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一、引言
廚余垃圾是一個外延廣泛的概念，部分文獻認為廚余垃圾是餐廚垃圾的一部分，即餐廚垃圾包含了家庭活動產生的廚余垃圾和公共食堂與餐飲行業(yè)產生的餐飲垃圾。不過， 2019年住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布的《生活垃圾分類標識》(GB/T19095——2019)，將餐廚垃圾作為廚余垃圾的一部分，即廚余垃圾包含了家庭廚余垃圾、餐廚垃圾和其他廚余垃圾。為了避免混淆，同時與我國垃圾分類工作的目標所指相契合，本文所指廚余垃圾包含家庭日常生活過程中產生的易腐性家庭廚余垃圾和相關企業(yè)與公共機構產生的餐廚垃圾等。
《住房和城鄉(xiāng)建設部等部門印發(fā)關于進一步推進生活垃圾分類工作的若干意見的通知》[建城(2020)93號]指出，我國將再用5年左右時間，使全國城市生活垃圾的回收利用率達到35%以上。根據文獻的報道，1991——2016年期間，我國32個主要城市的廚余垃圾占生活垃圾的比重為49.4%——64.5%，因此，城市生活垃圾的回收利用率能否實現(xiàn)目標要求，關鍵是能否實現(xiàn)廚余垃圾的資源化利用。廚余垃圾的資源化利用，不僅是提高我國生活垃圾回收利用率的重要途徑，而且是輔助我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要路徑。廚余垃圾進行資源化處理，首要環(huán)節(jié)是通過預分選處理去除雜質、分離得到可回收利用的物料。本文結合近十年來我國廈門市、長沙市、鄭州市和銅陵市等地開展的廚余垃圾資源化處理實踐，試圖對我國廚余垃圾預分選處理技術發(fā)展歷程進行分析，為我國廚余垃圾預分選處理工藝的選擇提供參考意見。
二、廚余垃圾特性
1. 家庭廚余垃圾特性
家庭廚余垃圾具有“三高”特性，包括有機物含量高、含水率高、含鹽率高。從小區(qū)收集的家庭廚余垃圾，去除雜質后廚果類的含量可以達到70%——90%(脂肪含量在2.1%以內，蛋白質含量2.2%以內)，含水量73%——89%，含鹽率在0.1%——0.3% 。家庭廚余垃圾“三高”的特性，導致其在收集、運輸和處理環(huán)節(jié)易腐爛，孳生病菌，具有傳播疾病的潛在風險，并且含鹽較高會影響家庭廚余垃圾資源化產品的質量。除了“三高”之外，家庭廚余垃圾中的雜質含量也較高，包括塑料、紙張等(家庭廚余垃圾典型理化性質見表1)。在垃圾分類工作剛剛起步的地區(qū)，家庭廚余垃圾中的雜質含量可以達到20%以上，雜質含量高會影響后續(xù)的資源化利用。要解決這一問題，除了在前端投放環(huán)節(jié)提高投放準確率外，還需要應用合適的預分選處理工藝去除雜質。
表1 家庭廚余垃圾理化性質(濕基)
2. 餐廚垃圾特性
我國飲食服務、單位食堂等每天都產生大量餐廚垃圾，餐廚垃圾除了有機質含量高、含水率高、含鹽量高之外，含油量也高，表2為我國餐廚垃圾典型的理化性質。由于我國幅員遼闊，風俗習慣多樣，不同地區(qū)間烹飪方式和飲食習慣有較大差異，餐廚垃圾中含鹽量和含油量的波動較大，如含鹽量2%——5%，含油量3%——17%。餐廚垃圾中的油脂和鹽分一樣，會抑制微生物的生長，并且延長餐廚垃圾處理的周期和降低堆肥產品的品質。因此，在預分選處理階段要特別注意提高油脂分離效率。
表2 餐廚垃圾理化性質(濕基)
三、廚余垃圾預分選處理技術
1. 家庭廚余垃圾預分選技術
先行實施生活垃圾強制分類的城市，家庭廚余垃圾的分出率不斷提高，并逐步完善了家庭廚余垃圾的末端處理系統(tǒng)。根據已開展垃圾強制分類工作城市的成效，并考慮南方與北方、沿海與內陸城市的地域差異等因素，分別選取鄭州市高新區(qū)、長沙市、廈門市建設的家庭廚余垃圾處理項目，分析其預分選工藝。
圖1 家庭廚余垃圾預分選工藝流程
鄭州市高新區(qū)家庭廚余垃圾處理項目于2020年投入使用，設計處理規(guī)模100t/d，主要負責高新區(qū)內家庭廚余垃圾的處理。高新區(qū)收集的家庭廚余垃圾雜質含量較高，采用“人工分選+機械分選+智能分選”的預分選技術可有效去除雜質，尤其采用了最新的AI智能分選技術，可以利用圖像識別與跟蹤技術，提高雜質分離效率。去除雜質后的有機質與園林垃圾和果蔬垃圾混合，采用好氧發(fā)酵方式制備有機固體顆粒肥料。席北斗等的研究表明，去除雜質后的家庭廚余垃圾與樹葉、秸桿等蓬松劑混合后，可加速氧和有機物的傳輸速率，改善好氧堆肥微環(huán)境。
長沙市家庭廚余垃圾處理項目于2019年投入使用，設計處理規(guī)模2000t/d，主要負責長沙市各區(qū)的家庭廚余垃圾的處理。項目采用“破袋破碎+壓榨脫水”的預處理工藝，脫水后干組分熱值高于5000kj/kg，轉運至焚燒發(fā)電廠焚燒，收集的高濃度有機污水厭氧發(fā)酵產沼氣實現(xiàn)資源化利用。陳海濱等對“壓榨預處理+干組分焚燒+濕組分厭氧發(fā)酵”的組合模式進行研究，發(fā)現(xiàn)相比于直接填埋等處理方式，該組合模式可以實現(xiàn)碳減排量為947.6kgCO2/t。長沙市家庭廚余垃圾處理項目采用的預處理工藝雖然簡短，但是適用，尤其是在有機質堆肥產品無法“消化”的情況下，這種處理方式可快速實現(xiàn)家庭廚余垃圾的減量化和無害化處理。
廈門市家庭廚余垃圾處理項目于2014年建成，2015年投入使用，設計處理規(guī)模500t/d，主要承擔廈門市各區(qū)家庭廚余垃圾的處理。項目采用“人工分選+破袋破碎+滾筒篩分+干式厭氧發(fā)酵+好氧堆肥”工藝，其中，人工分選環(huán)節(jié)主要去除玻璃陶瓷、捆扎繩、織物等，滾筒篩分主要分選出塑料袋、瓶子等。隨著近年來廈門市垃圾分類工作取得顯著成效，項目設置的人工分選環(huán)節(jié)的壓力減輕，滾筒篩分選出的雜質比重也出現(xiàn)下降。去除雜質后的有機質采用干式厭氧發(fā)酵設備，沼渣用好氧堆肥生產有機肥。閔海華等的研究認為，干式厭氧要求有機質總含固率(TS)為20%——40%，通過上述預分選系統(tǒng)處理后的有機質TS能達到25%左右，適宜采用干式厭氧發(fā)酵處理。
總體來看，不同時期國內不同城市建立的家庭廚余垃圾處理項目的預分選處理技術并未形成統(tǒng)一，一方面是各地飲食習慣不同、垃圾分類水平參差不齊等因素導致垃圾的成分不同，需要不同組合的預分選處理技術；另一方面有機質資源化處理方式不同，對預分選技術的要求也不同。
2. 餐廚垃圾預分選技術
2010年，我國在開展“地溝油”、“垃圾豬”專項整治期間，加強了餐廚垃圾的管理，并啟動了餐廚垃圾資源化利用和無害化處理試點城市建設。此外，在開展生態(tài)文明試點城市建設和“無廢城市”試點建設中，也將餐廚垃圾資源化處理作為了重點建設項目。根據開展相關試點工作城市的成效，并考慮南北方及沿海與內陸城市的地域差異等因素，分別選取廈門市、銅陵市、長沙市建設的餐廚垃圾處理項目，分析其預分選工藝。
圖3 餐廚垃圾預分選工藝流程
廈門市餐廚垃圾處理項目于2020年開始建設，設計處理規(guī)模400t/d，采用“接料粗分+精分制漿+除砂除渣+油水分離”的預分選技術，分離雜物和油脂后的有機漿料采用厭氧發(fā)酵進行資源化利用。銅陵市餐廚垃圾項目于2020年投入使用，設計處理規(guī)模為100t/d，采用“粗破碎+破碎制漿除砂+油水分離”的預分選技術，分離雜物和油脂后的有機漿料采用厭氧發(fā)酵進行資源化利用。長沙市餐廚垃圾處理項目于2012年投入使用，并于2018年擴建至800t/d處理量，采用“組合分揀+油水分離+制漿”的預分選技術，分離雜物和油脂后的有機漿料采用厭氧發(fā)酵進行資源化利用。
總體來看，不同時期國內不同城市建設的餐廚垃圾處理項目的預分選工藝技術趨于穩(wěn)定，一方面是餐廚垃圾制漿除雜一體機和油水分離設備等預分選核心設備技術成熟，另一方面是分選后有機物料資源化處理方式以厭氧發(fā)酵應用最為廣泛，成功案例最多，對預分選技術的要求基本相同。
四、結束語
廚余垃圾資源化利用是實現(xiàn)垃圾分類回收利用率目標的重要途經，而廚余垃圾的預分選工藝技術的選擇，將影響到可回收利用物料的資源化。
根據家庭廚余垃圾的特性，以及有機質資源化處理的要求，家庭廚余垃圾預分選處理主要是人工分選、粒徑篩分、密度分選、磁力分選及AI智能分選等技術的不同組合。由于家庭廚余垃圾總量大，有機質堆肥產品存在含鹽、含重金屬等問題影響堆肥產品市場應用，將有機質脫水后轉運至焚燒發(fā)電廠處理是目前快速消納家庭廚余垃圾的一種措施。這種處理方式對家庭廚余垃圾的預分選處理技術要求低，一般通過破碎、壓榨脫水即可。相比于家庭廚余垃圾，餐廚垃圾的預分選處理技術趨于穩(wěn)定，通過破碎、制漿除雜、除砂和油水分離等技術的應用達到預分選處理效果。
總之，廚余垃圾預分選處理技術的選擇要緊密結合廚余垃圾的特性及可回收利用物料的應用場景，合適的預分選處理技術，有助于實現(xiàn)廚余垃圾的資源化利用。
原標題：廚余垃圾特性及預分選處理技術
