摘 要

餐厨垃圾可分为厨余垃圾和餐余垃圾，前者是食品在加工运输过程中产生的废料，后者则是剩饭剩菜和食物残渣。在众多餐厨垃圾处理技术中，产酸发酵技术因其可以产生具有工业价值的挥发性脂肪酸（VFA）而受到了人们的关注。但由于餐厨垃圾含有的有机物的结构特征，在发酵产酸过程中易受有机物水解速率的影响，如蛋白质和纤维素因结构难以被水解酶直接降解，导致产酸效率低下。因此需要对餐厨垃圾进行预处理以提高餐厨垃圾发酵产酸的效率。本文综述了各预处理方法的原理、效果和优缺点，并分析了不同预处理方法的适用范围。预处理可根据原理不同分为：（1）物理预处理，如热预处理、微波预处理、超声预处理、高压脉冲放电预处理等；（2）化学预处理，如酸预处理、碱预处理等；（3）生物预处理，包括酶预处理和微生物预处理。这些预处理技术通过高温、氧化、酸碱中和、酶降解等效应，促进大分子有机物（如蛋白质、脂质、纤维素）的分解，减小了有机物的聚合度，从而提高了产酸发酵的效率和VFA的产量。

本文分析发现，碱性预处理对脂质和纤维素含量高的餐厨垃圾有较好的处理效果，而主要成分是蛋白质的餐厨垃圾则适用微波、超声预处理。高压脉冲放电法因处理时间短、处理对象广泛（对蛋白质、脂质和纤维素均有效果）而具有很高的研究价值。在对餐厨垃圾采取产酸发酵处理时，由于不同来源的餐厨垃圾的组成不同，并且我国目前的垃圾分类制度还不够完善，因此建议根据餐厨垃圾来源划分，不同来源的餐厨垃圾采用不同的预处理方法以取得最优的经济效益和处理效果。

关键词：餐厨垃圾 产酸发酵 预处理 挥发性脂肪酸

Abstract

Food waste can be divided into kitchen waste and meal waste. The former is the waste generated in the process of food processing and transportation, and the latter is the leftovers and food residues. Among many food waste treatment technologies, the technology of acid production fermentation has attracted people's attention because it can produce volatile fatty acids (VFA) with industrial value. However, in the fermentation process of food waste, due to the structural characteristics of organic matter, the fermentation process is affected by the hydrolysis rate of organic matter (for example, protein and cellulose are difficult to be directly degraded by hydrolase due to the structure), so it is necessary to pretreat food waste to improve the efficiency of food waste fermentation. This paper summarizes the principle, effect, advantages and disadvantages of each pretreatment method, and analyzes the application scope of different pretreatment methods. According to the principle, pretreatment can be divided into: (1) physical pretreatment, such as thermal pretreatment, microwave pretreatment, ultrasonic pretreatment, high-voltage pulse discharge pretreatment, etc.; (2) chemical pretreatment, such as acid pretreatment, alkali pretreatment, etc.; (3) biological pretreatment, including enzyme pretreatment and microbial pretreatment. Through the effects of high temperature, oxidation, acid-base neutralization and enzyme degradation, these pretreatment technologies promote the decomposition of macromolecular organics (such as protein, lipid and cellulose), reduce the degree of polymerization of organics, and thus improve the efficiency of acid production fermentation and the output of VFA.

In this paper, it is found that alkaline pretreatment has a good effect on the food waste with high lipid and cellulose content, while the food waste with the main component of protein is suitable for microwave and ultrasonic pretreatment. High voltage pulse discharge method has high research value because of its short processing time and wide range of objects (it has effects on protein, lipid and cellulose). In the process of acid production and fermentation treatment of food waste, due to the different composition of food waste from different sources, and the current garbage classification system in China is not perfect, so it is suggested that according to the source of food waste, different pretreatment methods should be used for different sources of food waste to achieve the best economic benefits and treatment effects.

Keyword：Food waste Acidogenic fermentation Pretreatment Volatile fatty acids

目录

第1章 绪论 1

1.1 餐厨垃圾现状 1

1.2 餐厨垃圾处理现状 1

1.3 餐厨垃圾产酸发酵技术 2

第2章 餐厨垃圾特征 4

2.1 物理特征 4

2.2 化学特征 5

2.3 生物特征 5

2.4 不同来源的餐厨垃圾特征 5

第3章 餐厨垃圾预处理方法 7

3.1 物理预处理 7

3.2 化学预处理 10

3.3 生物预处理 11

第4章 预处理对餐厨垃圾有机物溶解的影响 13

4.1 对SCOD含量的影响 13

4.2 对蛋白质溶解的影响 14

4.3 对脂质溶解的影响 15

4.4 对糖类溶解的影响 15

第5章 预处理对餐厨垃圾发酵产VFA的影响 17

5.1 对VFA产量的影响 17

5.2 对VFA组成的影响 17

第6章 结论 19

参考文献 20

致谢 24

第1章 绪论

1.1 餐厨垃圾现状

餐厨垃圾又称食物垃圾（Food Waste，FW），包括在食物制备或运输过程中丢弃的多余食物材料（厨余垃圾）以及家庭和餐饮行业剩余的熟垃圾（餐余垃圾）。因餐厨垃圾的来源包括食材的加工余料如蔬菜茎叶、动物皮毛和骨肉，这会导致餐厨垃圾含有大量的碳水化合物、蛋白质、脂质和其他无机物（如碳酸钙），同时熟食垃圾会进一步使脂质的含量增多，因此餐厨垃圾通常都富含可生物降解的有机物。

联合国粮食及农业组织估计，世界粮食产量的三分之一是在食品供应链中损失或浪费的^[1]。2012年，欧盟28个成员国产生了约8900万吨食品垃圾^[2]。而我国作为一个拥有14亿人口的农业国家，经济和人口的增长导致了粮食产量的增加，大量的粮食产出伴随着大量的浪费，我国每年有价值2000多亿元的粮食被丢弃^{[3, 4]}。2015年，中国大陆产生了大约5657万吨餐厨垃圾，其中华东地区占餐厨垃圾总产生量的43.18%，其次是西部和华中地区，只有约8%的餐厨垃圾是在东北地区产生的；中国东部省份的餐厨垃圾产生量表现出最大的波动性（43-515万吨），而在中国东北地区的餐厨垃圾表现出最小的变化（116-184万吨）^[5]，这可能与不同省份的人口流动性和经济发展程度有关。随着社会的不断发展，FW的产量也会在不断的增加，据不完全统计，在2016年，我国产生了9700万吨餐厨垃圾^[6]，相比2015年增加了71%。