餐廚垃圾資源化利用工藝方案

葉慶新，魏雪琳，林麗云

（福建省綠標生物科技有限公司，福建 廈門 361100）

餐廚垃圾資源化利用工藝方案

葉慶新，魏雪琳，林麗云

（福建省綠標生物科技有限公司，福建 廈門 361100）

目前餐廚垃圾的處理技術(shù)主要有廚余垃圾粉碎直排、制成飼料用于養(yǎng)殖、厭氧消化或高溫好氧堆肥等方式。本文通過分析目前國內(nèi)的各種處理方式的優(yōu)缺點，尋找一種簡便易行，易于在國內(nèi)推廣的餐廚垃圾處理工藝，實現(xiàn)餐廚垃圾的資源回收利用，可用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)肥料、固體燃料與微生物飼料，同時防止“地溝油”的產(chǎn)生，減輕城市污水處理系統(tǒng)的負擔(dān)，有利于社會經(jīng)濟和生態(tài)各方面的可持續(xù)發(fā)展。

餐廚垃圾；無害化；資源化

1 概述

餐廚垃圾是含水率、有機物含量高的固體廢棄物，易腐敗產(chǎn)生臭味，不經(jīng)妥善處置會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染。我國餐廚垃圾的數(shù)量巨大，隨著人民生活水平的提高，餐廚垃圾的產(chǎn)量劇增，以北京、上海、廣州等大城市為例，其餐廚垃圾日產(chǎn)生量均超過了1000t[1]，給市政環(huán)衛(wèi)部門以及人們的健康帶來巨大的挑戰(zhàn)。

目前餐廚垃圾產(chǎn)生量占城市生活垃圾總量的37%～62%[2]，尋求適宜的餐廚垃圾資源化處理對城市生活垃圾處理具有重要意義，特別是研發(fā)可實現(xiàn)餐廚垃圾無害化、資源化與減量化的科學(xué)、合理且適于推廣的工藝方案十分必要。

2 餐廚垃圾特性分析

相關(guān)資料顯示，餐廚垃圾干物質(zhì)中有機質(zhì)含量達95%以上，其中粗脂肪21%～33%，粗蛋白11%～28%，粗纖維含量2%～4%[2～4]，有機營養(yǎng)成分含量非常高，并具有以下特點：

（1）產(chǎn)生源固定且較為集中，產(chǎn)生量大；

（2）含水率高、油脂含量和NaCl含量較高，成分復(fù)雜；

（3）有機質(zhì)等營養(yǎng)成分的資源回收價值大；

（4）由于餐廚垃圾多數(shù)來源于食品，重金屬等有毒有害物質(zhì)一般比較少；

（5）餐廚垃圾腐爛變質(zhì)速度快，易滋生細菌，特別是高溫季節(jié)易腐爛變質(zhì)，但也適于發(fā)酵處置。

顯然，餐廚垃圾具有豐富的有機資源和有機污染物的雙重特性，既容易對環(huán)境和人體健康造成不利影響又具有很大的資源利用價值。

3 餐廚垃圾處理技術(shù)

3.1 粉碎直排技術(shù)

目前一些國家普遍采用在廚房配置餐廚垃圾粉碎裝置，將粉碎后的餐廚垃圾排入市政下水管網(wǎng)的方法[5]，例如，美國有90%以上的家庭使用這種機器，一些城市甚至強制使用[6]。我國也有餐廚垃圾粉碎機在銷售，但餐廚垃圾直接粉碎后，大顆粒固體易在管網(wǎng)中沉積，油污凝結(jié)成塊會造成排水管堵塞[5]，排入管網(wǎng)中的餐廚垃圾油脂常被不法分子收集加工制成“地溝油”進行銷售，這

些泔水油中的主要危害物黃曲霉素的毒性是砒霜的100倍[7]。富含營養(yǎng)的餐廚垃圾固體顆料殘渣在排水管網(wǎng)中沉積后往往會在城市下水道中滋生病菌、蚊蠅和導(dǎo)致疾病傳播，同時浪費了餐廚垃圾中的可回收資源，又加重了城市污水處理系統(tǒng)的負荷，不適于在國內(nèi)廣泛推廣。

3.2 飼料應(yīng)用

制作飼料是餐廚垃圾的另一種主要去向，例如韓國通常采用微生物菌種集中處理餐廚垃圾來制造飼料[6]。國內(nèi)許多城市的餐廚垃圾在收集后一般直接運往養(yǎng)殖場作為飼料。由于存在同源性污染的問題，餐廚垃圾處理中應(yīng)審慎選擇飼料化技術(shù)[8]。目前這種將餐廚垃圾回收直接用于禽畜養(yǎng)殖的方法并不安全。

3.3 厭氧消化

歐洲發(fā)達國家研究出比較成熟的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)，如法國的VALORGA工藝，丹麥的Carl Bro工藝等，我國的部分城市也有采用。然而厭氧消化一般需要比較嚴格的發(fā)酵池或發(fā)酵罐，設(shè)備投入大，運行管理成本高，小規(guī)模處置時產(chǎn)生量不穩(wěn)定。目前在國內(nèi)的應(yīng)用還不成熟，由于餐廚垃圾油量和纖維素含量高，可能導(dǎo)致厭氧過程過度酸化[9]。

3.4 好氧發(fā)酵堆肥

將餐廚垃圾發(fā)酵堆肥也是一種較常見的有機垃圾資源化處理方式，然而由于餐廚垃圾中的高油脂含量和高含鹽量，非常不利于微生物的生長，制約了高溫好氧堆肥處理的效果[10]。此外，好氧發(fā)酵過程一般需要曝氣，能耗大，收益低，不利于推廣應(yīng)用。

綜合上述目前餐廚垃圾處理技術(shù)情況，單一的處理工藝難以徹底解決餐廚垃圾的無害化處置與資源化利用。為此，本文探尋了一種通過多種技術(shù)結(jié)合解決餐廚垃圾排放并實現(xiàn)其資源化處理的工藝方案。

4 餐廚垃圾的資源化處理工藝流程（見圖1）

圖1 餐廚垃圾資源化處理工藝流程

5 餐廚垃圾的資源化處理工藝過程探討

該餐廚垃圾的處置過程包括：餐廚垃圾的粉碎與固液分離、固體垃圾的堆肥發(fā)酵、廢渣油水分離，油相（廢油）固化成油蠟回收利用、水相（廢水）與生活污水混合進城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)處置凈化，實現(xiàn)達標排放。

5.1 餐廚垃圾的粉碎與固液分離

（1）根據(jù)對廈門市同安湖里工業(yè)園區(qū)食堂產(chǎn)生的餐廚垃圾多次取樣測定，餐廚垃圾的含水量結(jié)果見表1。

表1 某食堂餐廚垃圾含水量的測定結(jié)果

由表1可見，餐廚垃圾中的自由水分含量占垃圾總量的52.1%以上，最高可超過90%以上，含水率變化較大。在高含水量的條件下對餐廚垃圾進行堆肥發(fā)酵需要消耗大量的輔料來調(diào)節(jié)物料含水率，從而使發(fā)酵的成本劇增，且不利于發(fā)酵工藝的穩(wěn)定，對餐廚垃圾進行固液分離是十分必要的。

（2）餐廚垃圾固液分離后，固體中存有動物骨頭、殘留的塊狀肉類等大顆粒物料（粒徑≥2cm以上），且固體內(nèi)的自由水不能充分釋放，如直接過濾，固液分離效果差，因此本工藝在固液分離之前增加了物料粉碎程序，以利于物料中的自由水充分釋放，干物質(zhì)可以得到充分的發(fā)酵。

5.2 固體垃圾的堆肥發(fā)酵

常見的餐廚垃圾發(fā)酵有厭氧消化與好氧發(fā)酵，各有優(yōu)點但互不兼容。本文的餐廚垃圾固體發(fā)酵堆肥工藝通過采用廈門某生物科技有限公司研發(fā)出的新型兼氧發(fā)酵模式，充分發(fā)揮了上述兩種發(fā)酵處置模式的優(yōu)點，又無需嚴格的厭氧發(fā)酵罐或好氧曝氣設(shè)備，只需簡單翻拋即可實現(xiàn)發(fā)酵處置。

通過在餐廚垃圾干物質(zhì)中添加蘑菇土、木耳土等輔料以及經(jīng)篩選馴化的發(fā)酵劑，利用兼氧發(fā)酵復(fù)合菌中微生物的降解作用，實現(xiàn)對有機垃圾的分解、轉(zhuǎn)化，生成水、土壤腐殖質(zhì)。餐廚垃圾中的大分子有機物經(jīng)微生物的代謝變成作物可以吸收利用的小分子有機質(zhì)，最終可使餐廚垃圾發(fā)酵制成優(yōu)質(zhì)的生物肥料，該肥料有機質(zhì)含量高，并含有大量的微量元素，肥效好，可用于城市綠化、花卉種植和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)了資源循環(huán)利用。餐廚垃圾兼氧發(fā)酵堆肥原理見圖2。

圖2 餐廚垃圾兼氧發(fā)酵堆肥原理示意圖

該餐廚垃圾堆肥工藝，采用經(jīng)粉碎瀝干的餐廚垃圾干物質(zhì)，大量對堆肥有不利影響的油分、鹽分被分離進入液相殘渣中，從而避免了高鹽、高油對發(fā)酵過程以及最終肥料產(chǎn)品的各種不利影響。經(jīng)對廈門市同安湖里工業(yè)園生活區(qū)的餐廚垃收集進行兼氧發(fā)酵堆肥處置，所得的樣品測試結(jié)果見表2（收集量2t）。

表2 餐廚垃圾兼氧發(fā)酵堆肥處置樣品測定結(jié)果

從上述實驗結(jié)果看，處置后的餐廚垃圾的含水率得到有效降低，樣品的有機質(zhì)含量高，總氧分與pH值符合制作肥料的要求，是可行的。此外，餐廚垃圾的固體物質(zhì)還可以與污水處理廠的生活污泥、養(yǎng)殖場的禽畜糞便等有機固廢一同發(fā)酵處置，以提高效率。

5.3 液體的油水分離

餐廚垃圾經(jīng)固液分離后，固相經(jīng)發(fā)酵處置可以實現(xiàn)資源的回收利用，而液相廢物仍需進行有效處置，避免對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。液相廢物中主要成分包括：油、鹽及可溶性的有機物質(zhì)和細小顆粒膠團，成分復(fù)雜。本工藝通過采用油水分離器，對餐廚垃圾殘液進行液相油水分離處理，再分別采集油相與水相進行后處理，使處置效果更徹底。

5.4 油相的處理—固化

為避免油水分離出的油相被加工成“地溝油”進入食物鏈，本工藝采用廈門某生物科技有限公司研發(fā)的油脂固化劑，對分離出的油相進行不可逆的固化反應(yīng)，油相與固化劑作用后，生成的固體油蠟，不再具有食品應(yīng)用方面的可能，而生成的固態(tài)油蠟可用于制成固體生物燃料，從而實現(xiàn)資源回收利用。

餐廚垃圾液體油相固化實驗步驟及結(jié)果見圖3。

圖3 餐廚垃圾液體油相固化實驗示意

5.5 水相的處理—高溫滅菌，用于微生物發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)配

由于餐廚垃圾的水相中富含可溶性氨基酸、微量元素、有機質(zhì)和無機鹽，經(jīng)高溫滅菌可用于微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基調(diào)配，生產(chǎn)微生物飼料。微生物飼料是利用微生物的大量繁殖和代謝來生產(chǎn)和調(diào)制的飼料，菌體蛋白（MBP）飼料是一種高價值的多功能蛋白飼料[11]，實現(xiàn)廢棄物的資源回用。

6 結(jié)語

與目前國內(nèi)外采用的餐廚垃圾處理工藝比較，該工藝方案的主要優(yōu)點有：

（1）回收了餐廚垃圾中的固體有機廢棄物，使之變成可重新利用的優(yōu)質(zhì)有機肥，實現(xiàn)科學(xué)方式進行餐廚垃圾資源的回收利用，同時降低了餐廚垃圾粉碎直排對市政污水處理系統(tǒng)的產(chǎn)生的嚴重負擔(dān)；

（2）更適于目前國內(nèi)的現(xiàn)實情況，通過餐廚垃圾液相的油脂分離收集與固化處置，避免了餐廚垃圾粉碎直排將大量的廢棄油脂帶入市政管網(wǎng)，解決了“地溝油”的治理難題，減少油脂等成分對堆肥的影響，同時制成的固體油蠟可作為工業(yè)固體燃料進行利用，水相用于調(diào)制微生物培養(yǎng)基質(zhì)，可用于生產(chǎn)微生物飼料，實現(xiàn)了資源回收同時防止了污染；

（3）整個餐廚垃圾處置過程簡單，避免了高額投入費用與運行維護成本，易于推廣應(yīng)用。

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Project Design for Resource Utilization of Kitchen Garbage

YE Qing-xin, WEI Xue-ling, LIN Li-yun
(Fujian Lubiao Bio-science and Technology Co., Ltd, Fujian Xiamen 361100, China)

The paper analyzes the advantages and shortcomings in various treatment modes of kitchen garbage in the country at the present time, looks for a sort of simple kitchen garbage treatment technology which is easy to popularize in the country, realize the resource reclamation and utilization of the kitchen garbage which can be used to produce the high quality fertilizers, solid fuels and microbe feedstuffs, and prevent the generation of “black dyke oil”, mitigate the burden of urban sewage treatment system and makes for the sustainable development of social-economy and ecology.

kitchen garbage; harmlessness; resource

X799.3

A

1006-5377（2015）10-0042-04