東莞市生活垃圾堆肥減量化的試驗研究*

周振鵬，曾彩明，李小建，王德漢

（1.華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院環(huán)境科學與工程系，廣東廣州510642；2.東莞市環(huán)境科學研究所，廣東東莞523009）

東莞市生活垃圾堆肥減量化的試驗研究*

周振鵬1，曾彩明2，李小建1，王德漢1

（1.華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院環(huán)境科學與工程系，廣東廣州510642；2.東莞市環(huán)境科學研究所，廣東東莞523009）

針對廣東省東莞市某小區(qū)通過生活垃圾分類出的易腐有機垃圾研制出1套集穩(wěn)定堆肥、生物除臭為一體的生活垃圾消化反應器處理裝置。試驗結果表明：該設備可使垃圾減量化達70%以上，無二次污染，能耗低。菜心盆栽試驗顯示，添加30%的肥料，菜心地上部分生物量最大，長勢好。

生活垃圾；減量化；堆肥試驗

隨著城市居民生活水平的提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量越來越多，如何用科學的方法處理生活垃圾成為當前研究的熱點。如果能夠?qū)鴮嵭蟹诸愂占梢詫⒋蟛糠掷儚U為寶，減少最終需要處理的垃圾量，然后再進行堆肥處理［1-2］。這樣既可循環(huán)利用資源，也可節(jié)約愈來愈少的土地，減輕政府處置垃圾的財政重負及環(huán)境污染壓力，實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益的多贏。因此首先通過垃圾分類分出“濕垃圾”，而對這些“濕垃圾”進行快速連續(xù)升溫堆肥處理又是當前研究的重點。筆者以東莞市某鎮(zhèn)花園小區(qū)垃圾分類的減量化的試驗為基礎，研制出1套集穩(wěn)定堆肥、生物除臭為一體的生活垃圾消化反應器處理裝置，以期為城市小區(qū)垃圾分類減量化及終端處理提供參考［3］。

1 材料與方法

1.1 材料

園林綠化基質(zhì)來自廣州市園林廠，為城市園林綠化養(yǎng)護過程中產(chǎn)生的剪枝、間伐材、草坪草和枯枝落葉，園林垃圾經(jīng)粉碎，添加有益微生物菌種，然后再高溫發(fā)酵而制成。

1.2 試驗裝置和工藝流程

試驗設備為華南農(nóng)業(yè)大學新肥料研究中心研制的消化型堆肥一體化處理裝置，見圖1。其端面為圓形，直徑為1.5 m，長6 m，轉動功率1.1 kW，齒輪轉速16 r/h，抽風功率2.2 kW。該設備具有良好的保溫性能，倉體為不銹鋼材料，內(nèi)層有保溫棉，能減少甚至阻止向環(huán)境散發(fā)能量，使堆體持續(xù)保持60℃左右的高溫。它由4個部分組成：消化型反應器、冷凝塔、抽風系統(tǒng)與生物濾池除臭系統(tǒng)［4-6］。消化型反應器就地處理易腐有機垃圾工藝流程見圖2。該生物穩(wěn)定化處理裝置采用負壓抽風的方式供氧，裝置的一邊設置1臺抽風機，根據(jù)堆體溫度和堆料含水率情況，自由設置抽風時間，裝置后面布置了通氣窗和通氣孔，氧氣由此進入，自下而上通過堆體，堆體產(chǎn)生的臭氣和水蒸氣進入裝置頂部的進氣口，在抽風機的作用下通過除臭管道抽走，這樣滿足了堆肥需氧、降溫和降低含水率的要求。高溫發(fā)酵過程中產(chǎn)生的臭氣（NH3、H2S等）、部分垃圾滲瀝液通過生物濾池的方法吸收和去除，臭氣和水蒸氣通過冷凝塔時，水蒸氣冷凝下來變成液態(tài)水，從而與臭氣分離，臭氣經(jīng)除臭管道進入生物濾池。生物濾池構造為高1 m，寬1 m，長1.5 m，底部0～20 cm為空層，20～50 cm為木炭層，50～90 cm為細木炭加基質(zhì)層。

1.3 試驗方法

試驗分為2個階段：第1階段為微生物培養(yǎng)馴化階段，首先向裝置內(nèi)投加40包園林綠化基質(zhì)作為反應啟動的微生物來源，然后每天將360 L經(jīng)過濾的餐廚垃圾投加到反應器內(nèi)，投料后轉動30 min，投料5 d，不進料5 d，馴化期10 d。第2階段為堆肥正式運行階段，每天先出料400 L，再投入360 L垃圾，同時投加返料及紙棉等調(diào)理劑，每天投料后轉動30 min，每2 h自動抽風1 h。在整個試驗過程中，每天9：00在物料中選擇前部、中部、后部測定溫度，取其平均值。

2 結果與分析

2.1 垃圾分類對減量化的影響

經(jīng)初次分類減少外運垃圾量達30%，不僅培養(yǎng)了居民的垃圾分類意識，還為下一步的堆肥處理創(chuàng)造了條件，且可最大程度地實現(xiàn)廢物的再次利用及廢品回收。

2.2 堆肥過程中溫度及冷凝水的變化

該裝備自正式運行以來，日平均溫度均高于50℃，其溫度隨時間變化如圖3所示。在易腐有機垃圾堆肥減量化試驗過程中，通過添加返料、紙棉調(diào)理劑來調(diào)節(jié)廚余垃圾進料的初始含水率，優(yōu)化了工藝參數(shù)，實現(xiàn)連續(xù)進出料堆肥減量化的試驗條件，保證廚余垃圾在最短的時間內(nèi)升溫及維持較長時間的高溫階段，且維持55℃以上達8 d，最高達到69℃，可實現(xiàn)堆肥無害化［7］。

圖3 堆體溫度隨時間的變化

如圖4所示，每天冷凝水體積大約為11 L，堆體在高溫好氧發(fā)酵期間，水分一部分被微生物利用，一部分由于高溫作用有一定程度的蒸發(fā)，水蒸氣和臭氣等通過抽風機抽走，水蒸氣在冷凝塔內(nèi)冷卻，變成冷凝水。冷凝水的量在一定程度上反映了堆體水分的減少量，生活垃圾的減量化也是由有機物質(zhì)的降解和堆肥水分的減少引起的［7］。

圖4 堆肥過程中冷凝水隨時間的變化

2.3 堆肥過程中含水率及減量化率的變化

本試驗中原料有機成分的比例大，占70%多，含水率高，在試驗中，調(diào)理劑調(diào)節(jié)了含水率，使其在60%左右。如圖5所示，堆體在高溫下水分被逐漸蒸發(fā)，水蒸氣被抽走，高溫堆體含水率由剛開始的77%降低到穩(wěn)定化結束時的29.7%左右。

圖5 堆肥過程中含水率隨時間的變化

如圖6及公式（1）所示，經(jīng)過處理，垃圾減量化達70%以上，并定期產(chǎn)生一定量的優(yōu)質(zhì)堆肥，設備定期將腐熟堆肥卸出用于綠化或農(nóng)用，達到了減量化、資源化、無害化的效果。計算減量化率公式如：

式中：R為減量化率（%）；Q為添加物總容積（L）；S為處理后剩余物（包括反應設備中的物料及產(chǎn)品）容積（L）。其中Q為31 360 L，S為8 503 L，根據(jù)公式（1）可得，整個連續(xù)進料過程中的減量化率為73%。

圖6 堆肥過程中日累計投入量隨時間的變化

2.4 菜心盆栽肥效的生物量及長勢情況

利用易腐有機垃圾穩(wěn)定化產(chǎn)物作為種植土，與土壤按不同比例混合，進行了菜心的盆栽試驗。菜心盆栽試驗設計了5個處理：處理1的易腐有機垃圾穩(wěn)定化產(chǎn)物為0%；處理2為10%；處理3為20%；處理4為30%；處理5為40%。結果表明：隨著易腐有機垃圾質(zhì)量的增加，菜心葉色逐漸加深，但發(fā)芽率以處理5最低，生長發(fā)育后期，處理1生長緩慢，處理2、3、4對植物生長有明顯促進作用。地上部分生物量（干基）處理4最大，達到21.3 g，而處理1地上部分生物量（干基）為10.2 g。

3 討論

1）因為易腐有機垃圾含水率過高，超過70%，不僅會明顯降低分解速度，溫度受到影響，而且有可能會堵塞內(nèi)部抽風管道，如能在其投入前降低含水率或者對內(nèi)部抽風管道的氣孔用不銹鋼絲網(wǎng)進行包扎，則會避免此類問題的發(fā)生。

2）可進一步提高設備進料口和出料口的自動化程度，以增加整套設備的可操作性和自動化程度。

4 結論

1）利用高溫好氧發(fā)酵原理設計的本套生活垃圾生物穩(wěn)定化、生物抽風除臭和生物濾池處理滲瀝液于一體的處理城市小區(qū)生活垃圾裝置及工藝，易腐有機垃圾減量化率達到70%以上，55℃以上達8 d，溫度最高達到69℃，整個過程密閉運行，無臭氣產(chǎn)生，環(huán)保效應好，無二次污染。

2）易腐有機垃圾穩(wěn)定化產(chǎn)物資源化利用效果好，用作種植土，能夠有效地促進菜心的生長，提高作物產(chǎn)量。本試驗在解決垃圾出路的同時，將垃圾穩(wěn)定化產(chǎn)物回用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有利于推動生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，所提出的垃圾處理技術和模式是一條環(huán)保的、經(jīng)濟的、符合可持續(xù)發(fā)展理念的垃圾處理新途徑［8-9］。

［1］彭少洪，盧舒麒，黃運風，等.廣州市城市生活垃圾分類收集問卷調(diào)查：以南華西街為例［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（4）：15-18.

［2］陳朱蕾，黎小保，周磊，等.堆肥化技術對生活垃圾預處理效果的研究［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2004，12（1）：11-13.

［3］何品晶，邵正浩，張冬青，等.垃圾生物穩(wěn)定化預處理中填埋污染潛力的變化［J］.同濟大學學報，2009，37（6）：791-795.

［4］邱才娣，何若，陳松妹，等.一種新型的農(nóng)村生活垃圾資源化工藝技術研究［J］.環(huán)境科學，2009，30（3）：930-936.

［5］曾現(xiàn)來，張增強，張永濤，等.城市生活垃圾堆肥試驗裝置的設計［J］.環(huán)境污染與治理技術與設備，2006，7（10）：109-112

［6］王桂琴，許德剛，李國學，等.基于不同目標的大型生活垃圾堆肥處理工藝的優(yōu)選［J］.中國環(huán)境科學，2009，29（4）：402-406

［7］樸哲，崔宗均，蘇寶林.高溫堆肥的生物化學變化特征及植物抑制物質(zhì)的降解規(guī)律［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護，2001，20（4）：206-209.

［8］袁芳，楊朝暉.我國城市生活垃圾堆肥農(nóng)用處理技術研究進展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2005，33（2）：328-330.

［9］李磊，宋敘言，吳育華，等.城市垃圾系統(tǒng)管理與創(chuàng)新研究［J］.環(huán)境保護，2009（4）：51-52.

Experiment on Composting Reduction of Domestic Waste in Dongguan

Zhou Zhenpeng1,Zeng Caiming2,Li Xiaojian1,Wang Dehan1
（1.Department of Environment Science and Engineering,College of Natural Resource and Environment,South China Agricultural University,GuangzhouGuangdong510642;2.Dongguan Research Institute of Environmental Science,DongguanGuangdong523009）

A set of domestic waste digestion equipment with stable composting and biological deodorization was developed for perishable organic waste which is collected from domestic waste from one residential area in Dongguan of Guangdong.The results showed that its waste reduction rate was above 70%by using this equipment,no secondary pollution,and low energy consumption.The pot experiment of cabbage demonstrated that the ground biomass of cabbage and the growth trend were the largest when the soil had been added 30%of the fertilizer.

domestic waste；reduction；composting experiment

X705

A

1005－8206（2012）03－0023－03

周振鵬（1984—），碩士，主要從事廢物資源化利用的研究。E-mail：315490904@qq.com。

（責任編輯：鄭雯）

惠州市科技局資助項目（201010810100192）

2012-03-16