厨余垃圾的资源化技术及发展

1、厨余垃圾（泔脚）的资源化技术及发展作者：不详 时间 2007摘要：本文综述了厨余垃圾的特性、各种资源化技术及其研 究进展。并提出了今后的努力方向，应在坚持因地制宜、技 术可行，注重综合利用及经济效益的前提下，积极开发多元 厨余垃圾资源化技术。关键词：厨余垃圾；泔脚；资源化技术、八 、-前言厨余垃圾（泔脚）指饭店、宾馆等餐饮业以及企事业单位、 学校等公共食堂的食物下料和食物残余。厨余的主要组成有 果蔬、果皮、果核、肉食、骨头等，还有一定量的废餐具、 牙签及餐纸。随着社会经济的发展，人民生活水平的提高， 厨余的发生量越来越大。传统的处置手段已不能满足环境保 护和人体健康卫生的需要。为了完全消除或使

2、厨余垃圾对人 体健康、市容环境的影响降至最低限度，必须积极开发各种 厨余处理技术。厨余中含有大量的细菌等病原微生物，不利 于厨余的直接利用，但其有机物含量高，具有较高的生物可 降解度，这也为厨余的转化利用提供了可行的途径。1 厨余垃圾（泔脚）特性1.1 高有机质含量泔脚中有机成分 （淀粉、蛋白质、肉类、油 等 ）的含量较高，泔脚受微生物作用， 易腐烂变质， 但另一方 面又具有较高的潜在资源化利用价值。1.2 高含水量作为餐饮的剩余物质，泔脚的含水量较高（约70 ）。由于泔脚的有机质及水分含量高， 若直接采用填埋方 式处理易产生大量渗滤水及恶臭气体，不利于填埋场的处理 且严重影响周围环境，高含水

3、率导致燃烧困难，因此也不适 宜于焚烧处理。1.3 油份及盐份含量高由于我国的饮食习惯，与国外的食物 垃圾相比，我国的食物垃圾 （包括泔脚 ）除产量高外，油份与 盐份的含量也较高。这就增加了泔脚生化处理的难度，有可 能影响生化处理工艺的正常运行，如泔脚中的油脂在冬天凝 结，会影响微生物的活性。泔脚是一种特殊的有机垃圾，含 有大量的细菌的病原微生物，不利于直接利用，但有机物含 量高，具有较高的生物可降解度，这也为泔脚的转化利用提 供了可行的途径。2 厨余垃圾（泔脚）的资源化技术简述从 20 世纪 50 年代以来，厨余垃圾（泔脚）一直作为喂生猪 的饲料。并一直是通过市场渠道自行寻找出路的。但是，从

4、卫生防疫、市容环境等方面考虑，泔脚养猪可能产生后患。 为此，许多地方严格禁止用泔脚直接作为喂生猪的饲料，例 如， 2000 年 5月上海市农委等部门联合发文，要求取缔该 市近郊的个体养猪户，中断泔脚作为饲料的消纳途径。因此，如何资源化利用厨余垃圾（泔脚）成为目前亟待解决 的问题。由于厨余垃圾（泔脚）有机物含量高，目前最主要 的资源化技术是生物转化法。生物转化是利用微生物的新陈 代谢作用，实现垃圾的稳定化、无害化，同时进行资源的回 收利用。在当前世界上普遍存在自然资源与能源紧张的情况 下，这种回收和利用技术的开发更有着深远的意义。根据处 理过程中微生物对氧气要求的不同，生物处理又可分为好氧 生物

5、处理和厌氧生物处理两类。生物处理法是最主要的污水 处理方法之一，在固废处理方面也开展了深入的研究，得到 了广泛的应用。目前应用最广泛的有堆肥法和厌氧发酵沼气 化技术等。下面将详细介绍一下这两种泔脚资源化技术及其 发展。3 厨余垃圾（泔脚）的堆肥化处理及其发展3.1 堆肥化定义 依照自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为 地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微 生物过程叫做堆肥化。堆肥化的产物称作堆肥。3.2 堆肥作用和用途 堆肥还田，能够增加土壤中稳定的腐殖质，形成土壤的团粒 结构，改善土壤物理的、化学的、生物的性质，使土壤环境 保持适于农作物生长的良好状态。腐殖质又有增

6、进化肥肥效 的作用。总之，使用堆肥具有以下两种作用。（1）堆肥的改土作用堆肥对土壤的作用不同于化肥，它是 优良的土壤改良剂。堆肥施入土壤可以明显的降低土壤容重， 增加土壤的空隙率，使固相下降，液相和气相增加；提高了 土壤的保水能力、通气性和渗水性。腐殖质的增加提高了土 壤的阳离子交换能力，有利于保持肥效；腐殖化的有机物具 有调节植物生长的作用，也有助于根系发育和伸长，即有助 于植物扩大根部范围；最后，堆肥使用增加了土壤中的微生 物数量。微生物分泌的各种有效成分直接或间接被植物根吸 收而起到有益作用，故堆肥使昼夜有效的肥料。（2）堆肥的增产作用国内外的许多试验表明，堆肥具有明 显的增产作用。有试

7、验表明，连续使用堆肥23年后土壤空隙度增加2.14%，田间持水量增加1.43.5%，有机质 增加 0.050.17%，增产幅度最高达 15%。3.3 堆肥原理和堆肥化过程好氧堆肥是在有氧的条件下 ,借好氧微生物 （主要是好养菌 ）的 作用完成的。在堆肥化过程中，厨余垃圾的溶解性有机物质 透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收，固体和胶 体的有机物先附着在微生物体外，有生物所分泌的胞外酶分 解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动 氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧 化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需要的能量，把 另一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合

8、成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体， 图1 简单的说明了这个过程。图1 有机物的好氧堆肥分解 一般情况下，可以利用堆肥温度变化来作为堆肥过程的评价 指标。一个完整的堆肥过程由四个堆肥阶段（升温阶段、高 温阶段、降温阶段、腐熟阶段）组成。在堆肥初期，堆层基 本成中温，嗜温性微生物较为活跃，并利用堆肥中可溶性有 机物旺盛繁殖，它们在转换和利用化学能的过程中，一部分 变成热能，堆温不断上升。适合于中温的微生物种类极多， 主要有细菌、真菌和放线菌。细菌特别适应可溶性有机物， 真菌和放线菌对于纤维素和半纤维素分解具有特殊功能；当 温度升高到45 C后，进入高温阶段，此时主要由嗜热性

9、微生 物起作用，复杂的有机物开始降解； 温度进一步升高到70 C 以上时，微生物大量死亡或进入休眠期，与此同时，堆肥中 有机质大量消耗， 堆肥物质逐步进入稳定化状态。 高温阶段， 有机物质的分解较快， 且高温对杀灭病原菌、 寄生虫、虫卵、 孢子等有利。在堆肥后期，温度逐步下降，堆肥进入腐熟阶 段，腐殖物质不断增多且稳定化。总之，在堆肥的每个阶段 拥有不同的细菌、真菌、放线菌和原生动物。微生物利用废 物和阶段产物作为食料和能量的来源，这种过程一直进行到 稳定的腐殖物质形成为止。3.4 厨余堆肥工艺的发展利用有机物进行堆肥已有几千年的历史，近几十年来，堆肥 原理和堆肥工艺有了很大的发展，高速机械化

10、堆肥得到了广 泛的应用。国内科研人员也对堆肥进行了大量的研究。在我 国国家科委社会发展司、建设部科技发展司的组织推动下， 经过专家评估，通过确定了一系列城市垃圾处理技术推广项 目。其中，属于机械化堆肥处理技术有五项，简易或半机械 化高温堆肥处理技术项目有六项。目前，随着对厨余垃圾环境危害的认识，法律法规的进一步 严格，科研人员在原有堆肥研究的基础上，利用好氧堆肥进 行厨余处理的研究日益增多，积累了一定的经验，其中提高 堆肥品质和堆肥速率是研究的主要方向，并开发出一系列的 厨余好氧堆肥设备。通过外加热源，提高温度，利用嗜热菌 作用快速分解厨余中有机物极高温好氧堆肥工艺，已经开发 成功，并投入应用

11、。下面介绍一下两种厨余堆肥处理和极高 温堆肥的工艺及流程。厨余高温机械堆肥工艺厨余高温机械堆肥工艺包括厨余垃圾的前处理、一次发酵、 二次发酵和后处理等工序。1）厨余的前处理厨余的含水率高，堆肥前需要调节水分 到堆肥要求的最佳水分 5060% ,然后进行破碎、配料。配料时加入一定量的填充料，保证堆肥时颗粒分离及一定的空 隙率、营养比，并进行微生物接种。前处理系统可简单表示为：厨余-自然渗沥-离心脱水-破碎-配料 另外，有研究表明，厨余经过厌氧预处理（1 2d ）后，再进行好氧堆肥，可明显缩短堆肥周期，提高堆肥效率。（2）一次发酵和二次发酵厨余堆肥的一次发酵和二次发酵， 与其他原料堆肥工艺类似。在

12、厨余堆肥过程中，由于厨余的 有机物含量高，对氧的需求大，在运行参数上有一定区别。（3 ）后处理厨余中杂物少，后处理主要有造粒、贮存等系 统，旨在提高堆肥品质及利用价值。厨余垃圾进入场区后首先称重计量，取样测定水分后进行脱 水、 配料处理， 调节含水率到 50 60% 。水分调节后通过破 碎机对厨余垃圾中粗大物料进行破碎处理，再由装载机送入 地面带有通风装置的一次发酵池内， 强制通风 1215d 后进 行二次发酵。二次发酵产物可作为产品肥直接销售，为了提 高堆肥产品的品质，可对堆肥产品进行精加工，制成精品肥 销售，可获得较好的经济效益。堆肥工艺见图 2。EATAD 工艺由加拿大科学家（ IBR

13、）开发的高温好氧无污染生物处理法 （EATAD ），对包括厨余垃圾在内的有机垃圾具有较好的处 理效果。 该工艺的生化部分， 采用高度嗜热微生物进行发酵， 由于发酵温度高，有利于加快发酵过程。 不同的微生物耐热性不同，通常嗜热菌所具有的耐热性是因 为这些微生物的酶耐热性强，核酸也具有保证热稳定性的结 构，tRNA在特定的碱基对区域内含有较多的G = C对，可以提供较多的氢键，增加热稳定性；另外，嗜热微生物的细 胞膜结构也与普通微生物不同，这类菌通常含有较多的饱和 脂肪酸和直链脂肪酸，从而使得在高温下细胞膜还具有较好 的流动性和完整性。从细胞膜的流动镶嵌模型来说，膜的流 动性对于保持细胞内环境与外

14、环境的物质交换是很重要的。图2 厨余垃圾堆肥的工艺流程该技术发酵所采用的菌种是混合菌团，能在85 C的高温下很好的生长。发酵周期为 72h 。实行二次发酵，保持浆料含水 为 92% ，固形物为 8% ，将浆料输送到一次发酵罐，升温到 55 C接种发酵，由于在 55 C条件下，该嗜热菌的酶被迅速 激活，从而快速利用有机质进行新陈代谢。一次发酵后的浆 料再迅速送入二次发酵罐，由于新陈代谢的进一步加强，代 谢产生的热使温度继续上升，直到85 C时，有机质基本被降解。随后，温度有所下降。发酵完成后，其中 5%的发酵液 被用作下次发酵的种子，其他部分制成固态和液态有机肥料。EATAD 技术工艺包括：分拣

15、、粉碎、溶浆、分离、一次发 酵、二次发酵、干燥 /沉淀和压制 /蒸发等环节。在发酵过程 中，采用闭环控制系统进行在线监测， 严格控制隔工艺参数， 使发酵液中的有机垃圾成分最大限度的转化为目标产物 有机肥料。应用 EATAD 工艺处理厨余垃圾的工艺流程 如图 3 所示。根据资料介绍，该技术的核心是供氧方式和速 率。由于含水率非常高，可以比较方便的把氧气均匀地向浆 状液体扩散，使有机废物与氧气充分接触；但另一方面，浆 状体的含固率也在 2%8%，粘度较大，氧气的喷射装置和 喷射量也非常重要。若能够把氧气或空气以溶气的方式进入 浆状体中，可明显提高氧气的利用率。图 3EATAD 技术工艺流程4 厨余

16、垃圾（泔脚）的厌氧发酵处理及其发展4.1 厌氧发酵技术简述 有机物的厌氧发酵过程就是有机物在特定的厌氧环境下，微 生物将有机物质进行降解，其中一部分碳素物质转化为甲烷 和二氧化碳。厌氧生物技术，虽然在经济和节能方面具有明显的优势，但 长期以来，厌氧消化技术被认为是一种较慢的生物处理过程， 而且仅仅适用于很有限的一些有机物。近年来的研究表明，厌氧微生物的生物转化能力可以与好氧微生物的生物转化能力相比拟的，其生物转化能力主要取决于它的时代时间。随着经济的发展、能源短缺的现实为大家普遍接受的同时， 厌氧生物技术越来越引起人们的兴趣。4.2 厨余垃圾厌氧生物处理的优点 厨余垃圾具有自身特性，采用厌氧处

17、理具有比好氧生物处理 有独到的优势。（1）厨余垃圾有机物含量高，经过厌氧生物处理能回收大 量甲烷气，实现能源回收、具有较大的经济价值。（2）好氧堆肥处理厨余垃圾，产生臭气和大量二氧化碳气 体，不经有效处理能在一定程度上造成大气污染，二氧化碳 气体是一种温室气体；厌氧处理则无尾气污染，具有生态优 点。（3）厨余垃圾含水率高，脱水性能差。采用好氧处理一般必须调节水分到堆肥所要求的 5060%，消耗大量的能量;不进行水分调节，为了提高堆肥温度，则又要消耗更大的外源能量。厌氧处理时，对水分的要求不如好氧条件严格，反 应温度的保持可通过回收能量的全部或部分维持，即实现能 量的平衡。（4）厌氧微生物对 N

18、、P 等营养元素的要求比好氧微生物低， 减少附加费用。5）发酵沼渣、沼液可作为良好的有机肥，经过适当处理 后可作为动物饲料。4.3. 厨余垃圾厌氧发酵处理的工艺流程 厨余垃圾的厌氧发酵包括脱水、破碎等前处理过程、厌氧发 酵、渗液处理、气体净化及贮存等环节。首先是通过离心机 等机械进行物料的水分调节。破碎则利用破碎机对物料中的 粗大物体进行破碎，有利于后续发酵单元的顺利进行。厌氧 发酵阶段通过投加兼性和厌氧微生物菌种，强化物料中有机 组分的分解，使生成较稳定的发酵产品和以甲烷为主的发酵 气体。利用水处理装置对物料脱水形成的有机废水进行处理， 防止渗液形成二次污染。另外，甲烷是一种有较高经济利用

19、价值的气体，通过净化装置去除发酵气中 H2S 等杂质气体， 能提高发酵气的利用价值。工艺流程如图4 。图4 厨余垃圾厌氧发酵工艺流程4.4. 厨余垃圾厌氧发酵处理技术的发展 近几十年来，厨余垃圾厌氧发酵处理技术有了长足的发展， 环保工作者们开发研制了许多可行的厌氧处理工艺。1979 年，美国建立了世界上第一个年处理能力为 5000t 的 实验工厂，由于经济原因，运行 4 年后停转，它在 4 年中所 取得的经验、数据为以后的研究提供了很好的参考；其生产 工艺也是以后各种不同工艺的基础。 该工艺流程简图如图 4 所收集垃圾经破碎分选后，去除无机成分和塑料等；调节固 体含量25%左右，在55C下高温

20、消化，机械搅拌，在反应 器中停留一个月； 所产生沼气处理利用， 渗滤液处理后排放， 残余固体物质加工成肥料或土壤调节剂。法国的 VALOGRA 工艺是 20 世纪 80 年代后期开发研制的。 由于其具有较好的经济效益和环境效益，取得了较大的成功， 在欧洲地区得到了一定的工业运用。垃圾经破碎分选后，有 机组分与反应器回流液混合，调成浆状。在中温或高温下连 续消化1725d，出料压缩后，进一步加工成肥料出售；渗 滤液部分回流，调节进料浓度，并起一定的接种作用，多余 的渗滤液处理后排放；所产生沼气一部分压缩后回流，起搅 拌作用，另一部分输出利用。垃圾产气量为 149.6m3/t, 其中 甲烷含量 5

21、4% ； COD 去除率为 58% 。该工艺最主要的特征 是：用压缩气体来进行搅拌，从而避免了机械搅拌带来的泄 漏、机械磨损、消耗动力高等缺点。 CarIBro 工艺由丹麦 CarIBro 公司开发研制，已有了工业运用。垃圾破碎分选， 有机组分进入一级反应器； 中温3537C停留23h ,进行 酸化， PH6.5 左右；酸化后，固液分离，固体部分进一步加 工成肥料；液体部分进入二级反应器；中温下停留 12d 产 沼气，气液分离，所产沼气出售给电厂。垃圾产气量 150 175m3/t ，固体去除率 60% 以上。 厌氧好氧工艺由美国加利福尼亚大学开发研制。由于厌氧 消化后的产物中还含有一定量的可

22、生物降解物质，以及细菌 等微生物， 对人体和环境有一定危害， 不能直接出售或排放。 因此，研究者们提出在厌氧消化后，进行好氧堆肥处理，进 一步降解有机物质，杀灭细菌。垃圾破碎分选，有机成分进 入厌氧反应器，高温（5560 C）停留2530d，厌氧消化 产生沼气；再进入好氧反应器， 在55C下腐熟，彻底杀死各 种病菌等微生物，最终产物性质稳定，化学组成合理，有很 高的肥效和热值，可用作肥料或电厂燃料。垃圾产气量为 800m3/t ，经两级处理后，固体去除率 55%65%。5 厨余垃圾（泔脚）的其他资源化技术 厨余垃圾不同于一般的城市垃圾，一些专门针对厨余垃圾的 资源化利用技术已被开发成功，并具有

23、较好的资源化效果和 经济效益。例如，虽然未经任何处理的厨余是不能喂养动物 的，但把厨余进行生物转化，使之成为植物饲料，就有可能 成为良好的动物饲料。因此利用厨余发展城市近郊养猪业是 可行的。此外，近年来开发的真空油炸技术和微生物与蚯蚓处理厨余 技术具有良好的市场前景。下面简单介绍一下这两种技术。5.1 真空油炸技术 真空油炸技术主要是在真空的特定条件下，也就是在氧气成 分大大减小的环境里进行油炸厨余，使被炸物的氧化大大减 少，保证了厨余的营养成分。另一方面，也是进行了一次真 空消毒处理，从而提供了第二次使用的可能性。真空油炸的主要生产过程如下：真空油炸T粉碎T造粒T冷却T包装过程真空油炸的油可以利用食品加工厂、饭店等使用过的废食品 油，因为在真空条件下对油实行了纯化处理。根据油温和病 菌要求一次处理时间约为 40min ，每次处理量为 5t 。现在市