數型數學模型方法解決的復雜系統的分析成為可能。本研究采用AHP方法對不同廚余垃圾處理技術進行簡化對比分析及排序。

一是構建比選指標體系。指標體系分為3層（圖2），其中，目標層A是廚余垃圾處理技術方案選擇；中間層是需要考慮的因素和決策的準則，分為準則層和指標層，其中準則層B包括技術可達性、經濟效益、環境效益和社會效益，指標層C是由構成技術可達性、環境效益、經濟效益和社會效益的關鍵指標組成；方案層D是指不同的廚余垃圾處理技術，本研究共分為6種。

二是構造判斷矩陣。根據參與比較的兩個因素相對于上一層它們共同隸屬的因素的重要性，賦予一個1～9的標度值，并寫成矩陣的形式。

三是對于形成的判斷矩陣，計算其最大特征值及其相應的特征向量，經過對特征向量的數學處理，進一步得出各指標因素的權重。在計算得到某一層次相對于其上緊鄰層次各個因素的單排序權重后，用上一層次因素本身的權重進行加權綜合，得到層次總排序的權重值。最終根據判斷矩陣標度，對廚余垃圾處理技術指標體系中各指標進行歸一化值的計算，得到各技術選擇的得分。

四、結果分析與討論

由表2可知，不同廚余垃圾處理技術的綜合排序為：厭氧制酸＞厭氧產沼＞生物養殖＞三相分離＞壓榨脫水＞小型處理機。

其中，厭氧制酸技術得分最高，該技術應用綜合優勢最好；厭氧產沼技術和生物養殖技術得分較接近，可以根據適用場景和條件進行選擇應用；三相分離和壓榨脫水技術得分次之，主要可作為廚余垃圾預處理工藝與其他工藝組合應用；小型處理機技術得分最低，該技術可作為備選，在處理能力不足時的過渡期選擇應用。

各類技術都有其優缺點和適用場景，從技術應用方面看，厭氧產沼技術相對成熟可靠，自動化程度高、有機負荷承擔能力高，一般應用于大型處理項目，但該技術工藝復雜、處理周期長，處理后會產生大量的沼渣、沼液需要進一步處理。相比厭氧產沼技術，厭氧制酸技術由于沒有產甲烷階段，因而處理周期大幅度縮短。生物養殖技術通過生物質形態的完全轉化，完全阻斷同源性蛋白病毒在食物鏈中的傳播，技術相對可靠，但在分選進料、臭氣控制、穩定存儲方面仍具有較大挑戰，一般處理規模在100 t/d以下。壓榨脫水及三相分離通常適合作為預處理技術與其他處理工藝組合協同應用，不僅能通過分類分級處理減少后端設施的處理壓力，同時還能降低雜質和油脂等物料對末端設施運行造成的損耗，減量化優勢明顯，但其資源化利用水平不高，若將其單獨作為處理設施應用，需考慮其處理后各類產物的去向。小型處理機技術具有工藝簡單、占地小、建設快及處理周期較短等優勢，基本能實現日產日處理，但一般以幾噸或十幾噸的設備為主，且由于市場上設備類型多、更新快，運行穩定性還有待提高。

從經濟效益方面看，厭氧消化可通過規模化建設實現集約化處理，提高土地利用率，降低處理成本。然而，該技術工藝鏈長，需配套設施設備數量多、占地大、建設及運維要求高，前期建設投資較大，噸投資為30～60萬元，后期運營維護費用高，處理產生的沼氣可用于發電，整體經濟效益一般。生物養殖處理后能產生高價值的蛋白飼料和肥料，市面上優質的蛋白飼料產品每噸售價為8000～10 000元，產品經濟效益高。小型處理機技術總體投資建設成本偏低，但由于處理規模小，折合至噸成本費用明顯偏高，同時其運行成本較高，為400～600 元/t，部分設備的運行成本甚至超過1000 元/t。整體而言，經濟效益相對較差。

從環境效益方面看，一方面，避免或減少對環境造成污染是關鍵。規模化的處理設施在建設應用時，通常會配套完善的環保處理設施，并嚴格執行污染物排放標準，對環境污染影響較小。然而，部分小型處理機存在污水、臭氣排放不達標等問題。另一方面，在“雙碳”背景下，碳排放是目前關注的焦點。綜合考慮工藝模式、產品類型及產量、處理能耗等因素，李歡等證明了厭氧消化具有較好的環境效應，碳排放相對較低。生物養殖技術可通過生物轉化實現固碳，再加上能耗低，碳排放相對低。小型處理機雖然能通過有機碳腐殖化實現固碳，但是由于處理時間短降解不充分，再加上設備運行需保持較高溫度，電耗偏高，部分設備可達到200 kW·h/t，因此碳排放量偏高。

從社會效益方面看，厭氧制酸和生物養殖技術的資源化利用程度相對較高，其處理后的產品應用價值也較高。厭氧制酸產生的有機酸液C/N比達40%以上，可作為優質生物活性炭源用于污水廠的碳源補充，實現廚余垃圾與城市市政污水的協同處置。生物養殖得到的產品能作為一種基礎性原料被廣泛應用于飼料生產、生態養殖等領域，技術發展前景廣闊。小型處理機處理產生的肥料腐熟度不高，僅適合作為土壤調理劑用于園林綠化，或者進一步加工完全腐熟后再作為農作物肥料使用。同時采用該技術的設備一般以就近原則設置在小區、學校、市場、超市和轉運站等場所，鄰避風險較大，目前大部分城市將該技術作為廚余垃圾應急處理渠道。

五、結論及建議

一是不同廚余垃圾處理技術都有其優缺點及其適用條件，厭氧制酸技術處理產生高濃度有機酸，可作為優質外部碳源補充。厭氧產沼技術成熟可靠，可規模化應用，但需解決沼渣、沼液的資源化處理去向問題。生物養殖技術資源化利用水平較高，且環境效益較好，但占地大、進料要求、臭氣控制、穩定存儲方面限制了其規模生產。三相分離和壓榨脫水技術可作為集中處理設施的預處理單元，或者作為單獨運營的廚余垃圾處理設施，其優勢在于減量化明顯，但需要考慮后續固形物的配套處理去向。小型處理機技術雖能在短期內建成并投產運行，但運行費用高，存在環保不達標、運行不穩定等風險問題。

二是通過層次分析法對不同廚余垃圾處理技術進行簡化對比分析及排序，綜合得分排序結果為：厭氧制酸＞厭氧產沼＞生物養殖＞三相分離＞壓榨脫水＞小型處理機。

三是建議決策者根據區域實際應用場景和適用條件，因地制宜選擇合適的處理技術。從可持續發展角度考慮，宜優先選用厭氧消化等綜合效益較高的處理技術作為廚余垃圾的主要處理去向，但同時可探索發展不同方向的廚余垃圾處理技術路線，提升廚余垃圾處理能力。

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（責任編輯：張秋辰）