隨著我國現(xiàn)代化水平的不斷提高，城市生活垃圾產(chǎn)量也在與日俱增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國城市生活垃圾正以年平均10%的速度遞增，而流動(dòng)人口增長(zhǎng)較快的上海、北京、武漢等城市，生活垃圾的年增長(zhǎng)率甚至高達(dá)15%~20%[1]。許多城市已出現(xiàn)了垃圾圍城的嚴(yán)重局面。因此進(jìn)行垃圾無害化、資源化、減量化處理已成為現(xiàn)代化城鎮(zhèn)建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。餐廚垃圾占城市生活垃圾的37%~62%[2]，是生活垃圾的重要組成部分。以有機(jī)物為主的餐廚垃圾是城市生活垃圾腐敗、二次污染的根源，它不僅包括餐飲行業(yè)和居民生活的廚房余物、食用殘留，還包括食品加工行業(yè)尾料、市場(chǎng)超市過期變質(zhì)果蔬食品。因此適宜的餐廚垃圾資源化處理對(duì)城市生活垃圾處理具有重要意義。
1我國餐廚垃圾的特點(diǎn)
1.1可利用價(jià)值高
雖然餐廚垃圾是由米、面、果蔬、動(dòng)植物油、肉、骨及廢餐具、紙巾、塑料等組成的混合物，但其主要成分為淀粉、蛋白質(zhì)、脂類、纖維素和無機(jī)鹽。相關(guān)資料顯示，餐廚垃圾干物質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量達(dá)95%以上，其中粗脂肪21%~33%，粗蛋白11%~28%，粗纖維2%~4%[2~4]，除此之外，餐廚垃圾中還富含氮、磷、鉀、鈣、鈉、鎂、鐵等微量元素。因此經(jīng)適宜的處理，餐廚垃圾將有很高的再利用價(jià)值。
1.2水分含量高且存在形式多樣
水是餐廚垃圾的基本成分，占餐廚垃圾的70%~90%[5，6]，是餐廚垃圾腐敗變質(zhì)的基礎(chǔ)，因此脫水處理成了餐廚垃圾處理的必要環(huán)節(jié)。因餐廚垃圾有機(jī)物含量高，且顆粒細(xì)小，這使得餐廚垃圾中水的存在形式呈現(xiàn)出多樣性：自由水、間隙水、結(jié)合水。自由水是餐廚垃圾中含量較多，較容易去除的水分，這部分水分與垃圾中固體顆粒沒有相互作用關(guān)系，通過重力、離心力等機(jī)械方式或者簡(jiǎn)單加熱就能去除；間隙水是夾在膠體顆粒細(xì)小間隙和毛細(xì)管中的水分，受到液體凝聚力和液固表面附著力的雙重作用，要分離這部分水，需要較高的機(jī)械作用力和能量；結(jié)合水是由淀粉、蛋白質(zhì)等膠體顆粒表面張力作用而吸附的水分，這部分水分很少，也較難去除，因此在餐廚垃圾脫水處理中以去除自由水和間隙水為主。
1.3危害性
高水分、高有機(jī)質(zhì)含量使餐廚垃圾極易腐敗變質(zhì)，給暫存、收集、運(yùn)輸及處理造成極大的困難。同時(shí)腐敗的餐廚垃圾會(huì)產(chǎn)生大量霉菌毒素等有害物質(zhì)，如不經(jīng)處理直接飼喂牲畜，會(huì)使這些有害物質(zhì)在牲畜體內(nèi)寄生、蓄積、轉(zhuǎn)化，從而誘發(fā)各種疾病，最終通過食物鏈傳染給人類。腐敗的餐廚垃圾還將產(chǎn)生大量滲濾液，并散發(fā)惡臭氣體，污染水源和大氣，對(duì)環(huán)境極不友好。
1.4餐廚垃圾處理形式多樣，各地發(fā)展不平衡
受傳統(tǒng)泔腳養(yǎng)豬觀念的影響，餐廚垃圾通過簡(jiǎn)單加熱直接飼喂畜禽的現(xiàn)象普遍存在。盡管現(xiàn)階段部分城市和地區(qū)已經(jīng)意識(shí)到“垃圾豬”、“地溝油”的危害，并頒布了相關(guān)法規(guī)，加強(qiáng)餐廚垃圾的收集、處理；但因各地發(fā)展不平衡，加之缺乏切實(shí)可行的處理方式及處理設(shè)備，形成了大城市多以填埋方式處理，中小城市以周邊養(yǎng)殖戶收集飼喂畜禽和部分通過下水道進(jìn)入污水處理廠統(tǒng)一處理生活垃圾的格局。
2餐廚垃圾的處理技術(shù)
2.1與生活垃圾一起填埋
填埋是我國城市生活垃圾最主要的處理方式，生活垃圾處置量的70%以上[1]，尤其是對(duì)不可回收垃圾，填埋是理想的，也是最終的處理方式。填埋是基于微生物厭氧發(fā)酵的原理，將垃圾慢慢轉(zhuǎn)化而達(dá)到無害化目的。填埋分2類：①簡(jiǎn)易填埋，又稱傳統(tǒng)填埋；②衛(wèi)生填埋。
簡(jiǎn)易填埋是利用坑、塘、洼地等非耕地，將垃圾自然集中堆放在一起，不加任何掩蓋，未做滅菌、除臭、防污染等處理的填埋方式。
衛(wèi)生填埋是在簡(jiǎn)易填埋基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種更為有效的填埋方式。首先要科學(xué)選址，然后采用一定的工程技術(shù)措施，做好填埋場(chǎng)的底部防滲、沼氣收集、滲濾液處理等工作后再進(jìn)行填埋，且在填埋過程中要不斷進(jìn)行壓實(shí)，最后當(dāng)垃圾填埋達(dá)到一定高度后，進(jìn)行頂部覆蓋處理，以防止雨水侵入。衛(wèi)生填埋能最大程度減緩和消除垃圾對(duì)環(huán)境的二次污染。
因我國尚不具備垃圾分類處理的技術(shù)裝備，因此城市餐廚垃圾大多采取與生活垃圾一起填埋的處理方式。盡管填埋處理垃圾具有處理量大，操作管理簡(jiǎn)單，投資運(yùn)行費(fèi)用較低，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但因填埋場(chǎng)在選址、設(shè)計(jì)、管理等方面的欠缺，使垃圾填埋普遍存在二次污染問題。
（1）大量填埋造成城市周邊土地資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。資料顯示，填埋1t垃圾需要占地3m2，我國現(xiàn)有垃圾填埋場(chǎng)用地已超過5×108m2[7]。

（2）填埋場(chǎng)產(chǎn)生大量有害氣體。CH4是填埋場(chǎng)所產(chǎn)氣體的主要成分，占總量的40%~60%[8]。在我國的垃圾填埋場(chǎng)中，沼氣無收集或處理，直接外排的量高達(dá)80.5%[9]，因此垃圾填埋場(chǎng)成了我國CH4最大的活動(dòng)釋放源。
（3）填埋場(chǎng)滲濾液污染嚴(yán)重。我國填埋場(chǎng)中，滲濾液未經(jīng)處理直接外排的約占65.4%[9]，少部分經(jīng)過處理的滲濾液也普遍超標(biāo)，因此滲濾液成了填埋場(chǎng)周邊地表水系的主要污染源。
（4）未經(jīng)滅蟲覆蓋的填埋場(chǎng)，還易引發(fā)白色污染和滋生蠅蚊等問題。
2.2堆肥處理
堆肥是一種較常見的有機(jī)垃圾資源化處理方式。其原理是在可控條件下，利用微生物的降解作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)垃圾的分解、轉(zhuǎn)化，生成水、土壤腐殖質(zhì)，以及CO2等氣體。堆肥處理可以使廢棄物減量40%以上，同時(shí)可為土壤提供大量生物有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等微量元素，部分實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用。堆肥分好氧堆肥和厭氧堆肥2種基本形式，通常采用好氧和微好氧堆肥方式，這是因?yàn)楹醚鹾臀⒑醚醐h(huán)境能顯著縮短堆肥周期。堆肥處理需要對(duì)物料性狀進(jìn)行控制，就好氧堆肥而言，控制參數(shù)如下[10~13]：有機(jī)物含量20%~80%，C與N的質(zhì)量比為(25~30)∶1，粒度較小且有一定的孔隙，供氧充分，含水率50%~60%，pH值為6.0~7.5，溫度45~65℃。借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合餐廚垃圾自身的特點(diǎn)，2007年北京建成了首座餐廚垃圾堆肥處理廠（南宮餐廚垃圾處理廠），其處理方法是：用固液分離機(jī)將收集來的餐廚垃圾擠壓脫水，將大體積物料提出，再進(jìn)行堆肥處理。
餐廚垃圾堆肥處理具有處理方法簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，利于補(bǔ)充土壤中有機(jī)質(zhì)和微量元素，實(shí)現(xiàn)資源重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是占地面積大、處理周期長(zhǎng)，堆肥過程中產(chǎn)生的污水和臭氣會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成二次污染，同時(shí)較高的鹽分、油脂含量降低了堆肥的品質(zhì)，尤其是高鹽分抑制了植物的生長(zhǎng)，長(zhǎng)期使用還將導(dǎo)致土壤的鹽堿化[14]。
2.3飼料化處理
出于安全性考慮，許多國家禁止直接將泔腳作為動(dòng)物飼料，于是人們開始研究餐廚垃圾的飼料化處理方式。盡管飼料化處理的方式有所不同，但基本可分為生物發(fā)酵和物理發(fā)酵兩大類。鑒于餐廚垃圾中存在的大量霉菌、病毒等有害微生物是造成安全問題的最終根源，因此不論是生物處理還是物理處理，其根本目的是消毒滅菌。
2.3.1物理發(fā)酵處理
物理處理主要是通過脫水、壓榨、滅菌等工序進(jìn)行干化消毒，其基本工藝流程為[5，15]。

飼料化物理處理的典型過程[5]是：預(yù)處理、脫水脫脂、干燥滅菌、粉碎、稱質(zhì)量、包裝。
（1）通過分揀，將餐廚垃圾中的塑料袋、包裝盒、飲料瓶、破碎餐具、紙巾等雜質(zhì)去除。
（2）用單螺旋或雙螺旋脫水壓榨機(jī)對(duì)物料進(jìn)行壓榨，脫水、脫脂。
（3）對(duì)脫出的半干物料進(jìn)行高溫干燥、滅菌，清除物料中多余的水分及各種病源微生物。
（4）將干燥物料粉碎、稱質(zhì)量，摻入其他成分，混合包裝。除高溫干燥滅菌外，也有采用高溫蒸煮、低溫油炸（約110℃）等工藝進(jìn)行飼料脫水滅菌處理的[11]。
此方式處理餐廚垃圾具有操作安全、成本低、占地面積小、飼料生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是須將垃圾及時(shí)收運(yùn)到指定地點(diǎn)，設(shè)備復(fù)雜，一次投入巨大，垃圾存放時(shí)間要短，以避免其腐爛變質(zhì)。
2.3.2生物發(fā)酵處理
生物發(fā)酵處理是通過微生物的代謝活動(dòng)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)微生物蛋白飼料。鄔蘇煥等人[16]利用酵母菌和霉菌混合固態(tài)發(fā)酵處理餐廚垃圾，結(jié)果顯示，將發(fā)酵培養(yǎng)基高溫滅菌20min，加入1%的(NH4)2SO4，4%的KH2PO4，3%的NaCl，設(shè)定初始pH值為5.5，含水率約60%，種子液15%，接種比例1∶1，發(fā)酵5d，最終產(chǎn)物粗蛋白含量為33.87%，比原料的粗蛋白含量增加6.85%。
陳金鐘等人[16]在150℃下，多菌種混合發(fā)酵處理泔腳和秸稈混合物（泔腳與秸稈以質(zhì)量比3∶1混合）結(jié)果表明，產(chǎn)物中粗蛋白含量大于25%，粗纖維含量小于18%。施呈等人[17]在對(duì)餐廚垃圾破碎脫水的發(fā)酵與未發(fā)酵對(duì)比試驗(yàn)中得出，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白含量為13.54%，比未發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白含量11.18%多2.36%。由此看出，發(fā)酵有利于提高餐廚垃圾處理產(chǎn)物中的粗蛋白含量。
生物發(fā)酵處理的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資較少，占地面積小，能耗低；缺點(diǎn)是菌種生長(zhǎng)代謝需一定時(shí)間，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，部分菌種需要培養(yǎng)馴化，處理須及時(shí)。
2.4粉碎排污
廚房垃圾（粉碎）處理機(jī)是一種家用型餐廚垃圾粉碎處理設(shè)備，安裝于廚房水槽下，并與排水管相連。其工作原理：通過小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤，利用刀頭與垃圾之間的撞擊、擠壓、鋸切等作用將垃圾粉碎，然后與水一并沖入下水道。為防止粉碎不徹底，粉碎腔內(nèi)裝有直徑小于4mm的濾網(wǎng)，將較大的垃圾顆粒截留在網(wǎng)內(nèi)，避免其直接沖下而堵塞排水管和下水道。

這種設(shè)備在歐美等發(fā)達(dá)國家使用較普遍，并于20世紀(jì)80年代被引入我國。但由于我國人民的生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)水平、住房條件等原因局限，一直沒有得到大規(guī)模發(fā)展。廚房垃圾處理機(jī)對(duì)廚房余物進(jìn)行了及時(shí)處理，可清潔廚房環(huán)境，杜絕蠅蟲滋生，消除廚房異味。但粉碎后直接排放，增加了城市污水處理量；結(jié)塊的油污會(huì)造成排水管堵塞，降低下水道的排污能力；有機(jī)質(zhì)在管道內(nèi)蓄積、發(fā)酵，會(huì)產(chǎn)生大量毒素及易燃易爆氣體，容易誘發(fā)事故；大量有機(jī)質(zhì)和油脂的流入，也增加了城市污水處理廠的負(fù)荷。
2.5其他處理方式
焚燒處理大多是將餐廚垃圾與其他生活垃圾一起在高溫及供氧充足的特定焚燒爐中焚燒氧化，生成惰性氣體及少量穩(wěn)定固態(tài)殘?jiān)s5%）的過程[18]。燃燒過程所產(chǎn)生的熱能可轉(zhuǎn)換成蒸氣或電能，被重復(fù)利用。但餐廚垃圾含水率高、熱值低，燃燒時(shí)需要添加輔助燃料；同時(shí)燃燒易產(chǎn)生二英等有害氣體，達(dá)標(biāo)排放較難控制[18，19]。
蚯蚓堆肥是一種特殊的堆肥處理技術(shù)。其機(jī)理是利用蚯蚓在自我繁殖過程中吞食大量有機(jī)質(zhì)，并將其與土壤混合，通過體內(nèi)的砂囊機(jī)械研磨及腸道內(nèi)生物化學(xué)等作用，將其轉(zhuǎn)化為自身或其他生物可利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。據(jù)報(bào)道稱，1hm2土地每年可處理1500t有機(jī)垃圾，生產(chǎn)30~60t蚯蚓和555t高級(jí)蚯蚓糞[16]。
厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷處理，是指餐廚垃圾在厭氧條件下通過微生物的代謝活動(dòng)產(chǎn)生CH4和CO2混合氣體(沼氣)及少量穩(wěn)定代謝物的過程。
呂凡等人研究表明，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但工藝的可行性尚不成熟。
錢小青等人[11]進(jìn)行的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵研究表明，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣較穩(wěn)定，產(chǎn)氣率達(dá)到650mL/g，但存在啟動(dòng)條件嚴(yán)格、發(fā)酵周期長(zhǎng)、有機(jī)物轉(zhuǎn)化率較低的問題。
基于餐廚垃圾有機(jī)質(zhì)含量高這一特性，尋求生物處理的研究報(bào)道很多，市場(chǎng)上也曾出現(xiàn)過相應(yīng)的垃圾處理樣機(jī)，但因一些技術(shù)問題得不到解決，始終未能推廣應(yīng)用。
3餐廚垃圾的就地脫水處理
盡管針對(duì)餐廚垃圾資源化利用的研究比較多，但目前國內(nèi)還沒有較為成熟的處理工藝及設(shè)備。其原因主要在于：①餐廚垃圾較高的含水率使其極易腐敗變質(zhì)，給收集、運(yùn)輸及后處理帶來極大困難。資料顯示，餐廚垃圾在自然狀態(tài)下放置24h，其細(xì)菌總數(shù)即達(dá)到108/g樣品，而后至72h間的細(xì)菌總數(shù)卻無明顯增加[20]；②各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，部分地區(qū)對(duì)餐廚垃圾的危害性認(rèn)識(shí)不夠，缺少收集、運(yùn)輸、處理等管理上的法律法規(guī)；③沒有切實(shí)可行的處理工藝及設(shè)備。
3.1就地脫水并后處理工藝
結(jié)合我國城市生活垃圾處理的具體情況及餐廚垃圾的特性，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院課題組提出以下餐廚垃圾處理方案，并開發(fā)出相關(guān)設(shè)備。

3.2操作步驟

（1）對(duì)餐廚垃圾及時(shí)簡(jiǎn)單分揀，剔出塑料、紙巾、廢餐具、玻璃和瓷器等雜物，主要由餐廳廚房服務(wù)人員在餐廳、廚房清理的過程中完成。
（2）在早、中、晚飯后，分3次將經(jīng)分揀后的餐廚垃圾倒入干燥脫水機(jī)，就地脫水。
（3）因餐廚垃圾有機(jī)質(zhì)含量高，營(yíng)養(yǎng)豐富，考慮到資源循環(huán)利用及當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，垃圾烘干產(chǎn)物有2種去向：①混入其他生活垃圾一并處理；②統(tǒng)一收集進(jìn)行資源化再處理。
（4）根據(jù)各地特點(diǎn)，可以將收集來的烘干產(chǎn)物進(jìn)行如下處理：①堆肥；②高溫壓榨脫油，將脫出的油脂進(jìn)行精加工，生產(chǎn)工業(yè)用油，壓榨后的固形物再行堆肥處理；③發(fā)酵產(chǎn)沼氣；④高溫滅菌，添加其他原料制成再生飼料。
3.3干燥脫水機(jī)
3.3.1干燥脫水機(jī)的工作原理
機(jī)械脫水是所有脫水方法中最快速、最節(jié)能的方法。但通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用螺旋擠壓或離心的辦法很難在短時(shí)間內(nèi)將餐廚垃圾脫水至75%以下，不能滿足垃圾堆肥含水率小于60%和垃圾焚燒單位熱值5000kJ/kg以上的要求；同時(shí)擠壓和離心所脫出水分的固形物含量較高，尤其是擠壓所脫出的水分較黏稠，如不處理，很難達(dá)標(biāo)排放。
微波是近年來發(fā)展較快的一種加熱方式，具有物料內(nèi)外同時(shí)加熱、及時(shí)加熱、熱效率高和殺菌等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是投資大，設(shè)備占地面積大，技術(shù)難度大，存在微波泄漏的危險(xiǎn)，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。因此考慮到安全、簡(jiǎn)單、可操作性、占地面積等因素，本研究采用傳統(tǒng)電加熱直接烘干的方式進(jìn)行脫水。

干燥脫水機(jī)原理見圖1，干燥脫水機(jī)外形見圖2。該機(jī)主體采用雙筒結(jié)構(gòu)，與單筒結(jié)構(gòu)相比，在相同的內(nèi)部容積下，體積可縮小50%，最大程度地減小了設(shè)備的占地面積；同時(shí)加熱面積增加20%，提高了熱效率。加熱體主要通過傳導(dǎo)與輻射的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)筒體底部及筒內(nèi)物料的加熱。每個(gè)單筒設(shè)計(jì)1根攪拌軸，同時(shí)攪拌軸上裝有齒形攪拌漿。通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的攪拌。攪拌漿具有4方面的作用：①通過攪拌使筒體內(nèi)部物料受熱均勻；②通過刮擦作用，避免不斷失水的餐廚垃圾在筒體內(nèi)表面形成粘結(jié)；③避免加熱過程中物料結(jié)團(tuán)、堆積；④處理完成后自動(dòng)出料。該機(jī)采用程序控制，通過預(yù)先設(shè)定的程序，控制對(duì)不同容積物料加熱體的輸出功率及加熱時(shí)間，并結(jié)合筒底和筒內(nèi)溫度傳感器，控制加熱溫度。