餐厨垃圾的处理方法综述

朱 芸，王丹阳，弓爱君，周陆军，张振星，刘茜宇

（北京科技大学化学与生物工程学院，北京 100083）

餐厨垃圾的处理方法综述

朱 芸，王丹阳，弓爱君，周陆军，张振星，刘茜宇

（北京科技大学化学与生物工程学院，北京 100083）

综合目前国内外餐厨垃圾处理的研究方法及应用实践，介绍了焚烧法、堆肥法、湿热处理法、生产生物柴油、发酵生产蛋白饲料、厌氧发酵产氢和高温炭化等方法，比较各种方法的优缺点，从而倡导使用对环境影响较小，且可实现餐厨垃圾处理的无害化、减量化、资源化的生物处理法。

餐厨垃圾；资源化；无害化；处理方法

餐厨垃圾因其有机物含量丰富，所以含有大量沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肝炎病毒等致病微生物［1］，传播疾病，危害人类健康。它极易变质腐败，孳生苍蝇、蚊子、蟑螂等害虫，若不及时正确处理，还可能产生二恶英等致癌物质，污染环境［2］，对人们的生活带来很大危害。从化学成分上分析，餐厨垃圾含有大量的淀粉、纤维素、蛋白质、脂质和无机盐等，营养丰富，这就使得餐厨垃圾同时具有废物与资源的双重特性。清华大学固体废物污染控制及资源化研究所的统计数据表明，我国城市每年产生餐厨垃圾6 000万t以上［3］。随着人民生活水平的提高，餐厨垃圾的产生量逐年递增［4］。目前我国存在着像人们熟知的“地沟油”和“垃圾猪”问题，都是餐厨垃圾非正规处置的产物。如何利用处理好餐厨垃圾成为当代科学研究的热点。

1 处理方法

对于家庭产生的较少量的餐厨垃圾，可以使用生化处理型餐厨垃圾处理机［5］。这种小型处理机是近年来国外兴起的可用来处理少量餐厨垃圾的机器。将催化剂加入餐厨垃圾中，通过搅拌使分解垃圾的细菌活化，数小时后将餐厨垃圾分解为水和CO2，达到餐厨垃圾无害化处理的目的。此外，还可将餐厨垃圾粉碎后与水混合排放到污水处理系统进行无害化处理［1］，或者统一分类回收处理。

而对于每天都会产生大量餐厨垃圾的餐饮单位、食堂等处，需要大规模集中处理。目前国内外主要采用的处理方法有焚烧、堆肥、湿热处理、生产生物柴油、蛋白饲料、厌氧发酵产氢、高温炭化处理等。

1.1 焚烧处理

目前，对于多数垃圾处理技术较落后或垃圾分类不严格的地方，通常餐厨垃圾会与生活垃圾一起焚烧处理。焚烧处理法对于垃圾减量化很有效，能够达到减量90%或更高［6］。对于一些技术较发达的地区，垃圾焚烧厂会利用垃圾焚烧产生的热量发电，以获得经济效益。但由于餐厨垃圾的特殊性质，垃圾焚烧处理会产生大量的有害气体，不能满足无害化的要求。对于霉变、严重变质和已被化学污染的餐厨垃圾则应采用焚烧法进行处理［1］。

1.2 堆肥

1.2.1 蚯蚓堆肥

蚯蚓本身是一种杂食性腐生生物，在其新陈代谢过程中会吞食大量有机物，并将其与土壤混合，通过砂囊的机械研磨作用和肠道中生化作用促进有机物分解转化［7］。蚯蚓消化道可分泌蛋白酶、脂肪分解酶、纤维分解酶、甲壳酶、淀粉酶等［8］，能有效分解餐厨垃圾，同时还能抑制堆肥过程中产生的臭味［9］。

1.2.2 密封式容器堆肥

美国的餐厨垃圾堆肥处理以密封式容器堆肥为主［10］。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［7］。密封式容器堆肥能有效减少因堆肥散发的酸臭味和由此孳生的害虫，是一种对周边环境影响较小的堆肥方式。它常常连接一个可以除去在堆肥初期产生的挥发性脂肪酸（VFA）的生物过滤装置，以进一步降低对环境的影响。

1.2.3 厌氧堆肥

餐厨垃圾经过分拣、粉碎等预处理之后，可用于厌氧发酵。在厌氧发酵过程中，首先利用厌氧菌将多糖、蛋白质、脂质等有机物水解，再由产醋酸细菌，如胶醋酸菌和某些梭状芽孢杆菌将高级脂肪酸分解为醋酸和氢，最后由甲烷菌将醋酸分解，生成CH4和CO2［11］。发酵后的固体物质中含有氮、磷、钾等适于农作物生长的元素，可加工后作为肥料，而以甲烷为主的发酵气体通过净化装置除杂质，所得的甲烷可送到发电系统进行发电［12］。餐厨垃圾的厌氧发酵可以实现充分的资源化。

1.3 湿热处理

湿热处理是在含水环境中通过热水解反应处理餐厨垃圾，使其结构和性能发生物理化学变化，促进固体脂肪溶出的方法［13］。反应完成后，上层为油相，下层为固相。固相可通过过滤后处理，最终可制成饲料或肥料，而上层油脂也可进一步回收利用。与其他方法相比，它不仅实现了资源化，而且更容易实现消毒灭菌［14］。

1.4 生产生物柴油

生物柴油是指动植物油脂通过酯交换反应生成的脂肪酸甲酯等低碳酯类物质。生物柴油是一种优质的可再生替代能源，与石化柴油相比，它可以使SO2等硫化物的排放量减少约30%，使CO2等温室气体的排放量减少60%［15］。餐厨垃圾粗加工提炼垃圾油后，加入甲醇和催化剂浓H2SO4发生酯交换反应，经过静置沉淀分层并清洗，除甲醇后干燥除水，即得生物柴油成品。

目前，国际上利用餐厨垃圾生产生物柴油的方法还有超临界甲醇法［16］和生物酶法［17］。超临界甲醇法无需催化剂，无副产物产生，利用甲醇在超临界状态下的特殊性质，可使酯交换反应在几分钟内完成。生物酶法则是加入高活性的生物酶作为催化剂催化反应发生，该方法对环境友好，且产物符合要求。

1.5 发酵生产蛋白饲料

该技术利用微生物发酵餐厨垃圾中的有机物，使其转化为高蛋白含量的产物以制成蛋白饲料。此方法处理餐厨垃圾的周期较短，产率高且耗能低，是一种比较理想的餐厨垃圾处理方法。可采用以2∶2∶l的黑曲霉、热带假丝酵母、枯草芽孢杆菌为混合菌剂，接种量1%，添加1．5%尿素，30℃发酵48 h后晾晒、烘干生产蛋白饲料［18］；也可以用餐厨垃圾乳酸发酵残渣，添加2.5%的尿素，30℃发酵3 h后晾晒、烘干制成蛋白饲料［19］。目前，已有利用此项技术处理餐厨垃圾的工厂建成使用［20］。

1.6 厌氧发酵产氢

传统的化学法产氢能耗大且成本高，而利用餐厨垃圾厌氧发酵产氢成本低廉，还可实现餐厨垃圾处理的无害化、减量化、资源化，被认为是最有发展前景的处理技术之一。厌氧发酵产氢通过发酵产氢微生物的生理代谢进行，发酵产氢的微生物主要有肠杆菌属（Enterobacter）、梭菌属（Clostridium）、埃希氏肠杆菌属 （Escherichia） 和杆菌属（Bacillus） 4大类［21］，在发酵过程中通过对有机物的脱氢作用，平衡氧化还原过程中的剩余电子，以保证代谢过程的顺利进行。其产氢途径主要分为3种：丙酮酸脱羧作用产氢（在丙酮酸脱氢酶和氢化酶的作用下重组）；甲酸裂解产氢；通过辅酶I（NADH或NAD+）的氧化还原平衡调节作用产氢［22］。

1.7 高温炭化处理

该技术是在400～500℃的高温和几乎无氧的条件下烧蒸餐厨垃圾废渣，再将产生的气体在800℃的高温下（二恶英在此温度下分解） 进行二次加温20 h，使餐厨垃圾变为炭化物。炭化物可被用作地板除湿剂、土壤改良剂、白蚁驱除剂和建材石板等，以实现餐厨垃圾处理的资源化［23］。

1.8 其他方法

1.8.1 固态发酵生产生物农药

餐厨垃圾的成分适于微生物的发酵，采用微生物发酵生产生物农药也成为当前的研究方向之一。目前最常用的菌种为苏云金芽孢杆菌（Bt），其有效成分为伴孢晶体或杀虫蛋白，伴孢晶体在昆虫的碱性肠道中能被活化形成δ－内毒素，破坏肠壁的上皮细胞，引起致死的败血病，从而造成昆虫全身麻痹致死。生物农药对人畜无害，对环境影响很小，是新型的绿色农药。用Bt固态发酵处理餐厨垃圾，设备要求较低，工艺简单，产品具有巨大的经济效益和应用前景，且可实现餐厨垃圾的无害化、资源化处置。

1.8.2 发酵产燃料酒精

该方法利用运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis 10225） 对餐厨垃圾进行发酵，以生产酒精［24］。

2 结论

由于餐厨垃圾易被微生物降解，目前主要集中在利用微生物发酵处理餐厨垃圾中各种可以利用的资源。生物处理法处理餐厨垃圾对环境的影响较小，且成本相对较低，可回收能源并产生对人类有益的二次产物，成为处理餐厨垃圾的主流方法。

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Overview of Food Residue Treatment Methods

Zhu Yun,Wang Danyang,Gong Aijun,Zhou Lujun,Zhang Zhenxing,Liu Xiyu
（School of Chemical and Biological Engineering,University of Science&Technology Beijing,Beijing 100083）

According to researches and practices of food residue treatment at home and abroad,some main treatment methods were introduced,including waste incineration,waste composting,hydrothermal process,producing bio-diesel,producing protein feed by fermentation,anaerobic fermentative hydrogen production,high-temperature carbonization,and so on.Compared with advantages and disadvantages of those methods,biological treatment was recommended,because the treatment has less environmental impact,and it can realize hazard-free,reduction and reclamation of food residue treatment.

food residue；reclamation；hazard-free treatment；treatment method

X705；X799.3

B

1005－8206（2011） 03－0050－03

2011-03-30

朱芸（1989—），研究方向为餐厨垃圾资源化处理。

E-mail：zhuyuncloud1989@126.com。

（责任编辑：刘冬梅）