表 1    中國(guó)部分省市地區(qū)生活垃圾分類(lèi)相關(guān)政策及工作進(jìn)展

2020年5月1日，北京市垃圾分類(lèi)工作在新修訂的《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》指導(dǎo)下全面施行， 截至2020年底，北京市家庭廚余垃圾分出量大幅提升，從新條例實(shí)施前的 309 t/d 增長(zhǎng)至 4248 t/d， 增長(zhǎng)了 12.7倍，廚余垃圾分出率達(dá)到21.78%；其他垃圾減量明顯，為 1.53 萬(wàn) t/d，同比去年下降35%[9]。

上海市作為強(qiáng)制垃圾分類(lèi)的“排頭兵”，與 2019年相比，2020年 1~ 11 月濕垃圾（即廚余垃圾）分出量為9428 t/d，增長(zhǎng)27%；干垃圾（即其他垃圾）處置量為 14178 t/d，下降20%，可回收物回收量增長(zhǎng)53%，有害垃圾分出量增加3.3倍[10]。 

對(duì)于垃圾分類(lèi)開(kāi)展不足半年的城市，以深圳市為例，《深圳市生活垃圾分類(lèi)管理?xiàng)l例》實(shí)施僅百日，廚余垃圾分類(lèi)回收量由660 t/d 增至2300 t/d，升幅250%[11]。 垃圾分類(lèi)有效實(shí)現(xiàn)了4類(lèi)垃圾的“三升一降”，但也為末端處理帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，圖 1為深圳市某小區(qū)生活垃圾分類(lèi)集中投放點(diǎn)。

圖 1   深圳市某小區(qū)生活垃圾分類(lèi)集中投放點(diǎn)

除了取得的成績(jī)，垃圾分類(lèi)工作目前仍然存在很多的不足和改進(jìn)空間。部分地區(qū)片面地強(qiáng)調(diào)將廚余垃圾分出量的增長(zhǎng)作為垃圾分類(lèi)工作的考核指標(biāo)，這不僅會(huì)導(dǎo)致部分基層部門(mén)為追求指標(biāo)而采用一些不合理的手段，而且背離了垃圾分類(lèi)工作希望實(shí)現(xiàn)“源頭減量”的初衷。同時(shí)，分出的廚余垃圾缺少可靠的資源化消解能力，例如上海市在前期對(duì)濕垃圾產(chǎn)生量預(yù)估不足，導(dǎo)致末端設(shè)施的處理能力難以匹配實(shí)際需求處理量，在集中處理設(shè)施建設(shè)完成之前，主要采取集中+就地相結(jié)合的處理方式，現(xiàn)有4 座在建集中處理設(shè)施完全建成后才能基本滿足每日 9000余 t 濕垃圾的處理[12]。 廣西南寧市日產(chǎn)生廚余垃圾 600~800 t，但具有許可資質(zhì)的企業(yè)目前處理能力僅為450 t，收運(yùn)及處理能力難以滿足需求[13]。 在這種情況下，目前一些城市地區(qū)垃圾混合收集、運(yùn)輸、處理（焚燒或填埋）仍然是垃圾  清運(yùn)處理工作的“常態(tài)模式”[14]?；舜罅夥殖鰜?lái)的廚余垃圾，繞了一圈后還是通過(guò)焚燒、填埋進(jìn)行處理，相比之前不僅沒(méi)有帶來(lái)資源化收益，反而增加了很多的成本。

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量為 2.42 億t[15]，同比增長(zhǎng) 6. 16%，當(dāng)前生活垃圾的無(wú)害化處理仍主要通過(guò)衛(wèi)生填埋和焚燒進(jìn)行，但現(xiàn)有的填埋和焚燒的處理處置能力趨于飽和且難以新建，“垃圾圍城”已成為大多數(shù)城市面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一。垃圾分類(lèi)的實(shí)施能有效實(shí)現(xiàn)垃圾的源頭減量，推動(dòng)可回收資源的循環(huán)利用，是提振固廢全產(chǎn)業(yè)鏈以及助力城市生 態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。廚余垃圾在分類(lèi)收運(yùn)后大量集中，與之配套的資源化處理技術(shù)設(shè)施及消納能力卻嚴(yán)重不足，與其他垃圾混收混運(yùn)現(xiàn)象也時(shí)有 發(fā)生[16]，這種停留在表面并未貫穿整個(gè)垃圾分類(lèi)處理鏈條的現(xiàn)象，極大程度降低民眾對(duì)垃圾分類(lèi)的信心與積極性，不利于垃圾分類(lèi)的廣泛推進(jìn)。

目前各類(lèi)文獻(xiàn)或新聞報(bào)道中對(duì)于“廚余垃圾”、“餐廚垃圾”等概念通常沒(méi)有明確區(qū)分，容易造成混淆。來(lái)自居民廚房的家庭廚余垃圾、來(lái)自餐廳和食堂的餐廚垃圾以及來(lái)自菜場(chǎng)的果蔬垃圾都屬于“易腐垃圾”，即易腐爛的、含有機(jī)質(zhì)的生活垃圾。

本文所涉及的廚余垃圾是指除餐廚垃圾之外的易腐垃圾，包括居民生活中產(chǎn)生的食物殘余、吃剩的食物和來(lái)自菜場(chǎng)的果蔬垃圾。中國(guó)廚余垃圾一方面來(lái)源分散，相對(duì)較難單獨(dú)管理，另一方面產(chǎn)生量大，是“濕垃圾”中占比最大的類(lèi)別。2018年中國(guó)易腐垃圾產(chǎn)生量達(dá)到 1.08億t[17]。 深圳市僅來(lái)自家庭廚房的廚余垃圾占易腐垃圾比例就高達(dá)73%[18]，2020年5月廣州市廚余垃圾清運(yùn)量達(dá) 1120 t/d[19]。

表2[20-22]為餐廚垃圾和廚余垃圾的物化特性對(duì)比，其中廚余垃圾數(shù)據(jù)基于 2020 年北京市海淀區(qū)大工村廚余垃圾處理廠采樣測(cè)得。 與來(lái)自餐飲單位的餐廚垃圾相比，廚余垃圾在水、油、鹽的含量上具有較大差異。廚余垃圾含水率達(dá)75% 以上，而餐廚垃圾含水率更高，一般在90% 左右。廚余垃  圾中油脂、鹽（氯化鈉）含量相對(duì)較低，這一方面是因?yàn)榧彝ヅ腼兯玫挠秃望}相比于餐廳來(lái)說(shuō)較少，另一方面是由于廚余垃圾中存在較高比例的水果和蔬菜等廢棄物，降低了垃圾整體的蛋白質(zhì)、油脂和鹽的含量。

表2   餐廚垃圾和廚余垃圾物化特性比較

現(xiàn)有的廚余垃圾處理技術(shù)可分為生物法、物理 法、化學(xué)法等，具體的處理技術(shù)包括破碎直排處理技術(shù)、厭氧處理技術(shù)、蚯蚓堆肥技術(shù)、微生物菌體處理技術(shù)、飼料化處理技術(shù)、焚燒處理技術(shù)、制肥處理 技術(shù)等。目前應(yīng)用最普遍的是厭氧消化技術(shù)，以廣州市為例，到2020年已建成運(yùn)營(yíng)2200t/d的廚余垃圾處理設(shè)施，其中采用厭氧發(fā)酵技術(shù)的處理能力達(dá) 2000 t/d，采用高溫好氧制腐殖酸技術(shù)的處理能力 達(dá)200 t/d[19]。 此外，堆肥、腐生生物處理、機(jī)械處理 等也是常見(jiàn)的廚余垃圾處理手段。

當(dāng)前廚余垃圾的處理仍面臨諸多問(wèn)題。從處理能力來(lái)講，廚余垃圾處理設(shè)施一般由部分餐廚垃圾處理設(shè)施改建而成，而全國(guó)城市餐廚垃圾每年都僅有12% 得到了資源化及無(wú)害化處理[20]。以北京為例，現(xiàn)有 23 座餐廚垃圾處理設(shè)施，處理能力為 2700 t/d，垃圾分類(lèi)后日產(chǎn)餐廚垃圾的量在6500 t/d以上[21]，易腐垃圾整體處理能力還存在較大缺口。從政策層面來(lái)講，對(duì)處理技術(shù)規(guī)范不明確或認(rèn)識(shí)不正確的情形普遍存在。

 表 3 總結(jié)了深圳、上海、北京及杭州這4個(gè)典型城市所發(fā)布政策條例中與廚余垃圾相關(guān)的內(nèi)容，可以看出，產(chǎn)沼、堆肥等傳統(tǒng)生化處理技術(shù)還是各個(gè)地方用于廚余垃圾處理的主要推薦技術(shù)，這些技術(shù)成熟度高、資源化利用率高、大型工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)豐富。但目前產(chǎn)沼技術(shù)產(chǎn)生的沼渣和沼液處理難度較大，堆肥技術(shù)的產(chǎn)品后端出路較窄，造成這些技術(shù)整體的處理效果不佳且成本偏高。因此，因地制宜研發(fā)出減量化顯著、資源化程度高的處理技術(shù)，并對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行工藝優(yōu)化是廚余垃圾處理的當(dāng)務(wù)之急。

表3    中國(guó)部分省市地區(qū)廚余垃圾處理相關(guān)政策

厭氧消化技術(shù)，即在無(wú)氧或缺氧條件下，厭氧微生物將廚余垃圾等有機(jī)廢棄物中有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解利用并轉(zhuǎn)化為CH4、CO2、微生物細(xì)胞等物質(zhì)的生 物化學(xué)過(guò)程。在實(shí)現(xiàn)廚余垃圾減量化的同時(shí)可以產(chǎn)生 H2 與 CH4 等能源，由于具有反應(yīng)效率高、動(dòng)力消耗低、實(shí)現(xiàn)沼氣能源回收、制備高附加值副產(chǎn)物等優(yōu)勢(shì)，是目前常用的有機(jī)廢棄物處理方法之一。隨著垃圾分類(lèi)政策不斷推進(jìn)落實(shí)，針對(duì)廚余垃圾的厭氧消化技術(shù)在2020年取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，下面就技術(shù)研究突破、工程案例進(jìn)展和相關(guān)問(wèn)題剖析等角度進(jìn)行回顧。

廚余垃圾厭氧消化預(yù)處理手段的開(kāi)發(fā)是現(xiàn)階段研究的一項(xiàng)重點(diǎn)。北京工商大學(xué)劉伊等[22]采用高溫濕熱預(yù)處理廚余垃圾，目的是提高廚余垃圾中大分子有機(jī)質(zhì)的溶解性，進(jìn)而促進(jìn)廚余垃圾的資源利用率和生化處理潛能。而蘭州交通大學(xué)Zhen等[23]采用微氧預(yù)處理的方式，促進(jìn)微生物對(duì)小分子有機(jī)物的利用和分解，提高了廚余垃圾厭氧消化的產(chǎn)氣效率，縮短了消化時(shí)間。清華大學(xué)蔣建國(guó)等[24]針對(duì)廚余垃圾 C/N較低、營(yíng)養(yǎng)元素不均衡等特征，導(dǎo)致厭氧消化體系揮發(fā)性有機(jī)酸和氨氮的累積、降低CH4 產(chǎn)率等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了超聲、堿熱、微波等基質(zhì)預(yù)處理手段，強(qiáng)化廚余垃圾中蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等大分子有機(jī)物溶出分解，有效提高后續(xù)厭氧消化的效率，且有助于提高反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)沼速率，在較短時(shí)間內(nèi)釋放產(chǎn)氣潛能。

另一方面，將廚余垃圾與其他有機(jī)廢棄物混合共消化，其不同基質(zhì)間對(duì)產(chǎn)沼的協(xié)同效應(yīng)也不容忽視。

江南大學(xué)趙明星等[25]發(fā)現(xiàn)將廚余垃圾、餐廚垃圾、果蔬垃圾按照 5∶2∶3 的比例混配進(jìn)行共消化， 累積CH4 產(chǎn)量和 CH4 含量相較于廚余垃圾單一消化，分別從279.09 mL/g VS 和 50. 12% 提升到了354.51 mL/g VS 和57.66%，有著明顯的協(xié)同促進(jìn)作用。

西安建筑科技大學(xué)王曉昌等[26]也利用廚余垃圾和牛糞的共消化，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、高速地產(chǎn)沼，在300 d 以上的半連續(xù)生物反應(yīng)器運(yùn)行中，累積甲烷產(chǎn)量達(dá)到441 mL/g VS，且未發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性脂肪酸的累積。

而廚余垃圾和市政污泥的共消化，同被Avn Insitute of Engineering and Technology 的Var? sha 等[27]證明可有效規(guī)避了在單一厭氧消化中廚余垃圾 pH 緩沖能力弱、市政污泥可生化性較差的弊端，混合物料的 C/N 比合適、pH 值穩(wěn)定，共消化有效對(duì)累積產(chǎn)甲烷量和生物降解性均有協(xié)同促進(jìn)作用。圖 2 展示了廚余垃圾、餐廚垃圾、果蔬垃圾共消化的協(xié)同作用。

北京科技大學(xué)汪群慧等[28]通過(guò)引文數(shù)據(jù)庫(kù)的文獻(xiàn)計(jì)量分析研究，識(shí)別出共消化處理技術(shù)也是廚余垃圾厭氧消化技術(shù)現(xiàn)階段以及未來(lái)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

圖2   廚余垃圾、餐廚垃圾、果蔬垃圾共消化的協(xié)同作用

隨著全國(guó)范圍內(nèi)垃圾分類(lèi)工作的推進(jìn)，末端廚余垃圾的處理處置設(shè)施也在逐年發(fā)展，國(guó)內(nèi)已建和在建廚余垃圾厭氧消化工程案例較多，以“預(yù)處理—干式厭氧消化”“預(yù)處理—濕式厭氧消化”“預(yù)處理— 生物水解 — 濕式厭氧消化”等工藝流程為主[29]。但值得注意的是，目前已建的廚余垃圾厭氧消化工程很多是依托原有餐廚垃圾處理設(shè)施進(jìn)行改建運(yùn)行。

例如，上海老港濕垃圾處理項(xiàng)目，處理規(guī)模為1000 t/d，其中餐飲垃圾400 t/d，廚余垃圾 600 t/d，針對(duì)濕垃圾中餐飲、廚余垃圾的不同特性，確定餐飲垃圾采用“預(yù)處理+厭氧消化”，廚余垃圾采用“預(yù)處理+干式厭氧消化”的工藝路線，項(xiàng)目沼氣產(chǎn)生量可達(dá)到 50000 Nm3/d[30]。類(lèi)似地，其他很多已建和在建項(xiàng)目，針對(duì)廚余垃圾，均采用“預(yù)處理+干 式厭氧消化”的主體工藝，采用水平推流式或者立式設(shè)備，這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備成熟穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)氣量高[32]。 

例如，青島廚余垃圾項(xiàng)目的處 理規(guī)模為500 t/d，其主要設(shè)施包括了廚余垃圾預(yù)處理、干式厭氧消化、沼渣脫水、沼渣干化、沼氣凈化 及利用、除臭系統(tǒng)等；

杭州天子嶺處理規(guī)模200 t/d 的廚余垃圾項(xiàng)目、北京市豐臺(tái)區(qū)生活垃圾循環(huán)經(jīng)濟(jì) 園處理規(guī)模 300 t/d 的廚余垃圾項(xiàng)目等也采用類(lèi)似 的工藝路線。 

另外，上海松江濕垃圾處理項(xiàng)目和上 海嘉定濕垃圾處理項(xiàng)目等則采用了“預(yù)處理—生物 水解—濕式厭氧消化”的主體工藝。

 圖3為上海老 港濕垃圾處理項(xiàng)目[33]、杭州天子嶺廚余垃圾處理項(xiàng) 目[34]、上海嘉定是垃圾處理項(xiàng)目工藝路線[35]。

圖3   上海老港濕垃圾處理項(xiàng)目、杭州天子嶺廚余垃圾處理項(xiàng)目、上海嘉定是垃圾處理項(xiàng)目工藝路線

目前，廚余垃圾的厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用仍面臨一些問(wèn)題，主要包括廚余垃圾的顆粒較大，且存在一部分木質(zhì)纖維素等難以被生物降解或利用的組分；厭氧消化系統(tǒng)易出現(xiàn)氨氮抑制現(xiàn)象，降低系統(tǒng)的產(chǎn)氣效率；產(chǎn)甲烷菌生產(chǎn)周期長(zhǎng)，消耗有機(jī)酸的能力有限，當(dāng)系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，容易出現(xiàn)酸化現(xiàn)象等[36]。

而在應(yīng)用方面，一些地方為了盡快消納廚余垃圾，依托原有餐廚垃圾濕式厭氧消化處理設(shè)施進(jìn)行 廚余垃圾的厭氧消化，但廚余垃圾與餐廚垃圾相比，含水率、含油率、含鹽率較低，預(yù)處理和厭氧消化工藝的選擇有明顯差異，因此直接采用餐廚垃圾厭氧消化工藝與設(shè)施處理廚余垃圾還存在較大問(wèn)題。另一方面，廚余垃圾厭氧消化產(chǎn)生的沼氣和沼渣的出路問(wèn)題需要進(jìn)一步考慮，沼氣常被直接用作發(fā)熱發(fā)電，喪失了其富含甲烷可進(jìn)行高值化利用的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)有利用價(jià)值較低；而沼渣也常被直接脫水后焚燒，未拓展其利用途徑，未來(lái)可考慮將具有環(huán)境安全性的厭氧消化沼渣經(jīng)過(guò)高溫堆肥后制備沼 渣源有機(jī)肥，提高沼渣的資源化利用程度。

廚余垃圾堆肥處理（肥料化處理）主要包括好氧堆肥及厭氧堆肥2種。好氧堆肥是指在有氧條件下微生物通過(guò)新陳代謝作用降解廚余垃圾中的有機(jī)物，使垃圾最終達(dá)到穩(wěn)定化無(wú)害化狀態(tài)的過(guò)程，堆肥剩余物經(jīng)調(diào)節(jié)達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后可作為土壤肥料或土壤調(diào)節(jié)劑。厭氧堆肥則是在厭氧情況下對(duì)廚余垃圾中的有機(jī)物進(jìn)行降解。目前普遍應(yīng)用 的是好氧堆肥技術(shù)，具有技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單、二次污染小等優(yōu)勢(shì)。

盡管廚余及餐廚垃圾的堆肥處理已是較為完備和成熟的技術(shù)，但其過(guò)程優(yōu)化與效率提升仍然是學(xué)界廣泛關(guān)注的問(wèn)題，2020 年這一技術(shù)取得了一系列全新的研究進(jìn)展。

張春燕等[37]研究了竹炭添加對(duì)廚余垃圾好氧堆肥過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)竹炭可以增加堆肥高溫持續(xù)時(shí)間，提高有機(jī)物的降解率和堆 肥產(chǎn)品的腐熟程度。

余培斌等[38]為解決高溫好氧 堆肥過(guò)程中可用菌劑較少的問(wèn)題，從完全腐熟的餐廚垃圾有機(jī)肥中篩選、富集培養(yǎng)和分離純化了對(duì)淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)及油脂具有更強(qiáng)分解能力的菌株，制作成復(fù)合菌劑，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合菌劑能明顯縮短堆肥周期（約40%），而且將餐廚垃圾降解率提高了31%。

Chen等[39]將餐廚垃圾與污水污泥進(jìn)行協(xié)同好氧堆肥，研究了抗生素對(duì)水解酶活性和微生物群落的影響，發(fā)現(xiàn)5 mg/kg 的抗生素會(huì)降低纖維素酶的活性，增加脂肪酶和蛋白酶的活性，pH和溫度是影響微生物群落演替的最重要因素，其次是餐廚垃圾和污泥的共同堆肥過(guò)程中的總氮和水分含量（圖 4[39]）。

圖4   餐廚垃圾與污泥協(xié)同好氧堆肥

好氧堆肥處理技術(shù)已有較為成熟的應(yīng)用。以北京市為例，海淀區(qū)餐廚廚余垃圾處理廠采用好氧制肥工藝結(jié)合漿液厭氧發(fā)酵工藝處理系統(tǒng)，其技術(shù)路線如圖5[40]所示，主工藝為有機(jī)廢物生物強(qiáng)化腐殖化和控氧制肥，將餐廚垃圾固相中的營(yíng)養(yǎng)成分快速降解為生物腐植酸，輔助工藝采用高濃度有機(jī)液 相厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣可供給鍋爐燃燒回用于工藝 用熱，實(shí)現(xiàn)沼氣的自身循環(huán)利用[40]。朝陽(yáng)區(qū)高安屯餐廚垃圾處理廠設(shè)計(jì)餐廚垃圾處理規(guī)模400 t/d，采用高溫好氧發(fā)酵處理工藝，得到有機(jī)肥料及飼料終 產(chǎn)品。大興區(qū)贏海鎮(zhèn)南宮堆肥廠采用好氧式高溫 堆肥發(fā)酵技術(shù)，依靠微生物發(fā)酵，將有機(jī)物降解為 CO2、H2O 和 NH3，或?qū)ζ溥M(jìn)行半腐殖化處理。原設(shè)計(jì)處理能力為每天 400 t，經(jīng)過(guò) 2008 年、2009 年和 2014 年 3 次工藝改進(jìn)，處理能力已經(jīng)提升至每天2000 t 以上。

圖5   海淀區(qū)餐廚廚余垃圾處理廠工藝流程

目前堆肥處理技術(shù)存在的問(wèn)題是預(yù)處理過(guò)程相對(duì)復(fù)雜、占地較大、處理周期較長(zhǎng)。此外，堆肥技術(shù)受垃圾成分的制約很大，廚余垃圾需要經(jīng)過(guò)脫水或與園林、農(nóng)業(yè)廢物等混合后才適合進(jìn)行好氧堆肥處理。在堆肥過(guò)程中還容易產(chǎn)生臭氣及有機(jī)質(zhì)含量較高的滲濾液，垃圾無(wú)害化程度有限，需要進(jìn)一步通過(guò)調(diào)整微生物群落、生物除臭塔除臭等方式來(lái) 減小環(huán)境危害。

生物干化技術(shù)是一種由堆肥技術(shù)發(fā)展而來(lái)的 垃圾預(yù)處理技術(shù)，其核心為2大過(guò)程：一是利用好 氧微生物生命活動(dòng)釋放的熱量將水分汽化，二是通過(guò)通風(fēng)對(duì)流的方式將水分帶出。該技術(shù)可在不消耗外源熱能的情況下提高垃圾低位熱值、穩(wěn)定部分有機(jī)物，且持續(xù)時(shí)間較短，利于降低含水率和垃圾減量，為后續(xù)進(jìn)一步處理打下基礎(chǔ)。自國(guó)內(nèi)推行垃圾分類(lèi)政策以來(lái)，廚余垃圾量大幅增長(zhǎng)，由于其有 機(jī)物含量較高，利于好氧微生物生長(zhǎng)，因此生物干 化技術(shù)展示出較大潛力，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究。生物干化設(shè)備、物料配比及性質(zhì)、運(yùn)行工藝 參數(shù)成為該項(xiàng)技術(shù)的幾大焦點(diǎn)。

大連泰達(dá)環(huán)保有限公司[41]對(duì)生物干化反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)，強(qiáng)化了物料混勻、物料粉碎以及生物反應(yīng)的效果；

清華大學(xué)蔣建國(guó)等針對(duì)傳統(tǒng)生物干化技術(shù)所存在的降解效率低、發(fā)酵周期過(guò)長(zhǎng)，資源化利用率較低且成本高的問(wèn)題，發(fā)明了一種輔熱強(qiáng)化廚余垃圾快速生物干化技術(shù)，通過(guò)分段式反應(yīng)設(shè)計(jì)和嗜熱菌的添加快速去除水分，含水率可在24h內(nèi)從80% 降低到30%，減量化率達(dá)到70% 以上；

北京大學(xué)張智燁等[42]對(duì)添加輔料對(duì)廚余垃圾生物干化的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明添加不同輔料對(duì)廚余垃圾生物干化過(guò)程中揮發(fā)性固體降解率產(chǎn)生影響，且降解主要的貢獻(xiàn)組分也不同。添加輔料對(duì)生物干化過(guò)程后廚余垃圾的燃燒特性也有所提高；

國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司[43]則對(duì)廚余垃圾的燃燒特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明廚余垃圾燃燒反應(yīng)可分為低溫段、主要反應(yīng)階段和高溫階段，并對(duì)主要燃燒階段成功采用一級(jí)反應(yīng)進(jìn)行了擬合；

清華大學(xué)向虹霖等[44]研究了工藝運(yùn)行參數(shù)對(duì)于廚余垃圾生物干化的影響，結(jié)果表明通風(fēng)量較高時(shí)能夠更快提高水的去除量，但通風(fēng)量增大會(huì)加大熱量損失，微生物降解產(chǎn)生的熱量難以支持水分蒸發(fā)所需的熱量，將導(dǎo)致反應(yīng)無(wú)法保持高溫狀態(tài)；

北海道大學(xué) Ham 等[45]發(fā)現(xiàn)基質(zhì)中有機(jī)物含量對(duì)生物干化的影響也出現(xiàn)了和通風(fēng)量相似的趨勢(shì)：基質(zhì)中有機(jī)物含量較高利于微生物的生命活動(dòng)，但含量進(jìn)一步增加會(huì)導(dǎo)致微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生較多水分，不利于生物干化效果；

因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中需要持續(xù)監(jiān)控運(yùn)行條件和基質(zhì)性質(zhì)變化，以保證更好的生物干化效果。 圖6對(duì)比了2種生物干化設(shè)備工藝[41,46]。

圖6   兩種生物干化設(shè)備

生物干化技術(shù)處理后的廚余垃圾實(shí)現(xiàn)了減量化且大幅降低含水率，其再利用的范圍被大大拓寬，制備垃圾衍生燃料、二次發(fā)酵制備肥料、作土壤改良劑等資源化途徑被廣泛研究。

江蘇維爾利公司聯(lián)合清華大學(xué)[47]采用機(jī)械生化處理技術(shù)（EMBT， eco-mechanical biological treatment）對(duì)廚余垃圾進(jìn)行處理。項(xiàng)目占地約5000m2，平均垃圾處理成本約140元/t，由此制備出包括生物水解系統(tǒng)固相物料、生物干化后高熱值物料和機(jī)械預(yù)處理分選出的高熱值塑料、織物 3種垃圾衍生燃料（RDF）。該項(xiàng)目工藝流程圖和干化設(shè)備如圖7、圖8所示。

圖7   某EMBT項(xiàng)目工藝流程

圖8   某EMBT項(xiàng)目生物干化設(shè)備

生物干化技術(shù)還存在一些問(wèn)題亟待解決：

（ 1） 廚余垃圾含水量較高，采用傳統(tǒng)生物干化通風(fēng)方式難以保證通風(fēng)效果，因此需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)相應(yīng)設(shè)備，優(yōu)化工藝參數(shù)；

（2） 廚余垃圾不均勻，導(dǎo)致其垃圾衍生燃料的力學(xué)性質(zhì)、燃燒特性不穩(wěn)定等；

（3） 隨著垃圾分類(lèi)政策的推進(jìn)，廚余垃圾量將大量增長(zhǎng)，如何盡量減小其占地面積、縮短其作用時(shí)間并且提高其減量效果成為重中之重。

蠅、虻、蚯蚓、蟑螂等體內(nèi)含有蛋白酶、淀粉酶等多種消化酶，利用這些腐生動(dòng)物對(duì)廚余垃圾中的有機(jī)物進(jìn)行分解并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化處理，產(chǎn)生的蟲(chóng)體富含脂肪和蛋白以及動(dòng)物生長(zhǎng)必需營(yíng)養(yǎng)元素，可以作為動(dòng)物飼料來(lái)源。同時(shí)，代謝廢物也可作為肥料改善土壤狀況（圖9）。

圖9   腐生生物處理廚余垃圾與資源化利用

美洲大蠊俗稱(chēng)蟑螂，在全球分布極廣，體蛋白質(zhì)含量高達(dá)70%，蟲(chóng)體和卵莢可做高蛋白飼料，對(duì)動(dòng)物有促消化、增強(qiáng)免疫的效果。近年來(lái)，美洲大蠊機(jī)體成分進(jìn)行生物制藥逐漸成為研究熱點(diǎn)。利用美洲大蠊生命力頑強(qiáng)、腐食性的特點(diǎn)可將其作為 分解廚余垃圾的工具，通過(guò)高密度的養(yǎng)殖處理廚余垃圾，可實(shí)現(xiàn)無(wú)害化與減量化[48]。山東濟(jì)南某蟑螂養(yǎng)殖場(chǎng)，目前養(yǎng)殖規(guī)模為10億只，每日可消耗50 t廚余垃圾。蟑螂蟲(chóng)體可作為畜禽飼料的蛋白質(zhì)來(lái)源，也可以作為魚(yú)飼料。同時(shí)蟑螂糞便收集之后可以作為有機(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。每噸處理費(fèi)用政府補(bǔ)貼208元，年生產(chǎn)蛋白飼料約1200t，固定資產(chǎn)投資約為30萬(wàn)/t，目前蛋白飼料市場(chǎng)價(jià)約3200元/t，收益可觀。

蠅蛆（家蠅的幼蟲(chóng)）可提煉出抗菌活性蛋白和復(fù)合氨基酸，是極具開(kāi)發(fā)潛力的新型的蛋白類(lèi)免疫增強(qiáng)劑。風(fēng)干蠅蛆的粗蛋白質(zhì)含量可達(dá)60%左右，氨基酸總量占干物質(zhì)總量的50% 以上，必需氨基酸占總氨基酸含量的43％以上，可作為一種高 質(zhì)量的動(dòng)物性蛋白質(zhì)資源，在畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有廣闊應(yīng)用前景。從蠅蛆中提取抗菌肽、幾丁質(zhì)以及蛆油物質(zhì)也成為新的研究熱點(diǎn)[49]。Niu[50]等利用 蠅蛆處理廚余垃圾，發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件下1.5g家蠅卵在4d內(nèi)便可處理700g廚余垃圾，家蠅卵和廚余垃圾的質(zhì)量比約為1/467，廚余垃圾消耗量約為 43%。減量處理后的殘?jiān)勺鳛閮?yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，得到的干蛆質(zhì)量達(dá)到53.08 g，其中蛋白質(zhì)含量達(dá)57% 左右，油脂含量達(dá)15% 左右。蠅蛆的蛋白具有藥用價(jià)值，可用于醫(yī)藥生產(chǎn)和動(dòng)物飼料生產(chǎn)，油脂部分經(jīng)轉(zhuǎn)化后可得到生物柴油，產(chǎn)率約為87%。

蚯蚓的主要化學(xué)成分為蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)，可以作為動(dòng)物的飼料。蚯蚓又稱(chēng)為“地龍”，中醫(yī)認(rèn)為其具有藥用價(jià)值，其體內(nèi)的提取物在抗氧化、抗菌消炎以及促進(jìn)創(chuàng)傷修復(fù)方面有獨(dú)特的效果。蚯蚓糞富含大量的微生物及有機(jī)物，病原微生物少，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、花卉培養(yǎng)和土壤改良 中。在家庭陽(yáng)臺(tái)或庭院利用蚯蚓對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行分散式的處理已有很多報(bào)道。 蚯蚓每天可以處理等同于自身重量的廚余垃圾同時(shí)可以排出大約 1~ 2 倍重量的蚯蚓糞。有報(bào)道稱(chēng)“1 kg 蚯蚓大約有 2000 只，每天可以吃掉大約1kg廚余垃圾，相當(dāng)于一個(gè)3口之家每天產(chǎn)生的廚余垃圾的數(shù)量?！盚us? sain 利用蚯蚓對(duì)廚余垃圾和秸稈的混合物進(jìn)行堆肥，經(jīng)過(guò)45d處理后，堆肥產(chǎn)物的養(yǎng)分含量顯著提高，各項(xiàng)理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)狀況均優(yōu)于原始廚余垃圾，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，廚余垃圾和水稻秸稈的最佳質(zhì)量比為 2∶3，廚余垃圾過(guò)多會(huì)對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)具有負(fù)面影響[51]。

黑水虻幼蟲(chóng)取食范圍非常廣泛，其幼蟲(chóng)具有腐生性，能夠轉(zhuǎn)化處理包括人畜糞便、食物殘?jiān)?、市政有機(jī)廢棄物。黑水虻幼蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，干重高達(dá) 42% 左右，干物質(zhì)中的粗蛋白質(zhì)含量高達(dá)32%~52%，與豆粕的蛋白含量相近，粗脂肪含量高達(dá)31%~38%，同時(shí)富含支持動(dòng)植物生長(zhǎng)必需元素以及粗纖維、月桂酸、抗菌物質(zhì)和甲殼素等物質(zhì)。黑水虻幼蟲(chóng)干燥粉碎后可替代魚(yú)粉喂養(yǎng)家禽、魚(yú)等經(jīng)濟(jì)動(dòng)物（粟穎）。黑水虻處理廚余垃圾工藝的資源化程度高，廣東某黑水虻處理基地10t的廚余垃圾可生產(chǎn)2t的幼蟲(chóng)和1t的蟲(chóng)糞，只剩4%~5% 的剩余物，均是混雜在廚余垃圾中的塑料、木竹等無(wú)法采食的物質(zhì)。該項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用約為10 萬(wàn)~35萬(wàn)元/t，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約為90元/t。遠(yuǎn)低于主流厭氧消化項(xiàng)目的建設(shè)費(fèi)用（40 萬(wàn) ~52萬(wàn)元/t）及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用（270~300元/t）。烘干后的黑水虻幼蟲(chóng)和蟲(chóng)糞目前市場(chǎng)價(jià)分別為6000元/t和500元/t[52]。

黑兵蠅是一種常見(jiàn)的熱帶和亞熱帶昆蟲(chóng)，對(duì)不同的環(huán)境條件具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，其幼蟲(chóng)一方面可以同化水果蔬菜以及動(dòng)物糞便等有機(jī)廢料，另一方面通過(guò)黑兵蠅收獲生物質(zhì)中含有脂類(lèi)、蛋白質(zhì)和必需營(yíng)養(yǎng)元素[53]。黑兵蠅體內(nèi)的飽和脂肪含量高達(dá) 67%，遠(yuǎn)高于大豆飽和脂肪含量的11%和棕櫚油飽 和脂肪含量的37%[54]，目前已有大量關(guān)于黑兵蠅幼 蟲(chóng)制備生物燃油工藝的研究[55]。

利用腐生動(dòng)物安全高效地處理廚余垃圾目前還存在一些技術(shù)問(wèn)題：昆蟲(chóng)飼料的成分難以保持一致性，廚余垃圾的水分含量、營(yíng)養(yǎng)成分、微生物安全性以及有機(jī)污染物等關(guān)鍵參數(shù)均是需要考慮的問(wèn)題[56]；昆蟲(chóng)培養(yǎng)條件的適宜技術(shù)參數(shù)需要進(jìn)一步探索，例如黑水虻人工養(yǎng)殖對(duì)養(yǎng)殖溫度要求均較高，從而限制了其在低氣溫地區(qū)的發(fā)展，人工養(yǎng)殖黑水虻存在黑水虻幼蟲(chóng)過(guò)小、黑水虻蛹羽化率低等問(wèn)題[57]；腐生動(dòng)物養(yǎng)殖技術(shù)穩(wěn)定性、產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立均是需要進(jìn)一步克服的技術(shù)問(wèn)題 。

通過(guò)物理機(jī)械手段對(duì)廚余垃圾進(jìn)行預(yù)處理，有助于廚余垃圾更高效地實(shí)現(xiàn)減量化和資源化。目前國(guó)內(nèi)外研究和推廣較多的物理預(yù)處理技術(shù)主要包括粉碎直排和機(jī)械壓榨。廚余垃圾經(jīng)過(guò)物理手段預(yù)處理后的粒度變細(xì)可實(shí)現(xiàn)固體和漿體液的高效分離，可通過(guò)家庭下水排放進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，或通過(guò)制成垃圾衍生燃料、堆肥以及厭氧發(fā)酵等技術(shù)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。

粉碎直排是指在廚房下水口安裝粉碎裝置，將廚余垃圾粉碎后直接排放到下水道，隨后進(jìn)入市政污水處理系統(tǒng)。目前，全球超過(guò)90個(gè)國(guó)家使用廚余垃圾粉碎機(jī)。其中，美國(guó)、新西蘭和澳大利亞分別有94%、30% 和20% 的城市使用了廚余垃圾破碎 機(jī)。在美國(guó)平均50%美國(guó)家庭安裝了廚余垃圾粉碎機(jī)，有80%的新建住房將廚房垃圾粉碎機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)配件。粉碎直排技術(shù)將廚余垃圾從固廢處理 系統(tǒng)轉(zhuǎn)入污水處理系統(tǒng)，有利于污水處理廠通過(guò)厭氧消化回收能源物質(zhì)。同時(shí)減少了至少1/3的生活 垃圾，降低了清運(yùn)次數(shù)和垃圾處理負(fù)荷，進(jìn)而節(jié)省 了垃圾處理費(fèi)用，降低了垃圾填埋場(chǎng) CH4 的排放 量[58]。Zan等[59]評(píng)估了廚余垃圾粉碎直排技術(shù)對(duì)相 關(guān)污水處理廠污水處理網(wǎng)絡(luò)的影響，發(fā)現(xiàn)廚余垃圾 處理器的使用對(duì)生活污水處理廠的處理能力和水質(zhì)影響有限，廚余垃圾粉碎直排系統(tǒng)有利于城市廢物管理。

粉碎直排技術(shù)在中國(guó)的推廣存在以下問(wèn)題：粉碎設(shè)備成本較高，在收入較低的家庭推廣難度較大；粉碎設(shè)備處理能力受限，可能造成家庭下水道堵塞；污水流速過(guò)低導(dǎo)致破碎廚余垃圾在污水管網(wǎng) 中沉積而產(chǎn)生厭氧發(fā)酵、大量產(chǎn)氣等問(wèn)題[60]；管網(wǎng)中的廚余垃圾油脂可能會(huì)在低溫條件下凝固導(dǎo)致管道堵塞；破碎廚余垃圾進(jìn)入污水廠可能會(huì)增加預(yù)處理系統(tǒng)負(fù)荷和運(yùn)維難度[61]。廚余垃圾粉碎機(jī)處理技術(shù)只適合廚余垃圾產(chǎn)生源相對(duì)分散，產(chǎn)生量少，且住宅設(shè)施條件好的場(chǎng)合，現(xiàn)階段不宜大面積推廣應(yīng)用[62]。

廚余垃圾機(jī)械壓榨技術(shù)通過(guò)壓榨預(yù)處理設(shè)備 將廚余垃圾中的漿化料擠壓，實(shí)現(xiàn)了干濕分離的目的。圖10展示了中大型壓榨預(yù)處理和漿化料處理減量站的工作流程。壓榨預(yù)處理單元是整個(gè)工藝 技術(shù)預(yù)處理系統(tǒng)的核心組成部分，通過(guò)高壓將廚余垃圾快速分類(lèi)為壓榨渣、漿化料兩部分產(chǎn)物，能夠較好地實(shí)現(xiàn)分質(zhì)分類(lèi)處理效果，并能夠有效提升后續(xù)處理效率。機(jī)械壓榨預(yù)處理工藝流程為：板式給料機(jī)→多效分級(jí)裝置→磁選→破碎機(jī)→制漿機(jī)→ 一次壓榨→二次壓榨。具體是將廚余垃圾卸料進(jìn)入料斗后落入下方的給料機(jī)。通過(guò)給料機(jī)輸送進(jìn)入制漿機(jī)，漿料通過(guò)重力作用落入粉碎機(jī)下方的物 料緩沖池。存儲(chǔ)在緩沖池中的物料泵送至一次生 物壓榨機(jī)進(jìn)行第一輪粗壓榨。一次壓榨后分離出的有機(jī)漿液通過(guò)重力作用落入壓榨機(jī)下方的濃漿池緩存。

圖 10    中大型壓榨預(yù)處理+漿化料處理減量站

為了能最大限度地提取有機(jī)質(zhì)，可以將一次壓榨后的固體雜質(zhì)加熱后再進(jìn)行二次壓榨，二次  壓榨后分離出來(lái)的液相泵送至濃漿池緩存，剩余的固體雜質(zhì)直接重力落入二次生物壓榨機(jī)下方的除渣間。壓榨后固體部分（壓榨渣）含水率約30% 左右，可以進(jìn)一步制成垃圾衍生燃料或堆肥；漿化料部分含水率約85%~90%，可通過(guò)柱塞泵泵送至厭氧消化罐進(jìn)行厭氧反應(yīng)，回收能源實(shí)現(xiàn)資源化利用[62]。

廚余垃圾經(jīng)過(guò)壓榨實(shí)現(xiàn)固液分離，性狀更加穩(wěn)定，有利于有針對(duì)性地提高后續(xù)處理效能，“減量化、無(wú)害化和資源化”效益顯著。同時(shí)壓榨處理工 藝還存在初期投資大、占用一定土地面積、潛在的噪聲和臭氣污染等問(wèn)題。

2020年是中國(guó)垃圾分類(lèi)工作推進(jìn)開(kāi)展的關(guān)鍵之年，在生活垃圾強(qiáng)制分類(lèi)的背景下，大量廚余垃圾的分類(lèi)收集及其處理處置凸顯出的諸多問(wèn)題亟 待解決。本文圍繞著垃圾分類(lèi)政策推進(jìn)現(xiàn)狀、廚余垃圾的產(chǎn)生和處理出路以及廚余垃圾處理技術(shù)的研究熱點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)回顧，指出了當(dāng)前垃圾分類(lèi)政策、廚余垃圾的產(chǎn)生及特征等方面存在的認(rèn)識(shí)偏差，梳理并整合了廚余垃圾處理技術(shù)研究熱點(diǎn)和相關(guān)的工程案例，對(duì)2020年中國(guó)廚余垃圾處理技術(shù) 研發(fā)和應(yīng)用及其優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行闡述，相信在中國(guó)垃圾分類(lèi)工作的廣泛推進(jìn)下，能更好地促進(jìn)廚余垃圾末 端 處理和資源化設(shè)施設(shè)備的完善與更新，期待2021年廚余垃圾處理領(lǐng)域能取得更大的突破。

參考文獻(xiàn)（ References）

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