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国内外餐厨垃圾现状及其处理措施

浏览:3138 发表时间:2018-01-16 16:09:13

随着全球人口基数的不断增长和人们生活水平的提高,餐厨垃圾的排放量日益增大。大量的餐厨垃圾一方面带来了严重的污染,另一方面造成了巨大的浪费,给各国带来很大的困扰。这些含有丰富生物质的餐厨垃圾如果能进一步资源化利用,既有利于环境保护,也可增加人类对可再生资源的利用程度,符合可持续发展、循环经济的发展方向。针对餐厨垃圾的处理,发达国家早在 20 世纪 60 年代就已开始,经过几十年的摸索尝试,目前已经形成一定的处理规模。例如德国已经率先建立一套先进的餐厨垃圾处理体系,并形成一条从垃圾收集到最终资源化利用的完整的循环产业链条。据统计,德国每年由餐厨垃圾制成的肥料约有 500 万 t[1]。我国对餐厨垃圾的处理问题直到近几年才引起广泛关注,据报道,2015 我国城市垃圾产生量达 1.86 亿 t,其中餐厨垃圾占 37% ~ 62%,可见其已成为影响城市健康绿色发展不可忽视的顽疾之一[2]。惯用的填埋、焚烧、喂养畜禽等方法虽然见效快,但都存在较大的弊端,同时资源的利用率较低。所以使用更清洁绿色、高效循环的餐厨垃圾处理方法成为当前各国不断探寻和开发的重要目标。

1 国内外餐厨垃圾现状

据联合国粮农组织报道,全球每年大约产生16 × 108 t 的食物废物[3]。发达国家与发展中国家的损失浪费总量相差不大[4],其不同点在于发达国家的损失是在食用过程中丢掉食品尚可食用的部分,而发展中国家则由于技术落后等原因,食物主要在生产、加工、运输以及储藏等环节损失或流失[4-5]。可见,餐厨垃圾的管理和处理已经是一个世界范围内的问题。美国、日本、韩国及欧盟等对餐厨垃圾的资源化处理已经形成较为完整和成熟的产业链条,而我国虽然起步较晚,但经过近几年的大力发展也初见成效。当然,由于不同国家和地区的生活方式与习惯的差异以及各自国情的不同,对餐厨垃圾的处理方式也具有一定的差异性。以下简要介绍几个国家餐厨垃圾的现状及其处理方式。

1.1 中 国

据统计,2015 年我国城镇生活垃圾存量超过10 亿 t,年新增垃圾 1.86 亿 t,处置量约为 1.81 亿 t,处置率达 97.3%[6]。截至 2015 年已有 890 座生活垃圾无害化处理厂投产,其中填埋厂占 72%、焚烧厂占 24.7%,而堆肥及其他类型的处理厂仅占 3.3%[7]。使用填埋和焚烧虽然在短时间内对缓解城市压力效果比较明显,但填埋造成的地下水污染以及焚烧产生的有害气体及粉尘同样对环境造成巨大的危害。与此同时,生活垃圾中大量的餐厨垃圾也并没有得到充分的利用,资源浪费严重。“十二五”以来,国家更加重视无害化处理设施的新建和收转运建设,致力于推动有机垃圾无害资源化处理市场的逐步发展,垃圾处理企业也渐成规模。另外,《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出,到 2020 年,力争将垃圾回收利用率提高到 35%以上。2015 年我国出台《农村沼气建设国债项目管理办法》对于解决沼气工程建设资金短缺、引导农村推广应用沼气技术发挥了积极作用,如今餐厨垃圾被认为是最具开发潜力的、永不枯竭的“城市矿藏”[8]。尽管现阶段我国餐厨垃圾管理和处理体系还不完善,但随着各级政府部门的重视程度加大以及各项优惠政策的引导,相关的措施和办法正在逐步实施。截至 2015 年 9 月,全国已建、在建、筹建的餐厨废弃物处理厂 118 座,其中已投产 43 座、在建 35 座、筹建中 40 座,与“十二五”初相比,新增日处理能力约 1 万 t,可见餐厨垃圾处理设施建设进度明显加快[9]。

我国餐厨垃圾具有高有机物含量(有机物含量约占干物质质量的 80%以上)、高含水率(80% ~90%)、高油、高盐分等特点。据报道,如果将我国一年的餐厨垃圾全部利用则相当于节约 3000 万亩玉米的产出量和 600 万 t 生物柴油,可见其资源化特征十分明显[6]。目前对餐厨垃圾的处理有四种主流的工艺路线:生产饲料、好氧堆肥、厌氧消化和制备生物柴油。其中,厌氧消化是在无氧条件下利用微生物自身代谢作用将大分子有机物分解为小分子的有机物和无机物的过程,也是目前应用和研究较多的技术,预计也是未来餐厨垃圾处理的主流技术[10]。尽管如此,仍然需要开发新型综合的处理技术来提高餐厨垃圾的资源化循环利用程度。

1.2 英 国

英国是最早推行城市化的国家,6000 万左右人口中有 90%居住于城市,显然餐厨垃圾如何处理也是英国不可忽视的问题。经过几十年的摸索,英国在餐厨垃圾的源头处理、规范分类、政企结合等方面早已走在了前列。据 2015 年英国垃圾资源行动纲要( Waste and Resources Action Program,WRAP)资料显示,英国每年约产生 1500 万 t 餐厨垃圾(234 kg·人·年),如今每年通过对餐厨垃圾进行厌氧消化和好氧堆肥处理减排二氧化碳 2000万 t,同时英国计划到 2025 年将餐厨垃圾循环利用提高到 70%,这一举措对英国餐厨垃圾应用处理具有重要的意义[11]。另外,在英国,垃圾需要被规范分类,政府统一规定每个家庭的垃圾箱分类及设备颜色,将政府、垃圾处理运营商、垃圾收集运营商和相关商业群体协调起来,实行“餐厨垃圾循环利用行动计划”。英国的这种源头式餐厨垃圾处理模式值得我国家庭、餐饮企业学习。近年来,英国建立了全球首个全封闭式餐厨垃圾发电厂,在餐厨垃圾处理方面引起了不小的轰动,该厂平均每天处理12 万 t 垃圾,可供应数万家庭的日常用电,这一技术也引起了众多投资者的热切关注。


1.3 美 国

美国的餐厨垃圾平均每年只有 3000 万 t 左右,但从 1927 年开始推广使用垃圾处理机,安装率位列全球之首,超过 95%的美国城市允许使用餐厨垃圾处理机且超过 50%的美国家庭安装了餐厨垃圾处理机[12]。美国对于餐厨垃圾的处理模式主要是采用粉碎机将餐厨垃圾粉碎后排入下水道,油脂则主要送到工厂加以利用。之后在政府的鼓励下又逐步发展了经加工处理后作为饲料、土壤改良剂、堆肥以及用于生产生物柴油和沼气等处理技术,对于难以利用的成分再进行填埋或焚烧。美国各州对餐厨垃圾的处理政策和方式各有差异,很多州都因地制宜建立了自己等级化的餐厨垃圾处理体系,按照优先顺序分为源头减量、食物捐赠、喂食动物、工业应用、堆肥、焚烧或填埋 6 个等级分别进行处理[13],这种因地制
宜的处理方式值得我国学习。目前堆肥方式处理餐厨垃圾在美国家庭中也比较普遍,以 CSI 堆肥、密封式堆肥为主要技术的餐厨垃圾处理方式成为主流。但当前在美国利用餐厨垃圾制沼气技术尚不普遍,可能在以后寻找新的替代能源时会得到普遍推广。

1.4 德 国

德国是一个非常注重生态平衡的国家,其工业技术在全球也是首屈一指。虽然整个德国的生物垃圾量全年仅有 700 万 t 左右,却是最早开展垃圾分类收集的国家,德国具有上百家不同的垃圾处理公司,不同的公司负责不同地区的垃圾收集和处理。公司具有各自独立的人员、设备及管理制度,对包括餐厨垃圾在内的生活垃圾进行回收。20 世纪 60 年代德国就开始使用厌氧技术处理餐厨垃圾,到 90 年代厌氧技术的工程开始在德国及欧洲大规模推广使用。如今德国餐厨垃圾主要采用堆肥处理和厌氧处理方式,每年收集 880 万 t 有机固体废弃物,其中 83%经堆肥处理、17%经厌氧处理[14]。据德国沼气协会数据,截至 2015 年,德国境内总共有近 9000 个沼气工程运行使用,占欧洲全部沼气工程的 80%以上,沼气发电装机 4018 MW,可为约 800 万家庭提供用电,目前沼气发电量已经占到全国用电量的 4.5%以上[15]。按德国政府计划,到2020 年,新能源发电将占德国全年总发电量的 43%,进而替代核能在能源供应体系中的位置。借鉴德国沼气产业发展的经验,我国应重视对沼气利用等后
端产品的补贴,视全国各地资源和环境特点因地置宜,推动沼气产业市场化进程。

2 目前餐厨垃圾主要处理技术

餐厨垃圾同时具有资源与废物的两种特性,其中存在的大量易腐有机物属于资源型废物,易降解[16],其资源化可通过饲料化、好氧堆肥化、厌氧能源化(包括生物发酵制氢、厌氧消化产甲烷、提取生物降解塑料技术、生物柴油技术)等方式实现[17]。其中,厌氧能源化是减少温室气体排放、实现能源再生和社会经济效益最有希望的方法之一。

2.1 饲料化处理技术

饲料化处理技术主要采用生物转化手段将餐饮垃圾经过生物转化、烘干处理、杀毒灭菌、除去盐分等,最终生成蛋白饲料添加剂等可利用物质[18]。餐厨垃圾经过一系列处理后可做成鸡、猪或宠物的饲料,其蛋白质含量可达 20% ~ 30%[19]。值得关注的是,餐厨垃圾饲料化过程中病原菌杀灭率应大于99.99%,以避免产生同源性动物饲料[20]。目前国内外餐厨垃圾资源化技术很多,其中饲料化处理技术是应用最广泛的一种[21]。但现有技术还不够成熟导致产品存在一定的缺陷,由饲料发生同源性污染而引发的疯牛病等疾病时有发生[22]。餐厨垃圾的饲料化处理工
艺路线需要我们更深入的研究,严格遵守《动物源性饲料产品安全卫生管理办法》,制定相关饲料法规加强管理,在饲料生产、畜禽养殖、环境保护、饲养管理、疫病防治、贮藏运输、包装销售等各个环节严格把关,保障国内饲料工业的健康发展[23]。

2.2 好氧堆肥处理技术

好氧堆肥处理技术是在有氧条件下,利用好氧菌对废物进行吸收氧化和分解的生命代谢活动[24],是一种将传统好氧堆肥技术与外加生物菌种强化作用结合起来的堆肥技术[25]。好氧堆肥处理技术成熟、安全可靠、成本低廉、且可最终转化为有机复合肥料和土壤改良剂,应用前景广泛[26]。但该法占地面积大且周期长,易产生臭气和污水对环境造成污染,采用此技术时需谨慎。

2.3 厌氧能源化处理技术

餐厨垃圾厌氧能源化是指在缺氧条件下,通过厌氧微生物的代谢活动把复杂的有机物迅速降解为沼气和无机物的方法[27-28]。此法处理效率高、可产生高效有机肥,同时可实现沼气的能源化利用。如图 1 所示,餐厨垃圾在经固液分离后,按固相和液相分别进行处理。而固相部分在经挤压过滤、油脂分离等预处理操作后,才进入最后的厌氧发酵阶段将有机物进一步转换为甲烷、二氧化碳[29],并生成中间产物氢气[30]。餐厨垃圾厌氧产甲烷是一种很有潜质的环保新技术,以餐厨垃圾为原料获取各种有效能源将会成为未来国内外餐厨垃圾处理利用的主要方向,通过厌氧能源化产沼气处理餐厨垃圾是未来研究的关键。纵观国内外餐厨垃圾处理现状及技术,国外多以堆肥处理为主,资源化利用率不高。但欧洲各国的厌氧能源化处理技术相对成熟,值得我国借鉴学习。



3 餐厨垃圾处理中存在的问题

餐厨垃圾属于高含水率和高有机质的资源型废物,如果不能及时妥善处理,不仅对环境产生诸多不良影响,同时其引起的地下水污染也对人类的身体健康带来严重威胁。虽然各国致力于餐厨垃圾处理已经获得很大进步,但在餐厨垃圾的处理中仍旧存在一些问题亟需解决。

3.1 餐厨垃圾处理困难

难存留,易腐败;难收集,易堵塞;难清理,易散味;难转运,易生虫;这些都是餐厨垃圾难以处理的重要特点[31]。每天如此大量的食物垃圾如果没有高效的转运处理系统势必会形成堆积,造成进一步的污染。可见,餐厨垃圾的处理必须从源头入手,不仅要源头上的减量化,更要在源头实现分类处理,所以如何提高居民垃圾分类的积极性,还需要进一步的探索。当然,仅做好分类是远远不够的,建立以分类投放、分类收集、分类运输、分类处理为系统的环环相扣的高效顺畅的垃圾处理系统才能有效地解决垃圾处理难的问题[32]。另外由于我国餐厨垃圾处理行业起步较晚,掌握成熟餐厨垃圾处理技术的企业较少,加上项目建设和运营成本等各方面问题,导致餐厨垃圾的规范解决体系仍需进一步完善。

3.2 餐厨垃圾处理中的技术问题

目前餐厨垃圾的处理路径主要有:


(1)用作动物饲料[33],即传统的喂猪;(2)好氧堆肥[34],或经深加工为土壤腐植酸;(3)厌氧消化[35],产生沼气后供电供气,残渣经无害化处理后制作有机复合肥料;(4)进行油脂分离,生产生物柴油[36];(5)进行焚烧或填埋等处理[37]。其中用作动物饲料、焚烧、填埋虽然是最直接的处理方式,但其弊端也是十分明显,虽然当前这几种方式仍旧是垃圾处理的主要手段,人们已经意识到这些处理方法不仅使资源在一定程度上被浪费,而且并不绿色环保。好氧堆肥、厌氧消化产沼气以及油脂分离制生物柴油是当前各个国家发展的主要方向[38],然而在此过程中也有一些技术瓶颈需要突破,比如堆肥需要的场地大,周期长,灭菌难等;厌氧消化的处理效率不高,工业化难度大等;制备生物柴油的原料预处理成本高等[39]。可见在对餐厨垃圾的处理道路上还有很长的路要走。

4 餐厨垃圾处理对策思考

处理餐厨垃圾工程浩大,涉及生活的方方面面,故应本着综合利用、规模发展、多种模式、重视效益的方向转型升级[40]。通过建立完善的分类、运输、集中处理等方面的管理制度和激励政策,融合生态、科研、公司、基地、居民为一体的餐厨垃圾处理产业链,大力推进餐厨垃圾的资源化处理模式。

4.1 加强监管

餐厨垃圾处理行业属于新兴产业,大多由政府招标并监督项目的建设和运营,与其说餐厨垃圾处理是环保问题,不如说是产业链和利益链的问题。近年来,我国也不断学习国外先进技术、引进先进处理设备,在利用和开发餐厨垃圾获取新能源方面取得了长足的进步,建立了生物质固体燃料标准体系[41]。由于我国居民的饮食习惯与国外存在一定的差异,我国餐厨垃圾含油量及含盐量较高,处理成本相对较高,堆肥效率及厌氧产沼气效率相对较低,故我国在餐厨垃圾处理方面,要从源头抓起,将餐厨垃圾在家庭环节就分类回收,使餐厨垃圾的资源化管理与合理化利用相结合;利用果蔬种植业消纳餐厨垃圾厌氧消化过程中产生的沼液、沼渣,实现餐厨垃圾的完全利用和生态循环[42]。此外,政府要强化监管力度,引导家庭、餐饮单位做好源头分类、构建智能化收运系统。

4.2 促进处理方式多样化与副产品多元化

为提高产品的附加值,可采用不同的处理工艺以产生多种副产品。由于餐厨垃圾来源广,不易集中处理,故我国可以使用家庭垃圾处理机对垃圾进行处理或者将垃圾进行细化分类,并在小区、城镇进行相关餐厨垃圾分类知识的宣传,使餐厨垃圾实现“就地处理、相对集中处理和集中处理”相结合的多元化处理模式[43],在产生有机肥的同时生产车用天然气、燃料酒精、氢气等多元化副产品。

4.3 倡导绿色餐饮,激活副产品的绿色市场

增强环保意识,充分发挥网络媒体的宣传作用,大力宣传餐厨垃圾无害化及资源化处理的重要性,倡导并推广绿色餐饮[44]。建立餐桌、农田、工程一体化体系,充分发掘餐厨垃圾产生的主产品和副产物,当人们购买餐厨垃圾副产品时可对其进行适当补贴,直至绿色市场被大众接受,结合实际市场需求,将主产品和副产品服务于人们的生产、生活中。

5 结 语

餐厨垃圾的资源化与无害化处理具有很大的价值,国外在餐厨垃圾处理上的许多技术早已走在前列,我国虽然起步较晚,但近几年对餐厨垃圾处理和利用的重视程度也逐渐加大。当前人们越来越重视循环经济、绿色经济等理念,在餐厨垃圾的处理中饲料化、肥料化、厌氧消化制沼制氢等更环保的技术得到广泛关注,但综合以上技术厌氧消化是最有发展潜力的技术之一。当然,我国在分类投放、分类收集、分类运输、分类处理以及相应的处理技术方面仍旧存在许多问题亟需解决,需要政府、企业、个人的共同努力。我们应该立足基本国情,积极学习国外先进技术,树立餐厨垃圾资源化意识,从源头减少餐厨垃圾产生量,节约用粮。同时,各级政府要鼓励和支持家庭、餐饮企业做好源头分类工作,同时因地制宜开发和引进先进技术,加大对餐厨垃圾处理体系的投入,完善餐厨垃圾分类管理体系。



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