生態(tài)園區(qū)有機(jī)廢棄物的循環(huán)利用研究

摘要 綜述了目前我國(guó)生態(tài)園區(qū)有機(jī)廢棄物的利用狀況和存在的問(wèn)題，特別對(duì)園區(qū)中常見(jiàn)的餐廚垃圾和果枝修剪廢棄物的綜合處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，探討了生態(tài)園區(qū)有機(jī)廢棄物的循環(huán)利用途徑與發(fā)展方向，提出小容量反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)是處理不同固體廢棄物的適當(dāng)途徑。可為我國(guó)生態(tài)園區(qū)有機(jī)廢棄物的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞 有機(jī)廢棄物；循環(huán)利用；利用途徑

中圖分類(lèi)號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）29-10274-03

基金項(xiàng)目山東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師國(guó)內(nèi)訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目資助。

作者簡(jiǎn)介趙春（1978- ），女，山東龍口人，講師，博士，從事農(nóng)業(yè)生態(tài)研究。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京市郊區(qū)共有觀光休閑農(nóng)業(yè)項(xiàng)目近2 000個(gè)，供游客觀景、賞花、摘果，從中體驗(yàn)農(nóng)業(yè)生活和享受田園風(fēng)光。據(jù)測(cè)算，僅蘋(píng)果、桃、梨、葡萄、櫻桃等主要鮮果果園面積約6萬(wàn)多hm2，果樹(shù)常規(guī)管理中一年修剪枝條量高達(dá)36萬(wàn)t之多，產(chǎn)生了大量廢棄物。這些修剪物少部分用作燃料，大多棄之不用，不僅影響環(huán)境，也造成資源浪費(fèi)。觀光休閑農(nóng)業(yè)園區(qū)10%的土地用于休閑、康體、會(huì)議、餐飲等設(shè)施的建設(shè)，運(yùn)作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾，其中80%以上是餐廚垃圾。由于餐廚垃圾中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如果不經(jīng)處理短期內(nèi)即腐敗變質(zhì)，不僅對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染、滋生蚊蠅，而且會(huì)侵占大量土地[1-3]。

2007 年中華人民共和國(guó)建設(shè)部 215 號(hào)文件中指出“鼓勵(lì)通過(guò)堆肥、發(fā)展生物質(zhì)燃料、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)和深加工等方式處理修剪的樹(shù)枝，減少占用垃圾填埋庫(kù)容，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用”[4]，堆肥產(chǎn)品主要作為土壤改良基質(zhì)、有機(jī)肥及覆蓋物。對(duì)果枝堆肥技術(shù)和餐廚垃圾處理設(shè)備的研究，既能充分利用資源，又能美化環(huán)境，不僅能改善園區(qū)土壤性能，減少化肥使用量，而且是提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的有效途徑，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

1有機(jī)廢棄物的處理現(xiàn)狀

1.1餐廚垃圾處理現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外餐廚廢物資源化處理工藝技術(shù)有多種形式，經(jīng)分析，為實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的“減量化”、“資源化”和“零排放”的目的，處理工藝大多為：餐廚垃圾中的油脂生產(chǎn)生物柴油，水分需要經(jīng)過(guò)污水處理技術(shù)回用或排放；固體殘?jiān)ㄟ^(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，沼渣進(jìn)一步加工成為生物肥料。

常用的生物處理技術(shù)主要采用微波處理、蚯蚓堆肥、好氧堆肥和厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣等方式。其中，好氧堆肥和厭氧發(fā)酵是迄今為止技術(shù)較成熟且研究應(yīng)用最廣泛的兩種生物處理技術(shù)，其最大特點(diǎn)在于對(duì)周邊環(huán)境的影響小，可避免餐飲廢渣發(fā)酸、發(fā)臭對(duì)環(huán)境的影響，經(jīng)生物處理后可生產(chǎn)有機(jī)肥和生物氣等產(chǎn)品[5-9]。

1.2果林修剪廢棄物處理現(xiàn)狀

1.2.1覆蓋還田利用。由于場(chǎng)地、空間和時(shí)間等的限制，部分植物廢棄物在無(wú)法進(jìn)行徹底分解利用的情況下可通過(guò)簡(jiǎn)單處理，如將其分揀、粉碎、消毒、配料，然后均勻覆蓋到樹(shù)冠垂直投影范圍內(nèi)，以達(dá)到廢棄物的生態(tài)循環(huán)利用，明顯改善土壤理化性狀，增加土壤保水保肥能力，促進(jìn)樹(shù)木生長(zhǎng)[10-11]。

1.2.2堆肥處理利用。是指在微生物的分解作用下，根據(jù)不同的產(chǎn)品要求將廢棄物轉(zhuǎn)化為不同腐化程度的有機(jī)肥料。堆肥處理共分為預(yù)處理、發(fā)酵過(guò)程各項(xiàng)參數(shù)的優(yōu)化、發(fā)酵堆置3 個(gè)步驟。一般堆肥較為適宜的粒徑為 1.3～7.6 mm[12]；發(fā)酵過(guò)程各項(xiàng)參數(shù)的優(yōu)化主要包括水分控制在40%～60%、C/N調(diào)節(jié)在 25～35∶1、微生物菌劑添加等。堆肥化處理的成本較其他處理方式相對(duì)較低，如華盛頓西雅圖拉里（Larry）市，堆肥化處理可實(shí)現(xiàn)每年約節(jié)省 41 000 美元[13]。

1.2.3生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)與利用。包括生物質(zhì)的固態(tài)成型和液化利用兩方面。生物質(zhì)的固態(tài)成型是指通過(guò)一定的技術(shù)手段將植物廢棄物加工成固體燃料，提高了能源利用效率，改善和拓寬了熱能利用方式[14]；生物質(zhì)液化利用主要是通過(guò)熱解或生物轉(zhuǎn)化形成生物乙醇、柴油等新型能源，可替代部分石油和天然氣，是未來(lái)能源利用轉(zhuǎn)換的一個(gè)重要途徑。

2現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備存在的問(wèn)題

2.1餐廚垃圾處理設(shè)備目前存在的問(wèn)題從目前餐廚垃圾處理技術(shù)的應(yīng)用情況看，規(guī)模較大的餐廚垃圾處理生產(chǎn)線可以對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行較徹底的處理，資源循環(huán)再利用效果好，基本達(dá)到了無(wú)害化的標(biāo)準(zhǔn)，但仍存在一些問(wèn)題。

首先，需要對(duì)分散在各個(gè)餐飲點(diǎn)處的餐廚垃圾進(jìn)行收集，然后再進(jìn)行集中處理，這就導(dǎo)致了從收集到處理的時(shí)間較長(zhǎng)，并且增加了運(yùn)輸成本。同時(shí)因?yàn)椴蛷N垃圾中油、水比例較高，運(yùn)輸過(guò)程中極易泄漏、遺撒，造成環(huán)境污染，而且會(huì)滋生大量的有害病菌，分泌出的毒素（如黃曲霉素）很難通過(guò)微生物的方法分解掉，必須通過(guò)高溫蒸煮及烘干工藝才能夠徹底消除，這就增加了設(shè)備的運(yùn)行成本。

其次，集中處理需要較多的原料。如果收集的餐廚垃圾量不足，將會(huì)導(dǎo)致處理設(shè)備無(wú)法正常工作。無(wú)論設(shè)備的處理量大還是小，需要開(kāi)機(jī)的時(shí)間和運(yùn)行成本相差無(wú)幾，但產(chǎn)出卻懸殊，這就導(dǎo)致了生產(chǎn)成本的提高和生產(chǎn)效率的下降。并且開(kāi)機(jī)次數(shù)越多，虧損越大。目前一些由地方政府投資扶持建設(shè)的大型生產(chǎn)線因?yàn)椴蛷N垃圾處理量不足導(dǎo)致無(wú)法正常運(yùn)行而停產(chǎn)的例子比比皆是。

最后，大型生產(chǎn)線還存在前期投入高，占地面積大，處理周期長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。不適合于食堂、飯店等餐飲行業(yè)進(jìn)行源頭減量化的垃圾處理。

2.2果林修剪廢棄物處理技術(shù)存在的問(wèn)題首先，修剪廢棄物的資源化利用面臨一個(gè)最大的難題是收集運(yùn)輸及儲(chǔ)存問(wèn)題。修剪的枝條資源分散，季節(jié)性明顯，如北京平谷的桃林，主要有夏、冬兩季的修剪和秋季的落果、落葉。這些廢棄物從收集轉(zhuǎn)運(yùn)到儲(chǔ)存地點(diǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、效率低，然后還需要分揀、粉碎、翻堆以及人工等方面的投入，遠(yuǎn)不如隨地丟棄甚至一把火燒掉劃算。所以目前國(guó)內(nèi)較多秸稈利用項(xiàng)目、堆肥廠運(yùn)行不久即面臨“無(wú)米之炊”的困境。

其次，堆肥過(guò)程中存在堆肥周期長(zhǎng)、堆肥設(shè)備占據(jù)空間大、臭味物質(zhì)周期性散發(fā)、垃圾源需要進(jìn)行分選、堆肥產(chǎn)品品質(zhì)差、堆肥化過(guò)程受各種條件（自然氣候條件、堆肥原料性質(zhì)、技術(shù)體系、經(jīng)濟(jì)條件）制約等問(wèn)題。 修剪廢棄物的快速腐熟并獲得品質(zhì)較優(yōu)的堆肥產(chǎn)品以利于后期的再利用研究是目前的瓶頸問(wèn)題。目前，這一研究在我國(guó)還處于起步階段，許多尖端的技術(shù)和設(shè)備都得靠國(guó)外引進(jìn)。

3生態(tài)園區(qū)有機(jī)廢棄物的綜合處理技術(shù)

3.1餐廚垃圾的處理技術(shù)與集中、大規(guī)模的堆肥系統(tǒng)相比，小型堆肥系統(tǒng)具有降低運(yùn)輸費(fèi)用和實(shí)現(xiàn)源頭減量化等優(yōu)點(diǎn)，適用于生態(tài)園區(qū)餐廚垃圾的就地處理。近些年來(lái)，一些學(xué)者開(kāi)始對(duì)小型餐廚垃圾處理設(shè)備的集成形式進(jìn)行研究，力圖減少餐廚垃圾的處理環(huán)節(jié)及對(duì)環(huán)境的污染，有效地縮短餐廚垃圾的存放時(shí)間和運(yùn)輸時(shí)間，克服大型生產(chǎn)線能耗高、運(yùn)行費(fèi)用高、占地面積大、不能連續(xù)運(yùn)行等問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的綠色加工[15-16]。

目前國(guó)際市場(chǎng)上的小型垃圾處理機(jī)主要有生物分解式和干熱式2種。生物分解式垃圾處理的原理是人為制造一個(gè)近似自然的堆肥過(guò)程，將餐廚垃圾經(jīng)過(guò)分選和預(yù)處理后放入設(shè)備中并摻入高效菌種，控制反應(yīng)條件（溫度、濕度、pH等）接近自然堆肥，大部分垃圾會(huì)被微生物分解為水和二氧化碳，少部分成為有機(jī)肥，可使垃圾減量90%左右，兼顧了餐廚垃圾的減量化和資源化。干熱式垃圾處理則是按一下電鈕即可，經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)的加熱干燥，垃圾體積可變?yōu)樵瓉?lái)的1/7，產(chǎn)生黑色殘?jiān)芍苯邮┤胪寥溃藲堅(jiān)谧匀画h(huán)境下經(jīng)過(guò)二次發(fā)酵才能真正變成有機(jī)肥[17]。例如日本的廚衛(wèi)垃圾高速發(fā)酵處理機(jī)采用最新生物技術(shù)，運(yùn)用深層液體透析發(fā)酵和固體發(fā)酵相結(jié)合的工藝，通過(guò)有機(jī)垃圾處理機(jī)的自動(dòng)控制工藝，配合添加固體活性生物復(fù)合劑，在-5～100 ℃的溫度范圍內(nèi)，在厭氧、有氧條件下，對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行快速降解，使之分解成CO2、H2O 和少量灰質(zhì)，降解率達(dá)95% 以上。在國(guó)內(nèi)，席北斗等根據(jù)堆肥試驗(yàn)結(jié)果，開(kāi)發(fā)了翻轉(zhuǎn)式堆肥反應(yīng)裝置，該裝置采用自控系統(tǒng)，有效容積為250 L，內(nèi)部環(huán)境適宜復(fù)合微生物菌劑迅速降解生活垃圾，具有進(jìn)出料簡(jiǎn)單方便、供氣均衡、攪拌均勻、滲濾液易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回流、臭氣便于集中處理等優(yōu)點(diǎn)[18]。張悠敏等研制出垃圾日處理能力為 9 kg/d 的小型堆肥裝置，在菌液的作用下，經(jīng)過(guò)12～20 h，生活垃圾可迅速被有效微生物群消化分解，垃圾的處理率可達(dá) 87% 以上，而且分解過(guò)程不會(huì)造成二次污染，最終轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)肥[19]。

3.2果林修剪廢棄物的處理技術(shù)基于資源的循環(huán)利用、就地處理和操作簡(jiǎn)便的原則，修剪廢棄物多采用堆肥的方式進(jìn)行綜合利用。由于經(jīng)濟(jì)投入、臭味控制以及場(chǎng)地限制等原因，大型反應(yīng)器和條垛堆肥系統(tǒng)不僅占地大、堆置周期長(zhǎng)、成本高、惡臭污染嚴(yán)重，而且堆肥成品肥效低，因此研制適于現(xiàn)場(chǎng)操作的小容量反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)便勢(shì)在必行。它具有良好的過(guò)程控制、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，并且為那些沒(méi)有足夠原料、資金和場(chǎng)地的團(tuán)體或單位提供了一種處理有機(jī)廢物的技術(shù)。

日本鼓勵(lì)以家庭為單位進(jìn)行小型堆肥[20]，其堆肥工藝高于歐美國(guó)家，無(wú)論從原料的粉碎處理、添加的高效菌種等均有利于堆肥的快速腐熟，并且植物廢棄物與餐廚垃圾、污泥等的混合堆肥使得產(chǎn)品系列多元化[21]。日本在微生物菌劑方面研究較成熟，如酵素菌和 EM 菌，菌劑的加入能顯著提高降解速率和促進(jìn)堆肥腐熟，以畜禽糞便、作物秸稈為原料生產(chǎn) EM有機(jī)肥，可提高有機(jī)蔬菜的產(chǎn)量。

北京市土肥工作站利用全自動(dòng)堆肥反應(yīng)器，研究果樹(shù)粉碎枝條的堆肥效果。結(jié)果表明發(fā)酵溫度能夠達(dá)到50 ℃以上并維持 5～7 d，可殺滅各種病原菌和雜草種子；隨發(fā)酵進(jìn)程的推進(jìn)，物料 EC、DOC 逐漸降低，可溶鹽含量低，pH穩(wěn)定在 8.5左右，施用堆肥產(chǎn)品不會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生鹽分毒害；大約經(jīng)過(guò) 15 d即可達(dá)到完全腐熟[22]。西北農(nóng)林科技大學(xué)進(jìn)行化驗(yàn)果枝堆制的肥料表明，堆肥的有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到40%，磷含量1.9%，鉀含量1.1%，總養(yǎng)分最高達(dá)3.7%，養(yǎng)分含量接近國(guó)家有機(jī)肥料的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3生態(tài)園區(qū)廢棄有機(jī)物綜合利用和展望北京城市發(fā)展目標(biāo)是到2050年建成為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)全面協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的城市，進(jìn)入世界城市行列。依托京郊良好的環(huán)境條件和資源條件，休閑農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)村旅游蓬勃發(fā)展，隨之而來(lái)的是來(lái)源廣、產(chǎn)量大、成分復(fù)雜的有機(jī)垃圾。和一般垃圾相比，有機(jī)垃圾還具有水分含量大、易腐爛以及N、P、K和其他微量元素含量豐富等特點(diǎn)[23]。鑒于我國(guó)資源能源日益匱乏、環(huán)境不斷惡化，而有機(jī)垃圾產(chǎn)量卻以8%～10%的速度遞增的現(xiàn)狀，科研工作者致力于開(kāi)發(fā)小型有機(jī)垃圾生化處理機(jī)，以實(shí)現(xiàn)自然界物質(zhì)和能量的良性循環(huán)[24]。

小容量垃圾堆肥處理方式是一種從源頭減量的資源化方法，具有衛(wèi)生安全、操作方便、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，雖然目前還存在著投料之前需要進(jìn)行分選和調(diào)節(jié)、受季節(jié)和人們生活習(xí)慣的影響較大、垃圾的組成成分復(fù)雜等問(wèn)題。但它能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾的單獨(dú)收集，便于清理、分類(lèi)及其資源化利用，大大降低收集和運(yùn)輸?shù)某杀荆煌瑫r(shí)堆肥產(chǎn)物通過(guò)與其他原料調(diào)配，可形成土壤改良劑、營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)、生物有機(jī)肥等多種產(chǎn)品，使產(chǎn)品向系列化、專(zhuān)業(yè)化、功能化方向發(fā)展，因此具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。可以預(yù)見(jiàn)，隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展，人們環(huán)保意識(shí)和國(guó)家環(huán)衛(wèi)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，各類(lèi)小型化、移動(dòng)式、專(zhuān)用型的生化處理機(jī)在家庭、飯店、景點(diǎn)、碼頭、居民小區(qū)等有機(jī)垃圾產(chǎn)生源的地方將有著廣闊的應(yīng)用前景。

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