生態園區有機廢棄物的循環利用研究

摘要 綜述了目前我國生態園區有機廢棄物的利用狀況和存在的問題，特別對園區中常見的餐廚垃圾和果枝修剪廢棄物的綜合處理技術進行了詳細介紹，探討了生態園區有機廢棄物的循環利用途徑與發展方向，提出小容量反應器堆肥系統是處理不同固體廢棄物的適當途徑。可為我國生態園區有機廢棄物的開發利用提供參考。

關鍵詞 有機廢棄物；循環利用；利用途徑

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）29-10274-03

基金項目山東省高等學校優秀青年教師國內訪問學者項目資助。

作者簡介趙春（1978- ），女，山東龍口人，講師，博士，從事農業生態研究。

據統計，北京市郊區共有觀光休閑農業項目近2 000個，供游客觀景、賞花、摘果，從中體驗農業生活和享受田園風光。據測算，僅蘋果、桃、梨、葡萄、櫻桃等主要鮮果果園面積約6萬多hm2，果樹常規管理中一年修剪枝條量高達36萬t之多，產生了大量廢棄物。這些修剪物少部分用作燃料，大多棄之不用，不僅影響環境，也造成資源浪費。觀光休閑農業園區10%的土地用于休閑、康體、會議、餐飲等設施的建設，運作過程中會產生大量的垃圾，其中80%以上是餐廚垃圾。由于餐廚垃圾中含有豐富的營養物質，如果不經處理短期內即腐敗變質，不僅對周圍環境造成污染、滋生蚊蠅，而且會侵占大量土地[1-3]。

2007 年中華人民共和國建設部 215 號文件中指出“鼓勵通過堆肥、發展生物質燃料、有機營養基質和深加工等方式處理修剪的樹枝，減少占用垃圾填埋庫容，實現循環利用”[4]，堆肥產品主要作為土壤改良基質、有機肥及覆蓋物。對果枝堆肥技術和餐廚垃圾處理設備的研究，既能充分利用資源，又能美化環境，不僅能改善園區土壤性能，減少化肥使用量，而且是提高土壤有機質含量的有效途徑，具有十分重要的經濟價值和社會意義。

1有機廢棄物的處理現狀

1.1餐廚垃圾處理現狀目前國內外餐廚廢物資源化處理工藝技術有多種形式，經分析，為實現餐廚垃圾的“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生物柴油，水分需要經過污水處理技術回用或排放；固體殘渣通過微生物發酵生產沼氣，沼渣進一步加工成為生物肥料。

常用的生物處理技術主要采用微波處理、蚯蚓堆肥、好氧堆肥和厭氧發酵產氣等方式。其中，好氧堆肥和厭氧發酵是迄今為止技術較成熟且研究應用最廣泛的兩種生物處理技術，其最大特點在于對周邊環境的影響小，可避免餐飲廢渣發酸、發臭對環境的影響，經生物處理后可生產有機肥和生物氣等產品[5-9]。

1.2果林修剪廢棄物處理現狀

1.2.1覆蓋還田利用。由于場地、空間和時間等的限制，部分植物廢棄物在無法進行徹底分解利用的情況下可通過簡單處理，如將其分揀、粉碎、消毒、配料，然后均勻覆蓋到樹冠垂直投影范圍內，以達到廢棄物的生態循環利用，明顯改善土壤理化性狀，增加土壤保水保肥能力，促進樹木生長[10-11]。

1.2.2堆肥處理利用。是指在微生物的分解作用下，根據不同的產品要求將廢棄物轉化為不同腐化程度的有機肥料。堆肥處理共分為預處理、發酵過程各項參數的優化、發酵堆置3 個步驟。一般堆肥較為適宜的粒徑為 1.3～7.6 mm[12]；發酵過程各項參數的優化主要包括水分控制在40%～60%、C/N調節在 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較低，如華盛頓西雅圖拉里（Larry）市，堆肥化處理可實現每年約節省 41 000 美元[13]。

1.2.3生物質能的開發與利用。包括生物質的固態成型和液化利用兩方面。生物質的固態成型是指通過一定的技術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]；生物質液化利用主要是通過熱解或生物轉化形成生物乙醇、柴油等新型能源，可替代部分石油和天然氣，是未來能源利用轉換的一個重要途徑。

2現有技術及設備存在的問題

2.1餐廚垃圾處理設備目前存在的問題從目前餐廚垃圾處理技術的應用情況看，規模較大的餐廚垃圾處理生產線可以對有機廢棄物進行較徹底的處理，資源循環再利用效果好，基本達到了無害化的標準，但仍存在一些問題。

首先，需要對分散在各個餐飲點處的餐廚垃圾進行收集，然后再進行集中處理，這就導致了從收集到處理的時間較長，并且增加了運輸成本。同時因為餐廚垃圾中油、水比例較高，運輸過程中極易泄漏、遺撒，造成環境污染，而且會滋生大量的有害病菌，分泌出的毒素（如黃曲霉素）很難通過微生物的方法分解掉，必須通過高溫蒸煮及烘干工藝才能夠徹底消除，這就增加了設備的運行成本。

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，將會導致處理設備無法正常工作。無論設備的處理量大還是小，需要開機的時間和運行成本相差無幾，但產出卻懸殊，這就導致了生產成本的提高和生產效率的下降。并且開機次數越多，虧損越大。目前一些由地方政府投資扶持建設的大型生產線因為餐廚垃圾處理量不足導致無法正常運行而停產的例子比比皆是。

最后，大型生產線還存在前期投入高，占地面積大，處理周期長，維護費用高等問題。不適合于食堂、飯店等餐飲行業進行源頭減量化的垃圾處理。

2.2果林修剪廢棄物處理技術存在的問題首先，修剪廢棄物的資源化利用面臨一個最大的難題是收集運輸及儲存問題。修剪的枝條資源分散，季節性明顯，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運到儲存地點，勞動強度大、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，遠不如隨地丟棄甚至一把火燒掉劃算。所以目前國內較多秸稈利用項目、堆肥廠運行不久即面臨“無米之炊”的困境。

其次，堆肥過程中存在堆肥周期長、堆肥設備占據空間大、臭味物質周期性散發、垃圾源需要進行分選、堆肥產品品質差、堆肥化過程受各種條件（自然氣候條件、堆肥原料性質、技術體系、經濟條件）制約等問題。 修剪廢棄物的快速腐熟并獲得品質較優的堆肥產品以利于后期的再利用研究是目前的瓶頸問題。目前，這一研究在我國還處于起步階段，許多尖端的技術和設備都得靠國外引進。

3生態園區有機廢棄物的綜合處理技術

3.1餐廚垃圾的處理技術與集中、大規模的堆肥系統相比，小型堆肥系統具有降低運輸費用和實現源頭減量化等優點，適用于生態園區餐廚垃圾的就地處理。近些年來，一些學者開始對小型餐廚垃圾處理設備的集成形式進行研究，力圖減少餐廚垃圾的處理環節及對環境的污染，有效地縮短餐廚垃圾的存放時間和運輸時間，克服大型生產線能耗高、運行費用高、占地面積大、不能連續運行等問題，真正實現餐廚垃圾的綠色加工[15-16]。

目前國際市場上的小型垃圾處理機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近似自然的堆肥過程，將餐廚垃圾經過分選和預處理后放入設備中并摻入高效菌種，控制反應條件（溫度、濕度、pH等）接近自然堆肥，大部分垃圾會被微生物分解為水和二氧化碳，少部分成為有機肥，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，經過幾個小時的加熱干燥，垃圾體積可變為原來的1/7，產生黑色殘渣，可直接施入土壤，但此殘渣要在自然環境下經過二次發酵才能真正變成有機肥[17]。例如日本的廚衛垃圾高速發酵處理機采用最新生物技術，運用深層液體透析發酵和固體發酵相結合的工藝，通過有機垃圾處理機的自動控制工藝，配合添加固體活性生物復合劑，在-5～100 ℃的溫度范圍內，在厭氧、有氧條件下，對餐廚垃圾進行快速降解，使之分解成CO2、H2O 和少量灰質，降解率達95% 以上。在國內，席北斗等根據堆肥試驗結果，開發了翻轉式堆肥反應裝置，該裝置采用自控系統，有效容積為250 L，內部環境適宜復合微生物菌劑迅速降解生活垃圾，具有進出料簡單方便、供氣均衡、攪拌均勻、滲濾液易實現自動回流、臭氣便于集中處理等優點[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，經過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 87% 以上，而且分解過程不會造成二次污染，最終轉變為有機肥[19]。

3.2果林修剪廢棄物的處理技術基于資源的循環利用、就地處理和操作簡便的原則，修剪廢棄物多采用堆肥的方式進行綜合利用。由于經濟投入、臭味控制以及場地限制等原因，大型反應器和條垛堆肥系統不僅占地大、堆置周期長、成本高、惡臭污染嚴重，而且堆肥成品肥效低，因此研制適于現場操作的小容量反應器堆肥系統便勢在必行。它具有良好的過程控制、投資和運行費用低、易于操作等優點，并且為那些沒有足夠原料、資金和場地的團體或單位提供了一種處理有機廢物的技術。

日本鼓勵以家庭為單位進行小型堆肥[20]，其堆肥工藝高于歐美國家，無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堆肥腐熟，以畜禽糞便、作物秸稈為原料生產 EM有機肥，可提高有機蔬菜的產量。

北京市土肥工作站利用全自動堆肥反應器，研究果樹粉碎枝條的堆肥效果。結果表明發酵溫度能夠達到50 ℃以上并維持 5～7 d，可殺滅各種病原菌和雜草種子；隨發酵進程的推進，物料 EC、DOC 逐漸降低，可溶鹽含量低，pH穩定在 8.5左右，施用堆肥產品不會對作物生長產生鹽分毒害；大約經過 15 d即可達到完全腐熟[22]。西北農林科技大學進行化驗果枝堆制的肥料表明，堆肥的有機質含量達到40%，磷含量1.9%，鉀含量1.1%，總養分最高達3.7%，養分含量接近國家有機肥料的標準。

3.3生態園區廢棄有機物綜合利用和展望北京城市發展目標是到2050年建成為經濟、社會、生態全面協調和可持續發展的城市，進入世界城市行列。依托京郊良好的環境條件和資源條件，休閑農業和鄉村旅游蓬勃發展，隨之而來的是來源廣、產量大、成分復雜的有機垃圾。和一般垃圾相比，有機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[23]。鑒于我國資源能源日益匱乏、環境不斷惡化，而有機垃圾產量卻以8%～10%的速度遞增的現狀，科研工作者致力于開發小型有機垃圾生化處理機，以實現自然界物質和能量的良性循環[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，具有衛生安全、操作方便、適用性強等特點，雖然目前還存在著投料之前需要進行分選和調節、受季節和人們生活習慣的影響較大、垃圾的組成成分復雜等問題。但它能夠實現垃圾的單獨收集，便于清理、分類及其資源化利用，大大降低收集和運輸的成本；同時堆肥產物通過與其他原料調配，可形成土壤改良劑、營養基質、生物有機肥等多種產品，使產品向系列化、專業化、功能化方向發展，因此具有廣闊的開發前景。可以預見，隨著經濟、技術的發展，人們環保意識和國家環衛標準的不斷提高，各類小型化、移動式、專用型的生化處理機在家庭、飯店、景點、碼頭、居民小區等有機垃圾產生源的地方將有著廣闊的應用前景。

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