一種堆肥和厭氧發酵聯合處理模式

武漢市農業科學技術研究院農業機械化科學研究所張唐娟郭翔張俊峰杜錚

一種堆肥和厭氧發酵聯合處理模式

武漢市農業科學技術研究院農業機械化科學研究所張唐娟郭翔張俊峰杜錚

本文考察了秸稈和蔬菜廢棄物的特性，在此基礎上提出一種秸稈堆肥和蔬菜廢棄物厭氧發酵聯合處理模式，介紹了該模式應用的試驗裝置，具體實施流程以及應用的優點和注意事項。

秸稈；蔬菜廢棄物；厭氧好氧聯合發酵

我國是農作物秸稈生產大國，每年秸稈產量理論值為9億t左右，傳統處理方式普遍采用露天直接焚燒，每到夏秋收獲季節，秸稈露天燃燒產生嚴重的霧霾，社會影響惡劣。因此，我國出臺了全面禁燒政策并印發了《關于加快推進農作物秸稈綜合利用的意見》（國辦法[2008]105號）要求，以期進一步加強對秸稈禁燒的監管，做好秸稈的綜合利用工作。自2015年5月1日起，湖北省行政區域內也實施禁止露天焚燒秸稈的要求，作為一種具有多用途的可再生生物質資源，我國對于秸稈的綜合利用率逐年提升，2013年已經達到約76%，2014年，國家發改委和農業部編制了《秸稈綜合利用技術目錄》，提出了秸稈資源肥料化、飼料化、原料化、基料化和燃料化等“五化”利用途徑。肥料化還田應用是秸稈綜合利用中的重要一塊。武漢市每年農作物秸稈產量約250萬t，秸稈利用以肥料化還田為主要途徑。由于秸稈中纖維素、半纖維素、木質素含量高，若采用厭氧發酵技術直接處理，則其降解速度緩慢，發酵周期長，且易導致發酵液酸化現象，影響厭氧發酵的順利進行，采用秸稈好氧堆肥處理技術是秸稈資源化利用的有效途徑。

中國每年產生1.0～1.5億t蔬菜廢棄物，蔬菜廢棄物是蔬菜生產過程中失去商品價值或產品收獲后剩余在田間不可食用的葉、根、莖和果實等，這些蔬菜廢棄物占到中國城市生活垃圾20%～50%，不僅浪費大量資源，還造成嚴重的環境污染，而且隨著農村產業結構的調整，蔬菜作物的種植量在農作物中所占比重將越來越大。武漢市委、市政府高度重視“菜籃子工程”的實施，2014年，蔬菜播種面積達16.908萬hm2，產量702.74萬t，產值達192.03億元，占農業總產值比重達34.3%，成為農業第一大支柱產業（武漢市統計局），依據蔬菜殘株與蔬菜產量之比約0.3，可收集利用系數為0.6，可計算出2014年武漢市可收集利用的蔬菜廢棄物鮮重達到126.49萬t。

我國關于蔬菜廢棄物管理和處理對策的系統報道還很少，絕大多數城市的蔬菜生產區域廢棄物存在著管理無序、任意丟棄等問題，已經成為垃圾收集、運輸和填埋處理的主要污染源，嚴重影響蔬菜生產園區的環境質量、居民身體健康。蔬菜廢棄物由于水分含量高，且生產高峰期正處于高溫季節，如果大量堆積，極易腐爛變臭，滋生蚊蠅，成為細菌性或真菌性病害的傳染源，致使后茬作物發病，產生一系列的惡性循環。有機成分含量較高，且易于生物降解，經降雨產生的地面徑流、沖刷及地下滲漏污染地表水和地下水，極大地威脅著水環境及人類健康安全。蔬菜廢棄物對環境的危害，已經成為不可忽視的生態和環境保護的重要問題。蔬菜廢棄物的特性尤其是高含水率（一般在90%左右），使得它們適宜采用生物處理工藝。厭氧發酵成為理想的處理途徑，既能使蔬菜廢棄物回收沼氣能源加以利用，又使其變成無害高效有機肥，符合可持續發展的要求。

因此，本文結合農業生產園區實際，針對大量的葉菜類蔬菜廢棄物和秸稈直接焚燒、隨意堆置，而沼氣池發酵原料不足，發酵溫度不穩定的問題，提出一種秸稈堆肥和蔬菜廢棄物厭氧發酵產氣聯合進行的模式，旨在為農業生產園區秸稈和蔬菜廢棄物的能源化利用提供技術依據。

1 堆肥和厭氧發酵聯合處理裝置

厭氧發酵池整體置于好氧發酵裝置中部，發酵池四周和底部設置有水浴套，出氣口連接柔性儲氣袋。

裝置集厭氧和好氧發酵功能為一體，主要包括好氧發酵裝置、厭氧發酵池、風機、溫度傳感器、柔性儲氣袋，好氧發酵裝置上部為敞口式，下部設計有滲濾液收集室，溫度傳感器置于裝置內部，通過溫度控制器控制風機的啟動，從而調控好氧發酵裝置內物料的氧含量和溫度。

圖1 一種堆肥和厭氧發酵聯合發酵裝置

2 聯合處理模式實施流程

圖2 聯合處理模式流程圖

本模式應用秸稈（玉米秸稈和油菜秸稈，武漢市主產秸稈作物）作為主要發酵原料，添加畜禽糞便混合進行好氧堆肥，厭氧發酵使用畜禽糞便作為啟動原料，產氣穩定后使用葉菜類的蔬菜廢棄物作為添加料。

由于好氧堆肥初期微生物的新陳代謝活動降解易分解物質，從而累積大量發酵熱，高溫階段一般可達到50℃，且維持7d以上。而在厭氧發酵的過程中，溫度的突然變化（超過5℃）或者極端低溫天氣下，產氣就會發生明顯的變化，甚至會導致產氣停止。因此可利用好氧發酵產生的高溫，為厭氧發酵提供熱量，同時好氧發酵物料也可作為保溫層，防止厭氧發酵溫度的損失，實現了農業廢棄物處理環節熱資源的循環利用，提高了厭氧發酵液的溫度。當好氧堆肥溫度趨于室溫且翻堆不再出現2次高溫時，則視為一次發酵結束，1次發酵結束后的物料，其大部分易分解的有機物料已降解，可作為厭氧發酵的添加料或者進行2次堆置生產有機肥料。

3 聯合處理模式優點和注意事項

本模式充分利用厭氧和好氧發酵存在的溫度差，在一定程度上可提高厭氧發酵液的溫度，裝置一體式設計，降低了熱量傳輸過程的能耗損失。

使用水浴作為好氧發酵與厭氧發酵溫度交換的緩沖層，溫度傳遞過程更加溫和，避免溫度波動過大，降低產氣菌種的活性。

應用前先在水浴套內充入水溫高于10℃的自來水，約充入有效容積的80%。

好氧堆肥過程中，由于物料降解及重力作用下孔隙度的降低，高度會緩慢下降，應適時翻堆并添加新物料。滲濾液收集室的液體應及時排出并回流至物料頂部。

厭氧發酵液濃度不應過高，宜維持在5%～10%之間。

4 總結

本模式提出秸稈堆肥無害化及蔬菜廢棄物厭氧消化配套處理技術，應用好氧發酵產生高溫直接為蔬菜廢棄物厭氧消化提供能源，解決農作物秸稈無處堆放及蔬菜生產園區廢棄物的面源污染問題，為秸稈和蔬菜廢棄物的無害化處理和資源化利用提供理論和實踐依據，符合綠色環保的要求。

2016-11-20）