城市餐厨垃圾资源化技术应用现状与展望伍华琛

RENEWABLERESOURCESANDCIRCULARECONOMY襍2015Vol.8.No.4襊伍华琛（上海市废弃物管理处，上海200063）摘要：介绍了餐厨垃圾的主要特点，列举了国内外城市餐厨垃圾的处理现状和主要资源化利用技术，分析主要技术的优势和劣势，对主要技术综合环境效益、经济效益和能耗等方面进行比较，得出厌氧消化等综合处理工艺较适合用于处理城市餐厨垃圾的结论，最后就餐厨垃圾处理设施规划中3个关键问题，即技术设计、产品销路和物流供应作了相应讨论。关键词：餐厨垃圾；处理现状；资源化技术中图分类号：X799.3文献标志码：A文章编号：1674-0912（2015）04-0024-04城市餐厨垃圾资源化技术应用现状与展望城市餐厨垃圾资源化技术应用现状与展望作者简介：伍华琛（1988-），女，湖北洪湖人，硕士。广义的餐厨垃圾包含厨余垃圾（简称“厨余”）和餐饮垃圾（俗称“泔水”）两大类，是城市生活垃圾的主要组成部分。前者是由居民家庭生活产生，后者由餐饮行业以及学校、机关公共食堂产生。两类餐厨垃圾的组分大致相同，主要成分有剩菜剩饭、果皮、莱叶、菜根、废纸、食品残渣、鸡鸭鱼肉废弃物、虾蟹壳、蛋壳、骨头和泔脚等，不同之处一是两者含水率不同，家庭厨余含水率通常在60%~80%，而泔水垃圾含水率一般大于80%；另外一点是泔水垃圾含油脂成分更多[1]。餐厨垃圾与一般生活垃圾的不同之处在于其兼具资源性和污染性，资源性在于其有机物含量高，富含氮磷钾钙等营养元素，经过有效处理可资源再利用，污染性在于其若被牲畜食用后，霉菌毒素等有害物质会在牲畜体内蓄积转化诱发疾病，最终通过食物链传递给人类；另外腐烂的餐厨垃圾会产生渗滤液，通过地表径流和渗透等作用造成地表水和地下水的污染，并散发恶臭气体，滋生蚊蝇，污染大气和水环境。因此，如何有效利用餐厨垃圾中的可循环利用成分，同时不影响处置设施周边环境，成为各大城市的一大难题。1国外餐厨垃圾处理现状1.1英国近10年来，城市生活垃圾厌氧消化系统在欧洲（如德国、芬兰和瑞典等）发展十分迅速，较成熟的城市生活垃圾厌氧消化系统的日处理量可达100t左右。在英国，堆肥发酵法最为流行，有些公司专门将各大型酒店、餐馆的餐厨垃圾收集起来用于制备有机肥料在市面出售，获利不菲。另外，厌氧发酵技术在英国也蓬勃发展，2011年英国废弃物处理公司斥巨资建立了全球最大的厌氧发酵处理餐厨垃圾的发电厂，每年可以处理4380万t餐厨垃圾，发电量约为5.5亿kW·h，满足了数万户家庭用电的需求。1.2韩国在韩国，丰富的饮食文化使得韩国的餐厨垃圾产量巨大。韩国生活垃圾每天产量为48499t，其中23%为餐厨垃圾，即餐厨垃圾产量11155t/d。由于韩国餐厨垃圾高含水率、高含盐量和较低的pH值的特点，餐厨垃圾的资源化利用率低于其他垃圾。并且餐厨垃圾产生源分散，给大型处理单位运输和贮存餐厨垃圾带来较大困难[2]。韩国自1997年开始对厨余垃圾进行收集，主要处置方式是填埋。2005年后韩国政府开始禁止填埋，并投入大量资金兴建餐厨垃圾再利用设施，主要处理方式为厌氧消化和生物反应器好氧处理。再利用产品主要为动物饲料、肥料和土壤添加剂，另外还通过厌氧消化设施生产沼气。在利用餐厨垃圾生产动物饲料过程中，会根据不用的产品需求对餐厨垃圾进行筛分后加入氮磷元素含量高的物质和水分控制剂等[3]。1.3德国自20世纪60年代起，厌氧技术在德国就得到初步应用。至20世纪90年代，厌氧技术的工程使用日益行业交流24再生资源与循环经济襍2015年/第8卷/第4期襊表1国内城市部分餐厨垃圾资源化处理企业概况企业名称高安屯餐厨垃圾处理厂南宫餐厨垃圾处理厂宁波开诚生态技术有限公司青海洁神环境能源产业有限公司江苏洁净环境科技有限公司甘肃驰奈生物能源系统有限公司黑石子餐厨垃圾处理厂总投资/万元12000220040006600NA1130027000处理量/t·d-1400400200200250200500核心技术高温微生物发酵/加工饲料/好氧堆肥好氧堆肥/厌氧消化/工业油脂化厌氧消化/好氧堆肥/工业油脂化韩国E.A.TECH公司蛋白饲料工艺/日本JFE公司前分选和厌氧消化产沼发电工艺/制备生物柴油高温湿热水解/厌氧消化产沼/制备生物柴油厌氧消化/好氧堆肥/工业油脂化瑞典厌氧消化产沼工艺/脱水残渣堆肥运行年份2008200720072007200920112009成熟，厌氧沼气工程开始在德国及整个欧洲大规模、广泛投入使用。根据德国沼气协会数据，截至到2010年，德国境内总共有约5000个沼气工程运行使用，占欧洲全部沼气工程的80%以上，年发电2000MW，提供的上网电量约占德国全年供电量的2%。2010年德国政府按照《新能源法》开始对沼气工程发电进行补贴，进一步促进了厌氧沼气工程的发展[4]。2国内主要应用技术餐厨垃圾处置方式分为生物法和热化学法两大类：生物法包括厌氧消化产沼气、发酵产乙醇、好氧堆肥，热化学法包括热解/气化、水热炭化制备复合材料等。其中厌氧消化发展出了干式厌氧和湿式厌氧，但干式厌氧技术在国外应用较多，如法国的VALORGA、比利时的DRANCO和瑞士的KOMPOGAS，目前在国内应用较少。国内餐厨垃圾处理的应用技术主要以厌氧消化+好氧堆肥+制取生物柴油综合处理工艺为主。采用单一工艺局限性较大，难以适应成分复杂、性质变动较大的餐厨垃圾。综合处理工艺资源化利用水平高，能避免单一工艺的缺陷和不稳定性。国内城市部分餐厨垃圾资源化处理企业概况见表1。表1中餐厨垃圾资源化处理企业均由政府与企业合作投资建设，采用厌氧好氧联合等综合处理技术，处理量均不超过500t/d。分析500t作为设计能力上限可能有3个原因：第一，由于餐厨垃圾日产量和收运量的不平衡，大部分餐厨垃圾处理厂实际处理量均低于处理能力，较低的设计能力能保证设施的有效运转，避免设施空置带来的运营压力；第二，餐厨垃圾运输过程易造成二次污染，餐厨垃圾处理厂的服务面积有所限制，根据服务人口数量设计处理规模；第三，餐厨垃圾处理处置过程会带来一定的环境影响，较小的处理规模利于将环境影响控制在可接受范围内。黑石子餐厨垃圾处理厂处理流程见图1。3主要处理技术比较餐厨垃圾主要处理技术原理及优缺点见表2。Beigl[5]等对于生活垃圾处理的环境影响和成本做了分析，结果表明，环境效益好的处置方法往往经济成本较高。有必要从环境效益和经济效益两个方面来分析废弃物管理方法，从而对目前的处置管理体系的优势和劣势进行分析，确定未来处置方式引导的方向。徐涛[6]系统分析了深圳市垃圾分类试点厨余垃圾处理几种模式的环境影响负荷。压榨焚烧厌氧消化综合处理、集中堆肥和家庭堆肥3种处理方式的总环境影响潜值分别为2.71×10-2，2.57×10-2和6.19×10-2，能耗分别为-103.8MJ/人L·a，99.3MJ/人·a，24.2MJ/人·a。沈超青[7]对填埋、焚烧和综合处理的环境效益和经济效益进行了比较。采用填埋方式，年净收益为-1465万元，焚烧方式年净收益为-2538万元，制取沼气和提炼生物柴油的综合处理方式年净收益可达1435万元。利用生命周期评价法评价其环境影响，计算处理1t餐厨垃圾的环境影响潜值，单位为mPET2010：填埋法的总环境影响潜值为755.5，焚烧法为205.5，厌氧发酵及转酯化反应综合处理为130.4。厌氧发酵及转酯化反应这种处理方式的净能源输出仍达到216.4kW·h，比填埋方式的净能源输出要高出11.8%，比焚烧方式要高出10.9%[8]。Khoo[9，10]对焚烧、厌氧消化+好氧堆肥、小型生化处理站利用生命周期评价法对其环境影响进行比较，其中厌氧消化+好氧堆肥包括300t/d和500t/d不同处理容量的两种处理模式。这几种处理方式的能耗数据：焚烧方式耗能70kW·h/t，产能89kW·h/t；处理容量为300t/d的综合处理工艺耗能32kW·h/t，产能260.82kW·h/t；500t/d的综合处理工艺耗能24kW·h/t，产能268.27kW·h/t。生命周期评价结果表明，从排放入城市餐厨垃圾资源化技术应用现状与展望行业交流25RENEWABLERESOURCESANDCIRCULARECONOMY襍2015Vol.8.No.4襊图1黑石子餐厨垃圾处理厂处理流程[7]餐厨垃圾液相固液分离固相挤压淋漏固相油脂分离固相物质压氧发酵破乳油水分离污水油脂转脂化洗涤污水处理下水管道生物柴油沼渣堆肥或填埋沼气气体分离CO2高纯度沼气工业原料发电电能表2餐厨垃圾处理技术比较处理方式好氧堆肥制作饲料厌氧消化产沼气制取生物柴油高温热解制降解性塑料主要原理在有氧条件下,需氧微生物对餐厨垃圾进行分解、消化等新陈代谢,使餐厨垃圾肥料化堆积餐厨垃圾经过高温干化灭菌、高温压榨、烘干除盐等预处理后制成动物词料或动物蛋白。复杂有机物在多种微生物的共同作用下,最终降解成CH4、H2、CO2和H2O等的过程。整个过程有水解阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段和甲烷化阶段动植物油脂进行酯交换反应，对反映产物进行分层和反复清洗后，蒸发掉甲醇再干燥除水后，得到生物柴油产品在高温下进行热解，使垃圾中所含的能量转换成燃气、油和碳的形式通过发酵可以产生乳酸，进而合成聚乳酸生产可降解性塑料优点可制作高品质有机肥或复合肥；减量化、资源化效果好；工艺简单，技术成熟；基建和运行成本低技术简易、设备投资小；资源回收率高经济价值高；耗能少，处理成本低；自动化程度高；密闭型工程，恶臭少；污泥量少，环境效益好生产高品位能源生物柴油、资源化程度高灭菌较彻底，环境效益高可生产降解性塑料，工艺不需灭菌，不需额外营养，环境效益高缺点分类收集难度大；对有毒有害物质的无害化处理不彻底，环境影响大，易产生恶臭；占地面积大；能耗大（脱水），且堆肥产品市场有限，易重新成为垃圾对进料纯度要求高；存在二次污染；对餐厨垃圾存放时间要求严格；残余物存在食物链风险；生产过程耗能较大厌氧菌种采集驯化过程复杂，工艺参数难控制；投资成本高，是好氧堆肥的1.2~1.5倍；设备安全性要求高处理成本高、建厂投资大能耗大，技术尚处于研究阶段，工程应用少技术不成熟，尚处于起步阶段大气中的CO2和NH3以及产肥量看，厌氧消化法要优于好氧堆肥法，而小型生化处理站可以作为从焚烧方式过渡到生化处理的解决方案之一，但从长远的角度来看，厌氧消化能适合更高的环境要求。综合环境效益、经济效益和能耗3个角度比较现有的餐厨垃圾处理技术，认为厌氧消化+好氧堆肥+生物柴油等综合处理方式较适合用于城市餐厨垃圾处理。另外，Eriksson[11]分析生活垃圾处置设施的环境影响和运营成本发现，循环利用产品种类的确定是废弃物处置规划的关键。末端产品的销售是餐厨垃圾处理厂得以正常运转的关键，而稳定的餐厨垃圾收运量则能保证餐厨垃圾处理设施较高的利用率和较低的单位处理成本。分析目前餐厨垃圾处理厂的运营现状，可以认为除了技术设计和应用外，先期规划好末端产品品种和销路，以及餐厨垃圾物流供应保障也是至关重要的。4展望4.1技术设计由于国内外餐厨垃圾性质和分类水平差异较大，若引进国外技术，需充分进行处理技术改造，设计适应中国城市餐厨垃圾性质的前处理工艺，在国外技术应用于国内餐厨垃圾处理技术进行小试、中试阶段后，对城市餐厨垃圾资源化技术应用现状与展望行业交流26襍2015/8/4襊ResearchontheapplicationstatusandprospectofurbanfoodwasteresourcetechnologiesWUHuachenShanghaiWasteAdministrativeDivision,Shanghai200063,ChinaAbstract:Thefeaturesoffoodwastewereintroduced,followedbythepresentationoftreatmentstatusinChinaandabroad,includingmainresourceconversiontechnologies.Advan