苏州市餐厨垃圾处理技术研究综述

Zongguo Wena , Yuanjia Wang, Djavan De Clercq

State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, School of

Environment, Tsinghua University, Beijing, 10084, China

。

摘要：如果处理得当，餐厨垃圾有可能成为宝贵的资源，这意味着以可持续发展为标准的处理技术和回收产品的利用非常重要。有必要建立一种全面的技术评估方法，以便为中国等发展中国家找到合理的处理技术。中国产生的大部分餐厨垃圾都是通过垃圾填埋处理，以及加工成动物饲料或再加工成废油。为此，中国政府在100个城市建立了餐厨垃圾处理试点项目。本研究通过对比多种餐厨垃圾处理技术，评估了江苏省苏州市这一试点的经济和环境效益，该项目2013年平均日产沼气为27,500立方米，日均生产生物柴油为30吨（tpd），在正常运营下每天可实现净利润82,055人民币。

关键字：餐厨垃圾；可持续性；生物柴油；沼气；苏州

1. 引言

1.1餐厨垃圾处理工艺应用现状

粮食农业组织估计，每年造成的粮食浪费约1.6亿吨，用于生产食品和非食品用途的粮食占6亿吨农业总产量的27％（FAO 2013）。鉴于这种浪费情况，世界各地都设计了适当的方式来处理此类有机固体废物。欧盟推行的有机废物管理体系2008/98/EC中，设计了一个有机废物处理结构，该结构按优先顺序在预防措施、再次利用、回收、能源回收处理技术上提出明确规定 (EU: Regulation (EC) No. 2008/98/EC)。一些欧盟国家甚至有更严格的处理标准。例如在比利时，佛兰德公共垃圾处理公司提出了几种餐厨垃圾处理模式：预防；转化为生物油；用于动物饲料；用作工业原料；通过厌氧消化或堆肥加工成肥料；用作可再生能源；焚烧和垃圾填埋场。（Roel and Van Gijseghem，2011）在中国，Fan等人的研究（2006）指出，减少餐厨垃圾的产生，集中回收和废物资源化利用是中国餐厨垃圾处理的未来发展趋势。自2011年以来，中国在100多个城市启动了餐厨垃圾处理试点项目。这些项目包括餐厨垃圾的收集，运输，处理和利用。他们还提出了针对油脂、固体废物以及液体废物的综合解决方案，以实现有机废物的资源化、无害化。

尽管减少食物浪费被认为是当务之急，但在许多情况下无论在技术上或是经济上都是不可行的（Vandermeersch et al.,2014）。此外，Huang et al.(2014)强调指出，减少废物源还构成了巨大的社会挑战，需要公民提高环保意识并进行社会动员。但是，这需要时间，这意味着将尽可能多的餐厨垃圾从填埋场转移实现再利用和回收处理技术是目前上海等城市的重中之重。在这种情况下，许多处理技术可以用来将餐厨垃圾变成各种可利用资源。其中包括生物油，饲料加工，好氧堆肥，厌氧消化，填满处理和焚烧（Vandermeersch et al.，2014）这些技术具有经济，环境和社会效益。例如，厌氧消化（AD）可以产生热量，电能，天然气和沼气，这取决于厌氧消化工厂的配置。在中国，尤其是在餐饮业中，此类技术在餐厨垃圾处理体系中的适用性已成为一个严重的问题。近年来，中国城市餐饮业发展迅速，每年产生商业餐厨垃圾逐渐增长。据商务部估计，中国的餐饮业每年产生数百万吨的商业餐厨垃圾，如何处置面临严峻的考验。本文对中国餐厨垃圾处理技术进行简要回顾，在此背景下说明中国餐厨垃圾的处理办法。

1.2与其他处理技术相比，厌氧消化处理的环境效益

Levis et al（2011）通过全生命周期评估（LCA）比较了厌氧消化处理（AD）和垃圾填埋场，发现AD是对环境更有利的处理方案。Franchetti（2013）同样通过美国西北俄亥俄州一家大型食品服务提供商的案例研究，通过LCA评估，证明了厌氧消化方式处理餐厨垃圾与垃圾填埋相比，具有明显的环境和成本优势。研究发现，就降低成本和减少温室气体排放而言，厌氧消化系统采用超声波预处理的两阶段是最有效的系统。Khoo et al.（2010）使用LCA来确定，与好氧堆肥和焚烧处理相比，AD是新加坡处理食物垃圾最环保的技术。尽管好氧堆肥也比焚烧更好，但由于好氧条件下产生的CO₂和NH₃排放，AD更为可取。

选择一种特定技术会对整个餐厨垃圾处理价值链产生环境影响。例如，使用AD技术将反过来确定食物垃圾收集的最佳模式。为了说明这一点，Bernstad和Jansen（2012）分析了瑞典AD的四个单独的家庭垃圾收集系统，发现在收集之前将纸袋中的食物垃圾进行分散干燥处理，可以大幅度避免全球变暖。这项研究表明所选技术如何影响垃圾处理价值链中的上游处理。使用先进的处理技术可能会带来问题。Kim et al.着重指出了经营AD工厂处理食物垃圾的困难，包括缺乏专业知识和高昂的成本，并为韩国沼气行业的路线图规划提供了建议。目前，韩国88％的餐厨垃圾经处理后用作堆肥或饲料（Kim et al ，2012），但由于这些产品质量难以保证，其需求量很低（Kim等，2009）。

另一项基于成本分析和能源回收的研究比较了八个餐厨垃圾处理系统，发现湿处理的环境收益成本最高，而垃圾填埋的最低（Kim et al.，2011）。在比利时，Vandermeersch et al.（2014）研究了零售业的两种食品垃圾处理方案的环境绩效。第一种情况是通过AD处理所有餐厨垃圾。第二种情况是通过AD来量化用于动物饲料的食物垃圾中的固体成分和非固体成分。用LCA分析表明，方案2在环境绩效上更可取，尽管部分原因是固体垃圾中的干物质含量高.尽管AD已被公认为是处理食物垃圾的合适技术，但是垃圾中的高脂质和蛋白质含量会抑制甲烷的产生并延长其停留时间。Pleisnerr et al.（2014）将餐厨垃圾中真菌水解与AD，堆肥和焚烧进行了比较，发现利用真菌水解回收葡萄糖，游离氨基氮和磷酸盐的机会更大。此外，发现脂质不会带来种重大环境问题。不幸的是，上述先进的治疗技术远未在发展中国家实施，因为在发展中国家高人口增长率和高人口密度使SWM尤其具有挑战性。在2010年的加纳，所产生的MSW总量（450万吨）中约有90％被倾倒在垃圾填埋场，给人类健康带来负担。Cynthia et al.（2013）发现，尽管68％的城市固体垃圾是有机的。鉴于该国垃圾分类程度低，垃圾填埋和焚烧发电适合加纳。尽管有大量的文献比较了不同餐厨垃圾处理技术对环境的影响，但Bernstad and la Cour Jansen（2012）发现，没有进行这些技术的LCA明确研究。他们进行25个LCA研究，发现系统设置，分析方法和输入数据变化的巨大差异导致结果有偏差。发现影响全球变暖的不同并不是由于研究系统对环境影响的实际差异，而是由于研究方式的不同导致的。这意味着环境影响评估的差异，使比较变得困难。因此，本研究更多地侧重于对中国某餐厨垃圾处理项目的经济和环境绩效综合评估，而不是LCA分析。

1.3研究目的和意义

这项研究旨在总结苏州市餐厨垃圾处理设施作为绩效评估案例研究在中国商业餐厨垃圾回收系统建设中所面临的一些挑战。还讨论了餐厨垃圾处理系统的可持续性。第二部分概述了中国商业餐厨垃圾处理现状及其局限性。第三部分介绍了数据收集方法并介绍了被调查的案例项目。第四部分提供了该项目的经济性和可持续性分析，为将来对案例项目的分析提供了可行建议。第五部分从研究中得出主要结论。

2.中国的餐厨垃圾处理系统

2.1中国餐厨垃圾的特征

2013年，中国收集的城市固体废物总量为1.72亿吨，比2004年增长11％。生活垃圾的很大一部分（大约51％）是餐厨垃圾：2010年，中国产生了9000万吨的餐厨垃圾。因此，餐厨垃圾是城市生活垃圾的重要组成部分，它包括两个部分：食用油垃圾和厨房垃圾。食用油垃圾由各种类型的油水混合物以及动植物脂肪或不可食用的油组成。厨房废物是指固体食物残渣和食品加工废物。下表1显示了中国食物垃圾的共同特征，并将其与英国和香港进行了比较。

表1.中外餐厨垃圾特征比较

中国餐饮的特点是种类繁多，生产工艺复杂，食材种类繁多。中国餐厨垃圾的水分含量很高，通常占总重量的80-90％（Xu et al.，2011），高于英国等发达国家（见表1）。水分含量高使得这种垃圾不适合焚化。此外，有机物含量高的食物残渣容易腐烂分解产生高温。在分解过程中，出现气体排放问题，导致病毒和致病菌的生长，微生物威胁附近居民的健康（Agdag 2009）。

2.2餐厨垃圾处理的趋势

餐厨垃圾曾经被认为是城市生活垃圾的一部分（Cheng et al.，2007），但仍通常通过垃圾掩埋或焚烧的方式进行处理。在中国，平均有98％的城市生活垃圾通过填埋或焚化得到处理（《中国统计》 2014年）。然而，从环境角度来看，这些常见的处置方法是不利的。将食物垃圾掩埋在垃圾填埋场中时，会分解形成甲烷，这是一种温室气体，在100年的时间范围内，其全球变暖潜能值（GWP）比CO2大25倍（2007，IPPC）。根据Wang and Geng（2015）的研究，在中国，通过卫生填埋处理1kg的城市固体废弃物可产生1.16kg的碳排放，在简单的填埋处理中可产生0.79kg的碳排放，焚烧时为0.51公斤。

为了应对这些环境问题，在此十年中，中国开始对餐饮业产生的餐厨垃圾（也称为商业餐厨垃圾）进行集中收集，运输和处理。自2011年以来，中国已在100个城市进行了商业食品垃圾（来自餐饮业和食品加工业）的处理和回收试点项目的试验。这些项目主要由地方市政府提供补贴，用于废物运输和处理。中国商业餐厨垃圾管理的总体目标是使垃圾回收率达到100％，实现零排放和零能耗。在中国，一个新发展的概念是食物垃圾综合处理，它可以在处理过程中显着减少食物垃圾的数量和排放量[Talens Peiro et al.，2008]。在我们的案例研究中，“综合处理”是指将食物垃圾转化为有用的产出，例如沼气，热能，电力，饲料和消化肥料，而不是像垃圾填埋场或焚烧那样的常规处理。食物垃圾处理和处理过程中使用的技术。输出的最终用途会影响整个处理过程的排放水平。例如，根据2009年欧盟可再生能源指令，通过厌氧消化城市固体废物有机部分（OFMSW）产生的压缩生物甲烷，名义上的温室气体节省量相当于用作生物燃料的80％的替代化石燃料。传统技术（Browne and Murphy 2013）,废油加工和其他技术正越来越多地用于处理中国的食物垃圾。

餐厨垃圾处理技术的另一个趋势是通过废物处理生产环保产品，例如动物饲料和肥料。然而，由于安全问题和营养价值，从回收的食物垃圾中生产的动物饲料或肥料仍然存在争议（Sugiura et al.，2009），因此尚未发展很大的市场价值。从食物垃圾广告流程中获取的肥料安全性问题在世界范围内得到认可。例如，在韩国，AD处理餐厨垃圾的消化物只能用作固体肥料，而不能用作液体肥料。如果消化物是由少于30％的食物垃圾和70％的动物粪便的废物产生的，则可以用作液体肥料（Kim et al.，2012）。新的处理技术不仅能够发酵食物垃圾以生产沼气，而且还可以提炼食物垃圾中的油脂以生产生物柴油（Nathan and Pragasen，2012； Math et al.，2010； Sharma et al.，2012.，Hanny et al.,2010）

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