土法自制枯草芽孢杆菌
本文通过对8种厨余垃圾处理方式的回顾分析,得出厨余垃圾的资源化处理(饲料、昆虫养殖、堆肥、转化能源和高值化利用)是未来的发展趋势,其中饲料化应是未来厨余垃圾资源化处理中值得提倡的技术之一。
厨余垃圾是城市生活垃圾的一种,是居民社区、食品生产加工业和餐饮业在生活或生产过程中所产生的有机废弃物。根据2019年12月中国住建部发布的行标《生活垃圾分类标志》规定,垃圾分类产生的湿垃圾、餐厨垃圾或厨余垃圾被统一称为厨余垃圾,其包括家庭厨余垃圾、餐厨垃圾和其他厨余垃圾(农贸市场等)。
根据联合国粮食及农业组织(FAO)统计,全球约有1/3的食物被浪费在生产、流通和消费过程中,其中大部分都被当做厨余垃圾处理,每年的废物产生量高达13亿t。
世界厨余垃圾的产量连年增长,有学者预测从2005~2025年,全球厨余垃圾产量将会增加44%,其中中国厨余垃圾的产量位居世界首位。2009~2019年中国城市生活垃圾和厨余垃圾产量连年增长,2019年中国城市生活垃圾和厨余垃圾产量分别为2.42和1.21亿t/a,并且厨余垃圾在城市生活垃圾中占比高达50%~60%。2019年5月,中国开始在16个城市开展“无废城市”试点建设工作,厨余垃圾的资源化和无害化越来越被重视。2019年中国大力推行垃圾分类政策之后,中国厨余垃圾的分出量急剧增加。2020年6月,上海湿垃圾分出量达到9632.1t/d,同比增加38.50%。因此,中国厨余垃圾急需适宜的无害化、资源化和规模化处理技术。
厨余垃圾具有含水率高、有机质高、含盐量高、含油量高和易腐烂等特点,若处理不及时则易产生恶臭,并会滋生病原体微生物,引发环境污染问题。中国厨余垃圾的组分构成、营养成分和元素组成特征如表1所示.中国厨余垃圾主要由蔬菜、果皮、食物残渣、碎骨、蛋壳、贝类、果壳和果核等组成,其含水量高达74.94%~87.07%,且含有大量糖类、蛋白质、脂质等有机物,具有较好的可生化降解性。中国厨余垃圾较高的N含量导致其C/N较低(10~20),若采用生物法处理厨余垃圾,则需考虑将厨余垃圾与其他高C/N的有机废弃物进行协同处理。此外,中国独特丰富的饮食习惯导致中国厨余垃圾具有高脂质(17%~32%)、高盐分(0.50%~5.00%)和高辣椒(0%~2.50%)的特点。因此,在中国厨余垃圾的资源处理过程中,应考虑高油、高盐和高辣椒素的影响.
目前,厨余垃圾通常与城市生活垃圾一起进行垃圾填埋和焚烧处置,随之带来垃圾渗滤液污染、二噁英和温室气体排放等二次污染问题。世界上越来越多的国家开始禁止厨余垃圾进入垃圾填埋场,并将厨余垃圾从生活垃圾中分出,进而提高干垃圾焚烧发电的效率。厨余垃圾具有较高的回收利用价值,其资源化回收逐渐成为最受欢迎的处理模式。
中国实行垃圾分类管理政策后,厨余垃圾的分出量剧增,从而导致中国厨余垃圾处理能力不足。目前,中国急需扩充厨余垃圾处理能力,同时也面临不同处理技术的选择问题，因此,有必要对中国厨余垃圾处理技术的现状和适用性进行详细回顾,并对适宜的资源化处理技术进行对比分析,进而指导中国厨余垃圾资源化方案的选择。本文分析了中国厨余垃圾处理技术的现状及优缺点,对比了厌氧消化和好氧堆肥两大主流资源化技术的特点,并明确了其应用场景,最后提出了适合中国厨余垃圾资源化的组合技术方案,为厨余垃圾的高效资源化处理提供一定参考。
1厨余垃圾处理技术
1.1粉碎直排
粉碎直排法在欧美家庭厨房有一定的应用,其中粉碎直排设备在美国家庭安装率超过95%.粉碎直排法具有工艺简单、处理成本低等特点,常用于处理少量厨房厨余垃圾,适合人口分散的地区使用。粉碎直排法降低了城市生活垃圾的产量,并给城市市政污水处理增加了有机碳源,但该方法会加重城市管网的压力,降低厨余垃圾的资源化率;厨余垃圾中的油脂在下水管道中容易凝结堆积成块,引发管网堵塞;此外,粉碎直排法需用大量水进行冲洗粉碎后的厨余垃圾,造成水资源浪费,其不适合缺水地区的应用。先前我国少量社区也尝试引入了该项处理技术,但其与我国下水管道管网的匹配度低,若改造下水道管网则会增加高昂的投入成本。虽然粉碎直排法目前不适合中国厨余垃圾的处理,但中国应当鼓励与支持其在部分水资源充分、排水管网适宜和污水处理设施完善的地区进行试点探索。若粉碎直排法的试点应用效果较好,则可在后续的城市管网与污水处理设施的修建与升级改造中,考虑粉碎直排法的排放需求,补充中国厨余垃圾可选择的处理技术。
1.2填埋
填埋法因其成本较低、简单方便,在早期的厨余垃圾处理中应用较多。但厨余垃圾的水分含量较高,厨余垃圾填埋场极易产生大量的垃圾渗滤液,这些垃圾渗滤液后续的处理成本较高,若处理不当则将会对地下、地表水系造成污染,严重危害生态环境。此外,垃圾填埋场产生的填埋气排放至大气中会加剧全球变暖.在中国无填埋气收集措施的生活垃圾填埋场中,温室气体排放量高达641~998kgCO2-eq/t城市生活垃圾,虽然垃圾填埋场填埋气的收集利用越来越多,但其回收成本高、回收不完全等缺点导致越来越多的国家出台法令禁止易腐有机垃圾进入垃圾填埋场。1999年,欧盟出台的垃圾填埋法令明确规定了减少有机垃圾进入垃圾填埋场的三阶段目标,规划到2020年,欧盟进入垃圾填埋场的有机垃圾总量相比1995年减少65%,韩国、德国和美国20多个州也开始禁止所有可生物降解废物进入垃圾填埋场。此外,垃圾填埋场占地面积较大,该方法的初衷是达到垃圾的减量减容化,不能实现厨余垃圾的资源化,所以其不是厨余垃圾合适的处理方式。
1.3焚烧
焚烧法主要有两种处理方式:第一种是直接将厨余垃圾与其它生活垃圾混合燃烧处理,这种处理方式产生的热量未能得到回收利用;第二种是采用热电站法,将厨余垃圾燃烧的热量回收利用为热能和电能,实现厨余垃圾的资源化。但厨余垃圾含水量较高,其热值仅为2100kJ/kg左右,需要添加如煤炭等辅助燃料,会增加额外资源的消耗和碳排放。2011年,世界首个厨余垃圾焚烧发电厂在英国投产运行,尽管其每天可将12万t厨余垃圾转化为150万kW·h的电能,但是其较高的运行成本也使得厨余垃圾焚烧发电技术难以推广应用.因此,焚烧法也不是厨余垃圾合适的处理方法。
1.4饲料
厨余垃圾中含有大量蛋白质和油脂,是优质的动物饲料原料.以往,我国约80%的厨余垃圾未经处理被直接用来饲养动物,极易造成病原体通过食物链传播疾病,现在我国已禁止将厨余垃圾直接用作动物饲料,厨余垃圾需经过消毒、加工处理和生物转化过程,才可用作饲料资源。
目前,厨余垃圾饲料资源化的方式有两种:高温消毒制法和生物处理制法.厨余垃圾被加工成蛋白含量20%~30%的动物饲料,可以替代玉米、大豆等粮食原料,节省大量资源。郝东青等采用蒸煮等高温手段处理厨余垃圾,可得到粗蛋白含量大于20%的高营养蛋白饲料.肖云等利用自制复合菌剂(黑曲霉:啤酒酵母:枯草芽孢杆菌=1:1:1)处理厨余垃圾,可得到粗蛋白含量28.35%的生物饲料。此外,厨余垃圾的饲料化过程中,其含有的如口蹄疫病毒、猪瘟病毒等病原体很难被完全灭活,存在同源性污染的风险。研究表明,用同源性厨余垃圾饲料饲养动物的患病风险最高。1985年英国爆发的疯牛病,就是因为喂食含有牛羊动物骨肉粉的饲料而引发的同源性污染事件。2002年欧盟出台的第1774/2002号条例中明令禁止使用同源性动物蛋白饲养同种动物,禁止使用厨余垃圾饲养除毛皮动物之外的农场动物.我国现行的《餐厨垃圾处理技术规范》(CJJ184-2012)规定,餐厨垃圾饲料化处理必须进行病原菌灭杀工艺;对于含有动物蛋白成分的餐厨垃圾,其饲料化工艺应设置生物转化环节,并且禁止生产反刍动物饲料。
由此可见,厨余垃圾的饲料化应用还存在部分风险与阻力,但随着厨余垃圾饲料化风险评估的不断完善,政府逐步放开厨余垃圾饲料化的政策。2021年9月,欧盟颁布新法令解除了动物性饲料喂养供人类食用牲口的禁令,允许将加工动物蛋白用于猪和家禽的饲料中,但仍禁止用于饲养牛、羊等反刍动物。目前,养殖业对动物饲料的需求量不断增加,豆粨、鱼粉等蛋白原料逐渐出现供应短缺和价格上涨的情况,给养殖业的发展带来一定压力。据法国养猪协会统计,生猪养殖的70%成本为饲料成本,厨余垃圾生产的饲料可大大降低养殖业的饲养成本。
总之,厨余垃圾的饲料化不仅可获得较高价值的动物蛋白,提高厨余垃圾资源化产品的附加值,还解决了厨余垃圾的环境问题,具有较好的应用前景。未来,厨余垃圾应通过生物转化、固态发酵等技术来转化蛋白饲料,加强对蛋白饲料的安全风险评估,避免同源性污染问题;中国政府需要建立相关的法律法规和标准许可,明确厨余垃圾动物饲料的应用范围,禁止采用厨余垃圾生产反刍动物饲料.
1.5昆虫养殖
近些年,用厨余垃圾来养殖昆虫逐渐受到人们的关注,其中黑水虻养殖的应用最为广泛。黑水虻具有易成活、适应性强、处理量大、营养价值高和生态安全性高等优点,是比较适合处理厨余垃圾的昆虫.昆虫养殖法可快速降解厨余垃圾,避免了厨余垃圾滋生苍蝇、病菌和臭气污染等问题,最终成虫经过筛分、烘干处理可得到优质昆虫蛋白和虫沙。昆虫蛋白后续可以将其加工为动物蛋白饲料或转化为生物柴油,虫沙可加工为有机肥料.此外,黑水虻还可以与堆肥工艺相结合,促进厨余垃圾的资源化处理.Liu等采用黑水虻促进厨余垃圾的好氧堆肥过程,结果表明黑水虻可以缩短堆肥周期,可将堆肥产物的发芽指数由41%提高至71%.因此,昆虫养殖是厨余垃圾适合的资源化处理技术。目前昆虫养殖法还存在昆虫育种技术不成熟、最终产品缺乏风险评估等不足,并且厨余垃圾中过高的盐分和油分不利于昆虫生长,因此该技术尚未得到大规模推广应用.
1.6堆肥
1.6.1好氧堆肥
好氧堆肥根据过程温度的变化,可分为“升温阶段-高温阶段-降温阶段-腐熟阶段”4个阶段,每个阶段进行不同的生化反应,最终将厨余垃圾转化为腐殖质。厨余垃圾中含有较多的有机质,且具有易腐化变质的特征,比较符合好氧堆肥工艺的物料要求。
好氧堆肥过程是否成功,主要取决于堆肥物料的组成和堆肥条件参数。厨余垃圾堆肥过程中采用合适的曝气量、含水率、物料粒度、孔隙率、pH值或与其他有机废物进行共堆肥,都有利于好氧堆肥的进行。邹德勋等将菌糠和厨余垃圾进行联合好氧堆肥,结果表明菌糠可促进厨余垃圾的好氧堆肥,可降低混合堆料产生的臭气量,并得到发芽指数为55.6%的一次堆肥产品。好氧堆肥产品的质量受原料成分的影响较大,厨余垃圾中的油脂会在堆肥表面形成一层隔绝氧气的油膜,不利于好氧堆肥过程;厨余垃圾中盐分含量较高,长期使用高盐厨余垃圾堆肥产生的肥料会导致土地的盐碱化。Li等分析了厨余垃圾中高糖、高盐、高油脂和高纤维组分与好氧发酵效率之间的关系,研究表明不同成分的厨余垃圾的理化性质和水解酶活性存在显著差异,高油和高盐组分不利于厨余垃圾的好氧堆肥过程,堆肥之前应对厨余垃圾进行脱油和脱盐预处理。Gao等采用激发-发射矩阵光谱和傅里叶变换红外光谱分析手段研究了畜禽粪便和秸秆废物堆肥原料的腐殖酸形成机理,结果表明秸秆废物腐殖化产物的结构化速率明显高于牲畜粪便腐殖化产物,这可能与堆肥原料成分不同有关。
此外,传统堆肥过程存在的堆肥周期长、占地面积大、氮素损失多、臭气和渗滤液的二次污染等问题,限制了其工业应用与推广。目前,国内外学者已经开始关注厨余垃圾好氧堆肥的提速、提质和源头减量研究。
Zhou等采用小型家庭快速堆肥机对厨余垃圾进行4d好氧发酵后,得到了发芽指数为89.7%、pH值为5.57、电导率为1984μS/cm的腐熟堆产品。王新杰等采用超高温好氧发酵技术处理餐厨垃圾,堆体内90℃以上的温度持续21d,具有良好的杀菌效果.Xin等采用具有智能温度、气体流量控制系统的新型生物干化腐熟反应器来处理厨余垃圾,在通风频率为开10min/关20min、翻转频率为3次/d、智能加热的条件下,15d就可获得发芽指数为94.28%的腐熟产物。
未来,厨余垃圾好氧堆肥应加强机械式堆肥、覆盖膜式堆肥和腐殖质产品应用的研究。
1.6.2蚯蚓堆肥
蚯蚓堆肥是蚯蚓吞食厨余垃圾与土壤的混合有机物,在蚯蚓砂囊研磨和体内消化酶的共同作用下,混合物被分解成小分子物质,完成降解的过程。蚯蚓可吸收这些营养物质用于自身的生长,实现厨余垃圾向蛋白质转化,完成了厨余垃圾的资源化过程.蚯蚓堆肥法可以避免臭气的产生,蚯蚓本身富含蛋白质,可用作加工蛋白质饲料和医用药材等。早在1991年,法国Lavoulte市成功投产了世界上第一座城市垃圾蚯蚓处理厂,其处理量可达20~30t/d,处理成本仅为360法郎/t.曹瑞琪等评估了蚯蚓堆肥法处理厨余垃圾的肥料化资源化效果,结果表明采用蚯蚓堆肥产物作为肥料的绿豆长势最好,证明了蚯蚓对厨余垃圾堆肥产物的肥力提升有较大帮助.武佳韵等研究了厨余垃圾与菌渣混合物的蚯蚓堆肥效果,结果表明蚓粪肥是一种优质的有机肥,其肥效高于牛粪组.由于厨余垃圾含有不利于蚯蚓的存活与生长的油脂和盐分,蚯蚓在厨余垃圾处理过程中的处理能力容易退化,蚯蚓种类也不够丰富,因此蚯蚓堆肥法具有一定的局限性.未来,需要加强对蚯蚓品种和适应性条件的研究。
1.7转化能源
1.7.1甲烷
厨余垃圾可以通过厌氧消化获得清洁能源甲烷.有机物厌氧消化过程如图1所示,厨余垃圾在厌氧菌的作用下经过“水解-酸化-产乙酸产甲烷”4个发酵阶段.有机质先水解氨基酸、长链脂肪酸等小分子化合物,再进入酸化阶段产生丙酸、丁酸等多种有机酸,有机酸再转化为乙酸和氢气,最终乙酸和氢气在产甲烷阶段转化为甲烷,完成厨余垃圾的资源化过程。Kastner等采用厌氧消化法处理食品工业的有机废弃物,得到了甲烷含量约为60%的沼气,且沼气产率高达670L/kgVS(搅拌式反应器)和550L/kgVS(流化床反应器).厌氧消化的产气量与发酵条件、底物性质和工艺流程密切相关,采取共消化和预处理技术可提高甲烷产量。罗娟等研究了甘蔗叶对厨余垃圾厌氧消化的影响,结果表明甘蔗叶可以提高厨余垃圾的甲烷产量。郝鑫等研究了秸秆、污泥与厨余垃圾共消化的协同效果,结果表明“餐厨+污泥+秸秆”3种物料共消化的产气量为373mL/gVS,3种底物共消化的产气量明显高于两种底物。刘研萍等发现高温水解预处理可以促进厨余垃圾的水解,提高厌氧体系中的VFAs和SCOD含量,进而提高了甲烷产率.
厨余垃圾厌氧消化过程清洁且污染小,实现厨余垃圾减量化和无害化的同时,还获得清洁能源和沼渣肥料,符合绿色可持续发展理念。目前,我国已建成较多大型厨余垃圾厌氧消化处理厂。2020年6月,全球最大的城市有机垃圾综合处理项目——广州东部固体资源再生中心生物质综合处理厂建成投产,该项目采用“预处理+共消化+综合利用”的厌氧工艺,总处理能力为2040t/d(餐饮垃圾400t/d+厨余垃圾600t/d+动物固废40t/d+粪污1000t/d),最终可获得电能1亿度/a、生物柴油10万t/a、有机肥料14.6万t/a,实现了厨余垃圾的高效资源化。因此,厌氧消化是厨余垃圾较合适的资源化处理技术。
1.7.2氢气
氢气通常采用能耗较高的电解法或以煤、石油及天然气等矿物燃料为原料制取,而以厨余垃圾为原料生产氢气过程的能耗较低,是传统制氢工艺的替代方案之一。厨余垃圾生产氢气的主要工艺有厌氧消化产氢气和光合细菌产氢气,产氢效果主要与产氢菌、发酵工艺条件和产氢抑制因子有关.袁雨珍等研究了pH值对厨余垃圾厌氧消化产氢的影响,结果表明厨余垃圾厌氧产氢的合适pH值为9,此时氢气产量为72.9mL/g。
目前厨余垃圾生产氢气技术尚不成熟,难以连续、高效、稳定地运行,其研究大部分处于实验室阶段,部分达到中试试验水平。未来的研究应该集中在工艺优化、产氢菌株丰度的维持和高效厌氧反应器的开发,实现其连续、高效和稳定地运行.总之,厨余垃圾产氢气有较好的应用前景。
1.7.3乙醇
乙醇作为优质的清洁燃料,通常由玉米、木薯等粮食作物发酵获得。目前,乙醇汽油已经开始普及推广。随着世界粮食危机问题的出现,采用粮食作物生产乙醇的合理性存在较大争议。厨余垃圾中含有大量的淀粉、纤维素等生产乙醇所需的有机物,采用厨余垃圾产乙醇丰富了乙醇生产的原料来源。厨余垃圾生产乙醇一般经过“预处理-水解-发酵-蒸馏-脱水”等工序,预处理过程破坏淀粉、纤维素等多糖的结构,水解处理则将大分子多糖转化为较小的还原糖类,还原糖经过微生物发酵转化为粗品乙醇,最后再经过蒸馏、脱水处理就可获得高纯度乙醇产品。刘爱民等以校园厨余垃圾为原料进行了混合菌发酵制备乙醇燃料的研究,结果表明厨余垃圾在含量15%的啤酒酵母作用下持续发酵5d,可得到含量为6.67%的乙醇产品.日本研发了以厨余垃圾和废纸为原料的生物乙醇发生装置,发酵底物在酵母和酶的作用下,仅需3~4d就可以将1t垃圾转化为60L乙醇燃料,发酵残渣还可继续产甲烷,具有较好的推广前景。
1.7.4生物柴油
生物柴油是动物油脂与醇类发生酯交换反应所制得的脂肪酸单烷基酯。1981年,生物柴油的概念被南非科学家率先提出,与传统的石化柴油相比,生物柴油具有较好的燃烧性能、较低的挥发性、较高的安全系数、较好的低温启动性和环境友好等优点。生物柴油的生产工艺可以分为酸碱催化法、超临界法和生物酶法,其中酸碱催化法较为成熟,其余两种方法还停留在实验室阶段。目前,制备生物柴油的原料主要采用高成本的食用油脂,若利用餐厨废弃油脂为原料制备生物柴油,可降低生物柴油的生产成本。此外,有研究表明厨余垃圾可直接转化为生物柴油,如钟昌东等以厨余垃圾为原料,在微波的辅助下可获得质量分数为97.03%的脂肪酸甲酯产品,其中酯交换反应转化率为65.11%。目前,新型酯交换反应器技术、催化加氢技术和催化裂解技术等制备生物柴油的新技术得到了较好发展,但这些技术还处于起步阶段。未来,餐厨废弃油脂制备生物柴油具有广阔的应用前景。
1.8高值化利用
厨余垃圾可通过水热液化技术或发酵技术生产乳酸和还原性糖,通过水热碳化技术生产功能炭材料。三种高附加值产品均可用作化工原料,实现厨余垃圾的高值化利用.
1.8.1乳酸
乳酸又叫2-羟基丙酸,其合成的聚乳酸主要用来生产新型生物可降解塑料,该塑料在环保、医药等领域具有较高的应用价值。厨余垃圾可通过发酵技术转化为乳酸,进而合成聚乳酸。姜华等采用开放式乳酸发酵技术处理食物垃圾,可得到36.29g/L的乳酸。此外,厨余垃圾还可采用水热液化处理生产乳酸,同时会伴生乙酸。有研究表明,水热液化技术有机酸的产率较低,且生成的乳酸有向乙酸转化的趋势。Goto等采用兔粮作为城市有机固废的模型物质,通过水热液化技术可从兔粮中得到产率为3.2%的乳酸和2.6%的乙酸。目前,厨余垃圾产乳酸的研究集中在工艺开发和菌株培养上,技术尚不完善,后续可多加强菌株筛选改造和高效产乳酸反应器等方面的研究。厨余垃圾转化乳酸,既可实现厨余垃圾的资源化利用,制得的乳酸还可生产可降塑料,有利于解决白色污染问题。所以,厨余垃圾产乳酸也具有良好的应用前景.
1.8.2还原性糖
厨余垃圾中淀粉和纤维素的水解产物葡萄糖是乙醇等物质的前驱体,具有较高的工业利用价值。目前,厨余垃圾可通过水热法、酶促法和酸解法来生产还原性糖。Nagamori等采用水热法处理淀粉产葡萄糖,淀粉在473K的温度下反应30min,可获得产率为630g/kg炭基的葡萄糖。陈梦等研究表明厨余垃圾在220U/g糖化酶、55.8℃、起始pH值为5.24的反应条件下,得到了68.02g/L的还原性糖。Vavouraki等研究了酸解法对厨余垃圾水解产糖的促进作用,表明采用1.12%的盐酸对厨余垃圾预处理94min,可将可溶性糖的产率提高至548mgeq.Glu/g。此外,在超临界条件下,厨余垃圾中的纤维素可水解为葡萄糖、果糖等还原性糖。目前厨余垃圾生产还原性糖工艺的产糖量低、发展不成熟,后续可以加强产糖过程中不同组分的影响、选择性促进和有害组分去除的研究,糖类的后续分离提纯研究也至关重要。
1.8.3炭材料
生物炭是生物质在高温缺氧环境下缓慢分解得到的一种富含碳元素的碳基材料,其表面含有大量的活性氧官能团,可对其改性为新型功能材料。厨余垃圾可通过水热碳化和热解技术生产炭材料,所得生物炭材料可用于水质净化、吸附污染物、负载药物、催化剂和改良土壤等用途。厨余垃圾生产炭材料可视为二氧化碳的封存过程,可减少21%的碳排放。张新旺等采用高温热解方法和共沉淀法处理厨余垃圾,获得了对水中亚甲基蓝具有较好吸附效果的磁性生物质炭材料。金桃等以水热碳化方法处理厨余垃圾,得到了热值及灰分均达到一级精煤标准的生物煤。吴倩芳等以厨余垃圾作为原料,采用水热碳化方法制得了铁/炭纳米复合材料.虽然厨余垃圾水热法制备生物炭的转化效果较好,但是水热法存在反应复杂、副产物较多和反应精准控制不足等缺点,且得到的生物炭为导电性较差的非晶态碳材料,限制了炭材料产品的应用范围。未来可加强热解制生物炭的工艺优化和生物炭产品的性能改进,扩大生物炭材料的应用领域.
2厨余垃圾资源化方案选择
根据《中国统计年鉴》显示,2019年我国城市生活垃圾填埋和焚烧处理占比分别为45.59%和50.47%.但两种方法都存在环境污染、资源回收效率低等众多问题.因此,越来越多的国家不鼓励采用堆肥和焚烧来处理厨余垃圾,而资源化逐渐成为厨余垃圾最受欢迎的处理方式.目前,厨余垃圾资源化处理的主流技术为厌氧消化、好氧堆肥和饲料法,而其他如昆虫饲养和高值化利用等资源化技术,都因技术不成熟、成本较高和缺乏大规模、稳定的工业应用能力而无法得到广泛推广和应用。
目前,中国厨余垃圾资源化技术占比为厌氧消化(74.3%)、好氧堆肥(13.5%)和饲料(12.2%)。中国“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划中规定,鼓励使用厨余垃圾生产油脂、沼气、有机肥、土壤改良剂和饲料添加剂等产品,可按照当地厨余垃圾的生产规模和性质来选择成熟可靠的肥料化、饲料化(饲料添加剂)和能源化等处理工艺。中国“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划中规定,中国将继续完善垃圾分类体系,并计划到2025年底实现全国城市生活垃圾60%左右的资源化率。因此,未来中国将面临厨余垃圾资源化方式的选择问题.为了明确厌氧消化、好氧堆肥和饲料法的研究趋势,本文采用文献计量学研究趋势分析方法,分析了WebofScience数据库中2006~2020年中国厨余垃圾三大资源化处理的发文研究趋势。由图2可知,近15a来我国对厨余垃圾三大资源化处理技术的研究均呈上升趋势,厌氧消化的研究占比和增速位居第一位,其次为好氧堆肥,而饲料法增长缓慢且占比较少。鉴于动物饲料的同源污染问题,目前饲料法还存在较多未知风险而不能大规模推广应用,但中国应持续关注厨余垃圾饲料法的生物转化和应用风险评估研究,不断完善厨余垃圾饲料法的相关法律法规和标准许可,未来饲料化应是中国厨余垃圾资源化处理中值得提倡的技术之一。因此,目前中国在厨余垃圾资源化处理工业领域的技术选择应多关注厌氧消化和好氧堆肥技术.
目前,中国最适合大规模工业应用的资源化处理技术为厌氧消化和好氧堆肥.通过表2显示的厌氧消化和好氧堆肥处理方案对比可知,厌氧消化和好氧堆肥均有良好的资源化属性,并且在技术、经济上可互相补充.与厌氧消化相比,好氧堆肥更关注于缩短堆肥周期、提高产品腐质化程度、减少臭气和温室气体排放方面,其适合中小规模厨余垃圾的源头减量和分散式处理。以往,中国对厨余垃圾堆肥生产的有机肥缺乏相应国家标准,缺乏销售和使用堆肥产物的有效市场,而2021年5月中华人民共和国农业农村部颁布的有机肥料行业标准(NY/T525-2021)将厨余垃圾和沼渣/液纳入生产商品有机肥的评估类原料,这将极大推动了厨余垃圾好氧堆肥市场的发展.与好氧堆肥相比,厌氧消化具有低碳排放、二次污染少、运行成本低、温室气体排放低和全球变暖潜能值低等优点,其适用于厨余垃圾的集中式、大规模处理。
近年来,较多研究采用生命周期评价方法来研究厨余垃圾不同处理方式的影响,以期选择更经济、环境影响小和高效的资源化处理方式.在环境保护和资源回收方面,厌氧消化和好氧堆肥优于垃圾填埋、焚烧和气化;与好氧堆肥相比,厌氧消化具有较低的温室气体排放量、较小的环境影响和较高的经济效益;而好氧堆肥因其工艺简单、周期相对较短和投资成本低等优点,成为厨余垃圾分散式、源头减量等特定场景下合适的资源化处理技术.因此,大型城市厨余垃圾的集中处理适合采用厌氧消化方案;而机关单位、社区、菜市场等小型场所和偏远地区适合采用快速好氧堆肥机进行源头减量;农村地区适合采用低成本的覆盖膜式静态好氧堆肥。
综合考虑经济、环境效益,图3所示的废弃油脂炼制生物柴油+厌氧消化产甲烷+沼渣好氧堆肥可能是中国厨余垃圾合适的资源化工艺.针对厨余垃圾厌氧消化过程存在的低C/N、营养元素不均衡、消化周期长、易酸化和氨氮累积等问题,该组合工艺的厌氧消化阶段可采取预处理(机械研磨、超声、微波、热处理、冻融、高级氧化、酸处理、碱处理、微氧处理和酶处理等)、共消化(园林垃圾、污泥、畜禽粪便和农业废弃物等)、添加剂(生物炭、纳米材料、矿物材料、营养元素和生物填料等)和两相厌氧消化等手段,来提高厨余垃圾的可生化性和厌氧消化效率。
针对厨余垃圾沼渣好氧堆肥过程存在的高含水率、低C/N、堆肥周期长和臭气等问题,该组合工艺的好氧堆肥阶段可采取添加膨松剂(木屑、秸秆和稻壳等)、共堆肥(园林垃圾、污泥、畜禽粪便和农业废弃物等)、添加剂(微生物菌剂、生物炭、沸石和可形成鸟粪石的镁盐、磷酸盐等)、机械堆肥和覆盖膜式堆肥等手段,来强化厨余垃圾厌氧沼渣的好氧堆肥过程。
未来,在厨余垃圾资源化回收方案的选择上,应继续引入生命周期评价方法来评估厨余垃圾资源化回收方案的合理性,进而选择经济和环境效益双高的资源化解决方案。
3结论
3.1我国厨余垃圾产量大,处理不当会对环境造成严重影响。通过对8种厨余垃圾处理方式的回顾分析,得出厨余垃圾的资源化处理(饲料、昆虫养殖、堆肥、转化能源和高值化利用)是未来的发展趋势,其中饲料化应是未来厨余垃圾资源化处理中值得提倡的技术之一。
3.2厌氧消化和好氧堆肥作为工业应用最广的资源化技术,分别适用于集中大规模处理和分散式、中小规模、源头减量处理的应用场景,其中厌氧消化技术具有较好的经济环境效益。
3.3废弃油脂炼制生物柴油+厌氧消化产甲烷+沼渣好氧堆肥的组合工艺可能是目前中国厨余垃圾合适的资源化处理工艺。
3.4未来,应引入生命周期评价方法来评估厨余垃圾资源化回收方案的合理性,指导选择经济、环境效益较好的资源化解决方案。
关于厨余垃圾资源化的再分析
资源化利用是垃圾分类的重要目标。不进行资源化利用，垃圾分类就没有意义。我国地大物博，经济发展不平衡问题很突出。对厨余垃圾进行资源化利用，仅有良好的愿望是不行的，其中涉及一系列比较复杂的事情，其中有地方经济条件的制约，有技术水平的限制，有决策的科学性问题，也有法律、舆论等社会环境的支持问题等等。
我们可以抛开这些制约问题，对厨余垃圾处理技术进行逻辑分析。
厨余垃圾的肥料化、能源化、饲料化，都是资源化利用的形式，没有优劣之分，只有适应与否之别。
从技术路径上看，饲料化的路径最短，肥料化次之，能源化的路径最长。就技术难度而言，饲料化的难度较低，所需机械设备比较简单，时间周期很短，期间的物质形态没有质的变化，也就是资源化的利用率较高，衍生物少且对环境的影响小。与饲料化相比较，肥料化的设备要复杂一些，时间周期拉长，期间的物质形态有较大变化，一些物质通过微生物进行了转化，形成新的物质，也就是资源化的利用率有一定的降低，衍生物对环境的影响小。能源化所需设施设备庞大，系统复杂，过程控制要求精细，安全问题突出，物质形态发生质的改变，资源化的利用率大大降低，衍生物多，存在二次污染隐患，对环境影响较大，衍生物的无害化处理要求高。
从经济性上分析，有投入和产出两个方面。饲料化的投资最少，肥料化次之，能源化的投资最大，而且不在一个数量级上。目前厨余垃圾能源化技术建设和运营成本大大高于焚烧。从产出上分析，目前只有能源化有市场准入条件，因而有比较确切的衡量标准。饲料化和肥料化在市场准入上存在严重限制，不具备进入市场条件，因而没有可比性。从理论上分析，饲料化和肥料化的投入产出比相对于能源化应该是高的。
从经济视角来看，厨余垃圾饲料化是最经济的。从管理的角度看，饲料化的投资少、设备相对简单，因而管理容易。肥料化次之。能源化技术路径投资大，设备庞大，管理复杂。
从管理视角来看，厨余垃圾饲料化最简单。除了从技术、经济、管理三个方面综合考虑，对厨余垃圾资源化利用还要考虑二次污染防治，也就是资源化利用过程的无害化。
现行主流的厌氧消化处理技术，对沼液和沼渣的处理是最大的痛点。
堆肥技术的现场臭味控制和污水处理是工艺的难点，特别是盐的处理难度高，产品中含盐对肥料的推广使用造成致命的硬伤。
饲料化技术下，盐分是饲料的成分之一，可以不考虑除盐这一因素。利用生物技术，可以将污水加工成液态肥。我们现有的生物和饲料加工技术，足以支撑厨余垃圾饲料化利用。
在现有的收运方式下，我们一些大的环卫公司，有条件从源头控制、分类收集运输、分类处理上进行厨余垃圾的饲料化利用。利用生物技术，把大分子的蛋白质、脂肪等分解变形，彻底解决饲料的同源性问题。既可以加工成湿饲料，也可以加工成干饲料。再配套建设与收运规模相当的养殖场，形成一个循环的闭环，可以很容易的解决厨余垃圾的综合利用问题。
厨余垃圾的饲料化利用，可以大大降低厨余垃圾处理成本，也会产生很好的经济效益。
来源：固废观察
关于会议
2023中国国际有机固废处理与资源化利用高峰论坛将于2023年12月29-30日在南京召开，会议将汇集来自有机废弃物处理工程运营单位，地方住房城乡建设行业主管部门、市容环卫部门、废弃物处理的相关设备，技术企业、科研院所、相关院校专家、学者、技术人员参加会议。本届研讨会的议题围绕“政策标准趋势、餐厨、厨余垃圾、农业有机废弃物处理新技术，新设备，有机固废处理与工程示范、沼气提纯、沼气工程运行效能分析等多个方面的内容展开谈论。
会议时间：2023年12月29-30日
会议地点：江苏·南京
组织机构
中国国际有机固废处理与资源化利用高峰论坛组委会
低碳环保圈
上海同巨文化传播有限公司
联合协办机构
国家城市环境污染控制技术研究中心
中国绿色工业创新联盟
承办单位
安徽同巨文化传媒有限公司
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不能。应用范围：枯草芽孢杆菌不仅在饲料中应用比较广泛，在污水处理及生物肥发酵或发酵床制作中应用也相当广泛,是一种多功能的微生物.市政和工业污水处理，工业循环水处理，腐化槽、化粪池等处理，畜牧养殖动物废料、臭味处理，粪便处理系统，垃圾、粪坑、粪池等处理;2.畜牧、家禽、特种动物及宠物养殖，水产...
我想用大豆煮熟之后加枯草芽孢杆菌怎么做法做成微生物菌肥?
看你是想自用，还是做商品？自用的话，大豆煮熟控干，捣烂后，以手捏可成形但不滴水为原则，拌入枯草芽孢杆菌，按重量的1%-3%拌匀，不要遮盖，放置室内，环温控制在30度以上最佳，温度达到40度以上后，人工翻拌一下，让通风透气，以后每天翻拌一次，直至温度不再上升，摊开凉干，就可使用了。大豆做...
枯草芽孢杆菌果树园用法
（2）也可使用枯草芽孢杆菌1000亿活芽孢\/克可湿性粉剂600-800倍液喷雾，一般每7-10天喷1次，需要连喷2-3次，需要喷均匀。2、使用注意事项 （1）使用时需做到随配随用，采用二次稀释法配制药剂。（2）一般需在早上10点前或下午4点后施药，通常不能在阳光直射的时间段使用该药剂，因此会将芽孢...
如何培养枯草芽孢杆菌
枯草芽胞杆菌是一种营养要求比较低的细菌，在一般的培养基中就可以生长良好。所以只需要使用普通营养肉汤，就可以使这种细菌生长旺盛，大量繁殖。
芽孢杆菌不加红糖发酵有用吗?
对水的选择思考同样不少，如池塘水里含有很多杂菌，不应用作活化芽孢杆菌的用水，有的选择井水，有的还将井水烧开冷却后再使用。即便有这么多人在思索如何才能最大限度增加菌种数量。仍然有很多时候他们是不能确切保证使用后的效果的，最明显的就是把水体中的有机质分解了吗？能经得起白色水桶法的检验...
枯草芽孢杆菌如何发酵鸡粪?
2.原辅料及要求：主要物料：畜禽粪便，辅料：米糠、锯末、饼粕粉、秸杆粉、等，干燥、粉状、高碳即可。3.原辅料配比：主料∶辅料=5:1-3:1 4.水分控制在50%-60%，手抓物料成团无水滴，松手即散。使用方法 1. 按要求将本品、主料和辅料全部混合均匀。(枯草芽孢杆菌放到水里浸泡，取渣后用喷雾...
芽孢杆菌怎么活化
3、温度适宜。使用温度是25℃以上为宜，水温低，菌种生长缓慢，无法迅速形成优势种，效果不理想。芽孢杆菌属细菌较大（4~10μm），革兰氏阳性、是严格需氧或兼性厌氧的有荚膜的杆菌。该属细菌的重要特性是能够产生对不利条件具有特殊抵抗力的芽孢。芽孢杆菌属可分为以下亚群：多黏芽孢杆菌、枯草芽孢杆...
羊粪发酵做有机肥料用什么发酵菌剂好?
发酵一般用腐熟剂。发酵完成后可以添加微生物菌剂（如：枯草芽孢杆菌）羊粪中所包含的养分 羊粪中包含：有机质24-27%，氮（N）0.7-0.8%，磷（P2O5）0.45-0.6%，钾（K2O）0.4-0.5%。羊粪是否可以直接做肥料 1、羊粪不可以直接做肥料。2、在羊粪中包含有大肠杆菌、线虫等病菌和害虫，如果未经...
枯草杆菌芽孢和葡萄糖在农作物上复配冲施可以吗?
可以。根据查询枯草杆菌芽孢和葡萄糖的属性显示，枯草杆菌芽孢和葡萄糖在农作物上复配冲施可以，枯草芽孢杆菌扩培工艺最佳条件为：最佳发酵培养基葡萄糖0.5％＋淀粉1.0％＋黄豆粕3.0％＋硫酸锰0.2‰＋磷酸氢二钾0.3‰＋硫酸镁0.2‰。
求教“枯草芽孢杆菌”、“细菌内毒素”、“热原” 的产生、生存环境、还...
一、枯草芽孢杆菌 1、产生：广泛分布在土壤及腐败的有机物中，易在枯草浸汁中繁殖，故名。空气中也会有存在。2、生存环境：需氧菌。生存条件恶劣时，细胞营养体会形成生命力极强的芽孢。3、杀死方法：121℃高温高压灭菌；或环氧乙烷灭菌；或辐射灭菌。二、细菌内毒素 1、产生：是革兰氏阴性菌的细胞壁...
高淳县盐酸回答： 枯草芽孢杆菌常用培养基配方: 1L蒸馏水+20g葡萄糖+15g蛋白胨+5g氯化钠+0.5g牛肉膏+20g琼脂 枯草芽孢杆菌原生质体的制备 1 培养枯草芽孢杆菌 取亲本菌株T4412、TT2 新鲜斜面分别接一环到装有液体完全培养基(CM)的试管中,36℃...
潜转18022363582问： 如何从土壤中分离纯化枯草芽孢杆菌 - ？
高淳县盐酸回答： 查一下文献,枯草芽孢杆菌可以用什么分离培养基培养的.如果能找到,就将土壤溶于水,然后取上层液,平铺在培养基上培养,等找出菌后,根据菌体的群落特征进行单一菌种纯化培养.
潜转18022363582问： 如何制备枯草杆菌芽孢悬液 - ？
高淳县盐酸回答： 芽孢杆菌由于菌落很粘,所以如果直接用无菌水做悬液,不容易做出均匀的菌悬液,建议先用干净的灭菌细木棒(就是棉棒不要棉头的那种),在灭好菌的空试管中(无菌操作)先把挑取的菌落打散,然后在加入无菌水,制成菌悬液
潜转18022363582问： 怎样制备枯草芽孢杆菌的芽孢悬浊液啊?希望有详细步骤. - ？
高淳县盐酸回答： 你是不是要制作枯草芽孢感觉的芽孢悬浮液,事实上,只要你的菌悬液在80度的条件下处理15min后,就剩下芽孢了.不知道你是否满意...
潜转18022363582问： 枯草芽孢杆菌的生产工艺流程 - ？
高淳县盐酸回答： 首先进入了配料间,在配料间有许多设备,刚一进门右边是配料罐,就是把原物料按照比列配好装进料车,进行搅拌混匀.配料罐下边就有一个高压泵.该绷得功能就是把配好的物料通过管道压入储料罐,在配料罐旁边就有一个卧式的储水罐,...
潜转18022363582问： 怎么制做枯草芽孢杆菌感受态细胞 - ？
高淳县盐酸回答： 转枯草建议还是电转,化学法不是说一定不行,效率太低,而且受限太多. 这是我们lab的protocol,你试试. 1)接种B . subtilis于3mlLB培养基中,过夜培养.. 2)取2.6ml过夜培养物接入40ml(LB+0.5M 山梨醇)中,37℃,200rpm培养至OD600=0.8左...
潜转18022363582问： 如何从土壤中分离枯草芽孢杆菌 - ？
高淳县盐酸回答： 取土样时最好选取如花坛等地方的土样,去掉表层5~10cm的土壤后取样. 放入100ml三角瓶中,加入30ml水,常压加热至水沸腾后维持20min,取出,置28-37摄氏度培养24-48h,液面则产生黄白色皮膜.用接种环取皮膜适量于无菌水中分散,稀释涂布于蔗糖豆芽汁琼脂平皿,置28-37摄氏度培养24-48h,挑取典型菌落.
潜转18022363582问： 枯草芽孢杆菌感受态细胞的制备具体的操作步骤,哪位高手不吝赐教,谢谢,新手 - ？
高淳县盐酸回答： 1.种培养.3ml 电转LB培养基,接种,过夜培养2.主培养.1%接种3培养至OD 0.5-0.7时集菌,弃上清后,50%甘油重悬菌饼,冰上放置30分钟4.低温离心10min 弃上清,50%甘油重悬,冰上放30min5. 低温离心10min 加入200ul 50%甘油重悬,55ul/tube 分装 这是制作电转感受态的方法 ,热转的话,将培养基更换为普通培养基即可
潜转18022363582问： 枯草芽孢杆菌的培育条件! - ？
高淳县盐酸回答： 培养基:1L蒸馏水+20g葡萄糖+15g蛋白胨+5g氯化钠+0.5g牛肉膏+20g琼脂,或牛肉膏蛋白胨配方(1000ml)加10g的葡萄糖. ph为7即可,温度30度到37度皆可——条件不是很苛刻,比较容易培养. 我个人觉得培养基的成分有所改变不会影响其性状,毕竟是广泛分布于自然界的菌种嘛.要想大量培养,如果从经济方面考虑还可以用些便宜点的原料.
潜转18022363582问： 寻采用不同比例的淀粉的发酵液培养枯草芽孢杆菌进行发酵最佳工艺 - ？
高淳县盐酸回答： 实验菌种 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtillis)1.210;D53、D56:从活性污泥中分离得到.培养基的配制 斜面培养基(营养琼脂):蛋白胨1%,NaC1 0.5 D/0,牛肉膏0.3%,琼脂2%.液体营养肉汤培养基:蛋白胨1%,NaC1 0.5%,牛肉膏...
