好文推薦 | 廚余垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)家垃圾分類政策的不斷推進(jìn)，目前 46 個(gè)重點(diǎn)城市率先開展生活垃圾分類先行先試、示范引導(dǎo)，已經(jīng)基本建成了生活垃圾分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理系統(tǒng)，多個(gè)中小城市也在逐步跟進(jìn)推行垃圾分類工作。按照《關(guān)于在全國(guó)地級(jí)及以上城市全面開展生活垃圾分類工作的通知》要求，到2025年，全國(guó)地級(jí)及以上城市將基本建成生活垃圾分類處理系統(tǒng)。在垃圾分類過程中，廚余垃圾的分類收集量在多個(gè)地區(qū)已超過預(yù)期，廚余垃圾如何妥善地處理，已經(jīng)成為當(dāng)前繼續(xù)推動(dòng)生活垃圾分類工作非常重要的一環(huán)。

一、上海市作為全國(guó)第一個(gè)實(shí)施強(qiáng)制垃圾分類的城市，隨著工作深入推進(jìn)，目前廚余垃圾產(chǎn)量和特性與分類前有什么顯著變化？

據(jù)上海市綠化市容局公布的數(shù)據(jù)顯示（表1所示），2019年7月，上海廚余（濕）垃圾分出量達(dá)到8200噸/天，較2018年年底增長(zhǎng)了110%。2020年6月，上海廚余垃圾分出量達(dá)到9632噸/天，較2019年同期增長(zhǎng)近40%，2021年濕垃圾產(chǎn)量平均已經(jīng)超過1萬噸/日，分類成效遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在國(guó)內(nèi)前端。預(yù)計(jì)上海廚余垃圾分出總量的峰值可以達(dá)到11300噸/天，其中家庭廚余占6800噸/天，餐廚垃圾3000噸/天，其他濕垃圾1500噸/天。

表1  2019~2020年上海市干、濕垃圾產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)上海市垃圾特性調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，實(shí)施強(qiáng)制垃圾分類后，干垃圾的容重、含水率相比之前分別下降約36.80%和36.33%，干垃圾低位發(fā)熱量上升約103.60%。與此同時(shí)，廚余垃圾組分變化比較大，含雜率降至1%左右，容重顯著增大約235.56%，含水率增大37.11%，達(dá)到80%左右。

二、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家推行垃圾分類工作已久，目前這些地區(qū)廚余垃圾的主要處理方式是什么？

美國(guó)對(duì)于廚余垃圾主要通過“食物捐贈(zèng)計(jì)劃”和安裝廚余垃圾粉碎機(jī)等方式實(shí)現(xiàn)源頭減量，末端處置途徑主要通過填埋或焚燒，部分州也在推廣堆肥項(xiàng)目。

日本廚余垃圾主要為制飼料和堆肥，其中制飼料技術(shù)要求需要高溫滅菌。韓國(guó)廚余垃圾早年為堆肥，但存在鹽分高和臭氣難控制問題，目前發(fā)展趨勢(shì)為厭氧消化處理。

由圖1可以看出，目前發(fā)達(dá)國(guó)家的廚余垃圾處理技術(shù)主要以厭氧消化為主，約占市場(chǎng)份額的9成左右。其主要原因是相比于堆肥等其他處理技術(shù)，厭氧消化技術(shù)更加環(huán)保和先進(jìn)，受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，逐步形成一套成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)而得到市場(chǎng)的認(rèn)可和推廣。

圖1  國(guó)外廚余垃圾主要處理方式

三、我國(guó)生活垃圾分類工作還處于起步階段，目前廚余垃圾處理的整體情況怎么樣？

隨著“十三五”國(guó)家大力推動(dòng)生活垃圾分類政策，國(guó)內(nèi)的廚余垃圾處理行業(yè)得到快速發(fā)展。截止到2020年底，國(guó)內(nèi)已建成的廚余垃圾集中處理設(shè)施216座，處理能力3.9×104 噸/天；在建廚余垃圾處理設(shè)施197座，處理能力2.4×104 噸/天，共計(jì)6.3×104 噸/天，小規(guī)模分散式就地處理項(xiàng)目作為輔助處理措施，在國(guó)內(nèi)也有大量的試點(diǎn)應(yīng)用。

表2  國(guó)內(nèi)部分已建廚余垃圾處理設(shè)施和處理工藝統(tǒng)計(jì)表

（一）厭氧發(fā)酵

厭氧發(fā)酵是通過多種厭氧微生物（包括厭氧有機(jī)物分解菌/不產(chǎn)甲烷厭氧微生物、產(chǎn)甲烷菌等）的新陳代謝，將物料分解轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳及發(fā)酵殘余物（沼渣、沼液）。根據(jù)發(fā)酵原料固體含量的不同，厭氧發(fā)酵主要分為濕式厭氧發(fā)酵和干式厭氧發(fā)酵。濕式厭氧發(fā)酵的固體含量一般在15％以下，干式厭氧發(fā)酵裝置內(nèi)固體含量一般大于18％。二者工藝流程并沒有顯著區(qū)別，都是采用“預(yù)處理系統(tǒng)+干/濕式厭氧系統(tǒng)”，但兩種工藝由于含固率不同，因此其反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式、停留時(shí)間、常用反應(yīng)溫度、沼氣產(chǎn)生量等均有一定差異。實(shí)際運(yùn)用中，濕式厭氧技術(shù)較干式技術(shù)成熟較多，目前國(guó)內(nèi)已建成的廚余垃圾處理廠大部分都采用濕式厭氧技術(shù)，但近些年隨著生活垃圾分類推進(jìn)和技術(shù)不斷成熟，采用干式厭氧發(fā)酵技術(shù)的項(xiàng)目也在增加。

圖2  上海老港生物能源再利用項(xiàng)目技術(shù)路線

（干/濕式厭氧發(fā)酵）

（二）堆肥

堆肥也是一種常見的廚余垃圾資源化處理方式，其原理是：在可控條件下，利用微生物的降解作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)廚余垃圾的分解、轉(zhuǎn)化，生成水、土壤腐殖質(zhì)，以及CO2等氣體。根據(jù)堆制方式不同，堆肥工藝可分為場(chǎng)地堆積式堆肥和密閉裝置式堆肥（生化機(jī)）。實(shí)際工程應(yīng)用中，許多堆肥工藝在主發(fā)酵階段采用密閉裝置式堆肥工藝（生化機(jī)），而在次發(fā)酵階段采用場(chǎng)地堆積式堆肥工藝。目前廚余垃圾肥料化產(chǎn)品在綠化、農(nóng)/林應(yīng)用尚處于起步階段，缺少系統(tǒng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，使得后續(xù)商業(yè)化推廣應(yīng)用難度較大。

圖3  閔行餐廚廢棄物資源化中心（一期）工藝流程

圖4  廚余垃圾場(chǎng)地堆積式發(fā)酵

圖5  分散式生化處理機(jī)

五、下階段我國(guó)廚余垃圾處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是怎么樣的？

從工程上來看，廚余垃圾集中處理設(shè)施和分散式處理設(shè)施需結(jié)合分類后廚余垃圾特性變化情況進(jìn)一步優(yōu)化論證工藝路線，特別在厭氧工藝的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究有機(jī)固渣和沼渣的出路問題，提高項(xiàng)目資源化利用率。同時(shí)應(yīng)重視廚余垃圾處理過程的臭氣控制問題，加強(qiáng)控制措施。廚余垃圾成分的復(fù)雜性決定了使用單一的處理技術(shù)難以完成高效高產(chǎn)值處理，因此，對(duì)廚余垃圾進(jìn)行組分分離、綜合運(yùn)用多項(xiàng)處理技術(shù)是必然的處理思路。

目前廚余垃圾處理技術(shù)發(fā)展主要還是圍繞補(bǔ)齊厭氧發(fā)酵和好氧堆肥技術(shù)的短板。各種生物轉(zhuǎn)化技術(shù)也越來越被重視，近幾年發(fā)展較為迅速，但裝備自動(dòng)化程度、工藝穩(wěn)定性、產(chǎn)品高值化利用還需要深入研究。一些新的處理技術(shù)發(fā)展主要圍繞廚余垃圾成分的高值化提取利用為目標(biāo)，做化工產(chǎn)品方向的較多，但主要也依托生物轉(zhuǎn)化，如制備乙酸、乳酸、高級(jí)脂肪酸、聚合反應(yīng)產(chǎn)超大分子材料（如凝膠材料）等，這些工藝多屬于發(fā)酵，但目標(biāo)產(chǎn)物不是產(chǎn)甲烷；圍繞廚余垃圾主流工藝產(chǎn)生的衍生品的再利用，如沼渣肥料化產(chǎn)品研究外，也有開展沼渣與飛灰混凝制混凝土、沼渣為原料制乙醇、刨花板等、沼渣熱解氣化后制合成氣、生物油和生物炭等研究；沼液的資源化利用，如回用生產(chǎn)乙醇、鳥糞石、液體肥等。

隨著廚余垃圾資源化處理技術(shù)水平的不斷提升與管理法規(guī)的日益完善，未來應(yīng)繼續(xù)圍繞廚余垃圾處理開展多種技術(shù)融合實(shí)踐與創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)廚余垃圾高效資源化利用及無害化處理的目標(biāo)。

作者：歐陽創(chuàng)，碩士，高級(jí)工程師。現(xiàn)任上海環(huán)境院研究中心副總工程師；徐小強(qiáng)，碩士，工程師?，F(xiàn)任上海環(huán)境院工程所項(xiàng)目工程師。