餐厨垃圾处理: 敢问路在何方?

餐厨垃圾处理现状

餐厨垃圾主要包括餐饮垃圾和厨余垃圾。随着人口和经济的快速发展，其产量也在不断增加。根据联合国粮食及农业组织的数据，2018年全球粮食浪费总量高达16亿吨，约占粮食总产量的1/3。传统的厨房垃圾处理方法包括好氧堆肥、厌氧消化、乙醇发酵和饲料发酵等，但由于其自身固有的特性，不能广泛应用于厨房垃圾的 处理过程中。例如，好氧堆肥存在发酵周期长、面积大、易产生二次污染等问题，厨房垃圾中有机物的降解率较低(约为40-60%)，剩余的未用残渣需要焚烧或填埋，造成N、P等资源的浪费。乙醇发酵虽然可以回收乙醇，但其浓度较低(约5-10%)，需通过后续蒸馏、纯化等辅助工艺将其转化为商用，从而导致了整体的技术操作和较高的能源消耗成本。餐厨垃圾饲料生产中存在着同源污染，存在引起多种传染病(如疯牛病、瘙痒症等)的潜在风险。

焚烧法能在一定程度上实现厨房垃圾处理的节能降耗，是目前厨房垃圾处理的主要技术。但在垃圾填埋过程中仍存在能耗高、易产生有害气体等问题，垃圾填埋场后仍需对残渣进行处理。例如，新加坡每年消耗高达4800万千瓦时的电力来焚烧垃圾，并产生足够的火山灰来填满13个奥运游泳池。随着人口增长和城市化的发展，能源和土地资源十分有限，上述单一的处置方法往往不能满足环境友好型和经济上可持续的餐厨垃圾处理要求。将减少、无害化、资源利用和能源利用结合起来，将是今后 餐厨垃圾处理技术发展的目标和指导思路。

零固体排放驱动的资源回收策略

餐厨垃圾富含有机质和营养元素，可用于制备生物燃料和生物有机肥，但由于其成分复杂、生物直接利用率低等问题导致其整体处置效率偏低。预处理可强化餐厨垃圾水解而提高整体处置效率。研究团队以餐厨垃圾为原料研发了一种廉价、高速且有效的新型复合水解酶(Fungal mash)，该酶无需分离纯化，可直接用于餐厨垃圾的超速水解(6-8h)。基于该核心技术可构建一系列集成新工艺，实现餐厨垃圾中能源(碳)和资源 (氮、磷等）的同时回收及零固体排放——零固体排放驱动的资源回收策略。

具体来说，零固体排放驱动的资源回收策略包括：（1）超速水解耦合厌氧消化的集成工艺；（2）超速水解耦合乙醇发酵的集成工艺（3）超速水解耦合厌氧共消化的集成工艺和（4）超快速水解耦合固/液生物有机肥生产的集成工艺（图1）。

图 1 餐厨垃圾零固体排放驱动的资源回收策略

首先，餐厨垃圾在菌泥的作用下迅速水解。水解液经过简单的固液分离后，固体部分的NPK和重金属含量达到我国农业行业标准（NY525和NY884），可直接用作生物有机肥，而液体部分富含高浓度溶解性有机物（溶解性COD高达 200g/L），通过多种生物技术实现能源和资源的快速回收，终于实现餐厨垃圾的零固体排放。以零固体排放为驱动的资源化回收策略，确实可以为未来的餐厨垃圾处理提供一个新的方向，而且该策略的集成过程具有很高的工程灵活性，可以应用于不同规模的餐厨垃圾处理。

以零散的小规模厨余垃圾处理为例，新加坡每家餐厅每天可产生约500-800公斤厨余垃圾，可采用固液生物有机肥生产与超速水解相结合的工艺就地处理。现场生产的固液生物有机肥可直接用于周边农业和园艺业，可节省大量餐厨垃圾的收集和运输成本，还可采用超高速水解-厌氧消化工艺。液态部分富含高浓度溶解性有机物，可直接排入城市污水处理厂厌氧反应器产生甲烷（回收能源）。经计算，该工艺回收的电能约占新加坡污水处理总能耗的50%。

对于大规模的餐厨垃圾处理 ，利用菌泥超快速水解餐厨垃圾制备的固体生物有机肥也可直接用于周边园艺和农业，而富含高浓度溶解性有机物的水解液可用于大规模的生物能源集中生产，如生物乙醇或生物甲烷。此外，目前高能耗给全球污水处理行业带来了巨大挑战，传统厌氧污泥消化回收的能源只能满足污水处理厂总能耗的 30%。因此，对富含高浓度溶解性有机物的水解液与剩余污泥进行厌氧共消化，将明显提高厌氧消化效率和能源回收率，实现城市污水处理的能源自给。

新策略助力绿色循环农业发展

农业的发展增加了全球市场对化肥的需求。"根据联合国粮食及农业组织的数据，2018年全球农业化肥消费量达到2亿吨。化肥的过度使用不仅会导致土壤质量的恶化和生产力的下降，而且不利于经济和环境的可持续发展。在此背景下，绿色农业和循环经济得到了蓬勃发展，同时，生物有机肥的需求也大幅度增加，显示出巨大的市场潜力。2018年，全球厨房垃圾产量约为16亿吨， 如图2所示，如果选择超高速水解耦合固液生物有机肥生产的综合工艺，由厨房废物生产的全球固体有机肥每年约为5亿吨，足以满足全球对农业肥料的需求。这不仅大大降低了农业投入的成本，而且具有很高的经济价值和环境价值。此外，全球农业用水量2018年达到2.8万亿立方米，占世界淡水总消费量的70%。随着农业的发展，农业用水将继续增长，这将进一步加剧世界淡水资源的短缺。"采用超高速水解耦合固液生物有机肥生产工艺，可以在一定程度上回收利用具有灌溉功能的液体有机肥，缓解全球水资源压力，使绿色循环农业成为可能。

图2 基于餐厨垃圾处置的绿色循环农业概念图

新策略助力餐厨垃圾与废水协同处置

目前，城市污水处理面临着能源消耗高的严峻挑战。餐厨垃圾与城市污水的合作处理，可充分发挥两者在技术、物料、设备及资源上的优势，相辅相成，并可望达致有效及经济地处理厨房废物及能源自给自足的双赢目标(图3)。"具体来说，以我国为例，2012年我国城市污水处理总量约为412.6亿立方米，总能耗约为168.6 亿千瓦时，产生约3400万吨剩余污泥，而全国餐厨垃圾产量约为9000万吨。如果采用超高速水解耦合厌氧共消化工艺，则采用零固体放电驱动的资源回收策略，约264.4亿千瓦时的电能不仅可以满足全国污水处理的能耗要求，而且可以实现处理过程中的能源自给，剩余电能可以用来创造经济效益。此外，水解固体富含氮、磷和钾，可用作农业和园艺的生物有机肥。厨房垃圾与城市污水的协调处理，不仅可以实现厨房垃圾的零固体排放，而且可以大大减少剩余污泥的体积，减轻后续的处置压力。

图3 餐厨垃圾和市政废水协同处置概念图

前景展望

集减量化、无害化、资源化和能源化与一体将是未来餐厨垃圾处置技术发展的目标，而该目标的实现有赖于技术思维的转变。零固体排放驱动的资源回收策略为未来的餐厨垃圾处置提供了新的思路，有助于实现环境友好和经济可持续发展的目标。

江苏信有达环境设备制造有限公司制造的餐厨垃圾生物降解设备备具有自动化程度高，占地面积小，静默运转无异味散逸，湿垃圾吞吐量大，降解效率快等优势，各项综合指标达到国内高水平。