蔬菜廢棄物堆肥化處理概述

李火金 蔡盡忠

(福建省華廈學院環境與公共健康學院 廈門 361024)

蔬菜保質期一般很短，因此在市場流通的過程中其根、莖、葉容易出現腐爛，繼而被人們丟棄而造成大量的蔬菜廢棄物，若不能得到及時處理不但會造成資源浪費，而且會污染環境。

目前，我國的蔬菜廢棄物處理方式主要有4種： 直接還田、生產飼料、生產沼氣和生產堆肥[1]。直接還田是最常用的做法，但是這種處理方式容易造成環境污染和病原菌的傳播；生產飼料和生產沼氣對廢棄物種類和設備要求較高；而生產堆肥是蔬菜廢棄物無害化處理和資源化利用較為有效的途徑。國內關于蔬菜廢棄物處理主要的研究方向是堆肥化處理，目前已有大量的研究成果[1]。

1 蔬菜廢棄物性質

蔬菜廢棄物與其他固體廢棄物相比，含水率一般在75.00%～94.80%，具有含水量高、易腐爛、富含氮磷鉀等營養物質和有機物等特點[2]。而用于堆肥的原始物料中含水率控制在50%～65%，碳氮比在35∶1左右， pH為8～9。因此，蔬菜用于堆肥時要加入水分調節劑、碳氮調節劑、pH調理劑，以調節含水率、碳氮比、pH等參數。蔬菜廢棄物還常攜帶有害病原菌及殘留農藥，并且可能會出現重金屬富集現象[1]，不同類型的蔬菜需要進行不同的資源化處理，可以充分提高資源利用率，減少環境污染。

2 蔬菜廢棄物堆肥化處理

堆肥化是利用自然界中的原核和真核微生物，有控制地促進可生物降解有機物向穩定的腐殖質轉化的生物化學過程[3]。目前，國內對于蔬菜廢棄物資源化利用的方式有4種： 自然堆漚、用作飼料、厭氧發酵和好氧堆肥化[4]。最常用的是厭氧發酵和好氧堆肥化，而國內多采用好氧堆肥。好氧堆肥是將蔬菜廢棄物與動物糞便或微生物菌劑混合堆放，在高溫下經發酵腐熟及微生物分解而生產有機肥的過程。

堆肥化處理后得到的有機肥，肥效好、無病菌，可為植物提供豐富的營養，能促進植物生長，增加產量，降低土壤污染[5]。由于操作簡單、工藝要求低、成本較低，且產品質量較好，因此適用范圍較廣。其中，堆肥化處理的研究大多集中在畜禽糞便、污泥和城市垃圾等方面，而蔬菜廢棄物堆肥的氮素損失研究少見報道，應借鑒畜禽糞便或污泥堆肥的控制措施，進一步提高蔬菜廢棄物堆肥產品的質量[6]。

3 蔬菜廢棄物堆肥化處理工藝

好氧堆肥工藝研究發現，堆肥的影響因素主要是堆肥時間、含水量、透氣性、溫度、pH、碳氮比和外源菌劑等。對于不同類型的蔬菜，堆肥化處理前需進行配料處理，改變物料初期含水量和碳氮比。其中，增加初始物料中的水溶性有機碳含量是加速堆肥進程的方法，同時也是指導堆肥物料配比的關鍵性指標[7]。李劍等通過改變蔬菜廢棄物、稻草與豬牛糞三者之間的不同配比進行堆肥化試驗，并得出結論： 蔬菜廢棄物、秸稈、豬糞的物料初始配比為(10∶40∶50)～(20∶30∶50)時最佳，其中豬糞在氮含量、速效磷這兩方面效果更佳，而牛糞在速效鉀方面效果更佳。王麗英等[1]總結了堆肥化過程中溫度、水分和通風量等參數及其控制，并分析了堆肥過程中有機物、氮含量、碳氮比、pH、電導率的變化，對研究方向提出了展望。

對于堆肥化處理過程中，因為氮素損失，造成堆肥產品質量差、肥效低的問題，翁洵等[8]進行了總結，闡述了通過控制物料初始碳氮比及過程中的pH值、溫度、通風與氧氣供應等反應條件實現固氮增肥的措施： 通過添加吸附劑或其他可利用形態碳，調節初始碳氮比(25～35∶1)；接種微生物菌劑，促進微生物利用轉化NH4+，減少NH3生成；同時，添加化學物質，使pH小于7，使堆體最高溫度不超過60℃；通過間歇性通風或減少翻堆頻率，控制通風量(0.05～0.2 m3/min·m3)，減少NH3生成和損失。事實上，添加微生物菌劑可以優化堆肥過程的環境條件，提高微生物活性，提高反應速率，縮短反應周期，促進堆肥腐熟，減少氮素損失，保持和調節各營養素含量，提升堆肥產品質量。

當前，國內蔬菜堆肥化研究已基本確定了最佳堆肥工藝條件、主要堆肥研究方式(好氧、厭氧)，以及不同動植物腐尸或排泄物、微生物添加劑對堆肥過程的影響，特別是對氮素損失的影響已經取得許多重要成果。

4 蔬菜廢棄物堆肥化處理工藝的參數及其優化

4.1 溫度的控制 堆肥化需要經歷升溫階段、高溫階段和降溫階段。不同初始條件的蔬菜廢棄物堆肥時各階段持續的時間是有差異的。高溫階段持續時間越長，有機物料分解越徹底[1]。若堆體溫度過高，可通過通風和翻堆降低堆體的溫度，使其保持適宜的條件。堆肥期間，對于好氧堆肥，應保持堆體溫度為60℃左右。而厭氧堆肥堆體溫度一般在35℃左右較為適宜[1]。

4.2 水分的控制 堆肥需要適宜的水分，水分含量低于45%或高于75%都不利于堆肥化的進行，還會導致微生物的活性下降，從而使堆肥腐熟困難。堆體的含水量影響堆肥產品的品質，堆肥初始含水量越高，越不利于堆肥氮素的保存。所以在堆肥過程中物料可以通過加水、翻堆和通風等措施實現水分調節，保持微生物適宜的生活條件。

4.3 碳氮比的控制 腐熟度是評價堆肥質量的重要指標，碳氮比可以作為判斷堆肥腐熟進程的指標，所以碳氮比也直接影響著堆肥的質量。一般堆肥結束后的碳氮比為15～20∶1，而研究表明堆肥的最佳碳氮比的比值范圍是25～35∶1，這時微生物的生長繁殖處于平衡狀態，有利于堆肥過程的進行。

當碳氮比過高時，營養物質相對缺乏，微生物生長受到抑制，在這種情況下，微生物對有機物質的分解速率較慢，腐熟時間長。當蔬菜廢棄物的碳氮比較低時，可在堆肥前添加碳氮比高的原料進行調節，一般添加木屑、秸稈、米糠等。

4.4 pH值的控制 在整個堆肥過程中，隨著時間和溫度的變化，大量微生物通過物料的降解和自身物質的分泌，不斷調節環境pH值。一般蔬菜廢棄物堆肥不需考慮調節pH值。有研究表明，有機固體廢棄物堆肥的最佳pH值為6.5～7.5,這是微生物生長繁殖最合適的酸堿值。最佳pH值有利于提高反應速率，能縮短達到高溫所需的時間。

5 總結

本文通過對國內蔬菜廢棄物堆肥化處理發展狀況的概述，發現國內堆肥化處理技術、工藝參數、反應過程控制、堆肥質量的提升及微生物的應用等方面均有較多的研究。

但是，當前蔬菜廢棄物堆肥化處理還存在一些缺陷： ①在堆肥化處理中，限速有機物的降解一直被認為是快速堆肥的關鍵，也是高效復合菌劑開發的理論基礎，還有待研究；②傳統的堆置技術條件下的有機肥料，由于養分含量低和無害化程度差等缺點，限制了其在現代農業條件下的使用，為了提高堆肥產品的質量，滿足大量有機廢棄物的快速處理需求以及防止二次污染的產生，必須開發新的高溫堆肥技術與堆肥設備；③如何有效地處理堆肥產品中重金屬的富集、有害物質及微生物殘留農藥和問題；④是否有廉價高效且可普遍使用的微生物菌劑，生產工藝能否最簡化以及堆肥化的影響因素的控制等問題。

對于蔬菜廢棄物處理，需要注重多種方法結合，如厭氧—好氧混合處理，簡化生產工藝，降低生產成本，真正將試驗成果轉化為技術專利，使其在國內普遍推廣使用。