国内外餐厨垃圾的生物处理及资源化技术进展

国内外餐厨垃圾的生物处理及资源化技术进展2007-03-31 05:38 环卫科技网作者：王星等本文来自环卫科技网（/）摘要：分析了美国、日本、韩国、中国的餐厨垃圾产生、处理现状，重点介绍了这些国家在餐厨垃圾生物处理方面的研究进展。

蚯蚓堆肥、容器式堆肥成为目前美国、中国的研究及应用热点；韩国、日本则重点着手于非传统方式的餐厨垃圾资源化技术研究，如利用餐厨垃圾生产动物饲料，厌氧消化－生物气回收，浆状好氧降解法处理餐厨垃圾，简述了部分国家关于餐厨垃圾资源化利用方面所制定的相应法规，并提出了今后的工作及研究方向。

关键词：餐厨垃圾；蚯蚓堆肥；容器式堆肥；浆状好氧降解；生物反应器城市生活垃圾中易腐有机物的含量为40％－50％，主要包括厨余垃圾、餐饮业垃圾、食品行业尾料等，主要以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等物质为主，是城市生活垃圾中有机相的主要成分，具有含水率高，油脂、盐分含量高，易腐烂、发酵、发臭等特点。

其产生的渠道主要为食品加工、处理、运输等过程，来源主要集中在酒店、食品厂、学校、政府、科研行政机构等。

易腐有机物水分和油脂含量高，如果与生活垃圾混合焚烧会大大降低焚烧的热能利用，同时其中的脂类物质在重金属的催化条件下成为产生二恶英的重要因子；而填埋处理则会产生大量沼气及渗滤液，对环境造成二次污染，因此目前的易腐有机物大多采取生物处理。

由于城市生活垃圾中易腐有机物主要来自于餐厨过程而且类别繁多，因此将城市生活垃圾中易腐有机物统称为餐厨垃圾。

目前，餐厨垃圾的处理方式主要以资源化为导向，然而资源化处理方法及模式较为繁多，因此我们综合了国内外近年来有关餐厨垃圾生物处理的研究进展，旨在为餐厨垃圾的资源化处理提供科学依据。

1美国餐厨垃圾处理情况美国2001年的城市生活垃圾的产生量为2.29亿t，餐厨垃圾总量为2620万t，占其生活垃圾总量的11.4％。

城市生活垃圾处理方式主要为回收、堆肥、焚烧、填埋，2002年处理率分别占22.4％、7.2％、14.7％、55.7％。

由于美国采用的是垃圾处理收费制度，其收费标准是以家庭垃圾的产生量为基准，家庭产生的垃圾多，收费就相应高。

所以以堆肥方式处理餐厨垃圾及庭院垃圾在美国的家庭非常普及。

在美国用堆肥方式处理餐厨垃圾一般集中在中西部地区，主要在监狱、学校等垃圾集中收集的地方。

目前应用方向以CSI堆肥（V ermicomposting）、密封式容器堆肥（In- vessel composting）较多。

1.1蚯蚓堆肥蚯蚓堆肥是近年来根据蚯蚓在自然生态系统中具有促进有机物质分解转化的功能的基础上发展起来的一项生物处理技术。

蚯蚓在其新陈代谢过程中吞食大量有机物质，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促进有机质分解转化。

Bruce R Eastman研究了蚯蚓堆肥对致病菌的抑制作用。

试验场地为长6m，宽1.5 m，深0.2 m的浅池，有机垃圾分两堆置于池内，每堆重约1 361 kg，每堆接种4种指示生物致病菌（粪大肠杆菌，沙门氏菌，肠道病毒，蛔虫卵）。

蚯蚓添加比例为1:1.5(蚯蚓：有机垃圾），试验时间为1周，蚯蚓分7d添加完毕，将未添加蚯蚓的堆体作为对照。

研究发现，在试验进行到72.h时，蚯蚓堆肥中的粪大肠杆菌去除率达到99.99％，对照堆体为71.60％；沙门氏菌为99.99％，对照堆体93.18％；肠道病毒为98.92％，对照堆体为53.85％；蛔虫卵灭活率为47.54％，对照堆体为0。

G.Tripathi等人利用蚯蚓处理餐厨垃圾与牛粪混合物，试验选用塑料容器作为蚯蚓床，容器高20 cm，直径26 cm。

试验选用好表层活动和好底层活动的2种蚯蚓属，容器内投加50条蚯蚓，水分控制在40％－60％，pH 6.5－8.5，试验时间为1 50d，以未加蚯蚓的容器作为空白对照。

研究发现，与空白对照相比，好表层活动的蚯蚓处理的垃圾其有机碳、N、P、K 增幅分别为0.27％、156％、41％、38％，C/N、C/P降幅分别为61％、29％；好底层活动的蚯蚓处理的垃圾其有机碳、N、P、K增幅分别为14％、102％、33％、42％，C/N、UP 降幅分别为43％、14％。

关于蚯蚓堆肥成品的应用，N.Q.Arancon等人利用经蚯蚓床处理后的餐厨垃圾及纸品垃圾堆肥分别进行大田试验，试验在温室内进行，选种植物为草莓。

蚯蚓堆肥经养分测试后施人小区，并补充化肥使总养分含量达到85 kg/hm2，P为155 kg/hm2，K为125 kg/ hm2，对照小区施加等养分化肥。

试验发现与纸品垃圾堆肥相比，餐厨垃圾堆肥成品含有更高的C、N、Ca、Fe、K、S含量，同时与其他对照小区相比，施用蚯蚓堆肥的处理小区，草毒叶面积最高增加37％，生物量提高37％，开花数提高40％，匍匐茎数量增加36％，草莓产量提高35％。

1.2密封式容器堆肥餐厨垃圾水分含量高，低分子水溶性物质多，极易被微生物降解。

一般情况下，餐厨垃圾在收集后的几个小时内便会发酸、发臭。

以堆肥的方式来处理餐厨垃圾虽然是应用最广泛的一种生物处理法，但如果采取常规的条垛式等露天堆肥方式，其散发的酸臭味以及滋生的蛆虫对环境有很大影响。

因此，在美国餐厨垃圾的堆肥处理以密封式容器堆肥为多。

密封式容器堆肥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。

由于餐厨垃圾含有大量病菌，因此密封式堆肥多采用好氧的方式，以利用堆体产生的高温来杀灭病菌。

在堆肥初期，堆体内挥发性脂肪酸（VFA）、低分子有机酸含量高，出流气体中含有大量的VFA及其他挥发性物质，因此密封式容器往往附带一个生物过滤装置以除去VFA等物质，减小对环境的负面影响。

美国Georgia大学的Britt Faucette等人，于1999年进行了利用密封式容器处理餐厨垃圾的可行性研究。

试验装置为缸式堆肥反应器，容积2.67 m3，设有1.47 kW搅拌机，O.1 kW 鼓风机，渗滤液收集装置。

餐厨垃圾收集于学校餐厅，经磨浆后水分约为71％。

选用校园的枯枝落叶调节水分及C: N，添加比例分别为1: 1，1: 2，2:1（餐厨垃圾：落叶）。

研究发现添加比例为2:1时，反应器内物料到达最高减容率，物料NH3- N最高含量为0.056％。

3种处理比例的渗滤液产生于试验的前两周，而且第一周产生量较大，每14kg餐厨垃圾产1 L 渗滤液，每27 kg餐厨垃圾产1L渗滤液。

试验中堆体氧气含量变化为18％～20.6％，减重率为75％～80％（湿基），减容率为55％～61％（湿基）。

对于生物滤器应用于仓式堆肥的效果，也有学者做了相应的研究。

AIZPURU，A等人研究了不同填充物质对11种挥发性有机物（VOC）的去除效果。

在他们的试验中，选用了高度为lm，直径10 cm的玻璃柱体作为生物滤器，柱体上设有相互间隔为20 cm的5个圆形孔作为取样及气体进出口。

填充材料分别选用泥炭土与粒状活性炭，用城市污泥接种微生物，VOC与空气以1.1g/m3的流速由射流泵注入生物滤器，经92 d试验后，结果显示粒状活性炭对VOC的去除率达到80％，泥炭土的去除率达到90％。

目前市售的密封式堆肥容器主要为箱式(Tank）、滚筒式（Roll- off)、缸式(Tub)。

滚筒式和缸式容器由于装备了机械搅拌装置，在堆肥过程中可以随需要对物料进行搅动，使物料均匀化，同时减少缺氧区域的产生，因此处理效率高，比较适合在酒店、学校等地运行。

箱式容器虽然没有搅拌装置，但其容积大，处理能力高，适合在人口相对稀少的空旷场地运行。

2日本的餐厨垃圾处理情况日本每年的生活垃圾（包括商业垃圾）的总量为5000万t，其中餐厨垃圾为2000万t，占生活垃圾总量的40％。

在餐厨垃圾中，18％产生于食品加工业，30％来自于家庭，也就是说，每年产生于日本家庭的厨余垃圾有大约1 000万t，这个数字相当于日本每年的大米消耗总量。

产生于食品加工行业的垃圾由于收集比较集中，其回收处理率达48％，而产生于食品销售渠道的食品垃圾，主要为过期食品，几乎没有回收处理，而是送至填埋场处理。

在日本，食品加工业每年产生大量的食品废弃物。

自2002年颁布食品回收处理法令后，日本的食品废弃物处理发展的非常迅速。

此法令的目标是在2007年前，食品废弃物的总量比现在减少20％，主要采取措施为食品废弃物总量削减、循环利用等。

在过去，日本的食品废弃物处理方法主要是堆肥处理，将食品废弃物转变为有机肥料、土壤改良剂。

而近年来，出现了许多新的研究方向，主要包括利用食品废弃物生产动物饲料及利用食品废弃物生产生物气发电供热。

利用食品废弃物生产动物饲料目前主要方法：（1)脱水处理生产干饲料。

脱水的方法分为：常规的高温脱水，发酵脱水，油炸脱水。

日本的札幌市餐厨垃圾回收处理中心利用油炸法生产动物饲料。

该中心每日从188个机构，包括学校、医院等地收集50 t餐厨垃圾，用废植物油，在减压条件下进行低温油炸（约110℃），生产出脱水饲料。

(2)食品废弃物经发酵后，以流体形式饲养禽畜。

对于含水率较高的餐厨垃圾，这种方法免去了脱水过程，处理成本低，而且未脱水的餐厨垃圾其蛋白质含量、利用率都比脱水饲料高。

脱水饲料的营养物质含量见表1。

表1脱水饲料的营养物质含量（n＝59)（％｝有机质粗蛋白粗脂肪碳水化合物92.2 23.4 9.7 59.1在发酵过程中，厨余垃圾中的乳酸菌和酵母菌的数量不断增多，乳酸和醋酸浓度升高，pH值降低。

这些大量的乳酸为动物提供了丰富的有机酸来源，而发酵后的餐厨垃圾的pH 值可以降到3.5左右，这样抑制了饲料中的大肠杆菌的繁殖。

(3)生物气发电技术。

餐厨垃圾收集后，经发酵产生生物气（主要为甲烷），利用生物气发电供热。

目前，日本已有几家生物气发电站投入商业运行。

3韩国的餐厨垃圾处理情况韩国2000年城市生活垃圾产生量约为1 700万t，其中餐厨垃圾占25％。

以往的处理方法都是填埋，然而其高水分含量（75％－85％）、高挥发性物质含量（85％－95％）以及渗滤液、臭气的产生引发了不少环境问题，因此韩国政府强令各酒店、餐饮业主自行购置设施回收处理其消费渠道产生的厨余及食品垃圾。

由于韩国特殊的饮食文化，导致其餐厨垃圾的含水率、盐分很高，这些盐分主要来自于泡菜、豆瓣酱等高盐分食物，因而在韩国以堆肥方式处理餐厨垃圾并不盛行。

由于韩国政府将在2005年全面禁止餐厨垃圾的填埋处理，因此近年来，韩国的餐厨垃圾处理研究方向为厌氧消化－生物气回收、生物反应器浆状好氧处理。

3.1厌氧消化－生物气回收目前比较先进的方法是两段法产氢气、甲烷。

两段法综合了相分离、反应器及批序式模式。

处理流程由两部分组成：流化床反应器产氢气，UASB反应器产甲烷。

Sun－Kee Han等人进行了两段法产生物气的可行性研究。