厨余垃圾特性及预分选处理技术分析

  本文结合近十年来我国厦门市、长沙市、郑州市和铜陵市等地开展的厨余垃圾资源化处理实践，试图对我国厨余垃圾预分选处理技术发展历史做多元化的分析，为我国厨余垃圾预分选处理工艺的选择提供参考意见。

  厨余垃圾是一个外延广泛的概念，部分文献认为厨余垃圾是餐厨垃圾的一部分[1-3]，即餐厨垃圾包含了家庭活动产生的厨余垃圾和公共食堂与餐饮行业产生的餐饮垃圾。不过， 2019年住房和城乡建设部发布的《生活垃圾分类标识》（GB/T19095－2019），将餐厨垃圾作为厨余垃圾的一部分，即厨余垃圾包含了家庭厨余垃圾、餐厨垃圾和其他厨余垃圾。为了尽最大可能避免混淆，同时与我国垃圾分类工作的目标所指相契合，本文所指厨余垃圾包含家庭日常生活过程中产生的易腐性家庭厨余垃圾和相关企业与公共机构产生的餐厨垃圾等。

  《住房和城乡建设部等部门印发关于进一步推进生活垃圾分类工作的若干意见的通知》[建城(2020)93号]指出，我国将再用5年左右时间，使全国城市生活垃圾的回收利用率达到35%以上。根据文献的报道，1991－2016年期间，我国32个主要城市的厨余垃圾占生活垃圾的比重为49.4%～64.5%[4]，因此，城市生活垃圾的回收利用率能否实现目标要求，关键是能否实现厨余垃圾的资源化利用。厨余垃圾的资源化利用，不仅是提高我国生活垃圾回收利用率的重要方法，而且是辅助我国实现碳达峰、碳中和的重要路径[5]。厨余垃圾进行资源化处理，首要环节是通过预分选处理去除杂质、分离得到可回收利用的物料。本文结合近十年来我国厦门市、长沙市、郑州市和铜陵市等地开展的厨余垃圾资源化处理实践，试图对我国厨余垃圾预分选处理技术发展历史做多元化的分析，为我国厨余垃圾预分选处理工艺的选择提供参考意见。

  家庭厨余垃圾具有“三高”特性，包括有机物含量高、含水率高、含盐率高。从小区收集的家庭厨余垃圾，去除杂质后厨果类的含量能够达到70%～90%（脂肪含量在2.1%以内，蛋白质含量2.2%以内），含水量73%～89%，含盐率在0.1%～0.3%[6]。家庭厨余垃圾“三高”的特性，导致其在收集、运输和处理环节易腐烂，孳生病菌，具有传播疾病的潜在风险，并且含盐较高会影响家庭厨余垃圾资源化产品的质量。

  除了“三高”之外，家庭厨余垃圾中的杂质含量也较高，包括塑料、纸张等（家庭厨余垃圾典型理化性质见表1）[7]。在垃圾分类工作刚刚起步的地区，家庭厨余垃圾中的杂质含量能够达到20%以上[8]，杂质含量高会影响后续的资源化利用。要解决这一问题，除了在前端投放环节提高投放准确率外，还需要应用合适的预分选处理工艺去除杂质。

  我国饮食服务、单位食堂等每天都产生大量餐厨垃圾，餐厨垃圾除了有机质含量高、含水率高、含盐量高之外，含油量也高，表2为我国餐厨垃圾典型的理化性质[9]。由于我国幅员辽阔，风俗习惯多样，不一样的地区间烹饪方式和饮食上的习惯有较大差异，餐厨垃圾中含盐量和含油量的波动较大，如含盐量2%～5%，含油量3%～17%[10,11]。餐厨垃圾中的油脂和盐分一样，会抑制微生物的生长，并且延长餐厨垃圾处理的周期和降低堆肥产品的品质。因此，在预分选处理阶段要格外的注意提高油脂分离效率[12]。

  先行实施生活垃圾强制分类的城市，家庭厨余垃圾的分出率逐步的提升，并逐步完善了家庭厨余垃圾的末端处理系统。根据已开展垃圾强制分类工作城市的成效，并考虑南方与北方、沿海与内陆城市的地域差异等因素，分别选取郑州市高新区、长沙市、厦门市建设的家庭厨余垃圾处理项目，分析其预分选工艺。

  郑州市高新区家庭厨余垃圾处理项目于2020年投入到正常的使用中，设计处理规模100t/d，主要负责高新区内家庭厨余垃圾的处理。高新区收集的家庭厨余垃圾杂质含量较高，采用“人工分选+机械分选+智能分选”的预分选技术可有效去除杂质，尤其采用了最新的AI智能分选技术，可通过图像识别与跟踪技术，提高杂质分离效率。去除杂质后的有机质与园林垃圾和果蔬垃圾混合，采用好氧发酵方式制备有机固体颗粒肥料。席北斗等[13]的研究表明，去除杂质后的家庭厨余垃圾与树叶、秸杆等蓬松剂混合后，可加速氧和有机物的传输速率，改善好氧堆肥微环境。

  长沙市家庭厨余垃圾处理项目于2019年投入到正常的使用中，设计处理规模2000t/d，主要负责长沙市各区的家庭厨余垃圾的处理。项目采用“破袋破碎+压榨脱水”的预处理工艺，脱水后干组分热值高于5000kj/kg，转运至焚烧发电厂焚烧，收集的高浓度有机污水厌氧发酵产沼气实现资源化利用。陈海滨等[14]对“压榨预处理+干组分焚烧+湿组分厌氧发酵”的组合模式进行研究，发现相比于直接填埋等解决方法，该组合模式能轻松实现碳减排量为947.6kgCO2/t。长沙市家庭厨余垃圾处理项目采用的预处理工艺虽然简短，但是适用，尤其是在有机质堆肥产品无法“消化”的情况下，这种解决方法可快速实现家庭厨余垃圾的减量化和无害化处理。

  厦门市家庭厨余垃圾处理项目于2014年建成，2015年投入到正常的使用中，设计处理规模500t/d，主要承担厦门市各区家庭厨余垃圾的处理。项目采用“人工分选+破袋破碎+滚筒筛分+干式厌氧发酵+好氧堆肥”工艺，其中，人工分选环节主要去除玻璃陶瓷、捆扎绳、织物等，滚筒筛分主要分选出塑料袋、瓶子等。随着近年来厦门市垃圾分类工作取得很明显的成效，项目设置的人工分选环节的压力减轻，滚筒筛分选出的杂质比重也出现下降。去除杂质后的有机质采用干式厌氧发酵设备，沼渣用好氧堆肥生产有机肥。闵海华等[15]的研究认为，干式厌氧要求有机质总含固率（TS）为20%～40%，通过上述预分选系统处理后的有机质TS能达到25%左右，适宜采用干式厌氧发酵处理。

  总体来看，不同时期国内不同城市建立的家庭厨余垃圾处理项目的预分选处理技术并未形成统一，一种原因是各地饮食上的习惯不同、垃圾分类水平参差不齐等因素导致垃圾的成分不同，需要不同组合的预分选处理技术；另一方面有机质资源化解决方法不同，对预分选技术的要求也不同。

  2010年，我国在开展“地沟油”、“垃圾猪”专项整治期间，加强了餐厨垃圾的管理，并启动了餐厨垃圾资源化利用和无害化处理试点城市建设。此外，在开展生态文明试点城市建设和“无废城市”试点建设中，也将餐厨垃圾资源化处理作为了重点建设项目。根据开展相关试点工作城市的成效，并考虑南北方及沿海与内陆城市的地域差异等因素，分别选取厦门市、铜陵市、长沙市建设的餐厨垃圾处理项目，分析其预分选工艺。

  厦门市餐厨垃圾处理项目于2020年开始建设，设计处理规模400t/d，采用“接料粗分+精分制浆+除砂除渣+油水分离”的预分选技术，分离杂物和油脂后的有机浆料采用厌氧发酵进行资源化利用。铜陵市餐厨垃圾项目于2020年投入到正常的使用中，设计处理规模为100t/d，采用“粗破碎+破碎制浆除砂+油水分离”的预分选技术，分离杂物和油脂后的有机浆料采用厌氧发酵进行资源化利用。长沙市餐厨垃圾处理项目于2012年投入到正常的使用中，并于2018年扩建至800t/d处理量，采用“组合分拣+油水分离+制浆”的预分选技术，分离杂物和油脂后的有机浆料采用厌氧发酵进行资源化利用。

  总体来看，不同时期国内不同城市建设的餐厨垃圾处理项目的预分选工艺技术趋于稳定，一种原因是餐厨垃圾制浆除杂一体机和油水分离设备等预分选核心设备技术成熟，另一方面是分选后有机物料资源化解决方法以厌氧发酵应用最为广泛，成功案例最多，对预分选技术的要求基本相同。

  厨余垃圾资源化利用是实现垃圾分类回收利用率目标的重要途经，而厨余垃圾的预分选工艺技术的选择，将影响到可回收利用物料的资源化。

  根据家庭厨余垃圾的特性，以及有机质资源化处理的要求，家庭厨余垃圾预分选处理主要是人工分选、粒径筛分、密度分选、磁力分选及AI智能分选等技术的不同组合。由于家庭厨余垃圾总量大，有机质堆肥产品存在含盐、含重金属等问题影响堆肥商品市场应用，将有机质脱水后转运至焚烧发电厂处理是目前快速消纳家庭厨余垃圾的一种措施。这种解决方法对家庭厨余垃圾的预分选处理技术方面的要求低，一般是通过破碎、压榨脱水即可。相比于家庭厨余垃圾，餐厨垃圾的预分选处理技术趋于稳定，通过破碎、制浆除杂、除砂和油水分离等技术的应用达到预分选处理效果。

  总之，厨余垃圾预分选处理技术的选择要紧密结合厨余垃圾的特性及可回收利用物料的应用场景，合适的预分选处理技术，有助于实现厨余垃圾的资源化利用。

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