《科技通报》：厨余垃圾的特性及处理技术研究进展（环境科学与工程）

科技通报 第27 Jan.2011 BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 2011年1月 厨余垃圾的特性及处理技术研究进展 徐栋1,沈东升12,冯华军 1.浙江工商大学环境科学与工程学院,杭州310018:2.浙江大学环境工程系,杭州310029) 摘要:本文综述了厨余垃圾的来源及特点,介绍了目前厨余垃圾处理的主要技术,包括无害化处理技 术、肥料化处理技术、饲料化处理技术以及能源化处理技术4大类处理方法,并对各类资源化技术进行 了优缺点分析,为做好厨余垃圾的处理和管理提供借鉴 关键词:厨余垃圾;处理技术;特点;堆肥 中图分类号:X705文献标示码:A 文章编号:1001-7119(2011)01-0130-06 Discussion on Characteristics and Resource Recycling Technology of Food Residue XU Dong, SHEN Dongsheng, FENG Huajun (1. College of Environmental Science and Engineering, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China; 2. Dept. Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China Abstract The source and the characteristics of food residue were introduced and the basic treatments for the residue were also discussed, including four treatment technologies such as innocuous treatment, fertilizer treatment, feedstuff treatment and energy processing treatment. In order to provide references for its further disposal and management, its ad- vantages and disadvantages of each treatment were also analyzed in this paper Key words: food residue: treatment technology characteristic; composting 厨余垃圾是家庭、宾馆、饭店等饮食单位抛(NaCl含量高达1239%)含量较其它生活垃圾 弃的剩余饭菜的统称。目前世界各国绝大部分城高,对资源化产品品质影响较大,需要妥善处理。 市垃圾中约40%为厨余垃圾,主要包括米和面粉 随着城市生活设施和居住条件的改善,以往 类食物残余、蔬菜、植物油、动物油、肉骨、鱼刺城市垃圾以炉灰、煤渣等为主的情况发生了彻底 等。其化学组份主要为淀粉、纤维素、蛋白质、脂的变化,且厨余垃圾的产生量有逐年增加的趋 类和无机盐等。厨余垃圾有如下特点:一是粗蛋势。我国2000年的厨余垃圾产量就已达到了 白和粗纤维等有机物含量较高(各占厨余垃圾干4.5×10t,如果以每年10%的递增速度计算,到 燥物的16.73%和2.52%),开发利用价值较大,2009年我国的厨余垃圾产量将超过9×107。 但易腐并产生恶臭;二是含水率高(水的质量分些主要城市厨余垃圾占城市生活垃圾的比例分 数大于80%2),不便收集运输,热值低,处理不当别为:北京37%,天津54%,上海59%,沈阳 容易产生渗沥液等二次污染物;三是油类(粗脂62%,深圳57%,广州57%,济南41%。近年来, 眆占厨余垃圾干燥物的28.82%)和盐类物质北京厨余垃圾也呈稳步上升趋势,每天产生量达 收稿日期:2009-08-15 基金项目:浙江省重大科技专项(2009C13002);浙江省研究生创新科研项目(编号YK2008065);浙江省高等学校创新团队 支持计划项目(T200912) 作者简介:徐栋(1985-),男,浙江人,硕士研究生,主要从事固废污染控制与资源化研究。 通讯作者:沈东升(1963-),男,博士,教授,主要从事废水、固体废物与环境生物技术方向的研究,E- mail. shenda@ zju.edu.cr o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

收稿日期：2009-08-15 基金项目：浙江省重大科技专项（2009C13002）；浙江省研究生创新科研项目（编号 YK2008065）；浙江省高等学校创新团队 支持计划项目（T200912） 作者简介：徐栋（1985-），男，浙江人，硕士研究生，主要从事固废污染控制与资源化研究。 * 通讯作者：沈东升（1963-），男，博士，教授，主要从事废水、固体废物与环境生物技术方向的研究，E-mail：shends@zju.edu.cn 厨余垃圾是家庭、宾馆、饭店等饮食单位抛 弃的剩余饭菜的统称。 目前世界各国绝大部分城 市垃圾中约 40%为厨余垃圾，主要包括米和面粉 类食 物残余、蔬菜、植 物 油、动 物 油、肉 骨、鱼 刺 等。 其化学组份主要为淀粉、纤维素、蛋白质、脂 类和无机盐等。 厨余垃圾有如下特点：一是粗蛋 白和粗纤维等有机物含量较高（各占厨余垃圾干 燥物的 16.73%和 2.52%［1］ ）， 开发利用价值较大， 但易腐并产生恶臭；二是含水率高（水的质量分 数大于 80%［2］ ），不便收集运输，热值低，处理不当 容易产生渗沥液等二次污染物；三是油类（粗脂 肪占厨余垃圾干燥物的 28.82%［1］ ） 和盐类物 质 （NaCl 含量高达 1.239%［3］ ） 含量较其它生活垃圾 高，对资源化产品品质影响较大，需要妥善处理。 随着城市生活设施和居住条件的改善，以往 城市垃圾以炉灰、煤渣等为主的情况发生了彻底 的变化， 且厨余垃圾的产生量有逐年增加的趋 势。 我 国 2000 年 的 厨 余 垃 圾 产 量 就 已 达 到 了 4.5×107 t， 如果以每年 10%的递增速度计算，到 2009 年我国的厨余垃圾产量将超过 9×107 t ［4］ 。 一 些主要城市厨余垃圾占城市生活垃圾的比例分 别为： 北京 37%， 天津 54%， 上海 59%， 沈阳 62%，深圳 57%，广州 57%，济南 41%［5］ 。 近年来， 北京厨余垃圾也呈稳步上升趋势，每天产生量达 厨余垃圾的特性及处理技术研究进展 徐 栋 1 ，沈东升 1，2*，冯华军 1 （1. 浙江工商大学 环境科学与工程学院，杭州 310018； 2. 浙江大学 环境工程系，杭州 310029） 摘 要：本文综述了厨余垃圾的来源及特点，介绍了目前厨余垃圾处理的主要技术，包括无害化处理技 术、肥料化处理技术、饲料化处理技术以及能源化处理技术 4 大类处理方法，并对各类资源化技术进行 了优缺点分析，为做好厨余垃圾的处理和管理提供借鉴。 关键词：厨余垃圾；处理技术；特点；堆肥 中图分类号：X705 文献标示码：A 文章编号：1001-7119（2011）01-0130－06 Discussion on Characteristics and Resource Recycling Technology of Food Residue XU Dong1 ，SHEN Dongsheng1，2*，FENG Huajun1 （1. College of Environmental Science and Engineering，Zhejiang Gongshang University，Hangzhou 310018，China； 2. Dept. Environmental Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310029，China ） Abstract：The source and the characteristics of food residue were introduced and the basic treatments for the residue were also discussed，including four treatment technologies such as innocuous treatment，fertilizer treatment，feedstuff treatment and energy processing treatment. In order to provide references for its further disposal and management，its ad￾vantages and disadvantages of each treatment were also analyzed in this paper. Key words：food residue； treatment technology； characteristic； composting Vol.27 No.1 Jan. 2011 第 27 卷 第 1 期 2011 年 1 月 科 技 通 报 BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

第1期 徐栋等.厨余垃圾的特性及处理技术研究进展 131 到了1600t以上,上海市每天产生量也超过了2厨余垃圾的肥料化处理技术 1300t2。因此,厨余垃圾的无害化、资源化和减量 化处理日益受到各界的关注。 厨余垃圾的肥料化处理方法主要包括好氧 堆肥和厌氧发酵两种。近几年发展起来的堆肥技 1厨余垃圾的无害化处理技术 术还包括蚯蚓堆肥法和集装箱堆肥法。 21好氧堆肥 1.1粉碎直排 好氧堆肥过程是在有氧条件下,利用好氧微 由于厨房空间有限,因此就地处理是餐厨垃生物分泌的胞外酶将有机物固体分解为可溶性 圾处理的基本立足点。目前一些发达国家普遍在有机物质,再渗入到细胞中,通过微生物的新陈 厨房配置餐厨垃圾处理装置,将粉碎后的餐厨垃代谢,实现整个堆肥过程。 圾排入市政下水管网。如国外研制的餐厨垃圾机 厨余垃圾堆肥的优点是处理方法简单、堆肥 械研磨装置即通过高速运转的刀片将装在内胆产品中能保留较多的氮,可用于农业或制作动物 的各种食物垃圾切碎搅拌后冲入下水道,但这种饲料。缺点是占地大、周期长,堆肥过程中产生的 处理方法容易产生污水和臭气,滋生病菌、蚊蝇污水和臭气会对周边环境造成二次污染,同时厨 和疾病的传播;油污的凝结成块也会造成排水管余垃圾的高油脂和高盐份不利于微生物的生长 堵塞,降低城市下水道的排水能力,另外,厨余垃另外,厨余垃圾的高含水率与CN比低又需要大 圾的高油脂含量等特性更是增加了城市污水处量的高CN调理剂(秸秆、木屑、稻壳等)进行物 理系统的负荷,从而大大增加了城市污水处理厂料调配,但这些调理剂需要较长的时间才能被分 出水不达标的风险,同时还会不可避免地产生一解而使堆肥周期延长,另外有些调理剂还需要事 定的二次污染。 先进行粉碎而消耗一定的能源,因此近年来,大 1.2填埋 型反应器、强制通风静态垛和条垛堆肥等都受到 我国很多地区的厨余垃圾都是与普通垃圾极大限制,堆肥设备正向小型化、移动化和专用 ˉ起送入填埋场进行填埋处理的。填埋是大多数化趋势发展⑦。 国家生活垃圾无害化处理的主要处理方式。由于2.2厌氧发酵 厨余垃圾中含有大量的可降解组分,稳定时间 厨余垃圾的厌氧发酵处理是指在特定的厌 短,有利于垃圾填埋场地的恢复使用,且操作简氧条件下,微生物将有机垃圾进行分解,其中的 便,因此应用得比较普遍。但由于厨余垃圾中含碳、氢、氧转化为甲烷和二氧化碳,而氮、磷、钾等 水率过高势必导致渗滤液的增多,增加处理难元素则存留于残留物中,并转化为易被动植物吸 度;另外,我国符合填埋条件土地的锐减,也会导收利用的形式冈 致处理成本的增加。而且厌氧分解的厨余垃圾是 采用厌氧发酵工艺处理厨余垃圾具有许多 填埋场中沼气和渗滤液的主要来源,会造成二次独特的优点:(1)厌氧系统可以处理含固率为 污染。此外,用这种方式处理将损失厨余垃圾中10%-25%的有机废弃物,厨余垃圾的含固率一般 几乎所有的营养价值,厨余垃圾中的绝大部分碳在15%-20%左右,因此发酵前既不需加水也不 最终都将转化为沼气。在一个精心设计的填埋场需要脱水,简化了前处理,也节约了能耗;(2)通 里,约有66%的沼气可以作为燃料重新利用,但常,有机物碳氮比在20~30间最适合厌氧发酵, 剩余的34%将进入大气层,而沼气对全球变暖的而厨余垃圾的碳氮比在10-25之间,非常适合厌 影响巨大(约为二氧化碳的25倍),因此随着对氧发酵,如果碳氮比过低还可以添加猪粪和污泥 厨余垃圾可利用性认识的越来越广泛,无论在欧等碳氮比较高的有机废弃物进行调节;(3)在厌氧 美、日本还是中国,厨余垃圾的填埋率都正在呈发酵过程中会有大量沼气产生,除供发酵厂本身 现下降的趋势,甚至一些国家已禁止未经处理的使用外,多余能源还可外供,而采用好氧发酵需 餐厨垃圾进入填埋场了,如韩国于2005年起所要大量的额外能耗;(4)厌氧发酵具有有机负荷 有填埋场将不再接收餐厨垃圾 高、占地少、周期短、对环境造成的负面作用小 特别适合环境要求高的城市;(5)厌氧发酵可以 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

第 1 期 到了 1600 t 以上， 上海市每天产生量也超过了 1300 t［2］ 。因此，厨余垃圾的无害化、资源化和减量 化处理日益受到各界的关注。 1 厨余垃圾的无害化处理技术 1.1 粉碎直排 由于厨房空间有限，因此就地处理是餐厨垃 圾处理的基本立足点。 目前一些发达国家普遍在 厨房配置餐厨垃圾处理装置，将粉碎后的餐厨垃 圾排入市政下水管网。 如国外研制的餐厨垃圾机 械研磨装置即通过高速运转的刀片将装在内胆 的各种食物垃圾切碎搅拌后冲入下水道，但这种 处理方法容易产生污水和臭气，滋生病菌、蚊蝇 和疾病的传播；油污的凝结成块也会造成排水管 堵塞，降低城市下水道的排水能力，另外，厨余垃 圾的高油脂含量等特性更是增加了城市污水处 理系统的负荷，从而大大增加了城市污水处理厂 出水不达标的风险，同时还会不可避免地产生一 定的二次污染［4］ 。 1.2 填埋 我国很多地区的厨余垃圾都是与普通垃圾 一起送入填埋场进行填埋处理的。 填埋是大多数 国家生活垃圾无害化处理的主要处理方式。 由于 厨余垃圾中含有大量的可降解组分， 稳定时间 短，有利于垃圾填埋场地的恢复使用，且操作简 便，因此应用得比较普遍［4］ 。 但由于厨余垃圾中含 水率过高势必导致渗滤液的增多， 增加处理难 度；另外，我国符合填埋条件土地的锐减，也会导 致处理成本的增加。 而且厌氧分解的厨余垃圾是 填埋场中沼气和渗滤液的主要来源，会造成二次 污染。 此外，用这种方式处理将损失厨余垃圾中 几乎所有的营养价值，厨余垃圾中的绝大部分碳 最终都将转化为沼气。 在一个精心设计的填埋场 里， 约有 66%的沼气可以作为燃料重新利用，但 剩余的 34%将进入大气层，而沼气对全球变暖的 影响巨大（约为二氧化碳的 25 倍），因此随着对 厨余垃圾可利用性认识的越来越广泛，无论在欧 美、日本还是中国，厨余垃圾的填埋率都正在呈 现下降的趋势，甚至一些国家已禁止未经处理的 餐厨垃圾进入填埋场了， 如韩国于 2005 年起所 有填埋场将不再接收餐厨垃圾［2］ 。 2 厨余垃圾的肥料化处理技术 厨余垃圾的肥料化处理方法主要包括好氧 堆肥和厌氧发酵两种。 近几年发展起来的堆肥技 术还包括蚯蚓堆肥法和集装箱堆肥法。 2.1 好氧堆肥 好氧堆肥过程是在有氧条件下，利用好氧微 生物分泌的胞外酶将有机物固体分解为可溶性 有机物质，再渗入到细胞中，通过微生物的新陈 代谢，实现整个堆肥过程。 厨余垃圾堆肥的优点是处理方法简单、堆肥 产品中能保留较多的氮，可用于农业或制作动物 饲料。 缺点是占地大、周期长，堆肥过程中产生的 污水和臭气会对周边环境造成二次污染，同时厨 余垃圾的高油脂和高盐份不利于微生物的生长， 另外，厨余垃圾的高含水率与 C/N 比低又需要大 量的高 C/N 调理剂（秸秆、木屑、稻壳等）进行物 料调配，但这些调理剂需要较长的时间才能被分 解而使堆肥周期延长，另外有些调理剂还需要事 先进行粉碎而消耗一定的能源［6］ ，因此近年来，大 型反应器、强制通风静态垛和条垛堆肥等都受到 极大限制，堆肥设备正向小型化、移动化和专用 化趋势发展［7］ 。 2.2 厌氧发酵 厨余垃圾的厌氧发酵处理是指在特定的厌 氧条件下，微生物将有机垃圾进行分解，其中的 碳、氢、氧转化为甲烷和二氧化碳，而氮、磷、钾等 元素则存留于残留物中，并转化为易被动植物吸 收利用的形式［8］ 。 采用厌氧发酵工艺处理厨余垃圾具有许多 独特的优点［9］ ：（1）厌 氧 系 统 可 以 处 理 含 固 率 为 10%~25%的有机废弃物，厨余垃圾的含固率一般 在 15%~20%左右， 因此发酵前既不需加水也不 需要脱水，简化了前处理，也节约了能耗；（2）通 常， 有机物碳氮比在 20~30 间最适合厌氧发酵， 而厨余垃圾的碳氮比在 10~25 之间，非常适合厌 氧发酵，如果碳氮比过低还可以添加猪粪和污泥 等碳氮比较高的有机废弃物进行调节；（3）在厌氧 发酵过程中会有大量沼气产生，除供发酵厂本身 使用外，多余能源还可外供，而采用好氧发酵需 要大量的额外能耗；（4） 厌氧发酵具有有机负荷 高、占地少、周期短、对环境造成的负面作用小， 特别适合环境要求高的城市；（5） 厌氧发酵可以 徐栋等. 厨余垃圾的特性及处理技术研究进展 131

132 科技通报 第27卷 在处理厨余垃圾时,同时处理其它可腐有机物,毒有害物质较多,重金属含量往往很高,用蚯蚓 如粪便、污泥等,并根据各种需求添加相应的添处理后的蚓粪中重金属有累积作用,这样的蚓粪 加料,制造特种肥料,提高产品的附加值。 施入土壤后可能会引发二次污染,如何有效地去 但是,厨余垃圾的厌氧处理目前还存在一系除垃圾中的重金属等有毒物质也是我们应该解 列的问题:(1)由于厨余垃圾中含有较多的不易决的问题。 降解杂质,例如塑料袋、餐具、毛巾和瓶盖等。这2.4集装箱堆肥法 些杂质的存在不仅影响发酵,而且影响发酵后肥 集装箱堆肥法特别适合于产生量不多的有 料的形状和产后的销售。发酵前必须设置预处理机垃圾堆肥处理。反应器由封闭集装箱反应器和 系统,将杂质分离;(2)厨余垃圾含有较多的盐分,多层生物过滤器组成,一般由20多个集装箱并 会导致微生物体内水分渗出,以至活性降低甚至联,每个箱体50m3,堆肥周期15~20d,所产生的 死亡,从而影响生物降解速度和降解程度;(3)目气体可以回收利用,剩余无机物可回填土壤。据 前国内厌氧消化技术处于起步阶段,尚无成熟的称在世界已有50多处采用此法,如巴西200td、 专有技术和设备,与国外相比还存在一定的差韩国仁川60td、德国 Altenberge60td等装置 距。技术装备也没有达到商品化、产业化的要求。 集装箱堆肥法是一种环境可控的堆肥方式 一些新工艺新技术仍处在小试、中试阶段,有待其最大特点在于对周边环境的影响小(针对露天 于工程实际运转的验证;(4)在厨余垃圾处理工艺堆肥方式而言,可以减少其散发的酸臭味及滋生 中,前处理和除臭也非常重要;除臭系统应具有的蛆虫对环境的负面影响),杀灭病菌效果较好。 除臭,抗生、防污和防尘等功能。 但此装置造价相对较高,土地面积需求量大,只 蚯蚓堆肥法 适合在人口相对稀少的空旷场所运行。 蚯蚓堆肥是近年来发展起来的一项生物处 理技术。其机理是蚯蚓吞食大量有机物质,并将3厨余垃圾的饲料化处理技术 其与土壤混合,通过砂囊的机械研磨作用和肠道 内的生物化学作用将有机物转化为自身或其他 厨余垃圾饲料化的基本要求是实现杀毒灭 生物可以利用的营养物质。同时,蚯蚓还能提高菌,达到饲料卫生标准,并最大限度地保留营养 微生物的活性,加速了有机物的分解和转化,并成分,改善厨余垃圾的饲用价值,消除或降低不 能有效去除或抑制堆肥过程中产生的臭味。此利因素的影响。目前国内生产厨余再生饲料工艺 外,蚯蚓代谢活动还可产生大量生物活性物质,主要是生物法和物理法。生物法利用微生物菌体 有利于作物的生长和品质的改善;副产物蚯蚓本将厨余垃圾发酵,利用微生物的生长繁殖和新陈 身又是优质的饲料和生物医药原材料。因此利用代谢,积累有用的菌体、酶和中间体,经过烘干后 蚯蚓处理城市生活垃圾,不仅工艺简单,不需要制成蛋白饲料。而物理法是直接将厨余垃圾脱水 特殊设备,还可促进垃圾资源化的良性循环,实后进行干燥消毒,粉碎后制成饲料。 现可持续发展。法国1991年在罗纳河畔的 Layoune3.1湿热法 市建立的世界上第一座利用蚯蚓处理城市生活 湿热法可以解决物理法导热不均、加热温度 垃圾的处理设施m,现代化程度较高,日处理垃过高的问题。该工艺是将厨余垃圾加水后置于密 圾20-30t,仅需4个工人操作,垃圾的处理成本闭容器中加热,反应后上层是油脂,中间是水,下 每吨约为360法郎。2000年澳大利亚悉尼奥运会层是固态物质,将下层物质脱水干燥粉碎后得到 期间,利用4000万条蚯蚓处理奥运村生活垃圾,饲料,上层油脂回收。湿热法处理后的厨余垃圾 可以做到垃圾不出村就地消纳。但目前利用此项饲用价值明显提高,既是良好的饲料原料,又方 技术还存在一些问题凹:(1)蚯蚓是低等动物,在便回收油脂。且此法生产工艺简单,处理周期 处理垃圾过程中容易逐步退化,因此在如何利用短,可针对具体情况对设备规模进行重组调整。 杂交技术以获得高效蚓种方面仍要进一步研究。既可用于大规模的集中处理,又可用于小规模的 (2)摸索适合蚯蚓生长的垃圾配比、垃圾和土壤分散处理,适用范围广的。用湿热法将厨余垃圾 的配比也是亟待解决的问题。(3)由于垃圾中有处理后制成饲料是一种极具潜力的技术,但该技 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

科 技 通 报 第 27 卷 在处理厨余垃圾时， 同时处理其它可腐有机物， 如粪便、污泥等，并根据各种需求添加相应的添 加料，制造特种肥料，提高产品的附加值。 但是，厨余垃圾的厌氧处理目前还存在一系 列的问题：（1） 由于厨余垃圾中含有较多的不易 降解杂质，例如塑料袋、餐具、毛巾和瓶盖等。 这 些杂质的存在不仅影响发酵，而且影响发酵后肥 料的形状和产后的销售。 发酵前必须设置预处理 系统，将杂质分离；（2）厨余垃圾含有较多的盐分， 会导致微生物体内水分渗出，以至活性降低甚至 死亡，从而影响生物降解速度和降解程度；（3）目 前国内厌氧消化技术处于起步阶段，尚无成熟的 专有技术和设备， 与国外相比还存在一定的差 距。 技术装备也没有达到商品化、产业化的要求。 一些新工艺新技术仍处在小试、中试阶段，有待 于工程实际运转的验证；（4）在厨余垃圾处理工艺 中，前处理和除臭也非常重要；除臭系统应具有 除臭，抗生、防污和防尘等功能。 2.3 蚯蚓堆肥法 蚯蚓堆肥是近年来发展起来的一项生物处 理技术。 其机理是蚯蚓吞食大量有机物质，并将 其与土壤混合，通过砂囊的机械研磨作用和肠道 内的生物化学作用将有机物转化为自身或其他 生物可以利用的营养物质。 同时，蚯蚓还能提高 微生物的活性， 加速了有机物的分解和转化，并 能有效去除或抑制堆肥过程中产生的臭味［10］ 。 此 外， 蚯蚓代谢活动还可产生大量生物活性物质， 有利于作物的生长和品质的改善；副产物蚯蚓本 身又是优质的饲料和生物医药原材料。 因此利用 蚯蚓处理城市生活垃圾，不仅工艺简单，不需要 特殊设备， 还可促进垃圾资源化的良性循环，实 现可持续发展。 法国 1991 年在罗纳河畔的Lavoulte 市建立的世界上第一座利用蚯蚓处理城市生活 垃圾的处理设施［11］ ，现代化程度较高，日处理垃 圾 20～30 t，仅需 4 个工人操作，垃圾的处理成本 每吨约为 360 法郎。 2000 年澳大利亚悉尼奥运会 期间，利用 4000 万条蚯蚓处理奥运村生活垃圾， 可以做到垃圾不出村就地消纳。 但目前利用此项 技术还存在一些问题［12］ ：（1） 蚯蚓是低等动物，在 处理垃圾过程中容易逐步退化，因此在如何利用 杂交技术以获得高效蚓种方面仍要进一步研究。 （2） 摸索适合蚯蚓生长的垃圾配比、 垃圾和土壤 的配比也是亟待解决的问题。 （3） 由于垃圾中有 毒有害物质较多，重金属含量往往很高，用蚯蚓 处理后的蚓粪中重金属有累积作用，这样的蚓粪 施入土壤后可能会引发二次污染，如何有效地去 除垃圾中的重金属等有毒物质也是我们应该解 决的问题。 2.4 集装箱堆肥法 集装箱堆肥法特别适合于产生量不多的有 机垃圾堆肥处理。 反应器由封闭集装箱反应器和 多层生物过滤器组成， 一般由 20 多个集装箱并 联，每个箱体 50 m3 ，堆肥周期 15～20 d，所产生的 气体可以回收利用，剩余无机物可回填土壤。 据 称在世界已有 50 多处采用此法，如巴西 200 t/d、 韩国仁川 60 t/d、德国 Altenberge 60 t/d 等装置［13］ 。 集装箱堆肥法是一种环境可控的堆肥方式， 其最大特点在于对周边环境的影响小（针对露天 堆肥方式而言，可以减少其散发的酸臭味及滋生 的蛆虫对环境的负面影响），杀灭病菌效果较好。 但此装置造价相对较高， 土地面积需求量大，只 适合在人口相对稀少的空旷场所运行。 3 厨余垃圾的饲料化处理技术 厨余垃圾饲料化的基本要求是实现杀毒灭 菌，达到饲料卫生标准，并最大限度地保留营养 成分，改善厨余垃圾的饲用价值，消除或降低不 利因素的影响。 目前国内生产厨余再生饲料工艺 主要是生物法和物理法。 生物法利用微生物菌体 将厨余垃圾发酵，利用微生物的生长繁殖和新陈 代谢，积累有用的菌体、酶和中间体，经过烘干后 制成蛋白饲料。 而物理法是直接将厨余垃圾脱水 后进行干燥消毒，粉碎后制成饲料。 3.1 湿热法 湿热法可以解决物理法导热不均、加热温度 过高的问题。 该工艺是将厨余垃圾加水后置于密 闭容器中加热，反应后上层是油脂，中间是水，下 层是固态物质，将下层物质脱水干燥粉碎后得到 饲料，上层油脂回收。 湿热法处理后的厨余垃圾 饲用价值明显提高，既是良好的饲料原料，又方 便回收油脂［14］ 。 且此法生产工艺简单，处理周期 短， 可针对具体情况对设备规模进行重组调整。 既可用于大规模的集中处理，又可用于小规模的 分散处理，适用范围广［15］ 。 用湿热法将厨余垃圾 处理后制成饲料是一种极具潜力的技术，但该技 132

第1期 徐栋等.厨余垃圾的特性及处理技术研究进展 133 术本身也存有缺陷,如加热方式很难去除霉杆霉燃烧时需要添加辅助燃料。厨余垃圾的脱水也需 菌等菌种,若提高温度,又会破坏下层固态物要消耗大量的能量,焚烧尾气需经过有效处理才 质的营养成分(如维生素等热敏性物质),导致饲能达到排放标准。总而言之,采用焚烧法处理厨 料产品存在安全隐患,所以,现阶段的研究还只余垃圾存在投资大、尾气排放受限制等问题,难 停留在实验室的初步研究阶段,对其作用机理、于广泛应用。 反应器的设计及工艺具体参数的选择还未进行42热分解法 深入研究。 热分解法是将垃圾在高温下进行热解,使垃 3.2减压油温脱水法 圾中所含的能量转换成燃气、油和炭的形式,然 减压油温脱水法是以油为热媒体,在减压后再进行利用。同时垃圾中所含氦、硫、氨等在热 (或真空)特定条件下进行油炸厨余垃圾。所用油解过程中保持还原状态,因而对装置的腐蚀较 可以利用饭店、食品工厂用过的废食用油。由于小。热分解法具有广阔的应用前景,但技术尚未 采用减压(或真空)处理,被炸物的氧化大大减达到实用阶段,目前应用较少。 少,保证了饲料的营养成分,同时也进行了真空4.3生物发酵制氢 消毒处理。另外,垃圾中的水分在真空油炸过程 氢作为一种高质量的清洁能源,是普遍认为 中迅速被去除。油炸后的产品完全可作为一种理的最具有吸引力的替代能源。生物发酵制氢具有 想的绿色饲料,也易于储存和运输。该法的缺点反应条件温和、能耗低的特点,因而受到了大家 是投资大,技术要求高,不适合资金有限的国家的关注。它主要有2种方法,即利用光合细菌 和地区,另外,生产出来的饲料还要进一步的消产氢和发酵产氢,与之相对应的有2类微生物菌 毒处理,以防止畜禽疾病的产生。 群,即光合细菌和发酵细菌。很多学者对此做了 3.3固态发酵 研究,Iay等凹从活性污泥中获取微生物,对不同 饲料工业发展迅速,人畜争粮必然导致饲料化学成分组成的厨余垃圾进行了发酵制氢实验 原料严重不足,预计2000-2020年我国饲料用粮得出了糖类垃圾的产氢能力大概是酯类和蛋白 将缺乏24×106-83×10°t能量饲料和24×10°-48×质类垃圾的20倍的结论; Noike等凹考察了乳酸 10°t蛋白质饲料,科学研究发现将厨余垃圾作细菌在产氢过程中的抑制作用,提出在发酵前对 为原料进行固态发酵生产菌体蛋白饲料,可提高底物进行预热处理可以有效降低这种影响。生物 氨基酸、蛋白质和维生素含量,代替大豆、鱼粉等发酵制氢所用的原料是城市污水、生活垃圾、 蛋白饲料,既价廉又环保,在一定程度上还缓解物粪便等有机废物,在获得氢气的同时净化了水 了饲料原料的严重缺乏。邬苏焕等∞利用固态发质,达到保护环境的作用。因此无论从环境保护 酵的方法处理城市厨余垃圾,最终得到的饲料粗还是从新能源开发的角度来看,生物质制氢都具 蛋白含量33.87%,比原料增加了6.85%。该方有很广阔的发展前景 法具有投资少、见效快、能耗低、操作简便的特44生产生物柴油 点 据统计,每吨厨余垃圾可以提炼出20~80k 废油脂,经过集中加工处理,则可以制成脂肪酸 厨余垃圾的能源化处理技术 甲酯等低碳酯类物质,即生物柴油。 超临界甲醇制程( supercritical methane pro- 厨余垃圾的能源化处理是在近几年迅速兴ces)是利用甲醇在超临界状态下的特殊物理化 起的,主要包括焚烧法、热分解法、发酵制氢、生学性质,与废油脂发生反应生产生物柴油的一种 产生物柴油等 新工艺凹。该工艺不需要催化剂,无副产物产生 4.1焚烧法 因此也不需要对产物进行分离,不会产生大量废 焚烧法处理厨余垃圾效率较高,最终产生约水;同时,反应效率大大提高,只需要2-4min就 5%的利于处置的残余物。焚烧是在特制的焚烧炉可达到反应平衡,而且,对原料纯度要求不高,水 中进行的,有较高的热效率,产生的热能可转换分和脂肪酸对反应的影响不大。 成蒸汽或电能。但厨余垃圾含水率高,热值较低 生物酶法凹是转化可再生油脂原料制备生 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

第 1 期 术本身也存有缺陷，如加热方式很难去除霉杆霉 菌等菌种［16］ ，若提高温度，又会破坏下层固态物 质的营养成分（如维生素等热敏性物质），导致饲 料产品存在安全隐患，所以，现阶段的研究还只 停留在实验室的初步研究阶段， 对其作用机理、 反应器的设计及工艺具体参数的选择还未进行 深入研究。 3.2 减压油温脱水法 减压油温脱水法是以油为热媒体， 在减压 （或真空） 特定条件下进行油炸厨余垃圾。所用油 可以利用饭店、食品工厂用过的废食用油。 由于 采 用减 压（或 真 空）处 理，被 炸 物 的 氧 化 大 大 减 少，保证了饲料的营养成分，同时也进行了真空 消毒处理。 另外，垃圾中的水分在真空油炸过程 中迅速被去除。 油炸后的产品完全可作为一种理 想的绿色饲料，也易于储存和运输。 该法的缺点 是投资大，技术要求高，不适合资金有限的国家 和地区，另外，生产出来的饲料还要进一步的消 毒处理，以防止畜禽疾病的产生［17］ 。 3.3 固态发酵 饲料工业发展迅速，人畜争粮必然导致饲料 原料严重不足，预计 2000-2020 年我国饲料用粮 将缺乏 24×106 ～83×106 t 能量饲料和 24×106 ～48× 106 t 蛋白质饲料［18］ ，科学研究发现将厨余垃圾作 为原料进行固态发酵生产菌体蛋白饲料，可提高 氨基酸、蛋白质和维生素含量，代替大豆、鱼粉等 蛋白饲料，既价廉又环保，在一定程度上还缓解 了饲料原料的严重缺乏。邬苏焕等［19］ 利用固态发 酵的方法处理城市厨余垃圾，最终得到的饲料粗 蛋白含 量 33.87%，比 原 料 增 加 了 6.85%。 该 方 法具 有 投 资 少、见 效 快、能 耗 低、操 作 简 便 的 特 点。 4 厨余垃圾的能源化处理技术 厨余垃圾的能源化处理是在近几年迅速兴 起的，主要包括焚烧法、热分解法、发酵制氢、生 产生物柴油等。 4.1 焚烧法 焚烧法处理厨余垃圾效率较高，最终产生约 5%的利于处置的残余物。焚烧是在特制的焚烧炉 中进行的，有较高的热效率，产生的热能可转换 成蒸汽或电能。 但厨余垃圾含水率高，热值较低， 燃烧时需要添加辅助燃料。 厨余垃圾的脱水也需 要消耗大量的能量，焚烧尾气需经过有效处理才 能达到排放标准。 总而言之，采用焚烧法处理厨 余垃圾存在投资大、 尾气排放受限制等问题，难 于广泛应用。 4.2 热分解法 热分解法是将垃圾在高温下进行热解，使垃 圾中所含的能量转换成燃气、 油和炭的形式，然 后再进行利用。 同时垃圾中所含氦、硫、氨等在热 解过程中保持还原状态， 因而对装置的腐蚀较 小。 热分解法具有广阔的应用前景，但技术尚未 达到实用阶段，目前应用较少。 4.3 生物发酵制氢 氢作为一种高质量的清洁能源，是普遍认为 的最具有吸引力的替代能源。 生物发酵制氢具有 反应条件温和、能耗低的特点，因而受到了大家 的关注［20］ 。 它主要有 2 种方法，即利用光合细菌 产氢和发酵产氢，与之相对应的有 2 类微生物菌 群，即光合细菌和发酵细菌。 很多学者对此做了 研究，Lay 等［21］ 从活性污泥中获取微生物，对不同 化学成分组成的厨余垃圾进行了发酵制氢实验， 得出了糖类垃圾的产氢能力大概是酯类和蛋白 质类垃圾的 20 倍的结论；Noike 等［22］ 考察了乳酸 细菌在产氢过程中的抑制作用，提出在发酵前对 底物进行预热处理可以有效降低这种影响。 生物 发酵制氢所用的原料是城市污水、 生活垃圾、动 物粪便等有机废物，在获得氢气的同时净化了水 质，达到保护环境的作用。 因此无论从环境保护， 还是从新能源开发的角度来看，生物质制氢都具 有很广阔的发展前景。 4.4 生产生物柴油 据统计，每吨厨余垃圾可以提炼出 20～80 kg 废油脂，经过集中加工处理，则可以制成脂肪酸 甲酯等低碳酯类物质，即生物柴油。 超临界甲醇制程（supercritical methanel pro￾cess）是利用甲醇在超临界状态下的特殊物理化 学性质，与废油脂发生反应生产生物柴油的一种 新工艺［23］ 。 该工艺不需要催化剂，无副产物产生， 因此也不需要对产物进行分离，不会产生大量废 水；同时，反应效率大大提高，只需要 2～4 min 就 可达到反应平衡，而且，对原料纯度要求不高，水 分和脂肪酸对反应的影响不大。 生物酶法［24］ 是转化可再生油脂原料制备生 徐栋等. 厨余垃圾的特性及处理技术研究进展 133

134 科技通报 第27卷 表1各种厨余垃圾处理技术的优缺点比较 Table 1 The advantage and disadvantage of food residue treatment technologies 厨余垃圾 处理方法 具体工艺 优点 缺点 无害化 粉碎直排 价格便宜,技术简单,减少垃圾收集量 导致疾病传播,增加污水处理负荷,产生二次 污染 处理技术 填埋 操作简便,应用普遍 渗滤液处理难;土地成本高,产生二次污染和 温室效应 好氧堆肥 处理方法简单,可制饲料 占地大、周期长,会对周边环境造成二次污染 厌氧发酵 有机负荷高、占地少、周期短、对环境造成的 肥料化处 负面作用小 须设置预处理系统,国内尚无成熟技术和设备 蚯蚓堆肥法艺简单,副产物可制饲料 高效蚓种和工艺配比问题,重金属积累易引起 土壤的二次污染 集装箱堆肥法环境影响小,灭病菌效果好 装置造价较高,土地面积需求量大 湿热法 可回收饲料原料和油脂,生产工艺简单,处理 周期短 处于实验室初步研究阶段,需进一步深入研究 饲料化处理减压油温脱水法可制理想的绿色饲料,易于储存和运输 投资大,技术要求高,生产出来的饲料还要进 步的消毒处理 固态发酵 投资少、见效快、能耗低、操作简便 技术还处于起步阶段,短期内达不到工艺化 生产化的程度 焚烧法 效率高,热能可回收利用 投资大,尾气排放受限制,难于广泛应用 热分解法 可生成再利用资源,装置腐蚀较小,具有广阔 能源化处理 前景 技术尚未达到实用阶段,目前应用较少 生物发酵制氢反应条件温和,能耗低,可制清洁能源氢 技术尚不成熟,开发成本较高 生产生物柴油环境友好,应用前景广阔 对工艺要求较高,经济成本较高 物柴油新工艺的另一种发展方向。生物酶法生物余垃圾资源化处理技术,同时饲料化处理技术也 柴油技术对环境友好,经检测,产品关键技术指已逐步开始工程化应用,而能源化处理技术则是 标符合美国及德国生物柴油标准,并符合我国0厨余垃圾资源化处理技术未来发展的方向。 号柴油标准。 就厨余垃圾处理技术的原理而言,生物处理 由于厨余垃圾中杂质较多,制备生物柴油技术对环境的影响较小,且可以回收能源及产生 时,必须采取有针对性的预处理措施和正确的工对环境有益的二次产物,因此具有广阔的应用前 艺,才能保证转化率和产品纯度不受影响;在生景,值得深入研究。 产中,必须保证酯交换反应完全,且彻底去除甘 油等副产品,否则会造成发动机工作不正常等问参考文献 题;另外,生物柴油虽然具有很大的环境效益,但[1]梁政,杨勇华,樊洪,等、厨余垃圾处理技术及综合利用 经济成本相对较高,在国外是靠大量减税或免税 研究[J].中国资源综合利用,2004(8):36-38 使其价格与现有柴油相近。 [2]汪群慧,马鸿志,王旭明,等.厨余垃圾的资源化技术 [J].现代化工,2004,24(7):56-59 5结语 [3]潘丽爱,张贵林,石晶,等.餐厨垃圾特性的试验研究 [J].粮油加工,2009(9):154-156 厨余垃圾各种处理技术的优缺点详见表1。 [4]严太龙,石英.国内外厨余垃圾现状及处理技术[J].城 市管理与科技,2004,6(4):165-166 传统的无害化处理技术仅仅是将其作为废物进 5]吴玉萍,董锁成.当代城市生活垃圾处理技术现状与展 行处理,而没有充分利用其潜在的资源价值和回 望——兼论中国城市生活垃圾对策视点的调整[J 收利用价值,因此,开发厨余垃圾的资源化处理 市环境与城市生态,2001,14(1):33-36 技术应是未来发展的方向。 [6]邹德勋,汪群慧,隋克俭,等.餐厨垃圾与菌糠混合好纟 肥料化处理技术是一类目前较为成熟的厨 堆肥效果[J].农业工程学报,2009,25(11):269-273. o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

科 技 通 报 第 27 卷 物柴油新工艺的另一种发展方向。 生物酶法生物 柴油技术对环境友好，经检测，产品关键技术指 标符合美国及德国生物柴油标准， 并符合我国 0 号柴油标准。 由于厨余垃圾中杂质较多， 制备生物柴油 时，必须采取有针对性的预处理措施和正确的工 艺，才能保证转化率和产品纯度不受影响；在生 产中，必须保证酯交换反应完全，且彻底去除甘 油等副产品，否则会造成发动机工作不正常等问 题；另外，生物柴油虽然具有很大的环境效益，但 经济成本相对较高，在国外是靠大量减税或免税 使其价格与现有柴油相近。 5 结语 厨余垃圾各种处理技术的优缺点详见表 1。 传统的无害化处理技术仅仅是将其作为废物进 行处理，而没有充分利用其潜在的资源价值和回 收利用价值，因此，开发厨余垃圾的资源化处理 技术应是未来发展的方向。 肥料化处理技术是一类目前较为成熟的厨 余垃圾资源化处理技术，同时饲料化处理技术也 已逐步开始工程化应用，而能源化处理技术则是 厨余垃圾资源化处理技术未来发展的方向。 就厨余垃圾处理技术的原理而言，生物处理 技术对环境的影响较小，且可以回收能源及产生 对环境有益的二次产物，因此具有广阔的应用前 景，值得深入研究。 参考文献： ［1］ 梁政，杨勇华，樊洪，等. 厨余垃圾处理技术及综合利用 研究［J］. 中国资源综合利用，2004 （8）：36-38. ［2］ 汪群 慧，马 鸿 志，王 旭 明，等. 厨 余 垃 圾 的 资 源 化 技 术 ［J］. 现代化工，2004，24（7）：56-59. ［3］ 潘丽 爱，张 贵 林，石 晶，等. 餐 厨 垃 圾 特 性 的 试 验 研 究 ［J］. 粮油加工，2009（9）：154-156. ［4］ 严太龙，石英. 国内外厨余垃圾现状及处理技术［J］. 城 市管理与科技，2004，6（4）：165-166. ［5］ 吴玉萍，董锁成. 当代城市生活垃圾处理技术现状与展 望———兼论中国城市生活垃圾对策视点的调整［J］. 城 市环境与城市生态，2001，14（1）：33-36. ［6］ 邹德勋，汪群慧，隋克俭，等. 餐厨垃圾与菌糠混合好氧 堆肥效果［J］. 农业工程学报，2009，25（11）：269-273. 表 1 各种厨余垃圾处理技术的优缺点比较 Table 1 The advantage and disadvantage of food residue treatment technologies 厨余垃圾 处理方法 具体工艺 优点 缺点 无害化 处理技术 粉碎直排 价格便宜，技术简单，减少垃圾收集量 导 致 疾 病 传 播，增加污水处理负 荷，产 生 二 次 污染 填埋 操作简便，应用普遍 渗 滤 液 处 理 难；土 地 成 本 高，产生二次污染和 温室效应。 肥料化处理 好氧堆肥 处理方法简单，可制饲料 占地大、周期长，会对周边环境造成二次污染 厌氧发酵 有 机 负 荷 高、占 地 少、周 期 短、对 环 境 造 成 的 负面作用小 须设置预处理系统，国内尚无成熟技术和设备 蚯蚓堆肥法 工艺简单，副产物可制饲料 高效蚓种和工艺配比问题，重金属积累易引起 土壤的二次污染 集装箱堆肥法 环境影响小，灭病菌效果好 装置造价较高，土地面积需求量大 饲料化处理 湿热法 可回收饲料原料和油脂，生产工艺简单，处理 周期短 处于实验室初步研究阶段，需进一步深入研究 减压油温脱水法 可制理想的绿色饲料，易于储存和运输 投 资 大，技 术 要 求 高，生产出来的饲料还要进 一步的消毒处理 固态发酵 投资少、见效快、能耗低、操作简便 技术还处于起步阶段， 短期内达不到工艺化、 生产化的程度。 能源化处理 焚烧法 效率高，热能可回收利用 投资大，尾气排放受限制，难于广泛应用 热分解法 可生成再利用资源，装置腐蚀较小，具有广阔 前景 技术尚未达到实用阶段，目前应用较少 生物发酵制氢 反应条件温和，能耗低，可制清洁能源氢 技术尚不成熟，开发成本较高 生产生物柴油 环境友好，应用前景广阔 对工艺要求较高，经济成本较高 134