垃圾分类背景下厨余垃圾处理热点回眸

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科技导报

随着中国垃圾分类工作不断推进，厨余垃圾的分类收集及其处理处置凸显出诸多问题。本文梳理了中国垃圾分类政策的推行现状、厨余垃圾的产生和处理情况，重点回顾了厌氧消化、堆肥、生物干化、腐生生物养殖和物理预处理等几项关键的厨余垃圾处理技术在年取得的研究进展，整合了技术研究热点和相关工程案例，为中国厨余垃圾处理技术的进一步研发和应用提供指引。

1、中国垃圾分类政策推进现状

自年3月，国家发展改革委员会、住房城乡建设部联合发布了《生活垃圾分类制度实施方案》（以下简称《方案》）起，中国生活垃圾分类进入“强制时代”，从过去的自愿参与，到法律法规条款下的强制执行，垃圾分类已经走过3个年头。年4月29日第二次修订通过的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》提出设立生活垃圾分类制度，并坚持政府推动、全民参与、城乡统筹、因地制宜、简便易行的原则。《方案》中提出年底中国的省辖市、省会城市以及一些计划单列市等46座城市均要先行实施生活垃圾强制分类，从中央到地方，上海年带头实施，北京、广州、浙江等省份年紧随其后，过去1年垃圾分类行动如火如荼向前推进。表1整理了中国部分典型城市发布的垃圾分类相关政策方案，并对发布实施时间及工作进展进行梳理，其中厦门、广州及上海分别代表了—年开展相关行动的地区，青岛、北京、苏州及深圳为年开始施行垃圾分类的重点城市，西安、成都、沈阳、济南和石家庄将于年正式实施。住房和城乡建设部于年12月召开新闻通气会表示，中国当前生活垃圾分类工作取得了阶段性进展，46个重点城市生活垃圾分类覆盖多万家庭，居民小区覆盖率86.6%，其他地级城市生活垃圾分类已全面启动。

表1中国部分省市地区生活垃圾分类相关政策及工作进展

年5月1日，北京市垃圾分类工作在新修订的《北京市生活垃圾管理条例》指导下全面施行，截至年底，北京市家庭厨余垃圾分出量大幅提升，从新条例实施前的t/d增长至t/d，增长了12.7倍，厨余垃圾分出率达到21.78%；其他垃圾减量明显，为1.53万t/d，同比去年下降35%。

上海市作为强制垃圾分类的“排头兵”，与年相比，年1~11月湿垃圾（即厨余垃圾）分出量为t/d，增长27%；干垃圾（即其他垃圾）处置量为t/d，下降20%，可回收物回收量增长53%，有害垃圾分出量增加3.3倍。

对于垃圾分类开展不足半年的城市，以深圳市为例，《深圳市生活垃圾分类管理条例》实施仅百日，厨余垃圾分类回收量由t/d增至t/d，升幅%。垃圾分类有效实现了4类垃圾的“三升一降”，但也为末端处理带来了新的挑战，图1为深圳市某小区生活垃圾分类集中投放点。

图1深圳市某小区生活垃圾分类集中投放点

除了取得的成绩，垃圾分类工作目前仍然存在很多的不足和改进空间。部分地区片面地强调将厨余垃圾分出量的增长作为垃圾分类工作的考核指标，这不仅会导致部分基层部门为追求指标而采用一些不合理的手段，而且背离了垃圾分类工作希望实现“源头减量”的初衷。同时，分出的厨余垃圾缺少可靠的资源化消解能力，例如上海市在前期对湿垃圾产生量预估不足，导致末端设施的处理能力难以匹配实际需求处理量，在集中处理设施建设完成之前，主要采取集中+就地相结合的处理方式，现有4座在建集中处理设施完全建成后才能基本满足每日余t湿垃圾的处理。广西南宁市日产生厨余垃圾~t，但具有许可资质的企业目前处理能力仅为t，收运及处理能力难以满足需求。在这种情况下，目前一些城市地区垃圾混合收集、运输、处理（焚烧或填埋）仍然是垃圾清运处理工作的“常态模式”。花了大力气分出来的厨余垃圾，绕了一圈后还是通过焚烧、填埋进行处理，相比之前不仅没有带来资源化收益，反而增加了很多的成本。

根据国家统计局公布的数据显示，年中国城市生活垃圾清运量为2.42亿t，同比增长6.16%，当前生活垃圾的无害化处理仍主要通过卫生填埋和焚烧进行，但现有的填埋和焚烧的处理处置能力趋于饱和且难以新建，“垃圾围城”已成为大多数城市面临的主要环境问题之一。垃圾分类的实施能有效实现垃圾的源头减量，推动可回收资源的循环利用，是提振固废全产业链以及助力城市生态文明建设的关键环节。厨余垃圾在分类收运后大量集中，与之配套的资源化处理技术设施及消纳能力却严重不足，与其他垃圾混收混运现象也时有发生，这种停留在表面并未贯穿整个垃圾分类处理链条的现象，极大程度降低民众对垃圾分类的信心与积极性，不利于垃圾分类的广泛推进。

2、厨余垃圾的产生及处理现状

目前各类文献或新闻报道中对于“厨余垃圾”、“餐厨垃圾”等概念通常没有明确区分，容易造成混淆。来自居民厨房的家庭厨余垃圾、来自餐厅和食堂的餐厨垃圾以及来自菜场的果蔬垃圾都属于“易腐垃圾”，即易腐烂的、含有机质的生活垃圾。

本文所涉及的厨余垃圾是指除餐厨垃圾之外的易腐垃圾，包括居民生活中产生的食物残余、吃剩的食物和来自菜场的果蔬垃圾。中国厨余垃圾一方面来源分散，相对较难单独管理，另一方面产生量大，是“湿垃圾”中占比最大的类别。年中国易腐垃圾产生量达到1.08亿t。深圳市仅来自家庭厨房的厨余垃圾占易腐垃圾比例就高达73%，年5月广州市厨余垃圾清运量达t/d。

表2为餐厨垃圾和厨余垃圾的物化特性对比，其中厨余垃圾数据基于年北京市海淀区大工村厨余垃圾处理厂采样测得。与来自餐饮单位的餐厨垃圾相比，厨余垃圾在水、油、盐的含量上具有较大差异。厨余垃圾含水率达75%以上，而餐厨垃圾含水率更高，一般在90%左右。厨余垃圾中油脂、盐（氯化钠）含量相对较低，这一方面是因为家庭烹饪所用的油和盐相比于餐厅来说较少，另一方面是由于厨余垃圾中存在较高比例的水果和蔬菜等废弃物，降低了垃圾整体的蛋白质、油脂和盐的含量。

表2餐厨垃圾和厨余垃圾物化特性比较

现有的厨余垃圾处理技术可分为生物法、物理法、化学法等，具体的处理技术包括破碎直排处理技术、厌氧处理技术、蚯蚓堆肥技术、微生物菌体处理技术、饲料化处理技术、焚烧处理技术、制肥处理技术等。目前应用最普遍的是厌氧消化技术，以广州市为例，到年已建成运营t/d的厨余垃圾处理设施，其中采用厌氧发酵技术的处理能力达t/d，采用高温好氧制腐殖酸技术的处理能力达t/d。此外，堆肥、腐生生物处理、机械处理等也是常见的厨余垃圾处理手段。

当前厨余垃圾的处理仍面临诸多问题。从处理能力来讲，厨余垃圾处理设施一般由部分餐厨垃圾处理设施改建而成，而全国城市餐厨垃圾每年都仅有12%得到了资源化及无害化处理。以北京为例，现有23座餐厨垃圾处理设施，处理能力为t/d，垃圾分类后日产餐厨垃圾的量在t/d以上，易腐垃圾整体处理能力还存在较大缺口。从政策层面来讲，对处理技术规范不明确或认识不正确的情形普遍存在。

表3总结了深圳、上海、北京及杭州这4个典型城市所发布政策条例中与厨余垃圾相关的内容，可以看出，产沼、堆肥等传统生化处理技术还是各个地方用于厨余垃圾处理的主要推荐技术，这些技术成熟度高、资源化利用率高、大型工程建设和运营的经验丰富。但目前产沼技术产生的沼渣和沼液处理难度较大，堆肥技术的产品后端出路较窄，造成这些技术整体的处理效果不佳且成本偏高。因此，因地制宜研发出减量化显著、资源化程度高的处理技术，并对这些技术进行工艺优化是厨余垃圾处理的当务之急。

表3中国部分省市地区厨余垃圾处理相关政策

3、厨余垃圾处理技术研究热点

3.1厌氧消化处理技术

厌氧消化技术，即在无氧或缺氧条件下，厌氧微生物将厨余垃圾等有机废弃物中有机质进行分解利用并转化为CH4、CO2、微生物细胞等物质的生物化学过程。在实现厨余垃圾减量化的同时可以产生H2与CH4等能源，由于具有反应效率高、动力消耗低、实现沼气能源回收、制备高附加值副产物等优势，是目前常用的有机废弃物处理方法之一。随着垃圾分类政策不断推进落实，针对厨余垃圾的厌氧消化技术在年取得了相当的进展，下面就技术研究突破、工程案例进展和相关问题剖析等角度进行回顾。

3.1.1技术研究突破

厨余垃圾厌氧消化预处理手段的开发是现阶段研究的一项重点。北京工商大学刘伊等采用高温湿热预处理厨余垃圾，目的是提高厨余垃圾中大分子有机质的溶解性，进而促进厨余垃圾的资源利用率和生化处理潜能。而兰州交通大学Zhen等采用微氧预处理的方式，促进微生物对小分子有机物的利用和分解，提高了厨余垃圾厌氧消化的产气效率，缩短了消化时间。清华大学蒋建国等针对厨余垃圾C/N较低、营养元素不均衡等特征，导致厌氧消化体系挥发性有机酸和氨氮的累积、降低CH4产率等问题，开发了超声、碱热、微波等基质预处理手段，强化厨余垃圾中蛋白质、碳水化合物、脂肪等大分子有机物溶出分解，有效提高后续厌氧消化的效率，且有助于提高反应系统产沼速率，在较短时间内释放产气潜能。

另一方面，将厨余垃圾与其他有机废弃物混合共消化，其不同基质间对产沼的协同效应也不容忽视。

江南大学赵明星等发现将厨余垃圾、餐厨垃圾、果蔬垃圾按照5∶2∶3的比例混配进行共消化，累积CH4产量和CH4含量相较于厨余垃圾单一消化，分别从.09mL/gVS和50.12%提升到了.51mL/gVS和57.66%，有着明显的协同促进作用。

西安建筑科技大学王晓昌等也利用厨余垃圾和牛粪的共消化，实现了稳定、高速地产沼，在d以上的半连续生物反应器运行中，累积甲烷产量达到mL/gVS，且未发现挥发性脂肪酸的累积。

而厨余垃圾和市政污泥的共消化，同被AvnInsituteofEngineeringandTechnology的Varsha等证明可有效规避了在单一厌氧消化中厨余垃圾pH缓冲能力弱、市政污泥可生化性较差的弊端，混合物料的C/N比合适、pH值稳定，共消化有效对累积产甲烷量和生物降解性均有协同促进作用。图2展示了厨余垃圾、餐厨垃圾、果蔬垃圾共消化的协同作用。

北京科技大学汪群慧等通过引文数据库的文献计量分析研究，识别出共消化处理技术也是厨余垃圾厌氧消化技术现阶段以及未来研究的一个热点。

图2厨余垃圾、餐厨垃圾、果蔬垃圾共消化的协同作用

3.1.2工程应用案例

随着全国范围内垃圾分类工作的推进，末端厨余垃圾的处理处置设施也在逐年发展，国内已建和在建厨余垃圾厌氧消化工程案例较多，以“预处理—干式厌氧消化”“预处理—湿式厌氧消化”“预处理—生物水解—湿式厌氧消化”等工艺流程为主。但值得注意的是，目前已建的厨余垃圾厌氧消化工程很多是依托原有餐厨垃圾处理设施进行改建运行。

例如，上海老港湿垃圾处理项目，处理规模为t/d，其中餐饮垃圾t/d，厨余垃圾t/d，针对湿垃圾中餐饮、厨余垃圾的不同特性，确定餐饮垃圾采用“预处理+厌氧消化”，厨余垃圾采用“预处理+干式厌氧消化”的工艺路线，项目沼气产生量可达到Nm3/d。类似地，其他很多已建和在建项目，针对厨余垃圾，均采用“预处理+干式厌氧消化”的主体工艺，采用水平推流式或者立式设备，这种技术的优势在于设备成熟稳定、适应性强、产气量高。

例如，青岛厨余垃圾项目的处理规模为t/d，其主要设施包括了厨余垃圾预处理、干式厌氧消化、沼渣脱水、沼渣干化、沼气净化及利用、除臭系统等；

杭州天子岭处理规模t/d的厨余垃圾项目、北京市丰台区生活垃圾循环经济园处理规模t/d的厨余垃圾项目等也采用类似的工艺路线。

另外，上海松江湿垃圾处理项目和上海嘉定湿垃圾处理项目等则采用了“预处理—生物水解—湿式厌氧消化”的主体工艺。

图3为上海老港湿垃圾处理项目、杭州天子岭厨余垃圾处理项目、上海嘉定是垃圾处理项目工艺路线。

图3上海老港湿垃圾处理项目、杭州天子岭厨余垃圾处理项目、上海嘉定是垃圾处理项目工艺路线

3.1.3存在问题剖析

目前，厨余垃圾的厌氧消化技术的应用仍面临一些问题，主要包括厨余垃圾的颗粒较大，且存在一部分木质纤维素等难以被生物降解或利用的组分；厌氧消化系统易出现氨氮抑制现象，降低系统的产气效率；产甲烷菌生产周期长，消耗有机酸的能力有限，当系统有机负荷较高时，容易出现酸化现象等。

而在应用方面，一些地方为了尽快消纳厨余垃圾，依托原有餐厨垃圾湿式厌氧消化处理设施进行厨余垃圾的厌氧消化，但厨余垃圾与餐厨垃圾相比，含水率、含油率、含盐率较低，预处理和厌氧消化工艺的选择有明显差异，因此直接采用餐厨垃圾厌氧消化工艺与设施处理厨余垃圾还存在较大问题。另一方面，厨余垃圾厌氧消化产生的沼气和沼渣的出路问题需要进一步考虑，沼气常被直接用作发热发电，丧失了其富含甲烷可进行高值化利用的优势，现有利用价值较低；而沼渣也常被直接脱水后焚烧，未拓展其利用途径，未来可考虑将具有环境安全性的厌氧消化沼渣经过高温堆肥后制备沼渣源有机肥，提高沼渣的资源化利用程度。

3.2堆肥处理技术

厨余垃圾堆肥处理（肥料化处理）主要包括好氧堆肥及厌氧堆肥2种。好氧堆肥是指在有氧条件下微生物通过新陈代谢作用降解厨余垃圾中的有机物，使垃圾最终达到稳定化无害化状态的过程，堆肥剩余物经调节达到相应标准后可作为土壤肥料或土壤调节剂。厌氧堆肥则是在厌氧情况下对厨余垃圾中的有机物进行降解。目前普遍应用的是好氧堆肥技术，具有技术成熟、操作简单、二次污染小等优势。

尽管厨余及餐厨垃圾的堆肥处理已是较为完备和成熟的技术，但其过程优化与效率提升仍然是学界广泛

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