一、引言
廚余垃圾是一個(gè)外延廣泛的概念，部分文獻(xiàn)認(rèn)為廚余垃圾是餐廚垃圾的一部分，即餐廚垃圾包含了家庭活動(dòng)產(chǎn)生的廚余垃圾和公共食堂與餐飲行業(yè)產(chǎn)生的餐飲垃圾。不過(guò)， 2019年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《生活垃圾分類標(biāo)識(shí)》(GB/T19095——2019)，將餐廚垃圾作為廚余垃圾的一部分，即廚余垃圾包含了家庭廚余垃圾、餐廚垃圾和其他廚余垃圾。為了避免混淆，同時(shí)與我國(guó)垃圾分類工作的目標(biāo)所指相契合，本文所指廚余垃圾包含家庭日常生活過(guò)程中產(chǎn)生的易腐性家庭廚余垃圾和相關(guān)企業(yè)與公共機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的餐廚垃圾等。
《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門(mén)印發(fā)關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)生活垃圾分類工作的若干意見(jiàn)的通知》[建城(2020)93號(hào)]指出，我國(guó)將再用5年左右時(shí)間，使全國(guó)城市生活垃圾的回收利用率達(dá)到35%以上。根據(jù)文獻(xiàn)的報(bào)道，1991——2016年期間，我國(guó)32個(gè)主要城市的廚余垃圾占生活垃圾的比重為49.4%——64.5%，因此，城市生活垃圾的回收利用率能否實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求，關(guān)鍵是能否實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的資源化利用。廚余垃圾的資源化利用，不僅是提高我國(guó)生活垃圾回收利用率的重要途徑，而且是輔助我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要路徑。廚余垃圾進(jìn)行資源化處理，首要環(huán)節(jié)是通過(guò)預(yù)分選處理去除雜質(zhì)、分離得到可回收利用的物料。本文結(jié)合近十年來(lái)我國(guó)廈門(mén)市、長(zhǎng)沙市、鄭州市和銅陵市等地開(kāi)展的廚余垃圾資源化處理實(shí)踐，試圖對(duì)我國(guó)廚余垃圾預(yù)分選處理技術(shù)發(fā)展歷程進(jìn)行分析，為我國(guó)廚余垃圾預(yù)分選處理工藝的選擇提供參考意見(jiàn)。
二、廚余垃圾特性
1. 家庭廚余垃圾特性
家庭廚余垃圾具有“三高”特性，包括有機(jī)物含量高、含水率高、含鹽率高。從小區(qū)收集的家庭廚余垃圾，去除雜質(zhì)后廚果類的含量可以達(dá)到70%——90%(脂肪含量在2.1%以內(nèi)，蛋白質(zhì)含量2.2%以內(nèi))，含水量73%——89%，含鹽率在0.1%——0.3% 。家庭廚余垃圾“三高”的特性，導(dǎo)致其在收集、運(yùn)輸和處理環(huán)節(jié)易腐爛，孳生病菌，具有傳播疾病的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并且含鹽較高會(huì)影響家庭廚余垃圾資源化產(chǎn)品的質(zhì)量。除了“三高”之外，家庭廚余垃圾中的雜質(zhì)含量也較高，包括塑料、紙張等(家庭廚余垃圾典型理化性質(zhì)見(jiàn)表1)。在垃圾分類工作剛剛起步的地區(qū)，家庭廚余垃圾中的雜質(zhì)含量可以達(dá)到20%以上，雜質(zhì)含量高會(huì)影響后續(xù)的資源化利用。要解決這一問(wèn)題，除了在前端投放環(huán)節(jié)提高投放準(zhǔn)確率外，還需要應(yīng)用合適的預(yù)分選處理工藝去除雜質(zhì)。
表1 家庭廚余垃圾理化性質(zhì)(濕基)
2. 餐廚垃圾特性
我國(guó)飲食服務(wù)、單位食堂等每天都產(chǎn)生大量餐廚垃圾，餐廚垃圾除了有機(jī)質(zhì)含量高、含水率高、含鹽量高之外，含油量也高，表2為我國(guó)餐廚垃圾典型的理化性質(zhì)。由于我國(guó)幅員遼闊，風(fēng)俗習(xí)慣多樣，不同地區(qū)間烹飪方式和飲食習(xí)慣有較大差異，餐廚垃圾中含鹽量和含油量的波動(dòng)較大，如含鹽量2%——5%，含油量3%——17%。餐廚垃圾中的油脂和鹽分一樣，會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，并且延長(zhǎng)餐廚垃圾處理的周期和降低堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)。因此，在預(yù)分選處理階段要特別注意提高油脂分離效率。
表2 餐廚垃圾理化性質(zhì)(濕基)
三、廚余垃圾預(yù)分選處理技術(shù)
1. 家庭廚余垃圾預(yù)分選技術(shù)
先行實(shí)施生活垃圾強(qiáng)制分類的城市，家庭廚余垃圾的分出率不斷提高，并逐步完善了家庭廚余垃圾的末端處理系統(tǒng)。根據(jù)已開(kāi)展垃圾強(qiáng)制分類工作城市的成效，并考慮南方與北方、沿海與內(nèi)陸城市的地域差異等因素，分別選取鄭州市高新區(qū)、長(zhǎng)沙市、廈門(mén)市建設(shè)的家庭廚余垃圾處理項(xiàng)目，分析其預(yù)分選工藝。
圖1 家庭廚余垃圾預(yù)分選工藝流程
鄭州市高新區(qū)家庭廚余垃圾處理項(xiàng)目于2020年投入使用，設(shè)計(jì)處理規(guī)模100t/d，主要負(fù)責(zé)高新區(qū)內(nèi)家庭廚余垃圾的處理。高新區(qū)收集的家庭廚余垃圾雜質(zhì)含量較高，采用“人工分選+機(jī)械分選+智能分選”的預(yù)分選技術(shù)可有效去除雜質(zhì)，尤其采用了最新的AI智能分選技術(shù)，可以利用圖像識(shí)別與跟蹤技術(shù)，提高雜質(zhì)分離效率。去除雜質(zhì)后的有機(jī)質(zhì)與園林垃圾和果蔬垃圾混合，采用好氧發(fā)酵方式制備有機(jī)固體顆粒肥料。席北斗等的研究表明，去除雜質(zhì)后的家庭廚余垃圾與樹(shù)葉、秸桿等蓬松劑混合后，可加速氧和有機(jī)物的傳輸速率，改善好氧堆肥微環(huán)境。
長(zhǎng)沙市家庭廚余垃圾處理項(xiàng)目于2019年投入使用，設(shè)計(jì)處理規(guī)模2000t/d，主要負(fù)責(zé)長(zhǎng)沙市各區(qū)的家庭廚余垃圾的處理。項(xiàng)目采用“破袋破碎+壓榨脫水”的預(yù)處理工藝，脫水后干組分熱值高于5000kj/kg，轉(zhuǎn)運(yùn)至焚燒發(fā)電廠焚燒，收集的高濃度有機(jī)污水厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣實(shí)現(xiàn)資源化利用。陳海濱等對(duì)“壓榨預(yù)處理+干組分焚燒+濕組分厭氧發(fā)酵”的組合模式進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)相比于直接填埋等處理方式，該組合模式可以實(shí)現(xiàn)碳減排量為947.6kgCO2/t。長(zhǎng)沙市家庭廚余垃圾處理項(xiàng)目采用的預(yù)處理工藝雖然簡(jiǎn)短，但是適用，尤其是在有機(jī)質(zhì)堆肥產(chǎn)品無(wú)法“消化”的情況下，這種處理方式可快速實(shí)現(xiàn)家庭廚余垃圾的減量化和無(wú)害化處理。
廈門(mén)市家庭廚余垃圾處理項(xiàng)目于2014年建成，2015年投入使用，設(shè)計(jì)處理規(guī)模500t/d，主要承擔(dān)廈門(mén)市各區(qū)家庭廚余垃圾的處理。項(xiàng)目采用“人工分選+破袋破碎+滾筒篩分+干式厭氧發(fā)酵+好氧堆肥”工藝，其中，人工分選環(huán)節(jié)主要去除玻璃陶瓷、捆扎繩、織物等，滾筒篩分主要分選出塑料袋、瓶子等。隨著近年來(lái)廈門(mén)市垃圾分類工作取得顯著成效，項(xiàng)目設(shè)置的人工分選環(huán)節(jié)的壓力減輕，滾筒篩分選出的雜質(zhì)比重也出現(xiàn)下降。去除雜質(zhì)后的有機(jī)質(zhì)采用干式厭氧發(fā)酵設(shè)備，沼渣用好氧堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥。閔海華等的研究認(rèn)為，干式厭氧要求有機(jī)質(zhì)總含固率(TS)為20%——40%，通過(guò)上述預(yù)分選系統(tǒng)處理后的有機(jī)質(zhì)TS能達(dá)到25%左右，適宜采用干式厭氧發(fā)酵處理。
總體來(lái)看，不同時(shí)期國(guó)內(nèi)不同城市建立的家庭廚余垃圾處理項(xiàng)目的預(yù)分選處理技術(shù)并未形成統(tǒng)一，一方面是各地飲食習(xí)慣不同、垃圾分類水平參差不齊等因素導(dǎo)致垃圾的成分不同，需要不同組合的預(yù)分選處理技術(shù)；另一方面有機(jī)質(zhì)資源化處理方式不同，對(duì)預(yù)分選技術(shù)的要求也不同。
2. 餐廚垃圾預(yù)分選技術(shù)
2010年，我國(guó)在開(kāi)展“地溝油”、“垃圾豬”專項(xiàng)整治期間，加強(qiáng)了餐廚垃圾的管理，并啟動(dòng)了餐廚垃圾資源化利用和無(wú)害化處理試點(diǎn)城市建設(shè)。此外，在開(kāi)展生態(tài)文明試點(diǎn)城市建設(shè)和“無(wú)廢城市”試點(diǎn)建設(shè)中，也將餐廚垃圾資源化處理作為了重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。根據(jù)開(kāi)展相關(guān)試點(diǎn)工作城市的成效，并考慮南北方及沿海與內(nèi)陸城市的地域差異等因素，分別選取廈門(mén)市、銅陵市、長(zhǎng)沙市建設(shè)的餐廚垃圾處理項(xiàng)目，分析其預(yù)分選工藝。
圖3 餐廚垃圾預(yù)分選工藝流程
廈門(mén)市餐廚垃圾處理項(xiàng)目于2020年開(kāi)始建設(shè)，設(shè)計(jì)處理規(guī)模400t/d，采用“接料粗分+精分制漿+除砂除渣+油水分離”的預(yù)分選技術(shù)，分離雜物和油脂后的有機(jī)漿料采用厭氧發(fā)酵進(jìn)行資源化利用。銅陵市餐廚垃圾項(xiàng)目于2020年投入使用，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為100t/d，采用“粗破碎+破碎制漿除砂+油水分離”的預(yù)分選技術(shù)，分離雜物和油脂后的有機(jī)漿料采用厭氧發(fā)酵進(jìn)行資源化利用。長(zhǎng)沙市餐廚垃圾處理項(xiàng)目于2012年投入使用，并于2018年擴(kuò)建至800t/d處理量，采用“組合分揀+油水分離+制漿”的預(yù)分選技術(shù)，分離雜物和油脂后的有機(jī)漿料采用厭氧發(fā)酵進(jìn)行資源化利用。
總體來(lái)看，不同時(shí)期國(guó)內(nèi)不同城市建設(shè)的餐廚垃圾處理項(xiàng)目的預(yù)分選工藝技術(shù)趨于穩(wěn)定，一方面是餐廚垃圾制漿除雜一體機(jī)和油水分離設(shè)備等預(yù)分選核心設(shè)備技術(shù)成熟，另一方面是分選后有機(jī)物料資源化處理方式以厭氧發(fā)酵應(yīng)用最為廣泛，成功案例最多，對(duì)預(yù)分選技術(shù)的要求基本相同。
四、結(jié)束語(yǔ)
廚余垃圾資源化利用是實(shí)現(xiàn)垃圾分類回收利用率目標(biāo)的重要途經(jīng)，而廚余垃圾的預(yù)分選工藝技術(shù)的選擇，將影響到可回收利用物料的資源化。
根據(jù)家庭廚余垃圾的特性，以及有機(jī)質(zhì)資源化處理的要求，家庭廚余垃圾預(yù)分選處理主要是人工分選、粒徑篩分、密度分選、磁力分選及AI智能分選等技術(shù)的不同組合。由于家庭廚余垃圾總量大，有機(jī)質(zhì)堆肥產(chǎn)品存在含鹽、含重金屬等問(wèn)題影響堆肥產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用，將有機(jī)質(zhì)脫水后轉(zhuǎn)運(yùn)至焚燒發(fā)電廠處理是目前快速消納家庭廚余垃圾的一種措施。這種處理方式對(duì)家庭廚余垃圾的預(yù)分選處理技術(shù)要求低，一般通過(guò)破碎、壓榨脫水即可。相比于家庭廚余垃圾，餐廚垃圾的預(yù)分選處理技術(shù)趨于穩(wěn)定，通過(guò)破碎、制漿除雜、除砂和油水分離等技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到預(yù)分選處理效果。
總之，廚余垃圾預(yù)分選處理技術(shù)的選擇要緊密結(jié)合廚余垃圾的特性及可回收利用物料的應(yīng)用場(chǎng)景，合適的預(yù)分選處理技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的資源化利用。
原標(biāo)題：廚余垃圾特性及預(yù)分選處理技術(shù)