小厨余，大作用：厌氧发酵显神威_风闻

“垃圾分类，你我有责”

“若是分类做得好，垃圾也能变成宝”

“请把厨余垃圾和外包装袋分开投放”

在大街上、社区中，我们随处可见各式各样的垃圾分类标语，以及垃圾分类志愿者们在桶前辛苦值守，引导大家将垃圾正确分类投放。

在垃圾投放时，你是否曾有困惑：为何要如此费时费力进行垃圾分类？而厨余垃圾为何要单独分为一类？直接焚烧、填埋或喂养家禽不是更省事？在本文中，我们将从厨余垃圾厌氧发酵处置的角度，细说垃圾分类的重要性与厨余垃圾生物处理的必要性。

厨余垃圾产量惊人！

居民生活质量与消费水平的不断提高，极大的促进了餐饮行业的飞速发展，与此同时，厨余垃圾的产量也与日俱增。据统计，2021年，全国厨余垃圾产量约为1.27亿吨，同比去年增长5.8%，约占城市生活垃圾的60%。

在过去，厨余垃圾主要以焚烧、填埋以及喂养家禽进行处置。而随着2011年地沟油事件以及2018年非洲猪瘟疫情的发生，国家对厨余垃圾的处理处置愈发重视，也已明令禁止或限制厨余垃圾饲喂生猪（厨余垃圾是非洲猪瘟疫情传播的重要来源）。国家十四五规划中明确指出要深入推进垃圾分类工作，大力推行餐厨垃圾无害化及资源化利用，这对于发展循环经济，实现碳达峰、碳中和具有重要意义。

地沟油与非洲猪瘟（图片来源于网络）

注：地沟油，泛指在生活中存在的各类劣质油，如回收的食用油、反复使用的炸油等。地沟油最大来源为城市大型饭店下水道的隔油池。地沟油中含有大量致病、致癌的毒性物质。

厨余垃圾知多少？

厨余垃圾是家庭厨余垃圾、餐厨垃圾、其他厨余垃圾的统称。主要是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等，其主要来源为家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业。

厨余垃圾分类（图片来源于城市生活垃圾分类标志）

厨余垃圾为何要分类出来单独处理？

厨余垃圾是一个复杂的固液混合体系，其高含水率、高有机质等特征也决定着其具有废物性与资源性的双重特性。

（1）含水率高，可达75%-95%。将厨余垃圾与其他垃圾进行焚烧处理需要添加大量的助燃剂，导致处理成本偏高；同时也难以满足垃圾焚烧发电的发热要求，容易导致焚烧不充分，产生二噁英等有毒有害物质。而倘若进行填埋处置，需要的占地面积大，且产生大量的渗滤液与填埋气，容易造成二次污染。

（2）营养元素丰富，在化学组成上含有大量的淀粉、纤维素、蛋白质、脂肪以及无机盐。这也使其在堆放过程中极易腐烂变质，滋生蚊虫，导致致病菌大量繁殖，严重威胁居民安全健康，污染城市卫生环境，因此，在厨余垃圾收运、加工及处理过程中，通常需要采取有效的密封及单独收集措施。而有机质含量高的特点同样也决定着厨余垃圾具有很高的资源利用价值。如厨余垃圾经好氧堆肥可以制作良好的有机肥料；在特定的厌氧条件下，厨余垃圾在微生物的作用下分解，可以产生沼气与多类型的增值化学品；其中的油脂经提炼加工可制成生物燃油。

（3）由于我国不同地区饮食习惯的差异性，部分地区的厨余垃圾还会具有油分、盐分以及辣椒素含量高的特点。这给后续的资源化处理带来较大的挑战，对资源化产品品质影响较大。

分类出来的厨余垃圾去了哪？

分类后厨余垃圾的资源化利用

分类出来的厨余垃圾，经厨余垃圾车收运后，集中运往厨余垃圾处理厂，依次经过脱水、除杂、破碎、固液分离、油水分离等步骤，最后进行生物处理。目前，我国采用的生物处理技术主要以好氧堆肥与厌氧发酵为主。  

好氧堆肥是指在有氧的条件下，厨余垃圾中的有机组分在好氧微生物（细菌、真菌、放线菌等）分泌的胞外酶作用下分解成可溶性有机质，再渗入到微生物细胞中，参与新陈代谢过程，实现有机物向腐殖质的转化，最终腐熟稳定，形成有机肥料。有机肥料施用入土壤后，可以大幅改善土壤质量，提高作物产量。

好氧堆肥原理示意图

厌氧发酵主要是指在特定的厌氧条件下，厨余垃圾中的有机物质经过兼性菌与厌氧菌（主要包括发酵型细菌、产酸细菌、产甲烷菌）的分解代谢作用，最终生成甲烷与二氧化碳，同时伴随产生大量的增值化学品如挥发性脂肪酸、乳酸、乙醇等。生成的甲烷经过提纯后可以用产热发电；发酵过程中产生的有机酸、醇类等代谢物，可以作为工业化学品的替代原料，从而在一定程度上代替化石燃料。

厌氧发酵原理示意图

厌氧发酵已被广泛证明是一种经济高效、且碳排放较低的厨余垃圾处置手段。据统计，一吨厨余垃圾约产生100-140 m³沼气，1 m³沼气约产生2度电，相当于节约0.714千克的标准煤，每度电约抵消0.608千克的ECO2（二氧化碳当量）。试想一下，如果我们日常生活中产生的厨余垃圾绝大部分都能够进行厌氧发酵处置，那么产生的经济效益与环境效益该有多大！

如上所述，厨余垃圾厌氧发酵过程需要接种微生物与发酵底物（即厨余垃圾中的有机组分）的共同参与。发酵底物（substrate）与接种微生物（inoculum）的比值定义为接种比（S/I）。接种比是影响厌氧发酵稳定性的重要参数之一，对于批次反应器的启动以及甲烷和有机酸生成的定向调控具有重要意义。过高的S/I，即厨余垃圾含量较高时，会破坏水解细菌、产酸细菌与产甲烷菌之间的互营关系，导致反应器产生不可逆的酸化；而过低的S/I，即厨余垃圾含量较低时，则会抑制厌氧发酵过程中所需酶的诱导，使其难以达到最大甲烷产量。不同的S/I会影响厌氧发酵过程中的关键微生物和中间代谢产物，导致功能代谢途径发生变化。

鉴于此，中国科学院城市环境研究所科研人员系统探究了不同S/I对厨余垃圾厌氧发酵过程中动力学参数、微生物群落和代谢途径关系的影响。结果发现：S/I=1:3下的甲烷产量最高，细菌与古菌的多样性最为丰富。与其他S/I相比，S/I=1:3中微生物之间的合作关系更为明显。值得注意的是，无论是氢营养型还是乙酸营养型产甲烷代谢途径，S/I=1:3的产甲烷关键酶编码基因相对丰度均为最高。这一结果将有助于揭示微生物与发酵底物的比例关系对厌氧发酵生化代谢过程的影响机制，从而为厨余垃圾厌氧发酵的定向调控提供有效指导。

不同接种比对厨余垃圾厌氧发酵过程中动力学参数、微生物群落与关键代谢途径关系的影响

虽然厌氧发酵有如此般的神威，可以充分的将厨余垃圾转化为清洁能源，但是，其中也必然将投入大量的人力物力。且目前我们国家在厌氧发酵上还只是“小个子”，仍面临着许多技术难题，如资源化利用率低、处理体量小、运行不稳定等，这些在未来都需要科研人员从实际问题出发，潜心专研，逐一攻克。

垃圾分类我们该怎么做？

生活要美好，垃圾要分类。垃圾分类可以有效提高每一类垃圾的纯度，最大限度的从源头上做到物尽其用，以便合理的进行无害化处置与资源化利用。我们多花一分钟进行垃圾分类，在末端处置上能够多产生一分的环境效益。

民以食为天，无论是家中用餐，还是外出下馆子，我们都要遵循适量原则，倡导光盘行动，从源头上减少厨余垃圾的产生；在垃圾产生时，做到正确分类，精准投放。

一份外卖引发的垃圾分类

以厦门市为例的垃圾分类示意图（图片来源：厦门市环境卫生中心）

参考文献：

1. 《城市生活垃圾分类标志》（GB/T 19095-2019）

2. 厦门市生活垃圾分类指导手册

3. 《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》

4. 蔡旺炜, 陈俐慧, 王为木, 举健, 冯红春. 我国城市厨余垃圾好氧堆肥研究综述[J]. 中国土壤与肥料, 2014, (06): 8-13.

5. 郝晓地, 周鹏, 曹达啓. 餐厨垃圾处置方式及其碳排放分析[J].环境工程学报, 2017, 11(02): 673-682.

来源：中国科学院城市环境研究所