4种厨余垃圾处理模式综合对比！谁赢了？

一、引言

如何选择厨余垃圾处理模式以实现环境、经济效益的最大化是生活垃圾分类工作中的一个关键问题，但目前还缺乏系统分析。本文以回收利用率、碳排放和全周期费用为衡量指标，综合比较了混合焚烧、厌氧消化、好氧堆肥和饲料化4种厨余垃圾处理模式。

二、背景

1.厨余垃圾性质

厨余垃圾（不含杂质）含水率一般在80%，1000kg厨余垃圾中含有800kg的水，200kg干物质（190kg有机质+10kg无机质），干基热值在15000kj/kg，干物质中可生物降解的为170kg。

2.厨余垃圾处理的碳排放

厨余垃圾中的碳均为生物源碳，其转化生成的CO2不计入碳排放。

厨余垃圾处理的碳排放来自于收运处理过程中消耗外部能量、物质引起的间接碳排放，而碳减排效应来自于系统输出的产品或能量产生的替代效应。同时，处理过程中温室气体甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的泄漏也会导致碳排放。

厨余垃圾收运过程的碳排放约为12.1kg/t

厌氧消化过程中的附加碳排放约为34.3~82.8kg/t

混合焚烧的碳排放27-45kg/t

好氧堆肥产物可以替代化肥，并通过腐殖化和土地施用固定有机碳。

3.厨余垃圾过程费用

垃圾分类投放的总费用为86元·t−1

上海的收运费用约为290元·t−1

厨余垃圾处理费用284元·t−1

垃圾分类宣教监管费用32元·t−1

三、结果分析

1.回收利用率分析

图1 不同厨余垃圾处理模式的回收利用率

饲料化具有最高的回收利用率，这是由于干热处理最大限度地利用了厨余垃圾有机质。厌氧消化的回收利用率略高于好氧堆肥，这是由于厌氧条件下有机质转化为甲烷，但甲烷利用率较低；而好氧条件下大量有机质被矿化为二氧化碳。与焚烧处理相比，厌氧消化系统转化有机质的效率略高，同时无需蒸发水分，而且自用电比例更低，因此具有更高的回收利用率。如果厌氧消化系统有机质降解率降低，则进入到沼渣的有机质变多，由于焚烧发电的效率较低，则系统的回收利用率会下降。如果厌氧消化系统不进行沼气发电，而是直接外输沼气或甲烷，则可以避免沼气发电环节的损耗，提高系统的回收利用率。

2.碳排放分析

图2 不同厨余垃圾处理模式的碳排放量

在厨余垃圾处理过程中，附加碳排放一般不到50kg·t−1，收运过程的碳排放也相对较小，因此系统热效率、有机质降解率和温室气体泄漏率是影响不同处理模式碳排放的主要因素。饲料化和厌氧消化具有最好的碳减排效应，而混合焚烧的碳减排效应可忽略不计。好氧堆肥受到温室气体泄漏的影响，会产生较多的碳排放，当堆肥工艺运行良好，无CH4和N2O排放时，好氧堆肥可产生碳减排效应。

3.费用分析

图3 不同厨余垃圾处理模式的全周期费用

混合焚烧的全周期费用最低，而分类处理的全周期费用高出125元·t−1。这主要是由于垃圾分类增加了前端投放督导和宣教监管费用，此外收运费用也略高于混合焚烧。除上述费用外，垃圾收运处理设施也会占用一定的土地，由于占地面积和工艺路线、设计方案有关，同时土地费用差别很大，这里不计入比较。

4.综合比较

图4 厨余垃圾管理优先策略

在分类体系下，源头减量如光盘行动、源头沥水等措施不需要额外的费用、能耗和材料，也可以显著提升整个系统的表现，因此是最优策略。对于产出的厨余垃圾，在各类处理模式中，饲料化的回收利用率最高且碳减排效应显著。厌氧消化具有较高的回收利用率和最大的碳减排效应，但厌氧消化设施应稳定运行，以保证较高的有机质降解率，否则系统表现会显著下降。好氧堆肥的回收利用率与厌氧消化相当，但在无法确保充分好氧的条件下，会形成CH4和N2O排放，造成较高的碳排放。相对而言，混合焚烧比好氧堆肥更易控制，可以避免温室气体泄漏。虽然垃圾焚烧余热发电的回收利用率较差，但如果采用热电联产，则可以实现更多的碳减排。对于厨余垃圾厌氧消化和其他垃圾焚烧构成的综合处理体系，厨余垃圾分出可以提高其他垃圾的焚烧效率。这符合高含水率、低热值垃圾进行厌氧消化，而低含水率、高热值垃圾进行焚烧处理的理想情形。厨余垃圾分类率每提高20%，生活垃圾全系统的碳减排量可以增加5%~7%。因此，当新建焚烧设施时，应充分考虑厨余垃圾分出后其他垃圾水分减少、热值上升的情况；而对于已有的焚烧设施，为了保证进炉垃圾热值处于最优范围，进炉垃圾中厨余垃圾含量在30%左右为宜。

四、结论

1.厨余垃圾饲料化具有最高的回收利用率和显著的碳减排效应；厌氧消化回收利用率较高，碳减排效应最大；好氧堆肥的回收利用率与厌氧消化相当，但温室气体泄露会导致较高的碳排放；混合焚烧可以避免温室气体泄漏，但余热发电的回收利用率较低，基本无碳减排效应。

2.相对于混合收运处理，分类收运处理的全周期费用较高，但增量主要来自于前期督导和监管的费用，一旦分类体系成熟，这部分费用可以降低乃至取消。

3.厨余垃圾管理的优先策略依次为：源头减量>饲料化>厌氧消化>好氧堆肥>混合焚烧。