餐厨垃圾处理现状及其热解技术研究进展.pdf

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 7 期餐厨垃圾处理现状及其热解技术研究进展姚丽铭1，2，3，王亚琢2，3，范洪刚2，3，顾菁2，3，袁浩然2，3，陈勇1，2，3（1 华南农业大学生物质工程研究院，广东 广州 510642；2 中国科学院广州能源研究所，广东 广州 510640；3 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室，广东 广州 510640）摘要：我国餐厨垃圾产生量巨大，且具有含水量高、组分复杂等特点，若未妥善处置，将造成严重的环境污染。本文首先介绍了餐厨垃圾预处理工艺的必要性及其工艺流程，对国内外主要的餐厨垃圾处理技术进行综述，分别阐述了卫生填埋、焚烧、好氧堆肥、厌氧发酵和热解技术的优势、存在问题及应用现状，并提出热解处理技术能够满足我国餐厨垃圾的处理原则，热解过程不产生有害物质、餐厨垃圾体积重量减量程度高以及热解三相产物可二次利用，具有无害化、减量化和资源化的技术优势。同时，从热解特性、热解方式和热解产物利用三个方面对餐厨垃圾热解领域的发展现状进行介绍和展望，以期为我国餐厨垃圾的无害化处理技术发展提供借鉴和参考。关键词：餐厨垃圾；处理技术；热解中图分类号：X799.3 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）07-3791-11Treatment status of kitchen waste and its research progress of pyrolysis technologyYAO Liming1，2，3，WANG Yazhuo2，3，FAN Honggang2，3，GU Qing2，3，YUAN Haoran2，3，CHEN Yong1，2，3(1 Institute of Biomass Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,Guangdong,China;2 Guangzhou Instiute of Energy Conversion,Chinese Academy of Sciences(CAS),Guangzhou 510640,Guangdong,China;3 Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development,Guangzhou 510640,Guangdong,China)Abstract:Kitchen waste is enormous in its production,and has the characteristics of high water content and complex components.If it is not properly disposed,it will cause serious environmental pollution.This paper introduced the necessity and technological process of kitchen waste pretreatment technology,and summarized the main treatment technologies of kitchen waste,including landfilling,incineration,aerobic composting,anaerobic fermentation and pyrolysis,then the advantages,existing problems and application status of these treatment technologies were discussed.Meanwhile,the pyrolysis process has some advantages,such as not harmful substances produce,the volume and weight of the kitchen waste is highly reduced,and the three-phase products of pyrolysis can be reused,which has the technical advantages of harmlessness,reduction and resource utilization,and can meet the principles of kitchen waste treatment in China.In addition,the development status of kitchen waste pyrolysis technology was also introduced 综述与专论DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1659收稿日期：2022-09-08；修改稿日期：2022-10-19。基金项目：山东省重点研发计划（重大科技创新工程）项目（2022CXGC010701）。第一作者：姚丽铭（1999），女，硕士研究生，研究方向为有机固废热解。E-mail：。通信作者：袁浩然，研究员，博士生导师，研究方向为有机固体废弃物清洁处置与产物高值化利用。E-mail：。引用本文：姚丽铭,王亚琢,范洪刚,等.餐厨垃圾处理现状及其热解技术研究进展J.化工进展,2023,42(7):3791-3801.Citation：YAO Liming,WANG Yazhuo,FAN Honggang,et al.Treatment status of kitchen waste and its research progress of pyrolysis technologyJ.Chemical Industry and Engineering Progress,2023,42(7):3791-化工进展，2023，42（7）and prospected from the three aspects of pyrolysis characteristics,pyrolysis method and pyrolysis product utilization,in order to provide reference for the development of harmless treatment technology of food waste in China.Keywords:kitchen wastes;treatment technology;pyrolysis随着我国经济的高速发展和人民生活品质的快速提高，食物供应越发充足和丰富，随之产生了大量餐厨垃圾。据统计，美国、日本和韩国等发达国家，每年丢弃624万3500万吨餐厨垃圾，泰国、越南和马来西亚等发展中国家每年产生440万712万吨餐厨垃圾；中国餐厨垃圾年产生量巨大，约19500万吨1。餐厨垃圾是指酒店、饭馆、企事业机关饭堂等产生的餐饮垃圾，以及居民日常生活产生剩菜剩饭等厨余垃圾，其主要成分包括大米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油脂、鱼、肉骨等。受饮食习惯、城市经济水平等因素的影响，不同地区餐厨垃圾的成分比例具有较大的差异性，例如川湘地区餐厨垃圾中花椒、辣椒皮等含量较高，而粤闽地区餐厨垃圾中糖分含量较高2。从化学组成上看，餐厨垃圾含有大量有机物，如淀粉、纤维素、蛋白质和脂类等，且具有较高的含水量，极易腐蚀、变质并滋生病原微生物3，造成严重的环境污染，腐烂产生臭气、病原体等也将危害人类健康4，因此，亟需对餐厨垃圾进行有效处理。经过多年的技术发展，国内外已开发了多种餐厨垃圾处理技术。根据我国绿色环保的要求，餐厨垃圾处理有三大原则：无害化、减量化和资源化。在保证处理过程无害化的基础上提高减量化和资源化的效果5。我国在餐厨垃圾处理的技术研究起步较晚，虽多种处理技术已实现工业应用，但无法完全满足无害化、减量化和资源化的环保要求。因此，亟需开发适合我国国情和环保要求的餐厨垃圾处理技术，解决我国餐厨垃圾环境污染问题，助力“双碳”目标实现。本文首先介绍餐厨垃圾主要处理技术的发展现状和趋势，重点评述了餐厨垃圾热解处理的技术优势，提出未来发展趋势和应用前景，为我国餐厨垃圾无害化、减量化和资源化处理提供参考。1 国内外餐厨垃圾处理技术目前，餐厨垃圾处理技术主要包括焚烧、卫生填埋、好氧堆肥、厌氧发酵和热解等。因餐厨垃圾含水率高、组成复杂，直接处理效率低、成本高，常对餐厨垃圾进行预处理，以提高效率、降低成本。1.1 垃圾预处理生活垃圾中包含干垃圾和湿垃圾，其中干垃圾体积大、质量轻、含水率低，具有较高的热值，而湿垃圾绝大部分为餐厨垃圾，质量重、含水率高，直接处理效率低、成本高，需要进行预处理6。预处理主要作用是将后续核心处理所需要的有效成分分离出来7。根据相关规定，我国餐厨垃圾处理技术可概括为“预处理+无害化处理+资源化利用”8。其中，预处理的核心工艺包括破碎（防止后续工艺的设备堵塞）、分拣（除去非有机质）、固液分离（将油、水与固体分开，降低含水量并提高油的回收率）、粉碎（根据产品的需求，粉碎程度不同）9。1.1.1 破碎分选破碎分选主要是对餐厨垃圾初次分选及减小粒径。通过人工分选、弹跳分选、滚筒分选、风选、红外分选等技术10将骨头、塑料、玻璃瓶等大粒径物质初次分选出来。常规原料破碎方式有锤击式、挤压式和剪切式。锤击式是对混合物料进行打散和冲压式破碎；挤压式是利用辊筒等对物料进行挤压破碎和研磨；剪切式是利用旋转的刀组进行剪切破碎11。破碎分选流程通常是利用单种或多种破碎方式组合，将餐厨垃圾中大尺寸杂物进行破碎，减小粒径。1.1.2 固液分离固液分离是将餐厨垃圾中的固相、水相和油相进行分离。一般流程如下：将破碎后的餐厨垃圾送入螺旋挤压装置，进行初步固液分离，产生的废液流入储存罐暂存，固体进入压板抽滤装置进行二次固液分离。二次固液分离产生的废液和固体同初次固液分离一样，流入对应储存罐暂存，得到固相和水油混合的液相。液相分离是将废液储存罐与离心分离装置相连，废液间歇性地进入离心分离装置进行离心，离心后的废液排入油水分离罐静置，待油水分层后通过油水分离罐下端带有的自动黏度计进行判别，最后分别通过三通阀排至废水罐与废油罐，得到水相和油相。37922023年7月姚丽铭等：餐厨垃圾处理现状及其热解技术研究进展1.1.3 固渣处理固渣的后续处理方式一般包括填埋、热处理（焚烧、热解）和生物处理等。其中生物处理方法分为好氧堆肥、厌氧发酵、饲料化等，此类技术受含砂率、含水量、pH等多种因素影响，且对底物基本要求较高，因此需要对固渣进行预处理。预处理方式可分为物理预处理、化学预处理和生物预处理等。其中物理预处理有机械处理（超声波、高压和裂解）、热处理（湿热处理、干热处理）等。化学预处理有碱处理、酸处理、臭氧处理等。生物预处理有生物干化技术、生物淋滤等。1.1.4 油脂回收经过三相分离后得到的粗油脂，化学性质不稳定，贮藏时间较长容易产生酸败现象12。粗油脂的回收，可在8085下加热，后使用离心机分离，能得到纯度达98%以上的毛油13，也可通过脱胶、脱酸、脱色、脱臭工艺技术，实现精炼油脂油品提升14。毛油可以作为工业级混合油进行外售15及制备生物柴油、生物航空燃料16。此外，粗油脂可经脱水、过滤、脱色、皂化、盐析、水洗及干燥定型制得肥皂17。综上，我国垃圾未达到精细化分类，餐厨垃圾预处理质量不高，存在玻璃碎片、塑料薄膜等小尺寸物质掺杂不满足后续厌氧发酵进料要求等问题，但随着垃圾分类的推广和落实，餐厨垃圾中玻璃碎片、塑料等混杂物减少且化学性质更稳定，预处理质量将逐步提升，进而提升后续餐厨垃圾处理效果。目前，我国餐厨垃圾处理技术