餐厨垃圾处理技术介绍及应用
餐厨垃圾处理技术介绍及应用
随着社会经济的发展、城市化进程的加快以及人口的快速膨胀，餐厨垃圾产生量暴涨，今年仅姑苏区7月的餐厨垃圾日均产生量就达117.51吨，并且仍以每年不低于10%的速度增长，若不扩容终端处置设施处理能力，处理能力可能会在未来几年内达到饱和。近年来，政府不断重视餐厨垃圾处理并加大投入，餐厨垃圾处理技术和设备亦呈现多元化趋势。
一、餐厨垃圾基本特征
餐厨垃圾是指在食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中，产生的食物残渣、食品加工废料和废弃食用油脂等，具有高含水率、高含油率、高盐度、高有机物质含量、易腐败等特征，如果不能得到及时处理，尤其夏季高温下更容易加速腐败，不仅丧失了其资源性，更会滋生病菌、影响市容环境卫生。根据北控集团相关分析，餐厨垃圾基本物质成分如表1所示。其高有机质和含油特性，使得餐厨垃圾可被资源化处理。
二、餐厨垃圾处理技术
餐厨垃圾处理技术按处理媒介可分为生物处理和非生物处理两大类。生物技术包括高温好氧堆肥、生化机处理、厌氧发酵、黑水虻养殖等，非生物技术包括焚烧填埋、饲料化、高温热解等。其中，焚烧填埋和饲料化等传统处理方式由于二次污染严重和卫生健康风险等问题，已被政府限制或禁止。现阶段常见的餐厨垃圾处理技术主要有高温好氧堆肥、厌氧发酵、生化机处理和高温热解。
1、高温好氧堆肥技术
高温好氧堆肥是在强制通风供氧的条件下，好氧菌对餐厨垃圾进行吸收、氧化以及降解，通常堆温较高,约在60~75℃，称为高温好氧堆肥，其工艺流程如图1所示。高温好氧堆肥的优点是可以在不设置外在条件下最大限度地杀灭病原菌，同时，对有机质的降解程度较高，堆肥产品实现了餐厨垃圾的资源化。缺点是生产的肥料含有一定重金属和无机盐，易造成土壤板结，市场需求量较小，无法达到减量的目的，同时堆场占地较大、堆肥过程较长（堆肥时间通常在15~26天）且存在氨气、二氧化硫等二次污染气体。
2、厌氧发酵技术
厌氧发酵是在无氧环境下，多种专性及兼性厌氧菌降解有机质的过程，最后生成以甲烷为主的混合气，其工艺流程如图2所示。根据物料含固率，可将厌氧发酵分为湿式厌氧（＜15%）和干式厌氧（≥15%）。干式厌氧相较于湿式厌氧产气效率高、耐冲击能力高、沼液产生量少、占地面积小，但在实际应用中，由于技术不成熟,干式厌氧过程中的挥发性脂肪酸积累速度过快，导致发酵的过程低效甚至失败，因此目前国内商业化应用广泛的是湿式厌氧。厌氧发酵的优点是有机负荷能力强，能回收生物质能，几乎无二次污染。缺点是沼液、沼渣量大，难处理，沼气需要进一步提纯，工程投资大，运营成本和技术要求高。
3、生化机处理技术
生化机处理技术主要是利用生化机对物料进行好氧发酵，但不同于高温好氧堆肥，生化机处理通过动态控制温度、含水率、通风量，并采用高效菌种，可大大缩短好氧发酵的时间，将原先的肥料堆场浓缩进小型反应仓中，节约用地，同时餐厨垃圾减量率达90-95%，其工艺流程如图3所示。生化机处理的优点是处理时间短、占地小，可就近就地处理餐厨垃圾，通过分布式布点解决区域餐厨垃圾处理问题。缺点是大量有机质被直接分解，而未进行回收利用，造成一定的资源浪费，同时由于机器尺寸受限，无法大规模处理餐厨垃圾。
4、高温热解技术
高温热解技术是在无氧或者限氧的条件下，加热有机质至一定温度（餐厨垃圾的热解温度在600℃以下），通过干馏和热分解作用将脂类和蛋白质等转变成碳氢化合物，最终产物为热解油、冷凝水、不凝性气体和炭等。其工艺流程如图4所示。高温热解技术的优点是固体体积大幅缩小，重金属不会被析出，几乎不会产生有害气体或臭气。其缺点是所需温度较高，需要外界供热，设备复杂、工艺尚不成熟。
5、其他技术
在生物处理方面，引入蚯蚓、黑水虻等动物，以餐厨垃圾为食，通过自身的消化系统将有机物转化为蚯蚓粪、黑水虻粪等有机肥料，同时收获蚯蚓和黑水虻卵提高经济价值，但此方法受生长和消化速度影响，餐厨垃圾消耗量有限、处理周期较长。在非生物方面，采用水热反应处理餐厨垃圾，将餐厨垃圾置于高温高压的条件下，模拟地下成岩机制，可快速将有机质转化为腐殖酸等有机肥（最快仅需2小时），但此方法对前端分类要求极高，设备复杂、技术尚不成熟。
三、餐厨垃圾处理技术应用
上文介绍了四种餐厨垃圾处理技术的工艺和优缺点。如表2总结了四种技术在实际应用中的建设要求、环境影响和能源消耗等特点，供实际比选参考。
厌氧发酵处理量大，资源化、减量化程度高，技术较为成熟，被广泛应用。苏州市从2010年开始，陆续建设的大型餐厨垃圾处理项目均采用厌氧发酵技术，第一个项目建于2010年，位于吴中区，采用“湿热水解+厌氧发酵”工艺，设计处理能力350吨/天，此外300吨/天的工业园区项目、200吨/天的高新区项目、200吨/天的吴江区项目和200吨/天的相城区项目在2020年12月全部投入运营，届时，苏州市的餐厨垃圾处理能力将达到1250吨/天。
在垃圾运输较为困难或餐厨垃圾产量太小、收运成本过高的地区，则采用占地小、处理周期短的分布式生化处理机就地处理较为合适。苏州市政府配置0.5吨/天的生化处理机，负责处理食堂的餐厨垃圾。苏州白洋湾有机垃圾综合处理项目采用生化机处理，处理规模为20吨/天，项目于2020年年底前投入使用，主要负责处理农贸市场、果品批发市场等有机垃圾。受机器工程结构的局限性，生化机的单机处理能力较低，一般少于10吨/天，大规模使用需要多台机器同时运转。同时生化机对进料尺寸有一定限制，若有大骨头、长纤维等混入时，容易对机器造成不良影响，严重的可以使机器停止运转，因此在单机运行时可配置前端的人工分拣，多机运行时可配置分拣机和破碎机提高机器的运行效率。
四、结语
我国作为餐饮消费大国，餐厨垃圾的资源化、无害化处理水平关乎我国的环境发展。在科技不断更新的时代背景下，餐厨垃圾除以上提及的处理方法外，还将有新的理论、技术和设备。餐厨垃圾处理技术选择，还需结合人口数量、经济基础、用地关系等条件因地制宜开发出合理的处置方式。餐厨垃圾处理不仅要注重末端处理，还应与源头减量、中游收运相辅相成，形成完整的生命链接。
一、餐厨垃圾基本特征
餐厨垃圾是指在食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中，产生的食物残渣、食品加工废料和废弃食用油脂等，具有高含水率、高含油率、高盐度、高有机物质含量、易腐败等特征，如果不能得到及时处理，尤其夏季高温下更容易加速腐败，不仅丧失了其资源性，更会滋生病菌、影响市容环境卫生。根据北控集团相关分析，餐厨垃圾基本物质成分如表1所示。其高有机质和含油特性，使得餐厨垃圾可被资源化处理。
二、餐厨垃圾处理技术
餐厨垃圾处理技术按处理媒介可分为生物处理和非生物处理两大类。生物技术包括高温好氧堆肥、生化机处理、厌氧发酵、黑水虻养殖等，非生物技术包括焚烧填埋、饲料化、高温热解等。其中，焚烧填埋和饲料化等传统处理方式由于二次污染严重和卫生健康风险等问题，已被政府限制或禁止。现阶段常见的餐厨垃圾处理技术主要有高温好氧堆肥、厌氧发酵、生化机处理和高温热解。
1、高温好氧堆肥技术
高温好氧堆肥是在强制通风供氧的条件下，好氧菌对餐厨垃圾进行吸收、氧化以及降解，通常堆温较高,约在60~75℃，称为高温好氧堆肥，其工艺流程如图1所示。高温好氧堆肥的优点是可以在不设置外在条件下最大限度地杀灭病原菌，同时，对有机质的降解程度较高，堆肥产品实现了餐厨垃圾的资源化。缺点是生产的肥料含有一定重金属和无机盐，易造成土壤板结，市场需求量较小，无法达到减量的目的，同时堆场占地较大、堆肥过程较长（堆肥时间通常在15~26天）且存在氨气、二氧化硫等二次污染气体。
2、厌氧发酵技术
厌氧发酵是在无氧环境下，多种专性及兼性厌氧菌降解有机质的过程，最后生成以甲烷为主的混合气，其工艺流程如图2所示。根据物料含固率，可将厌氧发酵分为湿式厌氧（＜15%）和干式厌氧（≥15%）。干式厌氧相较于湿式厌氧产气效率高、耐冲击能力高、沼液产生量少、占地面积小，但在实际应用中，由于技术不成熟,干式厌氧过程中的挥发性脂肪酸积累速度过快，导致发酵的过程低效甚至失败，因此目前国内商业化应用广泛的是湿式厌氧。厌氧发酵的优点是有机负荷能力强，能回收生物质能，几乎无二次污染。缺点是沼液、沼渣量大，难处理，沼气需要进一步提纯，工程投资大，运营成本和技术要求高。
3、生化机处理技术
生化机处理技术主要是利用生化机对物料进行好氧发酵，但不同于高温好氧堆肥，生化机处理通过动态控制温度、含水率、通风量，并采用高效菌种，可大大缩短好氧发酵的时间，将原先的肥料堆场浓缩进小型反应仓中，节约用地，同时餐厨垃圾减量率达90-95%，其工艺流程如图3所示。生化机处理的优点是处理时间短、占地小，可就近就地处理餐厨垃圾，通过分布式布点解决区域餐厨垃圾处理问题。缺点是大量有机质被直接分解，而未进行回收利用，造成一定的资源浪费，同时由于机器尺寸受限，无法大规模处理餐厨垃圾。
4、高温热解技术
高温热解技术是在无氧或者限氧的条件下，加热有机质至一定温度（餐厨垃圾的热解温度在600℃以下），通过干馏和热分解作用将脂类和蛋白质等转变成碳氢化合物，最终产物为热解油、冷凝水、不凝性气体和炭等。其工艺流程如图4所示。高温热解技术的优点是固体体积大幅缩小，重金属不会被析出，几乎不会产生有害气体或臭气。其缺点是所需温度较高，需要外界供热，设备复杂、工艺尚不成熟。
5、其他技术
在生物处理方面，引入蚯蚓、黑水虻等动物，以餐厨垃圾为食，通过自身的消化系统将有机物转化为蚯蚓粪、黑水虻粪等有机肥料，同时收获蚯蚓和黑水虻卵提高经济价值，但此方法受生长和消化速度影响，餐厨垃圾消耗量有限、处理周期较长。在非生物方面，采用水热反应处理餐厨垃圾，将餐厨垃圾置于高温高压的条件下，模拟地下成岩机制，可快速将有机质转化为腐殖酸等有机肥（最快仅需2小时），但此方法对前端分类要求极高，设备复杂、技术尚不成熟。
三、餐厨垃圾处理技术应用
上文介绍了四种餐厨垃圾处理技术的工艺和优缺点。如表2总结了四种技术在实际应用中的建设要求、环境影响和能源消耗等特点，供实际比选参考。
厌氧发酵处理量大，资源化、减量化程度高，技术较为成熟，被广泛应用。苏州市从2010年开始，陆续建设的大型餐厨垃圾处理项目均采用厌氧发酵技术，第一个项目建于2010年，位于吴中区，采用“湿热水解+厌氧发酵”工艺，设计处理能力350吨/天，此外300吨/天的工业园区项目、200吨/天的高新区项目、200吨/天的吴江区项目和200吨/天的相城区项目在2020年12月全部投入运营，届时，苏州市的餐厨垃圾处理能力将达到1250吨/天。
在垃圾运输较为困难或餐厨垃圾产量太小、收运成本过高的地区，则采用占地小、处理周期短的分布式生化处理机就地处理较为合适。苏州市政府配置0.5吨/天的生化处理机，负责处理食堂的餐厨垃圾。苏州白洋湾有机垃圾综合处理项目采用生化机处理，处理规模为20吨/天，项目于2020年年底前投入使用，主要负责处理农贸市场、果品批发市场等有机垃圾。受机器工程结构的局限性，生化机的单机处理能力较低，一般少于10吨/天，大规模使用需要多台机器同时运转。同时生化机对进料尺寸有一定限制，若有大骨头、长纤维等混入时，容易对机器造成不良影响，严重的可以使机器停止运转，因此在单机运行时可配置前端的人工分拣，多机运行时可配置分拣机和破碎机提高机器的运行效率。
四、结语
我国作为餐饮消费大国，餐厨垃圾的资源化、无害化处理水平关乎我国的环境发展。在科技不断更新的时代背景下，餐厨垃圾除以上提及的处理方法外，还将有新的理论、技术和设备。餐厨垃圾处理技术选择，还需结合人口数量、经济基础、用地关系等条件因地制宜开发出合理的处置方式。餐厨垃圾处理不仅要注重末端处理，还应与源头减量、中游收运相辅相成，形成完整的生命链接。