廚余垃圾資源化利用的綜述

北極星固廢網訊:隨著生活垃圾分類的普遍推行，廚余垃圾資源化利用將越發重要，并將成為物質利用的一個重要項目和垃圾分類處理的一個產業分支，值得重視。預計2025年廚余垃圾分出量將達到20×104t/d。廚余垃圾主要來自：①蔬菜基地、農貿市場產生的食材廢料，②家庭廚房產生的食材廢料和食物殘余，③公共食堂及餐飲行業的食材廢料和食物殘余。蔬菜基地、農貿市場和家庭廚房產生的食材廢料（習慣上稱之為廚余垃圾）以生料為主，總固和有機質含量分別在20%左右和15%左右；家庭、食堂和餐飲業的食物殘余（習慣上稱之為餐飲垃圾）以熟料為主，總固含量和有機質在10%以內。

一、廚余垃圾資源化利用的內在邏輯

（一）廚余垃圾資源化利用的內在邏輯

新固廢法要求廚余垃圾無害化、資源化處理；而且，廚余垃圾具有資源化利用的物質基礎，廚余垃圾含有的20%左右有機固料是提倡廚余垃圾資源化利用的物質邏輯；更重要的是，通過技術手段可以提高廚余垃圾的資源化利用價值，如通過厭氧發酵制沼發電技術，不僅提高燃料（沼氣）的能級（熱值），也提高發電效率，使得含固率20%的廚余垃圾厭氧發酵制沼發電的發電量可達到70%含固率50%的混合垃圾焚燒發電的發電量；再者，廚余垃圾分類處理有利于干垃圾的物質利用，有利于提高其他垃圾的熱值和焚燒發電收益，有利于降低其他垃圾的含水率和易腐有機質的含量，簡化其他垃圾的填埋處置，從而提高垃圾處理的綜合效益。一定規模、物質基礎、技術基礎、綜合效益和法律規定形成了廚余垃圾資源化利用的內在邏輯。

（二）廚余垃圾資源化利用的不確定性

一個值得注意的現象是，廚余垃圾含固率具有不確定性，使得廚余垃圾資源化利用也具有不確定性。廚余垃圾含固率一般在30%以內，因地因時而變化，而且，可在5%—30%范圍內變化，變化幅度較大，使得廚余垃圾具有不確定性，導致廚余垃圾資源化利用也具有不確定性。

以廚余垃厭氧發酵圾制沼為例。廚余垃圾含固率的變化以及處理工藝技術引起的固料轉換率、酵料含固率、殘渣含固率等變化對沼氣、殘渣、沼液產量影響很大，見表2-2。測算時，假定殘渣的含固率為35%（含水率65%），不考慮有機反應對物料平衡的影響。

廚余垃圾含固率的不確定性不僅給設施建設營運造成困擾，而且，給處理單價的測定造成困擾。政府采購服務時不可能天天去監測廚余垃圾含固率，更不可能一天一個價。一個現實做法是，根據以往的統計數據確定一個基準含固率，再以此為基礎來測算處理單價。

二、廚余垃圾資源化利用的系統與工藝技術

（一）系統

廚余垃圾資源化利用包括5個子系統：①廚余垃圾接收系統，②預處理系統，③資源化轉換系統，④資源化利用系統和⑤三廢治理系統。核心和關鍵是預處理、資源化轉換和三廢治理。

廚余垃圾資源化轉換方法可概括為3大類：動物轉換、生物轉換和物理化學轉換，其選取主要取決于占地、轉換率和投資3大因素。

中小規模（100噸/日以內）時采用堆肥和動物轉換（控制動物制品的流向）2種轉換方法，較大規模時采用厭氧發酵制沼方法，有條件地區可以采用厭氧發酵制沼和好氧堆肥聯合處理的方法。廚余垃圾資源化利用項目較少采用物理化學轉換方法，主要是成本較高，但不排除將來利用太陽能進行轉換的前景。

生物轉換尤其厭氧發酵和厭氧/好氧聯合發酵是主要方向，70%以上的廚余垃圾資源化利用項目采用生物轉換方法，大規模資源化利用項目又以厭氧發酵制沼轉換為主。近年來，干式厭氧發酵制沼在國內成功應用，因其占地小、不需要外加水因而沼液產量小，將有望受到青睞。中、小規模項目可采用漚肥、堆肥等生物轉換方法將廚余垃圾轉換成土壤改良劑或有機肥就地就近消納。

更小規模廚余垃圾就地就近處理可采用動物轉換方法，如通過家禽（大動物）、蚯蚓、黑水虻等動物將廚余垃圾轉換成動物營養質和動物糞便，然后再合理處置動物及其糞便。

（二）預處理

預處理工藝技術的選取取決于廚余垃圾性質和資源化轉換方法，其重要性甚至可以決定廚余垃圾資源化利用項目的成敗。強制推行生活垃圾分類制度之前，一些項目的廚余垃圾大多來自混合生活垃圾的二次分選，預處理工藝包括破袋、篩分、人工分揀、破碎、風選、磁選等分選工序，甚至還包括（熱風、生物、太陽能）干化工序，普遍存在流程過長且受纏繞、粘結、分離困難和環境管理難等困擾，導致廚余垃圾資源化利用項目運行不可靠、管養難、投資與運行成本高等。相對以生料為主的廚余垃圾的預處理而言，以熟料為主的餐飲垃圾的預處理主要以油水分離為主，比較簡單，餐飲垃圾的資源化利用項目因此而比較成功。

強制推行生活垃圾分類制度之后，廚余垃圾主要來自農貿市場（包括超市農貿專場）的食材廢物、食堂和酒樓的食材廢物與食物剩余物，其次來自居民小區分出的食材廢物與食物剩余物，不僅來源有保障，而且，廚余垃圾的固料主要是可降解有機質和纖維質，有利于簡化廚余垃圾資源化利用的預處理工藝。以厭氧發酵制沼發電為例，從國內成功案例看，干式發酵的預處理主要是破碎（控制酵料的粒度），濕式發酵的預處理主要是高壓壓榨制漿，都不要采用傳統的二次分選工序，極大地縮短了預處理工藝流程，提高了穩定性和可靠性。生活垃圾源頭分類簡化廚余垃圾資源化利用的預處理，也使廚余垃圾資源化利用具有正當性（換言之，以往那種從混合垃圾中分出廚余垃圾再加以利用的做法，是不值得的）。

（三）三廢治理

三廢治理問題或環境管理難，對廚余垃圾資源化利用項目，尤其是大規模厭氧發酵制沼項目，是個重大問題，但又是個不得不妥善解決的問題。無論干式發酵還是濕式發酵項目，都會產生大量的殘渣、沼液和臭氣，尤其是濕式發酵，因制取酵料時需要外加水，其沼液量甚至大于廚余垃圾量，環境管理難度相當大。

主動方法是減少三廢產量，被動方法是加強三廢處理。目前可供選擇的主動方法是采用三廢減量方法和控制項目的處理規模，如以干式發酵替代濕式發酵以減少沼液產量，加大濕式發酵的沼液回流和中水回用以減少外加自來水量，通過區塊鏈技術建設分布式廚余垃圾資源化利用設施等；被動方法有沼渣（殘渣）與廚余垃圾及其他有機垃圾聯合堆肥、殘渣制成衍生燃料等以加強殘渣的資源化利用，加強臭氣控制與廢氣凈化等。

在三廢控制上，應明確3個約束，即三廢減量約束、二次廢物更易處理約束和經濟性約束。所謂三廢減量約束就是要求廚余垃圾資源化利用過程中對外排放的廢渣與廢水之和不得大于廚余垃圾處理量。所謂二次廢物更易處理約束就是廚余垃圾資源化利用過程產生的三廢的處理應比廚余垃圾更容易處理。所謂經濟性約束就是廚余垃圾資源化利用（包括過程產生的三廢治理）的單位廚余垃圾服務單價不得高于分類前混合垃圾的綜合處理單價，更不得高于混合垃圾的焚燒處理單價。

三、廚余垃圾資源化利用的處理單價

以1000噸/日廚余垃圾（20%含固率）制沼發電bot或ppp項目為例，假定政府采購垃圾處理服務的處理單價計算公式為：處理單價=處理單位某類垃圾的經營凈成本+平均利潤×該處理的權重，其中，凈成本=成本-收入，平均利潤=收入×行業平均利潤率。計算處理單價時即計算投資收益又計算收入利潤。

（一）假設條件

1）項目建設營運期：特許經營期30年，其中，第1-2年為建設期，第3-5年提產期，免征所得稅，第6-8年所得稅減半，為12.5%，第9年開始所得稅率為25%；

2）折舊：按照平均年限法，設備折舊年限假設為15年，土建及其他折舊年限為25年；

3）建設投資：廚余垃圾制沼發電設施建設投資為20—40萬元/（噸/日）（不含征地及拆遷費用）。

4）垃圾發電280度/噸以內的電價為0.65元/度，超過280度/噸的按照燃煤發電行業平均電價0.37元/度計算；

5）投資：資金結構中30%為自有資金，70%為成本（銀行貸款），資金籌措費率0.5%；

6）年利率：采用等額本息的方式；資金貸款年利率4.5%；

7）貸款用途：廚余垃圾制沼發電設施設備及安裝費用占比45%（可降至30%），建筑工程及其他費用占比55%；

8）貸款期限：設備及安裝費用采用15年貸，建筑工程及其他費用25年貸；

9）投資收益和利潤：假設資本收益率和行業平均利潤率都為8%；

10）稅金：①增值稅率17%，垃圾處理費即征即返70%、發電上網即征即返100%；②企業所得稅25%，垃圾能量利用享受“三免三減半”優惠。

（二）垃圾處理

1）年處理量：年運行天數330日，年處理生活垃圾33萬噸；

2）進廠垃圾：進廠廚余垃圾含固率20%；

3）制沼發電：固料轉換成沼氣的轉換率為50%，噸垃圾發電量210千瓦時/噸；

4）三廢：污水處理量為120%進廠廚余垃圾量，殘渣（壓榨干渣、沼渣、污水處理廠污泥等）為29%進廠廚余垃圾量（殘渣的平均含水率約65%）；

5）廠用電率10%。

（三）處理單價測算

在上述建設營運、融資、稅收等假設條件下，廚余垃圾制沼發電的成本、收入和處理單價測算見表2-3。從表2-3可見，廚余垃圾制沼發電的處理單價可控制在130元/噸以內，即使貸款年利率為6%，處理單價也可170元/噸以內。影響處理單價的主要因素是發電收入、三廢噪聲治理費、運行維護費和折舊，其次是貸款成本、資本收益和利潤。

（四）降低處理單價的途徑

降低處理單價是廚余垃圾資源化利用可持續發展的關鍵。改變融資條件（年利率、貸款期限）、工藝技術（貸款用途、噸設施運行維護費）、三廢噪聲治理條件和轉換率（噸垃圾發電量、三廢產量），可以給出降低處理單價的主要途徑。根據處理單價降低幅度由小至大排序，降低廚余垃圾制沼發電的主要途徑依次是優化融資方案、縮短工藝流程（優化工藝流程）、降低三廢治理費用和提高轉換率。

貸款年利率和貸款期限影響貸款成本，從而影響處理單價；因工藝選擇影響設備投資與建筑工程投資的占比，因而影響貸款的使用分配，而在設備投資與建筑工程投資的貸款期限不相同時，貸款的使用分配影響貸款成本（貸款利息），從而影響處理單價和處理費，這說明，優化融資方案時有必要結合處理工藝。

工藝流程越短，處理單價和處理費都越低，建設時必須慎重選擇處理工藝技術。工藝流程越短，說明：①總的建設投資將越??；②運行維護費用，甚至三廢噪聲治理費用，將越??；③設備投資占比或建筑工程投資占比未必變化，流程短可能降低設備投資，但同時也可能降低建筑工程投資；即使縮短工藝流程導致設備投資占比減小，導致支付的總處理費增多（利息增額），但總投資減小和運行費用降低引起的處理費降低更加明顯。

廢水、殘渣和臭氣的治理費占處理費比重較大，廚余垃圾資源化利用要想方設法降低三廢的治理費用，具體方法有：①殘渣資源化利用，如與其他有機垃圾聯合堆肥、堆放干化后做成衍生燃料或進入生物質資源電廠等，可減少0—30元/噸的殘渣處理成本；②減少污水處理量，廚余垃圾濕式厭氧發酵制沼發電應雙措并舉，一是將酵料的含固率提高到10%左右，二是開發應用沼液回用制漿技術，不僅減少污水處理量，同時還減少大量的制漿所需的外加水，可減少0—20元/噸的殘渣處理成本；此外，針對沼液的低碳氮比、高含量纖維等特殊性，開發簡單高效的沼液處理技術（包括濃縮液處理技術）。

提高固料轉換為沼氣的轉換率，提高沼氣產量和噸垃圾發電量，從而增大發電收入，同時，減少殘渣量，降低三廢治理費，如將轉換率從50%提高到60%，噸垃圾發電量便可從210千瓦時/噸提高到250千瓦時/噸以上，殘渣從29%減少到23%，發電收入便從122.85元/噸提高到146.25元/噸，殘渣處理費從30元/噸減少到24元/噸，意味著處理費降低29.40元/噸，效益非?？捎^。

在綠色發展低碳生活時代背景下，廚余垃圾資源化利用應引入減碳約束。在減碳約束下，廚余垃圾資源化利用應優先物質利用，盡量減少能量利用；無論是物質利用還是能量利用都應采用先進的利用方法、工藝技術和設備，務必節能、節水、減排和增效，具體講，要簡化工藝流程、提高廚余垃圾固料的資源轉化率、提高設備運行效率、豐富產品種類、提高產品附加值、減少三廢治理成本和運行維護成本，防范與消除系統復雜、流程長、運行參數欠佳、設備材料采購價格高和產品單一及附加值低等不足，降低廚余垃圾資源化利用的處理單價。