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2020-10-21 11:42:11 責任編輯： 微米生物 0
對于絕大多數家庭來說，居家過日子，每天難免會產生一些生活垃圾，這其中，剩菜、剩飯以及食物下腳料、瓜果皮核恐怕要占相當大的比重；我們日常去就餐的餐館、飯店以及單位食堂，每天也會有大量的飲食剩余物以及后廚的果蔬、肉食、油脂、面點等在加工過程中產生的廢棄物。 在學術研究范疇，前者被稱為廚余垃圾，后者則被叫作餐飲垃圾，二者合稱餐廚垃圾。
不斷膨脹的渣山
我們每年產生的餐廚垃圾究竟有多少呢？資料顯示，全世界餐廚垃圾約占市政固體垃圾總量的30%～50%。在我國，雖然近年來，相關管理職能部門會定期公布生活垃圾年度排放量和無害化處理量等統計數據，但尚未對餐廚垃圾的產生/排放量等進行統計公布。但有一點可以肯定，我國餐廚垃圾的來源極其廣泛，產生量巨大。《2017—2022年中國餐廚垃圾處理行業發展前景預測與投資戰略規劃分析報告》顯示，2014年，全國餐廚垃圾產生量有8000多萬噸，日均產生量為23萬噸，其中，主要城市餐廚垃圾的產生量為6000多萬噸。2015年，全國餐廚垃圾產生量約為9110萬噸，日均餐廚垃圾產生量為25萬噸，人均日產量為0.18千克。以上這些數字已經與歐美發達國家的食品廢物產生量相近。另有保守估計認為，我國城市每年產生的餐廚垃圾總和不低于9000萬噸。與此同時，全國各地餐廚垃圾的產生量和人均日產生量存在著明顯的地區差異，調查分析顯示，浙江、福建、北京、江蘇、上海等經濟社會發達地區的餐廚垃圾人均日產生量明顯高于其他地區，其中，北京、上海、廣州、重慶等餐飲業發達的城市，每天的餐廚垃圾產生量在2000噸以上。 我國是飲食文化最豐富、最深厚的國家。近幾十年來，隨著生活設施和居住條件的改善、人們消費水平的日益提升，一方面，餐飲業迅猛發展；另一方面，以往城市垃圾以爐灰、煤渣等為主的情況發生了徹底改變，餐廚垃圾所占比重迅速提高。在大多數地區，餐廚垃圾可占到整個生活垃圾總量的60%~70%，并且還在以每年10%以上的速度不斷增長。與之形成巨大反差的是，真正能夠得到有效處理的餐廚垃圾比例不超過10%。餐廚垃圾的有效處理成為困擾人們的一大難題。
毒源，還是資源
盡管因地域和飲食習慣等差異，我國不同地區餐廚垃圾的種類差別很大，但其化學成分相近，主要為蛋白質、脂類、淀粉、纖維素和無機鹽等，并呈現“四高”的特點：一是高水分。通常情況下，餐廚垃圾的含水率高達70%~90%。生物質廢棄物具有較高的含水率意味著其熱值低，收集、運輸和處理的難度較大。換句話說，不但處理負荷大、能源消耗高，而且給后續的進一步資源化利用增加了難度；同時，較高的含水率也極易導致餐廚垃圾迅速腐爛變質，帶來新的環境問題。 二是高鹽分。餐廚垃圾中含有大量的無機鹽，尤其是氯化鈉。以我國為代表的亞洲國家習慣使用食鹽來提高食物風味，但高鹽會給后續的餐廚垃圾處理帶來不利影響。有研究表明，高鹽可能是將處理過的餐廚垃圾直接作為畜禽飼料的主要潛在風險因素。另外，鹽和金屬離子（如Fe3+和Al3+）可增加培養液的滲透壓，抑制酵母菌的生長，導致乙醇生物發酵效率降低。研究顯示，在餐廚垃圾的厭氧消化過程中，鹽和鈉離子對甲烷的產生具有抑制作用。 三是高有機質含量。餐廚垃圾大多數為有機和可生物降解成分，約占干物質質量的95%以上，其中，碳水化合物（淀粉、纖維素、半纖維素）的含量約為60%，蛋白質含量約占20%，脂肪含量約占10%。有機物含量高，容易導致餐廚垃圾腐敗發臭、滋生有害生物。 四是高油脂含量。餐廚垃圾中的油脂是經煎、炒、炸以及洗滌鍋盤餐具等過程而產生的，其成分復雜，形態多樣。這些油脂如不經處置而直接排入市政管網，可能會黏附于器壁上進而造成管路堵塞。另外，油脂含量過高，會使餐廚垃圾的厭氧消化系統不穩定，影響有機物的沼氣轉化率。 因此，如果餐廚垃圾在收集和轉運過程中發生泄漏，會污染空氣、土壤及水源，嚴重干擾人們的正常生活，具有危害性的一面。
我國大部分地區習慣上將餐廚垃圾作為廉價飼料直接飼喂畜禽；但是，未經分類的城市餐廚垃圾除了含有金屬物、牙簽及塑料等尖硬物體會傷及畜禽消化道外，還含有大量病原微生物、寄生蟲及其蟲卵，飼喂畜禽后易引起人畜共患疾病。
此外，如果使用未經妥善處理過的餐廚垃圾直接飼喂畜禽，可能存在食物鏈危險：一是病原微生物所產生的生物毒素在畜禽體內富集，進而通過食物鏈轉移至人體；二是餐廚垃圾含有大量所飼喂畜禽的同源性蛋白，存在重大安全隱患，如目前普遍認為瘋牛病（牛海綿狀腦病）的大規模暴發源于牛食用了患有羊瘙癢癥的羊肉骨粉，因此，加拿大、美國、日本、韓國及歐盟等國家和地區已經立法，嚴禁使用反芻動物蛋白提煉動物飼料或者使用動物源性蛋白飼料喂養同種動物。我國亦出臺了《動物源性飼料產品安全衛生管理辦法》，明文禁止使用動物源性飼料飼喂反芻動物。
不過，餐廚垃圾并非一無是處，在它骯臟惡臭的外表下，是“營養豐富”的內涵。研究表明，除了有機物含量高以外，餐廚垃圾還富含氮、磷、鉀、鈣以及各種微量元素，具有營養元素齊全、再利用價值高等特點；經過合理處置后，是制作動物飼料、有機肥料和生物能源的重要來源，具有較高的生物質資源價值。目前，國內外對餐廚垃圾資源化處理技術的研究方興未艾。有數據表明，我國每年產生的餐廚垃圾干物質含量相當于500萬噸優質飼料，約等于1000萬畝耕地的能量產出。 既然餐廚垃圾兼具資源與污染的雙重屬性，那么，選擇合理開發餐廚垃圾的處理技術，對餐廚垃圾進行資源化處理，無疑具有重要意義。
傳統處理不靠譜
如何處理生活垃圾，歷來是一個世界性難題。餐廚垃圾的處理自然也不例外。目前，大多數國家所采用的辦法無非機械粉碎直排、垃圾場填埋和焚燒等幾種。總體而言，這些傳統處理手段的效果不盡如人意，甚至存在安全隱患，遠遠不能適應時代發展的需要。 粉碎直排 我國一些城市實行垃圾分類、定時定點投放制度后，一些居民為了避免倒垃圾之苦，便想出了安裝廚余垃圾處理設備處理廚余垃圾的主意，用機器將剩菜剩飯、瓜果皮等粉碎后，直接排入下水道。對于餐廚垃圾的處理而言，這種粉碎直排的辦法算不得什么新鮮事。 由于廚房空間有限，因此，就地處理是餐廚垃圾處理的基本立足點。在一些發達國家，如日本，很多年以前，大部分居民家中的廚房都安裝了廚余垃圾處理裝置，將廚余垃圾處理成粉末狀后，直接排入市政下水管網。這種機械研磨裝置通過高速運轉的刀片將裝在內膽的各種食物垃圾切碎攪拌后沖入下水道。
餐廚垃圾粉碎直排法的實質是利用污水處理系統來降解有機質，所以對城市污水處理系統的要求較高。采用這種處理方法，容易產生污水和臭氣，滋生病菌、蚊蠅，甚至引發疾病的傳播；油污的凝結成塊也會造成排水管堵塞，降低城市下水道的排水能力。另外，餐廚垃圾脂類含量特別高的特性更是增加了城市污水處理系統的負荷，并且大大增加了城市污水處理廠出水不達標的風險；同時，還會不可避免地產生一定的二次污染。 事實上，為了保護污水處理系統，日本多地的地方政府已禁止使用垃圾粉碎機。填埋談到如何處理餐廚垃圾，估計很多人腦海里都會條件反射般地閃過一個詞——“一埋了之”。過去，國內大部分地方的餐廚廢棄物的確是與其他廢棄物一起運到垃圾填埋場進行掩埋。填埋也是世界上大多數國家生活垃圾無害化處理的一種主要方式。 衛生填埋是將垃圾埋入地下，利用各類微生物將生物大分子充分降解為小分子的生化過程。為了防止填埋過程產生的滲濾液污染土壤和地下水，垃圾填埋場需要建設相應的收集和處理系統。由于餐廚垃圾中含有大量可降解組分，穩定時間短，有利于垃圾填埋場地的恢復使用，且處理成本低，技術簡單，適合各種垃圾，所以不少發展中國家采用這種處理方法。
不過，采用填埋法處理餐廚垃圾存在重大的安全隱患。混合的垃圾在降解過程中產生的氣體會污染大氣甚至引起垃圾坍塌等危險。另有部分餐廚垃圾中含有少量的鉛、汞等有害物質，如在運輸或填埋過程中泄漏到地下水及其周邊水源里，會引起水體及土壤污染。與此同時，由于餐廚垃圾的含水率過高，勢必導致滲濾液大量排出，增加處理難度。另外，我國符合填埋條件的土地銳減，也會導致處理成本的增加。 此外，采用這種處理方式，將損失餐廚垃圾中幾乎所有的營養價值，餐廚垃圾中的絕大部分碳最終都將轉化為沼氣。有實驗表明，在一個精心設計的填埋場里，約有66%的沼氣可以作為燃料重新利用，剩余的34%的沼氣將進入大氣層，但沼氣對全球變暖具有巨大影響，它所引起的溫室效應的能力約為二氧化碳的23倍。 因此，隨著對餐廚垃圾可利用性認識的逐步提高，無論在歐美、日本還是我國，該類垃圾的填埋率均呈下降趨勢，一些國家甚至已禁止未經處理的餐廚垃圾進入填埋場，如韓國于2005年起所有填埋場都不再接收餐廚垃圾。 焚燒 有人或許會說，既然前面幾種辦法都不好，那干脆放一把火把餐廚垃圾燒掉好了。事實上，焚燒的確是處理餐廚垃圾的一種辦法。 所謂焚燒法，是將垃圾放在特制的焚燒爐中用1000℃以上高溫將垃圾的有機成分徹底氧化分解。經過焚燒，垃圾固體可減量50%~80%，焚燒所產生的熱能可轉換成蒸汽或電能，從而實現能源的回收與利用。
不過，理想很豐滿，現實很骨感。由于餐廚垃圾含水量太高，且脫水困難，加之其熱值較低，需要消耗大量的能量進行脫水處理和添加其他輔助燃料，由此造成了焚燒處理成本的增加。此外，在焚燒過程中產生的二氧化硫、氮氧化物、呋喃、二英等有害氣體，也會造成二次污染。 從某種程度上說，前面提到的幾種傳統處理手段，其出發點無一例外地是將餐廚垃圾視為一無是處的污染源；如果我們能改變思路，深入挖掘餐廚垃圾的資源性，或許能夠走出一條新路：不僅大大減輕城市生活垃圾處理設備的壓力，而且讓餐廚垃圾變廢為寶。
餐廚垃圾的三條出路
目前，資源化利用技術主要包括肥料化、飼料化、油脂回收利用等，它們各有利弊。 肥料化 餐廚垃圾中的有機質含量高達60%以上，是一種優質的堆肥原料。在人工控制的條件下，利用微生物，可以將餐廚垃圾中的有機物降解為穩定的腐殖質。 這種處理方法工藝簡單，產品中能保留較多的氮，可以作為改良土壤的肥料。而且由于餐廚垃圾中的有機物含量高，營養元素全面，碳氧比較低，比傳統堆肥物料更具備能源優勢。堆肥工藝主要有好氧堆肥和蚯蚓堆肥。 好氧堆肥的技術非常成熟，未來將朝著機械化、自動化的方向發展；但是，這種方法的周期比較長，如果餐廚垃圾處理不完全或生產過程未封閉，容易造成二次污染。
蚯蚓堆肥是指利用蚯蚓自身豐富的酶系統，將餐廚垃圾中的有機質轉化為自身或其他生物可以利用的營養物質。 相比傳統的好氧堆肥，蚯蚓堆肥可以降低重金屬含量和碳氮比，蚯蚓體可提取蚯蚓激酶和蛋白飼料添加劑，蚯蚓糞可作有機肥。不過，蚯蚓堆肥法也有缺點，蚯蚓對生長環境的要求較高，需要合適的溫度、pH值、濕度及通風條件等。 總體而言，餐廚垃圾肥料化處理雖然優點多多，但也存在一些缺點：由于我國固體垃圾的分類管理不完善，餐廚垃圾中含有大量微生物無法處理的無機廢物且含水率高，影響了堆肥效果；殺菌無害化不徹底；有機肥料質量受餐廚垃圾主要成分之一的鹽分的制約很大，較高的鹽分和油脂含量會抑制植物的生長，長期使用容易導致土壤鹽堿化，影響堆肥效果；堆肥處理周期較長，占地面積大，衛生條件相對較差等。而且，目前還缺少餐廚垃圾制備有機肥料的國家標準。 飼料化餐廚垃圾中含有豐富的蛋白質物料，經過微生物發酵后，可被加工成含有高活性蛋白的優質生物飼料，替代玉米、魚粉、豆粕等。該項技術不僅能夠提高餐廚垃圾的資源利用效率，而且對改善生態環境具有重要意義。 目前，國內生產餐廚再生飼料的工藝主要是生物法和物理法。生物法使用微生物菌體將餐廚垃圾發酵，利用微生物的生長繁殖和新陳代謝，積累有用的菌體、酶和中間體，經過烘干制成蛋白飼料。物理法則是直接將餐廚垃圾脫水后進行干燥消毒，粉碎后制成飼料。 將餐廚垃圾制備成飼料，優點是成本低、機械化程度高及資源化程度高；缺點是難于從根本上避免蛋白同源性污染問題，具有潛在、不確定性的傳播疾病的風險，如引發瘋牛病、羊瘙癢癥等疾病。 從目前情況來看，現有的研究多為實驗室規模，工廠化規模的研究相對較少。同時，餐廚垃圾源生物飼料的安全性始終具有潛在風險，可能含有口蹄疫病菌、豬瘟病菌等病原微生物，而且產品的鹽分含量也較高，并可能存在將其中的細菌通過食物鏈傳染給食用者的風險。作為預防措施，歐盟已全面禁止了餐廚垃圾的飼料化產品重新進入人類食物鏈的可能。
油脂回收利用 據統計，我國每噸餐廚垃圾可以提煉出20~80千克廢油脂。在巨大商業利益的驅使下，不法商人通過加熱、過濾、蒸餾等一系列手段提取廢油脂（俗稱“地溝油”），賣給一些小的食品經營點、餐館等來牟取暴利。 地溝油中含有黃曲霉素、苯等有毒物質，若長期食用，會造成腫瘤等慢性疾病的發生，具有嚴重的環境風險和健康隱患。為此，我國出臺了相關辦法，嚴格規范餐廚垃圾的處理。 目前，餐廚垃圾油脂回收利用技術主要包括生產生物柴油和制備化工產品（洗滌劑、表面潤滑劑、選礦藥劑、硬脂酸、油酸等）。 相關研究統計發現，在經過集中化加工與處理之后，餐廚垃圾可制作成低碳酯類物質（比如脂肪酸甲酯等），即生物柴油。 餐廚廢油的主要成分是甘油三酯和自由脂肪酸，其中的脂肪酸鏈以天然的碳氫化合物形式存在，通過較為簡單的化學處理就可制備出各類化學品，其產品質量與由石化原料制出的產品品質相同甚至更好。 餐廚廢油通過皂化、鹽析、水洗、干燥定型等工序處理后，與其他原料（如柑橘皮）作用，可以制成肥皂。 餐廚廢油經過一系列處理后還可以得到混合脂肪酸，然后用赤磷作催化劑，可以制得一種α衍生脂肪酸礦用浮選藥劑。此外，餐廚廢油可以用來制備表面活性劑（如脂肪酸二乙醇胺、鼠李糖脂等），還可以高溫催化制備合成氣體、潤滑油、混凝土脫模劑的乳化油以及生產硬脂酸鹽和油酸等。 目前，餐廚廢油已經進行規模化工業應用的技術僅有酸堿催化法制備生物柴油和生產洗滌劑，其他技術仍處在應用研究階段。
厭氧發酵將垃圾變為沼氣
餐廚垃圾厭氧消化是指在缺氧條件下，通過厭氧微生物的代謝活動把復雜的有機物迅速降解為沼氣的方法。厭氧消化制備生物甲烷技術是目前國內外垃圾資源化利用的主要方向之一。 這種方法是在一定的厭氧情況下，利用細菌或真菌把其中的特定有機物反應掉，樣品里的各種元素合成二氧化碳和甲烷，而氮、磷、鉀等元素得到保留，進而變成可以被各種生物直接利用的物質。使用這種技術處理餐廚垃圾等廢棄物有各種好處，比如與細菌和真菌起作用的有機物的含固率可以達到10％～25％，而一般廢棄物的此項指標通常為15％～20％，所以發酵前不僅不用加水，也不用脫水，前期處理較為容易，同時節省了耗能；而且這種方法具有有機負荷大、占地面積小、周期較短、對自然環境造成的壓力小等優點。 但是，餐廚垃圾的厭氧處理目前還存在一系列的問題：餐廚垃圾中含有較多的鹽分，會導致微生物體內水分滲出，以致活性降低甚至死亡，從而影響生物降解速度和降解程度；因目前國內厭氧消化技術尚處于起步階段，并無成熟的專有技術和設備，與國外相比還存在一定的差距。一些新工藝、新技術仍處在小試、中試階段，有待于工程實際運轉的驗證。 我國餐廚垃圾因分類不徹底，成分復雜，甚至有的含塑料袋、飯盒、筷子、金屬等雜物；因此，在對餐廚垃圾“減量化、無害化、資源化”綜合處理前，必須進行垃圾預分選處理——篩選出餐廚垃圾中的各類污染物，并分別加以分類分級處置，以提高餐廚垃圾的再利用率。所以，歸根結底，垃圾利用需從分類開始。
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