陳嚴華，曾 蒸，廖德榮，況 前，柴福良

（重慶市環(huán)衛(wèi)集團有限公司，重慶 401120）

廚余垃圾如不及時有效處理，容易滋生病原微生物、霉菌等有害物質。一種新型餐廚垃圾微生物處理技術，采用20～40℃下微生物消化餐廚垃圾，能有效分解垃圾無殘留[1]，不需要進行二次處理，具有裝備安全、操作便利、無噪聲、節(jié)能環(huán)保、全自動、使用便捷、可隨時分解垃圾，沒有異味或垃圾腐敗的味道散發(fā)等特點。

1 廚余垃圾污染及處理現(xiàn)狀

1.1 廚余垃圾污染現(xiàn)狀

廚余垃圾本身性質不穩(wěn)定，由于其中含有瓜果蔬菜等易腐爛的物質，還有餐飲剩下的飯菜等，混合在一起后，細菌會飛快增長，散發(fā)非常難聞的異味，對堆放垃圾的地點與空氣環(huán)境都會產生巨大影響[2]。各種病毒的蔓延很大程度上是對廚余垃圾處理不當所導致的，最終都會對人體造成危害。此外，廚余垃圾的不斷堆積，會派生出潲水油，其中含有致癌物質，對人們的生命健康造成嚴重威脅。但是餐廚垃圾本身還有很高的水分含量，其中蘊含豐富的有機物、鹽分等物質，所蘊含的可利用資源也非常豐富[3]。因此，對于餐廚垃圾的回收利用需要不斷做出更大的努力，降低資源浪費。例如泔腳資源就與廚余垃圾的回收利用密不可分。對廚余垃圾進行資源轉化處理，在避免影響環(huán)境的同時，也能提高廚余垃圾的資源轉化率。

1.2 廚余垃圾處理現(xiàn)狀

我國的廚余垃圾資源化處理起步較晚，早期常以焚燒和衛(wèi)生填埋為主，填埋和焚燒兩種處理技術給環(huán)境的自我修復能力造成了嚴重負擔，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴重危害。近年來，隨著環(huán)保意識的普及，垃圾分類處理政策的不斷完善以及投入資金的不斷增加，垃圾處理行業(yè)發(fā)展迅速。目前我國常見的廚余垃圾處理模式主要依靠厭氧消化技術、好氧堆肥技術和飼料化技術，其中厭氧消化技術對資源的利用程度、工藝的安全程度及最終產品的質量都要優(yōu)于好氧堆肥技術及飼料化技術，因此該技術實際應用較廣。同時該技術還依據(jù)不同地區(qū)、不同飲食結構開發(fā)出具有針對性的、復合功能高的工作菌群產品，這些菌群產品具有性質穩(wěn)定、無異味、無腐蝕、無毒性、活性高等特點?，F(xiàn)階段還能結合好氧堆肥技術對廢棄物處理減量化程度較好的特點加以利用，但考慮工程占地面積及運行成本問題，常被用于處理量較小的區(qū)域，如社區(qū)、市場等小型場所。北京市正逐步培養(yǎng)居民對垃圾分類的意識，將分類的廚余垃圾進行微生物發(fā)酵，將廚余垃圾在十小時內快速發(fā)酵成環(huán)境友好型肥料?，F(xiàn)階段我國很多城市都采取了將廚余垃圾進行統(tǒng)一回收后，經過分揀消毒，利用厭氧消化技術將其轉化成沼氣電能等能源，實現(xiàn)資源再利用的技術[4]。還有部分城市采取了對廚余垃圾統(tǒng)一回收利用的模式，收集來的廢棄物經過厭氧消化的深度加工，可產出沼氣、有機肥、電能以及生物柴油，且處理中心自身的能源問題也由厭氧消化所得產物提供。

2 廚余垃圾干式厭氧發(fā)酵技術概述

2.1 干式厭氧發(fā)酵技術的概念

根據(jù)投入原料或發(fā)酵罐內固形物干燥質量換算濃度（TS濃度）,厭氧發(fā)酵大致可以分為濕式（投入TS濃度小于15%,發(fā)酵罐中TS濃度小于8%)和干式（投入TS濃度大于5%,發(fā)酵罐中TS濃度大于10%)。干式厭氧發(fā)酵適用于固形物濃度極高的有機物處理，該技術運用重點是選擇有合適含水率的固體有機物作為原料，并且在運行時需要將原料水分控制在一定范圍內，最合適的TS范圍在5%～45%。

2.2 干式厭氧發(fā)酵相比濕式厭氧發(fā)酵的優(yōu)點

干式厭氧發(fā)酵技術可以降低對廚余垃圾預處理的要求，可以容忍一定數(shù)量的雜質，能夠接收多種類型的有機垃圾，處理范圍廣，不易造成工藝故障，比如沉淀、浮渣、堵料等，從而保證生產的連續(xù)穩(wěn)定；其在有機物處理過程中含固量高，可使厭氧發(fā)酵罐體積減少50%以上，占地面積少，投資固定；維持發(fā)酵溫度所需的熱量更少，因此可以選擇高溫厭氧發(fā)酵，其有機質降解率高、生物產氣率高，從而提高了廚余垃圾的資源化利用率；而且超過0天的高溫厭氧，可以有效消殺沼渣中的蟲卵和病原體[5]，提高了后端沼渣堆肥的衛(wèi)生化、無害化水平；同時干式厭氧處理過程中，微生物還可以降解人工合成有機物，把有機物轉化成簡單的無機物，使得生命元素的循環(huán)往復成為可能，使各種復雜的有機化合物得到降解，從而保持生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

2.3 廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝介紹

廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝組成包括依次連接的擠壓脫水裝置、壓濾脫水裝置、除砂裝置和離心脫水裝置。擠壓脫水裝置的進料口與干式厭氧消化罐出料口的泵連接，由泵輸送物料進入擠壓脫水裝置，擠壓脫水裝置的液相進入壓濾脫水裝置，壓濾脫水裝置的液相進入離心脫水裝置，在擠壓脫水裝置、壓濾脫水裝置和除砂系統(tǒng)的固作用螺旋統(tǒng)一接收后，外運填埋或焚燒處置。離心脫水裝置的固相進行堆肥處理，離心脫水裝置的脫水濾液進入污水處理系統(tǒng)。

廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝在進入壓濾脫水裝置前增加了絮凝裝置，能夠將細小的顆粒物絮團后再進入壓濾脫水裝置，能夠較大程度地使進入離心脫水裝置的物料含固率降低，提高去除效率；同時，經過絮團并壓濾脫水后的物料含固率和黏度將進一步降低，提高了除砂系統(tǒng)的處理效率。廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝，在壓濾脫水裝置和離心脫水裝置新增了除砂系統(tǒng)，除砂系統(tǒng)為兩級旋流除砂裝置，經過壓濾脫水裝置的物料，通過泵輸送至一級旋流除砂器和二級旋流除砂器，固相進入砂水分離器并通過螺旋外運，液相通過泵送進入離心脫水裝置。旋流除砂裝置能夠進一步去除沼液中的浮渣，以減輕后續(xù)離心脫水裝置的壓力，提高離心脫水效率，保證離心脫水裝置的穩(wěn)定運行。廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝，在經過兩級旋流除砂裝置后，由于新增加了助凝和絮凝裝置，對助凝和絮凝配比有一定要求。助凝裝置包括緩沖罐，在該緩沖罐上部設有進液管，下部設有出液管，出液管通過隔膜泵送至離心脫水裝置進料管道[6]。絮凝劑加注裝置包括攪拌裝置、螺桿泵和靜態(tài)混合器，粉末狀絮凝劑和自來水通過靜態(tài)混合器均勻混合后，由泵輸送至離心脫水裝置管道，助凝劑、絮凝劑和經過除砂系統(tǒng)的物料共同進入離心脫水裝置，進行固液分離。助凝劑和絮凝劑進入管道的位置需要充分考慮，要保障三種物質混合均勻和絮團完成，離心脫水裝置還配置了增壓給水裝置，停機時用自來水進行沖洗。增加的助凝和絮凝裝置進一步提高了沼液中懸浮物的聚集沉淀，從而提高離心脫水裝置的固液分離效率，使得處理后的沼液中懸浮物含量較低，降低了對污水處理系統(tǒng)的要求。

并且廚余垃圾干式厭氧處理時，微生物具有減量化、分解化、消滅化、穩(wěn)定化、無害化的“五化”機制。機體在運轉過程中使用的菌群，是來自于自然界的益生菌構成的穩(wěn)定降解菌群，其產物通過了環(huán)保部直屬的國家環(huán)境測試中心的安全監(jiān)測，垃圾降解后的液位無異味、無殘渣、無腐敗，不會對環(huán)境造成二次污染。垃圾降解后的液體可作為植物菌肥，排入管網(wǎng)可降解管道內的有機物質，抑制管內異味，并對下水管網(wǎng)起到凈化作用。

其環(huán)境效果分析如下：餐廚廢棄物就地處理，降低餐廚廢棄物收運成本；最終消化產物為水分和二氧化碳，其中機體本身排出的微生物通過管道流入污水管網(wǎng)，有清潔污水管網(wǎng)殘留有機物的能力，凈化管道；微生物消化菌群是來自自然界的益生菌，無二次污染。

2.4 酵酸化失穩(wěn)調控策略

2.4.1 化學預處理調控

H+和OH-可以溶解脂類，溶解食物垃圾中的細胞有機固體，也可以裂解纖維素和半纖維素之間的氫鍵，裂解木質素和多糖之間的酯和醚鍵，并在隨后的厭氧消化過程中提高有機物的水解率。這一過程可用于使用酸/堿預處理來提高有機廢物厭氧消化的沼氣產量，由于其具有成本低和能夠更快、更有效地降解復雜有機物的優(yōu)點，這一技術已被廣泛研究。在調查了五種不同的預處理方法對食物垃圾的增溶和厭氧生物降解的影響后，研究人員發(fā)現(xiàn)高溫酸預處理對增溶最有效，但累計沼氣產量不是最高的，這可能是由于加酸增溶形成的抑制劑和化合物難以降解的原因。此外，酸/堿預處理對促進沼氣產量的效果與酸/堿的添加濃度有關，低濃度的酸/堿效果有限，高濃度的酸/堿干物質損失大，抑制了產甲烷菌的活性，降低了厭氧發(fā)酵的效率。因此，廚余垃圾預處理應選擇適當濃度的酸和堿。

臭氧氧化預處理是一個利用-OH和-COO-來分解高分子量有機物，如脂類、蛋白質和木質素的過程，以便通過厭氧消化食物垃圾來增加沼氣產量。臭氧氧化有許多優(yōu)點，包括它可在室溫和壓力下進行，不增加反應器中的鹽濃度，并且在處理后不留下任何殘留的氧化劑，不產生有毒或抑制性物質。然而，一些研究報告稱，在臭氧氧化預處理后，甲烷產量減少或增加較少，因為臭氧氧化產生的-OH可以通過破壞碳水化合物結構減少甲烷產量，而且預處理過程可能產生未知的、不易降解的中間產物[7]。此外，由于臭氧發(fā)生器的高功耗、高運營成本，處理后產生的生物甲烷量不能補償臭氧發(fā)生器的功率消耗以及高運營風險等因素，近年來，對臭氧氧化預處理食物垃圾的研究并不充分。

2.4.2 干式厭氧微生物預處理

生物預處理的本質是酶法預處理。酶法預處理是通過添加包括肽酶、碳水化合物水解酶和脂肪酶在內的酶來加速食物垃圾的水解過程。酶催化反應的優(yōu)勢在于其高效率和特異性，可以有選擇地轉化大的有機分子，如固體和液體蛋白質、脂肪和纖維素。與其他預處理方法相比，研究人員發(fā)現(xiàn)酶法預處理對廚余垃圾SCOD的浸出效果最好，對廚余垃圾的水解效果有促進作用，并能明顯縮短厭氧發(fā)酵周期，提高廚余垃圾的甲烷生產及轉化效率。盡管酶法預處理很簡單，不會產生二次污染，并能促進食物垃圾的厭氧消化和產甲烷效率，但由于成本高，尚未被廣泛使用。酶法預處理代表了預處理方法的一個有希望的前景，未來研究人員應探索這種方法以降低成本。

預處理的直接影響是溶解，然后是溶質的厭氧微生物降解，這都會影響甲烷的生產。總結上述各種預處理方法，研究人員已經發(fā)現(xiàn)，增加溶解度的效果不一定與甲烷產量呈正相關，例如，臭氧氧化和生物處理可能對甲烷產量有負面作用。此外，不同的預處理方法導致不同的額外投入，例如，通過超聲波和臭氧等預處理措施增加甲烷產量而獲得的額外能量，不足以補償預處理的能量消耗。因此，投資少、能源效率高、甲烷產量增加明顯的預處理方法是未來研究的課題。此外，在城市污泥預處理研究中已經廣泛使用的能源回收和循環(huán)利用的方法，也是食物垃圾預處理領域可能的研究方向。

3 新時期廚余垃圾處理方式的分析

處理廚余垃圾的方式較多，人們要根據(jù)實際情況，選擇更為靈活的廚余垃圾處理方式。人們每天的日常生活都會產生大量的廚余垃圾，這些廚余垃圾占據(jù)了人們日常生活垃圾的一半以上，因此正確做好垃圾分類存在較大難度。針對此問題，需要從根源上減少廚余垃圾的數(shù)量，控制好廚余垃圾的排放。通常情況下，家庭產生的剩飯剩菜相對較少，但是鹽分、水分含量較高，容易腐敗變質，并對周圍環(huán)境造成污染，因而這些廚余垃圾可以采取粉碎直排的處理方式。這些廚余垃圾中的水果、蔬菜、果殼、蛋殼等含有的鹽分和水分較低，礦物質和有機質含量較高，因此可以通過發(fā)酵的手段將其制作成有機肥料，生成的有機肥料可以用來種花、養(yǎng)魚等。一些公共場所產生的廚余垃圾較高，大量的廚余垃圾要獨立處理難度較大，因此可以交給環(huán)衛(wèi)工人，采取集中轉運和集中處理的方式，進一步提升處理效果。

4 嚴格落實處理機制，全面實現(xiàn)廚余垃圾再利用

廚余垃圾在一定程度上可以被看成是可利用的資源，但是據(jù)調查，人們在日常生活中將廚余垃圾視為普通垃圾，將廚余垃圾丟進普通垃圾箱，這樣簡單粗暴的處理方式無法滿足廚余垃圾再次利用的需求。導致上述問題出現(xiàn)的根本原因與人們的錯誤認知有關，很多人沒有構建起對廚余垃圾的正確認識，缺乏變廢為寶的意識，直接降低了廚余垃圾的利用率。因此要想從根本上解決人們對廚余垃圾的錯誤認知，有關部門需要加大宣傳力度，借助多樣化的宣傳方式，普及對廚余垃圾的正確認識。比如可以充分利用網(wǎng)絡、電視、手機、報紙等渠道宣傳廚余垃圾無害化處理方式和資源化利用方式，加深人們對廚余垃圾的正確認識，促使更多人掌握將廚余垃圾變廢為寶的處理方法；同時要積極推廣使用廚房粉碎機、廚房發(fā)酵桶等處理設備，實現(xiàn)對廚余垃圾的合理化處置。

5 結語

綜上所述，廚余垃圾的干式厭氧發(fā)酵具有較大優(yōu)勢，但是發(fā)酵過程中的顆粒沉降問題也必須引起重視。通過實驗測量，顆粒受干擾沉降等影響，實際沉降速度遠遠小于理論沉降速度，因此該技術在設計和運行過程中，相關人員應注意控制廚余垃圾的顆粒尺寸、含水率、以及發(fā)酵底物的含固率，才可以有效避免沉降問題。