園林綠化廢棄物堆肥處理關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研究

閆 飛，吳德勝，孫長征，肖士軍，梁 浩，李 鵬

(1.中機(jī)華豐科技有限公司，北京 100083；2.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083；3.現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司，北京 100083)

園林綠化廢棄物堆肥處理關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研究

閆 飛1，吳德勝2，孫長征2，肖士軍3，梁 浩3，李 鵬3

(1.中機(jī)華豐科技有限公司，北京 100083；2.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083；3.現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司，北京 100083)

分析了我國處理園林綠化廢棄物和發(fā)展新型處理技術(shù)的必要性。根據(jù)園林綠化廢棄物的特性提出了廢棄物堆肥和后加工處理工藝技術(shù)，其中主要包括反應(yīng)器好氧發(fā)酵堆肥技術(shù)和有機(jī)覆蓋物、有機(jī)肥、育苗基質(zhì)加工工藝技術(shù)，并圍繞工藝技術(shù)詳細(xì)闡述了關(guān)鍵核心處理設(shè)備及其功能特點(diǎn)，對國內(nèi)外開展園林綠化廢棄物資源化處理具有一定的參考價(jià)值。

園林綠化廢棄物；堆肥；有機(jī)覆蓋物；有機(jī)肥；育苗基質(zhì)；堆肥反應(yīng)器

1 園林綠化廢棄物處理的必要性

園林綠化廢棄物是指園林植物自然凋落或人工修剪所產(chǎn)生的植物枝干、根莖、落葉、草屑及其它綠化修剪物等[1]。2016年3月全國綠化委員會(huì)發(fā)布的《2015年中國國土綠化狀況公報(bào)》顯示，截至2015年底，全國城市建成區(qū)綠地率達(dá)36.34%；人均公園綠地面積達(dá)13.16 m2，比2014年增加0.56 m2；城市建成區(qū)園林綠地面積為188.8萬公頃，城市公園綠地面積為60.6萬hm2，城市公園數(shù)量增至13662個(gè)[2]。園林綠化水平已成為衡量城市現(xiàn)代化水平的質(zhì)量指標(biāo)，城市園林綠化建設(shè)水平是城市形象的代表，是城市文明的象征。但是，綠化建設(shè)的同時(shí)，隨之而來的就是大量園林綠化廢棄物的增加，使得我國處理城市園林綠化廢棄物的現(xiàn)狀不容樂觀。需要采取強(qiáng)有力的措施來控制和管理園林綠化廢棄物，以形成一個(gè)良好的園林綠化生產(chǎn)環(huán)境[3]。綠化廢棄物急劇的增多，由于得不到合理地回收利用，大部分隨生活垃圾處理，破壞了土壤的生態(tài)循環(huán)，使土壤肥力逐年下降，環(huán)境污染問題突出。因此，對于有機(jī)質(zhì)含量高、有害成分低、可利用性強(qiáng)的綠化廢棄物而言，如何實(shí)現(xiàn)綠化廢棄物的資源化利用，已經(jīng)成為目前科學(xué)研究的重點(diǎn)，是低碳生態(tài)園林城市建設(shè)和管理的現(xiàn)實(shí)需要[4～6]。

2 發(fā)展園林綠化廢棄物堆肥處理新技術(shù)的必要性

如何處理城市園林生態(tài)系統(tǒng)中的廢棄物，避免使之遺棄于環(huán)境，加重環(huán)境負(fù)擔(dān)，是擺在每一個(gè)園林工作者面前的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。我國園林綠化廢棄物處理技術(shù)不先進(jìn)，受政策、資金和技術(shù)等多方面的影響，目前國內(nèi)大部分城市的園林綠化廢棄物仍然采用填埋或焚燒等途徑處理，也有一些地方將之加工成堆肥，但技術(shù)設(shè)備仍然不成熟[6]。在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家，園林綠化廢棄物再處理已經(jīng)發(fā)展成為相當(dāng)成熟的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品出路多樣，可以加工處理為綠地覆蓋物、有機(jī)肥等多種產(chǎn)品，以滿足不同的需求。園林綠色廢棄物的循環(huán)利用即堆肥生產(chǎn)具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、回報(bào)高等優(yōu)點(diǎn)，因此國外大多采用堆肥方式處理園林綠色廢棄物[7～9]。近些年，在國內(nèi)一些省市，如北京，上海等城區(qū)建成了幾座大型的園林綠化廢棄物集中處理堆肥場，有一定的效果，但仍然存在一定的問題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，土地資源日益緊缺，環(huán)保壓力加大，現(xiàn)有的堆肥工藝和設(shè)備弊端也逐步顯現(xiàn)：發(fā)酵周期長、占地面積大、過程控制力差、臭氣污染多、易造成環(huán)境二次污染等。因此，園林綠化廢棄物處理急需一種堆肥周期短、占地面積小、臭氣易于收集控制的堆肥發(fā)酵裝置和技術(shù)。所以，探索新的堆肥處理裝備和技術(shù)，拓寬堆肥產(chǎn)品出路，是解決園林廢棄物處理的技術(shù)難點(diǎn)且勢在必行。

3 園林綠化廢棄物處理工藝路線

研究提出的園林綠化廢棄物處理工藝路線采用“反應(yīng)器好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)+有機(jī)覆蓋物/有機(jī)肥/育苗基質(zhì)相結(jié)合生產(chǎn)技術(shù)”，主要分為堆肥好氧發(fā)酵工藝技術(shù)和堆肥后再加工工藝技術(shù)。如圖1所示，首先按照園林綠化廢棄物的種類和外形尺寸分別處理，直徑大于20 mm的需要先切片再粉碎；枝干、根莖類廢棄物直徑小于20 mm的以及落葉、草屑、花敗、水草等直接進(jìn)行粉碎；粉碎后的物料添加一定比例尿素調(diào)節(jié)物料的碳氮比和微生物菌劑促進(jìn)發(fā)酵，然后將各種帶發(fā)酵原料送入堆肥反應(yīng)器，進(jìn)行好氧發(fā)酵，堆肥反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有強(qiáng)制性機(jī)械攪拌機(jī)構(gòu)和自動(dòng)通風(fēng)充氧曝氣系統(tǒng)，經(jīng)過7～10 d連續(xù)作業(yè)，物料得到水分降低，滅除有害病原菌、草籽等，達(dá)到無害化、穩(wěn)定化的要求，成為待處理半成品；然后將半成品送到有機(jī)篩分環(huán)節(jié)，分別得到篩上物和篩下物，篩上物制作成有機(jī)覆蓋物；篩下物既可以直接作為粉狀有機(jī)肥使用，可直接用于農(nóng)林業(yè)、園林綠化和土地復(fù)墾等，也可以將其進(jìn)一步加工成顆粒狀有機(jī)肥及有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥等商品性產(chǎn)品，顆粒制肥加工環(huán)節(jié)主要包括配料、混合、制粒、烘干、冷卻、篩分和打包等；還可以通過配料混合，添加珍珠巖、蛭石等基質(zhì)原料加工成各種專用育苗基質(zhì)。

圖1 園林廢棄物處理工藝路線

4 園林綠化廢棄物堆肥處理關(guān)鍵工藝技術(shù)

園林綠化廢棄物處理工藝技術(shù)的方案融入了反應(yīng)器好氧堆肥發(fā)酵和一線多產(chǎn)品加工等關(guān)鍵新技術(shù)，解決了以往園林廢棄物好氧堆肥處理面臨的諸多問題，通過工藝設(shè)置和設(shè)備配套豐富了廢棄物資源化后的出路，相關(guān)產(chǎn)品達(dá)到行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 堆肥反應(yīng)器好氧發(fā)酵處理技術(shù)

好氧高溫堆肥發(fā)酵是園林綠化廢棄物無害化、資源化處理的一個(gè)主要途徑，是制造育苗基質(zhì)和有機(jī)肥的常用方法。傳統(tǒng)的堆肥方法主要有條垛式、槽式發(fā)酵、密閉式發(fā)酵方式，結(jié)合園林行業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況和園林綠化廢棄物的理化特性，通過工藝比較，筆者研究開發(fā)出的新型立式堆肥反應(yīng)器用于園林綠化廢棄物的好氧發(fā)酵，堆肥反應(yīng)器好氧發(fā)酵技術(shù)占地面積小，僅為槽式發(fā)酵的20%～25%，處理周期短，可減少物料存放時(shí)間。由于其一體式的設(shè)計(jì)，大大降低設(shè)備維護(hù)難度及人員配置，臭味也能得到很好的控制，同時(shí)還具有操作簡便、處理費(fèi)用低的優(yōu)勢。

工作時(shí)，經(jīng)粉碎處理后的園林綠化廢棄物，直接加入反應(yīng)器中進(jìn)行好氧發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)的溫度可達(dá)到70～80℃，可以保證殺死各種病原菌和草籽等。與此同時(shí)，開動(dòng)曝氣系統(tǒng)補(bǔ)充新鮮空氣，并通過設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)部的攪拌裝置運(yùn)轉(zhuǎn)使物料充分混勻和分散，經(jīng)過7～15 d的發(fā)酵周期，物料水分下降，物料完成腐熟，實(shí)現(xiàn)無害化和資源化。發(fā)酵過程中，通過對原料的水分和熱值的監(jiān)測，調(diào)節(jié)原料的進(jìn)料量，無論是高水分還是低水分的原料，都可以進(jìn)行高溫好氧發(fā)酵處理；此外，堆肥反應(yīng)器可隨時(shí)接料，隨時(shí)出料，集物料日常收集、存貯和發(fā)酵處理于一體；既可批量生產(chǎn)，也可以連續(xù)發(fā)酵，連續(xù)發(fā)酵時(shí)，可實(shí)現(xiàn)每天進(jìn)料與出料；此外，反應(yīng)器整體密閉，需處理的臭氣量大幅度下降，大大減小了尾氣處理帶來的投資；整個(gè)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)上非常緊湊，實(shí)際應(yīng)用中不需建設(shè)廠房，固定投資小；生產(chǎn)過程中，操作相當(dāng)簡便，定時(shí)翻料與曝氣，可做到無人值守，整個(gè)一臺(tái)設(shè)備相當(dāng)于一座工廠，環(huán)境負(fù)面影響小，可以有效、完美的和園林景觀融為一體，代表著堆肥工藝未來發(fā)展的趨勢。

4.2 園林綠化廢棄物堆肥后再加工技術(shù)

園林廢棄物堆肥后再加工技術(shù)是指廢棄物堆肥后，堆肥物料的資源化利用途徑。由于園林綠化廢棄物主要的成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，雖然有機(jī)質(zhì)含量極高，但很難徹底降解，尤其是木質(zhì)素很難降解。結(jié)合物料特性，探索不同出路，通過對工藝路線的設(shè)置和設(shè)備配套的選擇，將發(fā)酵后的物料可加工成有機(jī)覆蓋物、有機(jī)肥、育苗基質(zhì)三類產(chǎn)品。

4.2.1 有機(jī)覆蓋物加工技術(shù)

由圖1可知，園林廢棄物處理加工有機(jī)覆蓋物工藝流程為：枝干、根莖、落葉、草屑收集→破碎→粉碎→加入發(fā)酵菌劑、尿素→進(jìn)入堆肥反應(yīng)器→好氧發(fā)酵→攪拌、曝氣→腐熟→有機(jī)篩分→篩上物→有機(jī)覆蓋物。

研究中粉碎后的園林廢棄物在堆肥反應(yīng)器經(jīng)過高溫發(fā)酵，有效地殺死了物料中的病原菌、草籽等有害物質(zhì)，經(jīng)過篩分后，尺寸較大、發(fā)酵不徹底木片等篩上物，被分離出，用作有機(jī)覆蓋物。這種有機(jī)覆蓋物經(jīng)過了堆肥的高溫好氧發(fā)酵處理，物料水分降低、密度增加、病原菌滅除，使用在園林綠化當(dāng)中有更好的保持土壤濕潤性，增加土壤肥力，減少揚(yáng)塵等作用。

4.2.2 有機(jī)肥加工技術(shù)

由圖1可知，園林廢棄物處理加工有機(jī)肥工藝流程為：枝干、根莖、落葉、草屑收集→破碎→粉碎→加入發(fā)酵菌劑、尿素→進(jìn)入堆肥反應(yīng)器→好氧發(fā)酵→攪拌、曝氣→腐熟→有機(jī)篩分→篩下物→堆肥成品→粉狀有機(jī)肥→配料混合→制粒→磨圓→烘干→冷卻→篩分→包裝→顆粒有機(jī)肥。

發(fā)酵好的堆肥產(chǎn)品，可以用來制作各種有機(jī)肥料。經(jīng)篩分機(jī)分離得到的篩下物，粒徑均一、外觀好，可以直接做成粉狀有機(jī)肥，直接使用；也可以輸送至后續(xù)顆粒制肥線，經(jīng)配料混合、制粒、烘干、冷卻、篩分加工成顆粒有機(jī)肥、生物有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥。筆者的研究采用新近研發(fā)的新一代擠壓制粒法，有效地克服了園林綠化廢棄物木質(zhì)素含量較高，難以成型的特點(diǎn)，解決了其它制粒成型工藝的缺陷，使顆粒成型率提高到95%以上，成品顆粒外觀均勻不易破碎，而且最大的優(yōu)點(diǎn)是制粒過程無需加水，后期顆粒烘干成本低，每噸成品加工成本約降低20%左右，節(jié)能效果顯著。

4.2.3 育苗基質(zhì)加工技術(shù)

由圖1可知，園林廢棄物處理加工育苗基質(zhì)工藝流程為：枝干、根莖、落葉、草屑收集→破碎→粉碎→加入發(fā)酵菌劑、尿素→進(jìn)入堆肥反應(yīng)器→好氧發(fā)酵→攪拌、曝氣→腐熟→有機(jī)篩分→粉狀堆肥產(chǎn)品→加入珍珠巖、蛭石等→配料混合→包裝→育苗基質(zhì)。

經(jīng)過充分腐熟后的園林綠化廢棄物可以用于育苗基質(zhì)的生產(chǎn)，但由于各種苗木的生活生長習(xí)性不同，單一的基質(zhì)無法滿足各類苗木的生長所需，因此，在基質(zhì)生產(chǎn)過程中，依據(jù)一定的配比配制成不同組分的育苗基質(zhì)。研究中配備配料混合環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)對配方中各種原料準(zhǔn)確計(jì)量、配比并進(jìn)行有效和充分地混合，保證了基質(zhì)肥料產(chǎn)品的養(yǎng)分均衡，減少了基質(zhì)顆粒破碎，保證了基質(zhì)產(chǎn)品的孔隙率，透水性和透氣性。

5 配套園林綠化廢棄物處理系統(tǒng)核心設(shè)備

5.1 園林廢棄物粉碎設(shè)備

針對不同的原料可以配套不同形式的粉碎設(shè)備，適應(yīng)園林廢棄物需要對短期內(nèi)集中的大量原料快速實(shí)現(xiàn)減量化處理的特點(diǎn)。

5.2 好氧發(fā)酵堆肥設(shè)備

5.2.1 堆肥反應(yīng)器

堆肥反應(yīng)器主要由反應(yīng)器機(jī)架、倉體、上料系統(tǒng)、攪拌曝氣系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)件組成。原料通過上料器送入反應(yīng)器倉體內(nèi)，設(shè)備對其定期攪拌、曝氣，經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)酵后，腐熟的物料從下方的出料口卸出，實(shí)現(xiàn)無害化處理和資源化利用。反應(yīng)器外殼采用雙層保溫結(jié)構(gòu)，因密封處理，熱量損失少，發(fā)酵時(shí)間短；發(fā)酵殼體采用特殊材料處理，防腐、耐久性能好；設(shè)備可安裝在室外，一臺(tái)設(shè)備相當(dāng)于一座工廠，殼體可做成不同顏色，與園林風(fēng)景有機(jī)結(jié)合，造型美觀；管理和操作方便，節(jié)省人工。

5.2.2 生物除臭系統(tǒng)

反應(yīng)器配套生物除臭系統(tǒng)，臭氣進(jìn)入生物除臭器后，由噴淋裝置進(jìn)行加濕(具有除臭作用)，然后經(jīng)過三層生物填料過濾層，臭氣被吸附分解后排出；采用可拆卸式結(jié)構(gòu)，便于內(nèi)部檢修和更換生物填料；通過噴淋+生物填料過濾雙重處理，除臭效果好。

5.3 顆粒有機(jī)肥制肥設(shè)備

5.3.1 配料混合設(shè)備

配料可采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，可配多種原料，動(dòng)態(tài)顯示配方，可儲(chǔ)存多個(gè)配方，配料精度高，便于生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和管理。物料混合攪拌采用雙軸式混合機(jī)，其槳葉結(jié)構(gòu)比較適合黏結(jié)性較強(qiáng)的物料，物料不易粘附。

5.3.2 制粒成型設(shè)備

制粒成型的作用是將配料混合完備后的物料制成顆粒。園林廢棄物發(fā)酵后物料含水率達(dá)30%以上，且纖維質(zhì)含量高，成型難。制粒工藝采用新一代平模制粒機(jī)，該機(jī)對原料水分和粉碎細(xì)度要求低，制粒前不用專門的烘干和粉碎，大大節(jié)省了能耗，降低運(yùn)行成本；該機(jī)采用大直徑壓輥，物料均布于壓縮室內(nèi)，造粒穩(wěn)定，顆粒均勻和顆粒強(qiáng)度明顯改善；采用獨(dú)特的切線出料方式，可有效防止成型后顆粒破碎。

5.3.3 干燥設(shè)備

制肥后，干燥采用懸浮式干燥機(jī)，該機(jī)是一種用來干燥顆粒或小塊狀物料的干燥設(shè)備，適合濕物料進(jìn)料，干燥過程在完全密封的箱體內(nèi)進(jìn)行，勞動(dòng)條件較好，避免了粉塵外泄對環(huán)境的污染。由于外部熱氣流自下而上穿過篩網(wǎng)及其上的物料層，熱質(zhì)交換均勻、充分、生產(chǎn)效率高，干燥的一致性較好，產(chǎn)品質(zhì)量好。此外，因?yàn)轭w粒在干燥機(jī)上受到震動(dòng)比較輕微，物料不易破碎。

5.3.4 冷卻系統(tǒng)

配套逆流冷卻器，具有如下優(yōu)點(diǎn)：翻板驅(qū)動(dòng)連桿長度可調(diào)，方便調(diào)整翻板運(yùn)行角度；進(jìn)料口設(shè)有分料機(jī)構(gòu)，便于物料在冷卻室內(nèi)均勻分布；采用阻旋式料位器，無電磁干擾現(xiàn)象；采用組合式冷卻室，便于磨損更換；喂料器采用減速器結(jié)構(gòu)，運(yùn)行穩(wěn)定喂料均勻；占地少，造價(jià)低。

5.3.5 篩分包裝設(shè)備

配套回轉(zhuǎn)式篩分機(jī)振動(dòng)小，噪音低，換篩方便，且裝有篩面清理裝置。自動(dòng)包裝秤采用微電腦控制，可實(shí)現(xiàn)多量程的計(jì)量，具有稱量精度高、自動(dòng)夾包、縫包、自動(dòng)去皮重和檢測功能，大大提高了包裝的工作效率。

5.4 育苗基質(zhì)加工設(shè)備

采用智能計(jì)量混合裝置，配比、混合、計(jì)量于一體，適于機(jī)械化、工廠化生產(chǎn)；獨(dú)特的混合轉(zhuǎn)子，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，柔和混合，不損傷物料原有特性，滿足基質(zhì)混合營養(yǎng)均勻、孔隙率及透水性要求； 配置加水系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)可自動(dòng)完成計(jì)量注水，滿足基質(zhì)配方含水率要求；采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，可按配方實(shí)時(shí)控制配料混合系統(tǒng)、可動(dòng)態(tài)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，具有配方和批次的設(shè)置、修改、存儲(chǔ)功能，具有各種不同物料和總產(chǎn)量的班、日、月報(bào)表生成和打印功能，方便生產(chǎn)管理。

6 結(jié)語

(1)研究方案采用的工藝組合技術(shù)有助于提升園林廢棄物處理水平。堆肥反應(yīng)器的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)堆肥方式占地面積大、土建投資高、工作環(huán)境差等系列問題，堆肥反應(yīng)器能夠有效、完美地和園林景觀融為一體，增加了可觀賞性，可自成一道風(fēng)景。

(2)園林廢棄物資源化處理技術(shù)不僅能極大地改善園林廢棄物處理的現(xiàn)狀，而且能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，為實(shí)現(xiàn)中國夢做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。一方面有效減輕園林廢棄物堆放場、填埋場、焚燒場的巨大壓力，避免二次污染，節(jié)省土地資源；另一方面園林廢棄物變廢為寶實(shí)現(xiàn)資源化再利用，成為可銷售的商品，能為園林業(yè)提供優(yōu)質(zhì)量大的有機(jī)覆蓋物以改善環(huán)境，提供有機(jī)肥改善土壤，提供可靠的育苗基質(zhì)促進(jìn)育苗發(fā)展，進(jìn)而通過項(xiàng)目運(yùn)營尋求盈利滾動(dòng)發(fā)展，有效減輕對政府和社會(huì)的依賴。

(3)研究中提出的園林廢棄物資源化處理成套技術(shù)是一個(gè)整體方案，包含一系列自主創(chuàng)新技術(shù)與新裝備的應(yīng)用，方案可操作性較強(qiáng)，對國內(nèi)開展園林廢棄物資源化處理具有一定的參考作用。

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Research on Key Technology and Equipment of Compost Processing of the Garden Waste

Yan Fei1, Wu Desheng2, Sun Changzheng2, Xiao Shijun3, Liang Hao3, Li Peng3

(1.MAEWellfulIndustriesCo.,Ltd.,Beijing100083; 2.ChineseAcademyofAgriculturalMechanizationSciences,Beijing100083，China; 3.ModernAgriculturalEquipmentCo.,Ltd.(MAE),Beijing100083，China)

This paper analyzed the significance of garden waste processing and the development of new processing technology in China．According to the features of garden waste, the compost&post- processing technology was pointed out, including aerobic fermentation bioreactor technology and manufacture technology of organic mulches, organic fertilizer and substrate. The function characteristics of corresponding key machines were also introduced in detail around the technology, and it hasa certain reference value for garden waste processing at home and abroad.

garden waste; compost; organic mulches; organic fertilizer; substrate; bioreactor

2016-09-09 基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng))科研專經(jīng)費(fèi)資助(編號(hào)：201303014) 作者簡介：閆 飛(1984—)，男，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)固體廢棄物處理技術(shù)和裝備的研究工作。

TU993.3

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1674-9944(2016)19-0031-04