餐廚垃圾與園林植物廢棄物混合堆肥工藝研究

李化山等

摘要

[目的] 研究混合原料中園林植物廢棄物不同質量比對餐廚垃圾快速堆肥效果的影響。[方法]以餐廚垃圾與園林植物廢棄物為原料，采用靜態好氧堆肥技術。[結果]餐廚垃圾質量比為80%，堆肥效果最好，減重減容及有機質降解效果均較好，減容率為27.14%，減重率為35.13%，有機質降解率為11.54%。發酵結束后的第1組、第2組、第3組的C/N比均下降到15～20以下，而第4組略微超出此范圍，前3組基本上可判定堆肥混合料已達到腐熟。堆肥過程中4組堆體溫度均在第3天出現最大值，而CO2體積分數均在第4天出現最大值，相反的是氧濃度均在第4天出現最小值。[結論] 該研究結果可為餐廚垃圾與綠化廢棄物資源化利用提供理論依據。

關鍵詞 餐廚垃圾；園林植物廢棄物；混合堆肥；堆肥效果；腐熟指標

中圖分類號S141.8；X705文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）28-09745-04

CoComposting of Kitchen Waste and Garden Plant Waste

LI Huashan， YU Guanghui， LI Shigang et al

（Shenzhen Techand Ecology & Environment Co.， Ltd. Shenzhen， Guangdong 518040）

Abstract[Objective] To study the effect of garden plant waste in different ratio on kitchen waste rapid composting. [Method] The treatment experiment used the aerobic static compost technique. [Result]The results showed that the best composting results can be obtained when kitchen waste used at a ratio of 80% of the total mass， with final weightloss of 35.13%， volumeloss of 27.14%， organic matterloss of 11.54%. The C/N ratio of the first three groups dropped to less than 15-20， while， the fourth group beyond that range slightly， it illustrated the first three groups were arrived at the standard of ripe composting. Stack temperature in different groups were the highest on the third day. However， the maximum volume fraction of CO2 occurred on the fourth day. On the contrary， the minimum oxygen concentration appeared on the fourth day. [Conclusion] The study provides theoretical basis for the recycling use of kitchen waste and garden plant waste.

Key wordsKitchen waste； Garden plant waste； Cocomposting； Composting quality； Rotten index

深圳市餐廚垃圾的產生量約2 000 t/d。深圳市餐廚垃圾無害化處理率較低，資源化應用較少，易造成環境污染和疾病傳播，并且存在被用作提煉地溝油的可能，威脅大眾食品安全。同時，深圳市每年產生的植物廢棄物就有約10萬t，而焚燒1 t園林植物廢棄物產生的CO2為230 kg，則深圳每年焚燒植物廢棄物產生的CO2就有2.3萬t，成為新世紀碳減排工作的一大阻力。因此，對于這些大量的園林植物廢棄物，如果不采取有效措施而隨意處理，那么不僅會影響城市面貌，而且會造成不同程度的環境污染。

由于餐廚垃圾具有較高的含水率、有機質含量，營養物質較高，但是因其較高的油脂含量，易腐爛，并且含有大量的致病菌，因此對餐廚垃圾進行回收利用存在較大困難。而園林植物廢棄物具有較高的C/N，并且結構疏松，可以解決餐廚垃圾較黏稠、在堆肥中需要外加碳源的問題。將餐廚垃圾和園林植物廢棄物進行混合處理，其堆肥產物可作為有機肥料用于園林、農業生產。但是，目前餐廚垃圾與園林植物廢棄物聯合堆肥報道較少[1-7]。

綠化廢棄物具有抗壓實性能好、C/N比較高、吸附性能好等特點，適宜作為餐廚垃圾堆肥調節劑。同時，在發酵完成后，園林植物廢棄物的存在可以降低終產品中鹽含量。但是，只有適宜的比例才具有最好的發酵效果，縮短發酵時間，減少二次污染的產生。因此，餐廚垃圾與調節劑的比例是該研究需要解決的問題之一。最佳堆肥參數的確定，即確定堆肥發酵過程中含水率、溫度、pH、C/N及有機質含量、CO2排放的變化規律，可為堆肥腐熟時間的確定提供理論依據。餐廚垃圾、園林植物廢棄物不同處理方法的優缺點見表1。

1材料與方法

1.1材料

供試餐廚垃圾取自深圳市福田區各飯店中餐和晚餐的食物殘余物。餐廚垃圾中主要有油、湯水、水果、蔬菜、米飯、面食、肉、骨頭等。供試園林植物廢棄物取自深圳市綠化管理處收集的園林植物廢棄物，主要成分為落葉、樹枝、雜草。

1.2方法

試驗采用加入調理劑（園林植物廢棄物）的方法。設置4組類別，餐廚垃圾質量比分別為80%、70%、60%、50%，運用一種靜態好氧槽式堆肥技術。一個主發酵槽和2個附屬系統構成了整個堆肥試驗裝置。附屬系統構成分別為CO2和氧濃度檢測系統、溫度控制采集系統。CO2和氧濃度測定方法為在發酵槽進出氣口、堆體上、中、下部位共8處，每天8：00、14：00和22：00用Altair5天鷹5便攜式多種氣體檢測儀監測CO2體積分數和氧濃度，并且計算出每日平均CO2體積分數和氧濃度。整個試驗期為9 d。試驗材料基本性質見表1。餐廚垃圾與園林植物廢棄物配比見表2。各指標具體測定方法見表3。用Sigmaplot 10.0繪制圖表及數據統計分析。

2結果與分析

2.1堆體溫度的變化

堆體的溫度是反映好氧堆肥的重要參數，也是判斷堆肥是否完成以及堆肥產物是否對環境產生污染的重要指標之一[8-9]。好氧堆肥可以劃分為3個階段，即升溫階段、高溫階段、降溫和腐熟階段。①在升溫階段，在嗜溫性微生物的分解下，葡萄糖、碳水化合物和脂肪所產生的熱量促使堆肥物料溫度不斷上升；②當堆體溫度達到50 ℃以上，堆肥過程進入高溫階段，高嗜溫性微生物在高溫條件下受到限制甚至死亡，嗜熱性微生物（真菌、放線菌等）成為主體，繼續分解殘留的有機物以及纖維素、半纖維素等復雜有機物；③經過一段高溫期，堆肥進入降溫和腐熟階段，此時堆肥物料發酵基本完成，隨著溫度的降低，嗜溫性微生物又成為主體，對殘余的較難分解的有機物作進一步的分解，堆體溫度繼續下降且趨于一個穩定狀態。

從圖1可以看出，4組餐廚垃圾與園林植物廢棄物混合堆肥物料溫度均在第1天迅速升高，并且均在第3天達到最高，分別為70.1、72.2、74.2、75.3 ℃，高溫期均持續了4 d，均在第9天出現穩定，分別為30.6、32.2、30.1、32.8 ℃，均低于35 ℃以下并且接近于室溫，說明堆肥過程基本完成。

圖1堆肥過程中各組堆體溫度的變化

2.2含水率的變化

水分作為可溶性營養物的載體，滿足微生物代謝和生理活動所需。水分還能參與微生物的新陳代謝及有機物的溶解，并且可以通過蒸發帶走熱量，調節堆肥混合料的溫度[10]。相關研究發現，在堆肥腐熟過程中，最有利于微生物分解活動的最佳含水率為50%～60%[11]。含水率過低或過高都對堆肥過程產生影響。當含水率較高時，堆肥混合料間的空隙變小，空氣的流通性變差，局部產生厭氧狀態，進而產生惡臭氣體；當含水率較低時，堆肥混合料過早干化，影響微生物活性，導致堆肥物料不完全腐熟，降低了堆肥產品的質量[12]。

由圖2可知，第1～4組初始含水率分別為60.55%、54.77%、48.98%、43.19%，發酵結束后含水率分別為40.19%、37.16%、30.14%、23.23%，水分去除率分別為33.63%、32.15%、38.46%、46.21%，第4組的水分去除率最高。這是由于第4組餐廚垃圾比例最小，而具有較高自由水的園林植物廢棄物所占比例較高，所以水分容易蒸發散失。

圖2堆肥過程中各組含水率的變化

2.3揮發性有機質含量的變化

有機質為微生物的生存和繁殖提供營養，因此有機質含量的變化能反映堆肥完成的進程，并且有機質的降解率可以用來判定堆肥的腐熟程度[13]。以往研究發現，堆肥混合料最佳的有機質含量為20%～80%[14]。

由圖3可知，在堆肥過程中4組總揮發性有機質初始含量均較高，分別為61.25%、63.75%、66.25%、68.75%，但經過發酵之后，下降幅度不大，發酵結束后有機質含量分別為54.18%、57.55%、61.78%、64.85%，有機質降解率分別為11.54%、9.7%、6.7%、5.7%，第4組降解率最低，第1組最高。原因可能是第4組的園林植物廢棄物的比例較高，其中園林植物廢棄物的大部分有機質為較難分解的木質素和纖維素，而第1組的含有易降解的成分較多的餐廚垃圾比例較高。

圖3堆肥過程中各組揮發性有機質含量的變化

2.4C/N比的變化

堆肥混合料中碳源是微生物的能源，被微生物分解為CO2和腐殖質等物質；氮源作為微生物的營養物質，被微生物分解為NH3，硝酸鹽和亞硝酸鹽由生物體同化吸收[15]。堆肥混合料C/N比初始為25～30。當發酵堆肥結束時，C/N比下降到15～20以下，則可判定堆肥混合料已達到腐熟[16-17]。

由圖4可知，發酵結束后的第1～3組的C/N比均下降到15～20以下，而第4組略微超出此范圍，原因可能是第4組含水率較低，較難分解園林植物廢物含量較高，而易腐的餐廚垃圾較少，從而導致混合堆料未能充分發酵。

圖4各組堆肥過程中C/N比的變化

2.5氧濃度的變化

在高溫好氧堆肥過程中，氧氣濃度反映微生物生命活動的狀態，并且與堆體溫度、CO2氣體的排放、堆肥質量等生物化學過程有著密切關系，因此氧氣濃度是影響堆肥質量的重要因素[18-19]。由圖5可知，4組試驗氧濃度變化趨勢基本上與溫度變化呈相反趨勢，在溫度高的時候微生物活動強烈，耗氧較多，氧濃度最低，隨著發酵的完成，各組氧濃度逐漸回升并保持穩定。

圖5堆肥過程中各組氧濃度的變化

2.6pH的變化

由圖6可知，隨著堆肥腐熟的進行，各組試驗pH 均呈先上升后保持穩定的趨勢，先期的給氧充分，堆肥產生有機酸被迅速轉化為 CO2 和H2O釋放，而含氮有機物被微生物大量分解產生氨氮，導致pH升高。已有研究發現，當pH范圍為6.7～9.0時，堆肥過程中微生物可以保持較高活性[16]，從而為微生物提供一個適宜的酸堿環境，既可以促進有機物的降解，又可以減少堆肥過程中氨氮的損失，從而保留堆肥混合料中有效氮，提高堆肥腐熟的程度。

圖6堆肥過程中各組pH的變化

2.7CO2體積分數的變化

由圖7可知，4組混合堆肥物料的CO2體積分數變化趨勢大致相同，均在第1天迅速升高，都經歷了低溫上升階段（25～50 ℃）、高溫迅速增加階段（>50 ℃）和降溫趨于平緩階段（30～50 ℃）。在堆肥開始的1～2 d內，由于在試驗開始時發酵槽是充滿空氣并且含有一定量的CO2，使得堆肥開始時CO2體積分數呈上升趨勢，在堆肥的第3～4天屬于后高溫時期，微生物活動較活躍并且繁殖數量較多，微生物呼吸較大，有機物的降解較快，CO2體積分數達到最大值，4組數值分別為8.7%、8.1%、7.9%、7.9%。

3結論

研究表明，4組試驗基本上均能對餐廚垃圾進行有效無害化處理，添加園林植物廢棄物能有效地促進餐廚垃圾的降解；餐廚垃圾與園林植物廢棄物質量比為80%，堆肥效果最好，減重、減容有機質降解效果較好，減容率為27.14%，減重率為35.13%，有機質降解率為11.54%；4組試驗的氧濃度均在第4天出現最小值，并且其變化趨勢基本上與溫度變化呈相反趨勢；4組堆肥過程中堆體溫度均在第3天出現最大值，而CO2體積分數均在第4天出現最大值；發酵結束后的第1組、第2組、第3組C/N比均下降到15～20以下，而第4組略超出此范圍，基本上可判定堆肥混合料已達到腐熟。

隨著《深圳市餐廚垃圾管理辦法》的出臺及深圳市餐廚垃圾收集管理系統的完善，餐廚垃圾的收集將更為規范，為深圳市餐廚垃圾資源化利用創造了良好條件，資源化利用潛力巨大。在這一背景下，開展餐廚垃圾與綠化廢棄物共堆肥研究在餐廚垃圾無害化處理的同時實現資源化利用，減少由餐廚垃圾帶來的環境污染或由其處理不當造成的環境污染或疾病傳播，并且實現餐廚垃圾的資源化利用，降低餐廚垃圾處理成本，降低政府為餐廚垃圾處理經費支出，發展深圳市循環經濟，為改善深圳市人居環境做出貢獻。

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