近些年來,餐廚垃圾資源化利用已引起各國關(guān)注。加之全球?qū)μ紲p排的呼吁與行動(dòng)不斷走上議事日程，這更加限定了對餐廚垃圾的處置今后需走資源化可持續(xù)之路...  

作者綜述了國內(nèi)外餐廚垃圾處置現(xiàn)狀，分析了5種處置方式的基本原理，通過典型案例分析5種餐廚垃圾處置方式的碳排放量，期待為我國未來餐廚垃圾資源化方向指明道路...  

文章來自：《環(huán)境工程學(xué)報(bào)》2017年第2期。  

全文共8324字，圖表2個(gè)，閱讀大概需要12分鐘。  

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文  

郝曉地,周鵬,曹達(dá)啓  

北京建筑大學(xué)城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/可持續(xù)污水處理技術(shù)研發(fā)中心,北京100044  

我國已有五批餐廚垃圾資源化利用和無害化處理試點(diǎn)城市被確定  

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數(shù)據(jù)顯示,我國餐廚垃圾年均產(chǎn)量約為9000萬t˙a-1。因餐廚垃圾具有高有機(jī)質(zhì)與油脂成分及高含水率(77%以上)、易生化降解等特點(diǎn),所以,若得不到及時(shí)、合理處置,必將對社會(huì)環(huán)境與人體健康帶來巨大安全隱患。圍繞餐廚垃圾科學(xué)、合理處置問題，世界各國已進(jìn)行了大量基礎(chǔ)與應(yīng)用研究工作。填埋、焚燒、簡單加工作為飼料等方式仍在不同程度上應(yīng)用于餐廚垃圾的處理。  

近些年來,餐廚垃圾資源化利用已引起各國關(guān)注。目前,我國已有五批餐廚垃圾資源化利用和無害化處理試點(diǎn)城市被確定。  

試點(diǎn)城市主要采用厭氧消化產(chǎn)沼氣、好氧堆肥、制作飼料以及綜合處理等技術(shù)。  

除此之外,微生物環(huán)境工程學(xué)報(bào)第11卷燃料電池、熱解與氣化、水熱炭化、生物農(nóng)藥制造、乙醇與乳酸生產(chǎn)等技術(shù)也被開始用于對餐廚垃圾處理的研究。  

一方面,這為餐廚垃圾資源化處置開辟了新的研究途徑;另一方面,也說明餐廚垃圾資源化今后將主導(dǎo)其最終處置歸宿。  

不同餐廚垃圾處理方式,在餐廚垃圾資源化回收程度以及產(chǎn)生的碳排放量方面有著很大差別。因此,對餐廚垃圾處理需要依據(jù)其基本特點(diǎn),選擇適宜的處理方式,從而構(gòu)建資源化與碳減排合二為一的處理規(guī)劃。  

文章重點(diǎn)  

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在綜述填埋、好氧堆肥、粉碎直排、厭氧消化產(chǎn)沼氣及綜合處置等5種餐廚垃圾處置方式原理與特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，作者分別羅列出各種處置方式的優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用場合以及今后仍然需要研究的方向。著眼于餐廚垃圾資源化與碳減排，厭氧消化產(chǎn)沼氣被定位為今后餐廚垃圾處置的主要應(yīng)用方向，特別是與市政污水處理剩余污泥共消化更是今后研究與應(yīng)用的主流。  

餐廚垃圾處置全生命周期碳排放分析亦表明，厭氧消化產(chǎn)沼氣與其他4種處置方式相比，在資源回收與碳減排方面優(yōu)勢明顯，這就決定了厭氧消化今后在餐廚垃圾處置技術(shù)中將處于首選位置。餐廚垃圾與剩余污泥厭氧共消化產(chǎn)生的沼氣量具有“1+1>2”的能量轉(zhuǎn)化效果，這種方式可以使污水處理廠演變?yōu)?ldquo;能源工廠”的角色，而且還能省去餐廚垃圾單獨(dú)處置所需的各種設(shè)施。  

以下為文章主體內(nèi)容  

1  

國內(nèi)外處置現(xiàn)狀  

長期以來，我國餐廚垃圾多用作泔水喂豬，也有少量簡單加工為動(dòng)物飼料或煉制地溝油的實(shí)踐。顯然，這樣的“資源化”處置方式易滋生病菌，造成二次污染，而且存在食物鏈傳播健康風(fēng)險(xiǎn)的問題。  

填埋和焚燒處理簡便，是我國餐廚垃圾目前主要的處置方式。  

然而，餐廚垃圾高含水率，填埋易產(chǎn)生高濃度滲濾液，焚燒則導(dǎo)致較高的耗能。進(jìn)言之，餐廚垃圾高易生化降解有機(jī)成分在填埋過程中往往只是被降解，產(chǎn)生的填埋氣也難以有效利用，這就對餐廚垃圾所含能源、資源造成極大浪費(fèi)，也會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來巨大負(fù)面影響。  

目前,我國部分住宅小區(qū)雖有采用餐廚垃圾粉碎機(jī)(foodwastedisposalunits,FWD)在下水管網(wǎng)前破碎處理餐廚垃圾的嘗試，但被粉碎后的餐廚垃圾通過城市下水管網(wǎng)進(jìn)入污水處理廠，也只是被動(dòng)降解，難以實(shí)現(xiàn)資源化利用。  

近些年來，國家政策倡導(dǎo)餐廚垃圾資源化處置，餐廚垃圾資源化利用和無害化處理試點(diǎn)城市工作在不斷推進(jìn)。在被批復(fù)的五批餐廚垃圾試點(diǎn)城市中，厭氧消化產(chǎn)沼氣、好氧堆肥、綜合處理等技術(shù)均有不同程度應(yīng)用;其中，厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)已在不少試點(diǎn)城市應(yīng)用。盡管如此，我國餐廚垃圾資源化處置工作并不容樂觀，這主要是因?yàn)槲覈蛷N垃圾處理廠主要局限于試點(diǎn)城市，總體餐廚垃圾回收率仍然較低，而且“吃不飽”現(xiàn)象在運(yùn)營當(dāng)中的餐廚垃圾處理廠時(shí)有發(fā)生，影響了餐廚垃圾處理廠的正常運(yùn)行；加之，我國的垃圾分類工作進(jìn)展緩慢，餐廚垃圾里往往混有不少有機(jī)雜物，給后續(xù)餐廚垃圾生物處理造成不利影響，也就降低了餐廚垃圾資源化處置效率。  

填埋、焚燒亦是國外餐廚垃圾處置曾經(jīng)采用的常用方式。為應(yīng)對能源危機(jī)與氣候變化，許多國家開始擴(kuò)大生物處置餐廚垃圾的規(guī)模,以減少填埋、焚燒處置的份額。  

歐盟早在1990年代起就采取禁止可生化降解垃圾直接填埋處置的措施;韓國也已于2005年出臺了禁止可生化垃圾直接填埋的管理辦法。為避免填埋，日本、北美等國家也有不同程度地應(yīng)運(yùn)居家FWD方式處置廚余垃圾的范例。就餐廚垃圾資源化回收技術(shù)而言,厭氧消化產(chǎn)沼氣、好氧堆肥和制作飼料等技術(shù)在國外占有重要份額。日本以微生物堆肥與制作飼料技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較高的餐廚垃圾資源化處置率,這與日本嚴(yán)格執(zhí)行餐廚垃圾分類不無聯(lián)系;韓國以成熟的堆肥與制作飼料技術(shù)保障了較高的餐廚垃圾資源化處置率(2006年高達(dá)94.2%)。  

近年來,餐廚垃圾厭氧消化處理的工程應(yīng)用在許多國家持續(xù)快速增長,如：美國加利福尼亞餐廚垃圾共消化項(xiàng)目、新加坡“2012綠色計(jì)劃”方案等行動(dòng)均提高了餐廚垃圾厭氧消化處理的能力�？傮w上,歐洲國家在利用厭氧消化技術(shù)處理餐廚垃圾方面的工程應(yīng)用更為普遍、技術(shù)更加成熟。截止到2014年,歐洲國家厭氧消化設(shè)施年處理包括餐廚垃圾在內(nèi)的城鎮(zhèn)有機(jī)固廢物能力高達(dá)7.75百萬t˙a-1,其中,德國高達(dá)2百萬t˙a-1,西班牙為1.6百萬t˙a-1;而且對沼氣與沼渣的利用已有相當(dāng)成熟的技術(shù),沼氣經(jīng)提純作為車用燃料工程化應(yīng)用已有不少成功案例。  

2  

處置方式概述  

2.1  

填埋餐廚垃圾  

填埋處置是以微生物代謝作用為基礎(chǔ)的，細(xì)菌可將其中可降解有機(jī)成分分解為填埋氣(沼氣)，其余部分被穩(wěn)定至腐殖質(zhì)，同時(shí)，產(chǎn)生滲濾液。填埋氣主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，兩者分別占到填埋氣體積的50%~65%和30%~40%。CH4和CO2都是溫室氣體，若不加以收集而任其自然排放,將對大氣環(huán)境產(chǎn)生不利影響。甲烷是一種高熱值可再生能源，可通過對填埋場有效管理，實(shí)現(xiàn)其高效利用(如燃燒發(fā)電)，降低碳排放量。  

然而，填埋氣產(chǎn)量與成分受限于餐廚垃圾特性、填埋方式等因素。也有文獻(xiàn)報(bào)道，餐廚垃圾填埋處置之碳排放量因處置方式不同而效果不同;一般而言，填埋+填埋氣發(fā)電、填埋+填埋氣燃燒、好氧預(yù)處理+填埋、厭氧填埋在次序上會(huì)導(dǎo)致碳排放量逐漸增大。  

目前，餐廚垃圾與其他垃圾混合填埋較為廣泛，這種客觀存在的現(xiàn)實(shí)主要源于居家丟棄與市政轉(zhuǎn)運(yùn)的方便，也是造成填埋氣產(chǎn)量低下的重要原因,更是我國大多數(shù)填埋場不愿收集填埋氣的原因。  

餐廚垃圾與其他垃圾混合填埋處置雖然在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中有其存在的歷史意義，但會(huì)對環(huán)境造成諸多不利影響。餐廚垃圾因較高含水率與高有機(jī)成分，填埋處置必然會(huì)產(chǎn)生大量高濃度以有機(jī)成分為主的滲濾液，處置不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致地下水、甚至地表水二次污染的現(xiàn)象。填埋氣不加以利用則增加碳排放量。更為嚴(yán)重的是填埋過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VFAs)的釋放將污染空氣，直接威脅到人體健康。此外，填埋場占地面積往往較大，況且適合填埋的場地又十分有限，這又導(dǎo)致了填埋處置成本并非最低的尷尬現(xiàn)象。  

與此同時(shí)，填埋普遍以減量、消容為目的,多數(shù)不能實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾資源化利用，這顯然與目前我國餐廚垃圾資源化處置原則相悖，注定其今后將被淘汰。  

2.2  

好氧堆肥  

堆肥是在適宜的環(huán)境條件下，微生物將餐廚垃圾中有機(jī)物氧化、轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的過程。腐殖質(zhì)中含有大量營養(yǎng)物質(zhì)，可作為優(yōu)質(zhì)肥料使用。  

好氧堆肥主要采用以下5種系統(tǒng):  

1)條垛式;  

2)強(qiáng)制通風(fēng)條垛式;  

3)膜覆蓋式;  

4)隧道式;  

5)容器式。  

為加快機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物作用被穩(wěn)定為腐殖質(zhì)的過程并保障肥效，往往需要優(yōu)化堆肥過程中含水率、通風(fēng)條件、C/N比和接種量等工藝參數(shù);堆制結(jié)束需要對堆料進(jìn)行腐熟度、不同等級的安全指標(biāo)測定，并依據(jù)其肥效及安全等級選擇適合應(yīng)用的場合。  

餐廚垃圾高有機(jī)成分及易生化降解特性非常適合作為微生物的營養(yǎng)底物，可以達(dá)到快速穩(wěn)定為腐殖質(zhì)的效果。但是，餐廚垃圾含水率較高(77%以上)，不在堆肥最佳的含水率范圍(50%~65%)以內(nèi)，這勢必導(dǎo)致微生物可利用的氧量減少。  

此外，餐廚垃圾相對高的油脂含量會(huì)在堆料表面形成一層膜，這會(huì)導(dǎo)致堆料出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，使底物發(fā)酵酸化，pH值下降，不利于堆肥微生物的生長。因此,利用餐廚垃圾堆肥時(shí)，要首先探明其具體特性，然后選擇合適的膨脹劑及混合比或采用與其他底物(如：園林綠化植物垃圾)進(jìn)行聯(lián)合堆肥，以達(dá)到調(diào)節(jié)含水率和堆料孔隙的目的(以增加含氧率)。綠化植物垃圾產(chǎn)生量大、結(jié)構(gòu)疏松，干化后與餐廚垃圾適量共堆肥，可拓寬對市政有機(jī)固體廢棄物處理的途徑。但是，綠化植物垃圾木質(zhì)纖維素含量高，較難生化降解，這就需要研究共同堆肥過程中優(yōu)勢菌屬及物料的演變規(guī)律，進(jìn)而得出共同堆肥的最優(yōu)工藝參數(shù)。  

堆肥技術(shù)工藝較為簡便、發(fā)展歷史悠久，已在我國餐廚垃圾試點(diǎn)城市多處應(yīng)用;典型成熟的應(yīng)用案例有北京南宮堆肥廠等。  

然而，餐廚垃圾堆肥產(chǎn)生的腐殖肥效及安全等級受原料成分(如：高油、鹽成分)影響往往導(dǎo)致肥料品質(zhì)不佳的現(xiàn)象，這就影響了肥料的大規(guī)模使用，特別是受限于農(nóng)業(yè)方面。  

為此，做好餐廚垃圾分類與堆肥預(yù)處理工作以及拓寬下游肥料出路是保障肥料品質(zhì)及提高肥料應(yīng)用范圍的關(guān)鍵。  

2.3  

粉碎直排  

粉碎直排是指將餐廚垃圾經(jīng)廚房下水接口配置的餐廚垃圾粉碎機(jī)(FWD)粉碎后直接排入市政下水管網(wǎng)的方法。采用FWD的處置方式雖有避免餐廚垃圾丟棄與轉(zhuǎn)運(yùn)導(dǎo)致二次污染的現(xiàn)象、可為市政污水處理廠增加碳源等優(yōu)勢，但是，餐廚垃圾在資源化方面的作用則大打折扣，流入污水處理廠的粉碎有機(jī)物大都被直接穩(wěn)定至CO2，只有增量的剩余污泥可用作厭氧消化實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化、回收利用。因此，對大中城市來說，F(xiàn)WD并非可持續(xù)的選項(xiàng)，只有人口相對分散的地區(qū)，可能才會(huì)有應(yīng)用的需要。  

雖然FWD在美國城市當(dāng)中的允許安裝率超過94%，且居家的累積安裝率超過高達(dá)50%，但這并不代表著它是一種應(yīng)用的國際趨勢,因?yàn)楦鞯貙WD安裝并應(yīng)用的前提條件頗為嚴(yán)苛。FWD也開始在我國一些社區(qū)嘗試應(yīng)用，但下水道接納以及污水處理廠適應(yīng)性均沒有考慮FWD帶來的額外負(fù)荷。加之，F(xiàn)WD的使用需要耗電、耗水，無形之中又增加了對它在進(jìn)一步應(yīng)用與可持續(xù)性餐廚垃圾處置上的質(zhì)疑。  

2.4  

厭氧消化產(chǎn)沼氣  

厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)是在人為優(yōu)化工藝條件下，有機(jī)質(zhì)在多菌種協(xié)同作用下，經(jīng)水解、酸化、產(chǎn)甲烷階段轉(zhuǎn)化為沼氣、沼渣的過程。沼氣可用于熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)和提純后用作車用燃料使用，沼渣可用作肥料。  

厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)是將有機(jī)固體廢棄物轉(zhuǎn)化為能源最為有效的技術(shù)途徑，我國餐廚垃圾年產(chǎn)量巨大，若用此技術(shù)處理并從中回收能源后經(jīng)CHP等途徑利用，這就能達(dá)到科學(xué)處置與回收能源的雙重目的。  

數(shù)據(jù)顯示，我國餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣能源回收潛力巨大，可達(dá)165119GW˙h˙a-1。目前，我國不少運(yùn)用厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)的餐廚垃圾處理廠已呈現(xiàn)較高的能源回收能力，例如，重慶黑石子餐廚垃圾處理廠處理能力36.5萬t˙a-1，年產(chǎn)生沼氣量2800萬m3˙a-1、發(fā)電3300萬kW˙h˙a-1;北京董村餐廚垃圾處理廠最大處理能力達(dá)200t˙d-1,年產(chǎn)生沼氣量3827萬m3˙a-1。  

溫度、pH、VFAs、C/N比和微量元素是厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)運(yùn)行需要優(yōu)化的主要參數(shù)。通常，水解階段是有機(jī)固體廢棄物厭氧消化產(chǎn)沼氣的限速階段。油脂的水解速率比蛋白質(zhì)和碳水化合物均慢，這將在一定程度上影響厭氧消化速率并造成殘余油脂在系統(tǒng)內(nèi)累積。我國餐廚垃圾含油率普遍較高，是厭氧消化的限制因子。此外，餐廚垃圾里往往混有塑料袋、餐巾紙、玻璃碎片等雜物，也極易影響厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定性運(yùn)行及設(shè)備正常工作。所以，餐廚垃圾在厭氧消化之前必須進(jìn)行一定的預(yù)處理，以最大程度上分離固體雜物。過度酸化也是餐廚垃圾厭氧消化運(yùn)行時(shí)的常見現(xiàn)象，主要源于餐廚垃圾中高濃度易降解有機(jī)物。  

餐廚垃圾的這些特性，使得其不同于其他有機(jī)底物厭氧消化;雖具有產(chǎn)氣量大、反應(yīng)周期短等優(yōu)勢，但存在單獨(dú)厭氧消化運(yùn)行穩(wěn)定欠佳的問題。這就導(dǎo)致對許多有待解決的問題研究，如：油脂成分對厭氧消化的影響、抑制過度酸化現(xiàn)象等。  

餐廚垃圾中的油脂經(jīng)水解作用而形成甘油和長鏈脂肪酸(LCFAs),LCFAs經(jīng)β氧化產(chǎn)生氫氣和乙酸，最終被產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化為甲烷(CH)。理論上，油脂可比蛋白質(zhì)與碳水化合物產(chǎn)生更多的CH，但是β氧44化速率非常緩慢，且LCFAs能抑制產(chǎn)乙酸菌、丙酸降解菌和乙酸型產(chǎn)甲烷菌的活性，特別是當(dāng)LCFAs吸附至微生物的細(xì)胞壁或細(xì)胞膜上時(shí)，會(huì)大幅度改變細(xì)胞膜的流動(dòng)性和滲透性，導(dǎo)致大量細(xì)菌細(xì)胞解體，致使厭氧消化系統(tǒng)運(yùn)行失敗。實(shí)驗(yàn)表明，餐廚垃圾與浮油單獨(dú)厭氧消化時(shí)，浮油累積產(chǎn)氣量比餐廚垃圾高29%;兩者厭氧共消化時(shí)，往餐廚垃圾中添加適量油脂(5g˙L-1)后，油脂可生化降解性比其單獨(dú)消化時(shí)提高7.8%(達(dá)91.3%);但當(dāng)油脂添加量增至50g˙L-1時(shí)，油脂可生化降解性反而降低至10.8%。  

因此，油脂蘊(yùn)含高能量，且與餐廚垃圾適量共消化可達(dá)到協(xié)同降解效果,提高厭氧消化產(chǎn)氣量。  

針對餐廚垃圾水解階段過度酸化和油脂會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行等問題,有學(xué)者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)添加微量元素(如鈷)、兩相厭氧消化等技術(shù)解決不穩(wěn)定運(yùn)行問題。  

為了緩解LCFAs的抑制作用,也可以采取向厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)投加吸附劑、氯化鈣及不連續(xù)進(jìn)料的運(yùn)行方式。然而，兩相工藝投資成本較高、而微量元素的效果易受多菌種微生物特性及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響。相形之下,厭氧共消化技術(shù)有調(diào)節(jié)C/N比、稀釋油脂含量和互補(bǔ)微量元素等優(yōu)勢,可系統(tǒng)解決餐廚垃圾水解階段過度酸化和油脂引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行問題。餐廚垃圾與牛糞以不同混合比厭氧共消化與兩者單獨(dú)消化相比,可大幅度提高沼氣產(chǎn)量(24%~47%)與產(chǎn)氣速率,這得益于C/N比的優(yōu)化和微量元素的互補(bǔ)。  

共消化技術(shù)這些明顯的優(yōu)勢,更可為市政有機(jī)固體廢物可持續(xù)管理提供好的處置路徑。在此方面,奧地利斯特拉斯和美國希博伊根污水處理廠的工程實(shí)踐起到了很好的示范作用;這兩個(gè)污水廠利用污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥與外源餐廚垃圾/有機(jī)固體廢物共消化已獲得充足運(yùn)行能量(CH4),已實(shí)現(xiàn)“碳中和”運(yùn)行目標(biāo)。  

對餐廚垃圾厭氧消化的研究仍有不斷深入的空間,針對高油脂與易降解高有機(jī)質(zhì)成分特點(diǎn),未來應(yīng)在一些工藝參數(shù)(如,微量金屬元素)影響穩(wěn)定運(yùn)行以及強(qiáng)化沼氣產(chǎn)量等方面有所突破。同時(shí),需要推廣應(yīng)用剩余污泥與餐廚垃圾共消化技術(shù),對共消化帶來的高產(chǎn)氣量與產(chǎn)氣速率的具體機(jī)制、反應(yīng)過程優(yōu)勢微生物種群的變化深入研究,以優(yōu)化共消化運(yùn)行參數(shù)。  

2.5  

綜合處置  

綜合處置方式是指根據(jù)餐廚垃圾成分,利用破碎、分揀、篩選、攪拌等機(jī)械過程以及后續(xù)生物處理技術(shù)(如厭氧消化)、填埋等方式對餐廚垃圾進(jìn)行處置。這樣,可回收原垃圾中的金屬、玻璃等可循環(huán)利用物,并采用填埋等方式處理從原垃圾中分揀出的難以生化降解的有機(jī)固體垃圾,既減少了填埋負(fù)荷量、避免過多溫室氣體排放,又能實(shí)現(xiàn)資源化、能源化回收利用。  

當(dāng)前,我國餐廚垃圾分類回收體系并不完善,餐廚垃圾里混雜有金屬、玻璃瓶、廢餐具和紙巾等雜物。對未進(jìn)行垃圾分類的地區(qū),采用綜合處置方式顯然可提高餐廚垃圾資源化、能源化率。但這種末端分類的處理方式往往工藝繁雜、亦受機(jī)械處理環(huán)節(jié)影響,分揀的誤差率較大,會(huì)丟失部分可生化降解有機(jī)質(zhì)并影響后續(xù)生物處理效果。  

歸納以上5種餐廚垃圾處置方式可知，填埋雖然簡便，但會(huì)喪失有機(jī)能源,造成大量溫室氣體排放，并不適合高有機(jī)成分餐廚垃圾的處置。堆肥在一定程度上受餐廚垃圾質(zhì)量的制約，工程應(yīng)用范圍并不寬泛。粉碎直排固然有餐廚垃圾源頭減量、增加污水處理廠碳源等優(yōu)勢，但其在資源化及可持續(xù)性方面的缺陷亦十分明顯。  

厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)理論與實(shí)踐均較為成熟，是回收餐廚垃圾中有機(jī)能源的重要途徑，特別是,將其與其他來源有機(jī)廢棄物(如：市政剩余污泥)一同共消化不僅可提高污泥厭氧消化能量轉(zhuǎn)化效率、增加甲烷產(chǎn)量,亦可節(jié)省單獨(dú)處置餐廚垃圾的基礎(chǔ)設(shè)施,已成為今后餐廚垃圾處置的首選途徑。  

最后,綜合處置方式被視為末端處理工藝，流程繁瑣，運(yùn)行成本高，只對未實(shí)行垃圾分類地區(qū)有臨時(shí)性處置意義。  

3  

不同處置方式碳排放分析  

不合理的餐廚垃圾處置方式在處置餐廚垃圾時(shí),導(dǎo)致的碳排放量對加劇全球溫室效應(yīng)所起的作用不可小覷,因而,選擇合理的處置方式對餐廚垃圾處置過程的碳減排工作意義重大。為此,有學(xué)者利用生命周期評價(jià)(LCA)方法,對餐廚垃圾處置采用的常用技術(shù)在全生命周期之碳排放進(jìn)行了評估。為詳細(xì)了解上述5種處置方式在餐廚垃圾處置過程的碳排放并比較及分析它們在此方面的優(yōu)劣性,以下舉例說明上述5種不同餐廚垃圾處置方式在分別單獨(dú)處置同一社區(qū)餐廚垃圾時(shí)體現(xiàn)出的全生命周期碳排放情況。  

3.1  

基本參數(shù)與處置方式及其邊界設(shè)定  

以一個(gè)位于北美地區(qū)具有10萬人口的社區(qū)為分析地點(diǎn);餐具和塑料袋等雜物不包括在餐廚垃圾產(chǎn)量的計(jì)算范圍之內(nèi);以每人每天產(chǎn)生餐廚垃圾量97.52g˙(人˙d)-1作為基準(zhǔn),并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際生活狀況,按年餐廚垃圾產(chǎn)量3930t˙a-1計(jì)算;餐廚垃圾基本參數(shù)為TS(濕基)=30.9%,VS(濕基)=26.4%。結(jié)合當(dāng)?shù)夭蛷N垃圾處置的實(shí)際處理工藝條件,對以下5種方式處置餐廚垃圾之碳排放進(jìn)行全面評估:  

1)餐廚垃圾與居家其他固體廢棄垃圾混合填埋;  

2)源頭分類餐廚垃圾集中堆肥處理;  

3)餐廚垃圾粉碎處理后經(jīng)下水道被輸送至污水處理廠;  

4)將餐廚垃圾運(yùn)送至污水處理廠厭氧消化處理;  

5)餐廚垃圾綜合處置,包括對可回收垃圾回收、可生物降解垃圾厭氧消化處理、惰性垃圾填埋處理3部分。  

各處置方式邊界內(nèi)物能流程及其各單元中物能所產(chǎn)生或抵消的二氧化碳當(dāng)量———ECO2對應(yīng)的數(shù)值如圖1所示。物能流程圖中某些單元未列出的ECO2數(shù)值按忽略處理。  

3.2  

碳排放匯總與分析  

評估的全生命周期包括餐廚垃圾收集與運(yùn)輸、處理、產(chǎn)物各個(gè)處置環(huán)節(jié);全生命周期之碳排放涉及的溫室氣體包括CO、NO和CH;NO和CH造成的溫室效應(yīng)分別乘以298、25折算為CO當(dāng)量———E[;224242CO2經(jīng)微生物分解代謝作用產(chǎn)生的CO2為生物成因,是有機(jī)物的自然歸宿,不參與碳排放計(jì)算;產(chǎn)生的CH4經(jīng)回收后用于發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP),此途徑造成的碳排放不納入評估的全生命周期碳排放匯總與計(jì)算之中。被回收的能源與資源可相應(yīng)地抵消碳排放量,主要包括由CH4用于發(fā)電或CHP后回收的電能或(和)熱能與可用作肥料的沼渣;產(chǎn)生的熱能除滿足自身升溫需求之外,未利用的剩余熱能不計(jì)入抵消E項(xiàng)目內(nèi);每kW˙h電能可抵消0.608kgE;每kg肥料(以N計(jì))可抵消4kgE。據(jù)此,計(jì)算得CO2CO2到各餐廚垃圾處置方式對應(yīng)的年ECO2數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2顯示,餐廚垃圾厭氧消化抵消的ECO2最大(1170t˙a-1),遠(yuǎn)多于堆肥技術(shù)抵消的ECO2(170t˙a-1),高出比例可達(dá)588.2%,主要是因?yàn)閰捬跸a(chǎn)生的沼氣用于CHP產(chǎn)生熱能、電能與沼渣用作肥料能抵消大量ECO2:產(chǎn)生的熱能除滿足自身升溫需求之外還有富余(不計(jì)入抵消ECO2項(xiàng)目內(nèi));產(chǎn)生的電能(1500WM(h˙a-1)能抵消980t˙a-1ECO2;沼渣用作肥料能抵消190t˙a-1ECO2。同時(shí),其他餐廚垃圾處置方式回收的能源與資源抵消的ECO2亦明顯多于堆肥技術(shù)產(chǎn)生肥料所抵消的ECO2。進(jìn)言之,餐廚垃圾厭氧消化處理環(huán)節(jié)導(dǎo)致的碳排放量很少(共計(jì)80t˙a-1ECO2),主要來自制漿池研磨、消化池?cái)嚢韬秃罄m(xù)沼渣脫水這三個(gè)處理單元。  

由此可見,厭氧消化技術(shù)處理餐廚垃圾資源化效率高,低碳優(yōu)勢明顯。概言之,餐廚垃圾經(jīng)厭氧消化處理后產(chǎn)生沼氣與沼渣,從沼氣中獲得的能源(CHP)除滿足自身能耗需求之外,剩余電能與能用作肥料的沼渣可向社會(huì)出售,由此可避免社會(huì)因生產(chǎn)此部分電能與肥料而造成的碳排放量(940t˙a-1ECO2),亦即,餐廚垃圾厭氧消化總ECO2為-940t˙a-1ECO2。  

填埋總ECO2最大,雖然被回收的CH4(不足33.0%)用于發(fā)電可抵消530t˙a-1ECO2,但是處理環(huán)節(jié)釋放的CH4亦高達(dá)2660t˙a-1ECO2,致使填埋總ECO2達(dá)3190t˙a-1。可見,餐廚垃圾填埋處置,不僅造成巨大危害環(huán)境的溫室效應(yīng),也白白浪費(fèi)了餐廚垃圾中的有機(jī)能源。因此,許多國家(如歐洲一些國家、韓國等)已開始限制、甚至禁止可生化降解垃圾直接填埋的傳統(tǒng)作法。  

與其他處置方式相比,厭氧消化產(chǎn)沼氣可回收絕大部分有機(jī)大量能源而具有低碳排放的顯著優(yōu)勢,致使許多國家已把厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)作為從餐廚垃圾中回收能源的主流技術(shù)。例如,英國計(jì)劃在2020年前要實(shí)現(xiàn)可再生能源占總需求能源的15.0%,其中,3.8%~7.5%的可再生能源要通過厭氧消化產(chǎn)沼氣途徑獲得;默西塞德郡餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣項(xiàng)目便是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而采取諸多行動(dòng)中較為成功的案例。我國不少餐廚垃圾處理資源化利用和無害化試點(diǎn)城市亦采用了厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù),這對實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾資源化處置與處置周期碳減排起到了實(shí)例支撐與示范作用。  

4  

總結(jié)與展望  

在闡述填埋、堆肥、粉碎直排、厭氧消化產(chǎn)沼氣、綜合處置5種餐廚垃圾處置方式原理及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,分別羅列出各種處置方式的優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用場合以及今后仍然需研究的方向。其中,厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)理論上具有高的能源轉(zhuǎn)化效率,非常適合對具有易降解高有機(jī)質(zhì)成分特點(diǎn)的餐廚垃圾進(jìn)行處置,且在對餐廚垃圾處置的應(yīng)用上亦有相當(dāng)成功的工程實(shí)踐案例。通過對北美同一社區(qū)餐廚垃圾用上述5種不同處置方式分別單獨(dú)處置時(shí)全生命周期產(chǎn)生的碳排放分析,證實(shí)了厭氧消化產(chǎn)沼氣與其他4種處置方式相比,在資源回收與碳減排方面具有突出優(yōu)勢,這就決定了厭氧消化產(chǎn)沼氣今后在餐廚垃圾處置技術(shù)中的全球主導(dǎo)地位。  

隨著我國各地餐廚垃圾資源化處置政策相繼出臺,餐廚垃圾資源化處置方式會(huì)在更多的地區(qū)推廣應(yīng)用。與此同時(shí),全球?qū)μ紲p排的呼吁與行動(dòng)也不斷走上議事日程,必將對餐廚垃圾處置過程中肆意排放溫室氣體的作法采取限制性措施。雙管齊下,厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)顯然是必然的選擇,將引領(lǐng)我國餐廚垃圾處置技術(shù)向前發(fā)展。  

目前,餐廚垃圾厭氧消化的研究與應(yīng)用正朝著與其他固體有機(jī)物,主要是與市政污水處理剩余污泥共消化方向邁進(jìn)。研究與應(yīng)用表明,剩余污泥與餐廚垃圾厭氧共消化產(chǎn)生的沼氣量具有“1+1>2”的能量轉(zhuǎn)化效果,這種方式可以使污水處理廠演變?yōu)?ldquo;能源工廠”的角色。共消化的優(yōu)勢還在于節(jié)省單獨(dú)處置餐廚垃圾的基礎(chǔ)設(shè)施,而且省去了沼液單獨(dú)處理帶來的麻煩。  

然而,我國對餐廚垃圾共消化技術(shù)的研究大多停留在工藝參數(shù)優(yōu)化層面,對共消化協(xié)同效應(yīng)機(jī)理的研究還沒有突破性進(jìn)展。未來可從工藝參數(shù)優(yōu)化得出的協(xié)同效應(yīng)上入手,系統(tǒng)性剖析工藝參數(shù)與共消化協(xié)同效應(yīng)的關(guān)系,進(jìn)而弄清共消化深層協(xié)同效應(yīng)機(jī)理。在應(yīng)用方面,餐廚垃圾資源化利用和無害化處理試點(diǎn)城市應(yīng)率先開展餐廚垃圾源頭分類普及與收集容器配套工作,并通過政府職能部門協(xié)調(diào)與鼓勵(lì)污水處理與餐飲業(yè)開展實(shí)質(zhì)性合作。