精細化好氧生物高效處理模式與改進型太陽能堆肥處理模式的對比分析

近年來，農村垃圾治理已成為城鄉生態文明建設的主要抓手。2015年，住房和城鄉建設部等十部委聯合發布了《全面推進農村垃圾治理的指導意見》，提出“適合在農村消納的垃圾應分類后就地減量。果皮、枝葉、廚余等可降解有機垃圾應就近堆肥，或利用農村沼氣設施與畜禽糞便以及秸稈等農業廢棄物合并處理”的技術思路。2016年，習近平總書記強調“普遍推行垃圾分類是重大民生工程”，將垃圾分類管理工作提高到前所未有的高度。

堆肥化過程的生物降解和轉化產物，是一種受控制的生物降解和轉化過程，一般而言堆肥化僅限定于好氧堆肥，如歐盟。目前，應用較為廣泛的堆肥化模式分別是：精細化好氧生物高效處理模式和改進型太陽能堆肥處理模式（太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥模式）。本文試從多個角度分析上述兩種模式特點和優勢，以期給不同地區的政府部門選擇生活垃圾分類及資源化模式時提供決策參考。

一、堆肥資源化處理工藝及影響因素

堆肥資源化處置原料主要是分類后的有機廢棄物（廚余垃圾、廢棄蔬果、枯枝落葉和畜禽糞便等）。好氧堆肥是在有空氣的條件下利用好氧微生物分解廢棄物中的有機物，其生物過程可分為：高速降解階段，一般為2-5天，其特征是耗氧速率快、溫度較高、揮發性有機物降解速率也快，以及伴隨很濃的臭味；然后是熟化階段（第二階段），一般為3周左右，其特征則是溫度低、耗氧速率低和很淡的臭味。影響堆肥化進程和堆肥質量的因素很多，主要是堆肥物料的大小、堆體溫度、通風供氧、碳氮比（C/N）、含水量及接種劑（微生物）等。

二、兩種常見的生活垃圾資源化處理模式

1、太陽能堆肥處理模式的不斷更新

分類后的有機廢棄物（廚余垃圾、廢棄蔬果、枯枝落葉和畜禽糞便等）由破碎機進行破碎，進入太陽能堆肥小室后進行腐熟堆肥。期間，充分利用太陽能與垃圾滲濾液回噴技術促進堆肥快速反應。工程池容可根據年有機廢棄物產生量（投放量）進行設計，一般按照堆肥時間設置不同的堆肥小室，堆肥小室一般至少3-5個，確保有機廢棄物能夠輪流進行堆放、發酵，保證完全熟化達到穩定狀態。

太陽能普通堆肥處置過程中，由于溫度偏低、氧氣不足、菌劑未能與物料充分接觸等重要缺點，有機廢棄物達到穩定狀態需要的時間一般較長（大于18個月）。針對這一問題，浙江金華等生活垃圾資源化先行地區，對太陽能普通堆肥處理模式進行了改進。改進的模式主要有兩種：

（1）采用普通太陽能輔助加溫管道通風好氧堆肥模式。該模式通過太陽能透過玻璃板使垃圾堆肥房驟熱升溫，并通過布設通風管道，利用出氣口和通風口的自然高差，形成氣壓使好氧菌和物料及時獲取氧氣，加快分解有機垃圾，制成有機肥料。

（2）采用太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥模式。該模式針對太陽能加溫作用下發酵溫度仍舊偏低的缺點，尤其是陰雨天或夜晚或春冬季，增加了電加熱功能；而且針對自然通風系統氧氣供應不足的問題，增加了機械設備充氧功能，以期促進有機廢棄物的快速腐熟。

2、精細化好氧生物高效處理模式

分類后的有機廢棄物（廚余垃圾、廢棄蔬果、枯枝落葉和畜禽糞便等）由破碎—擠壓進行破碎和脫水，進入主發酵倉進行生物反應。通過精細化控制反應倉內的溫度、通風、攪拌和復合微生物菌劑添加等參數，加速其生化反應時間，加大其對纖維素、淀粉、蛋白質等不同有機成分的生物降解率，1-2日內快速完成一次發酵過程。經過精細化生物處理的固體肥料出料后，在二次堆肥倉庫中進行二次發酵。二次發酵的停留時間一般為25天，然后達到腐熟后可在農田施用。

工程規模可視有機廢棄物產生量，選擇不同的精細化好氧生物高效處置設備，目前處理能力有0.5噸/日、1噸/日、2噸/日和5噸/日等不同型號。

三、兩種資源化處理模式比較分析

目前，我國東部地區人口分布相對集中，尤其是城市近郊區。我們選擇1500人的典型農村生活垃圾資源化為例，按照人均生活垃圾0.7kg/天計算，其中有機廢棄物按照60%計算，則每天生活垃圾產生量可達到630公斤，年有機廢棄物量可達到230噸。因此，我們按照日處理1噸/天精細化好氧生物高效處理模式、年處理230噸規模的改進型太陽能堆肥處理模式，即太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥模式進行對比分析。

1、太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥模式工程

有機廢棄物的密度按照0.5噸/立方米（國家統計局）計算，年處理230噸工程池容需要460立方米。按堆肥小室高度為2.5m計算，則至少需要占地184平方米，包括其他綠化、道路等面積，占地不得小于250平方米。

2、精細化好氧生物高效處理模式

垃圾站設置原料儲存區1處，占地面積約50平方米；垃圾處理站用房1處，占地面積約60平方米；二次堆肥區1處，占地面積約50平方米；總面積約160平方米。

3、對比分析

（1）堆肥過程參數控制條件比較

堆肥物料的大小、堆體溫度、通風供氧、碳氮比（C/N）、含水量及接種劑（微生物）等參數控制，對堆肥過程控制至關重要。太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥技術，對于上述堆肥參數未能有效控制，主要存在：（1）發酵過程溫度偏低；（2）通風供氧差，由于堆肥小室高度達到2.5米，容易出現堆積情況，因此易出現厭氧狀態；（3）接種劑（微生物）與堆肥物料不能很好的充分接觸，導致微生物發揮作用有限。因此該模式堆肥過程參數控制較差，嚴重影響堆肥的順利進行。

精細化好氧生物高效處置技術，通過機械設備的調控功能，比如破碎+擠壓功能、攪拌、加溫、充氣供養以及添加微生物菌劑等，使有機廢棄物的物料尺寸、堆體溫度、通風供氧、碳氮比（C/N）、含水量、接種劑（微生物）等各方面，均有益于堆肥生物過程順利進行，進而達到較好的資源化效果。

（2）堆肥產品質量方面對比分析

太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥模式，由于堆肥過程中對腐熟條件控制太差，堆肥產生需要12個月以上才能達到穩定、腐熟狀態。

精細化好氧生物高效處置技術，通過機械設備對堆肥過程的影響因素進行較好的調控，因此堆肥產品質量較好，而且出肥時間約25-30天，極大縮短了有機廢棄物資源化時間，總體減量化率達到80%以上，其中有機物質降解率應達到60%以上；并且能夠產出合格的資源化有機肥，產品質量符合或優于農業部現行標準《有機肥料》（NY525-2012）的要求。

（3）堆肥處置工程建設和投資比較分析

上述兩種模式占地差不多，建筑的投資也差不多，大約12-20萬。而太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥模式，只需要電熱輔助設備、機械通風設備等，因此設備投入相對便宜，加上建筑約需18-25萬元。精細化好氧生物高效處置技術，需要購置精細化好氧堆肥設備，1噸/天處理能力設備及其配套設備約為40萬左右，因此包括建筑總計約60萬元。

（4）運行成本及工程產出效益比較

太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧模式，運行成本主要是人工、電耗等，費用相對較低，但是由于產出的堆肥肥料質量不合格，導致最終很難產生效益。

精細化好氧生物高效處置技術模式，按照人工、電費、設備折舊等因素核算，每噸有機垃圾處理費用約150元/噸；然后按每噸有機垃圾產生有機肥料20%，有機肥料800元/噸計算，可以達到160元/噸的收益，因此只要對堆肥產品進行政策支持，如農業局優先購置垃圾資源化有機肥，有機肥使用還減少化肥施用、降低農田管護成本、提高作物產量等效果；或者將堆肥產品加工為園林基質等，這有望做到運行成本與效益平衡，同時可有效節約有機垃圾填埋或者處理費用。

四、生活垃圾資源化處理模式建議

通過上述四個方面的全面比較，我們認為：精細化好氧生物高效處置技術明顯優于太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥技術，尤其是北方區域（長江以北區域），由于冬春季溫度更加低，太陽能+電熱輔助加溫機械設備通風好氧堆肥技術將更不適宜。在經濟條件許可時，建議選用精細化好氧生物高效處置設備，采用機械設備化對有機廢棄物進行資源化利用。