旋轉堆肥箱處理蔬菜廢棄物效果研究

習佳林++郭陽++張國光++蔡爽++懷穎++孫江

摘要 研究主要針對設施蔬菜生產過程中因病害或蟲害等原因產生的少量蔬菜廢棄物，采用瑞典JK270旋轉堆肥箱對其進行收集，并添加DM菌劑進行好氧堆肥處理試驗。結果表明，在充分混合和氣溫適宜的條件下，堆肥箱通過好氧堆肥可以有效分解蔬菜廢棄物，廢棄物降解率為50%～57%；堆肥高溫能有效殺滅病菌，防止病蟲害蔓延；處理周期一般為8～14 d，處理周期主要受廢棄物種類、菌劑添加量和環境溫度等因素影響；JK270堆肥箱可有效處理3～5個設施溫室日常生產過程中和部分蔬菜采收過程中產生的廢棄物。

關鍵詞 旋轉堆肥箱；蔬菜廢棄物；好氧堆肥；處理效果

中圖分類號 S141.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）09-0193-03

Abstract The study mainly focused on the small amount of vegetable waste which was caused by the disease or pest in the process of vegetable production. The Swedish JK270 rotary compost bin was used to collect the vegetable waste，and DM bacteria was added to carry out the aerobic composting test. The results showed that under the condition of sufficient mixing and suitable temperature，the compost bin could decompose the vegetable waste efficiently through aerobic composting process，with the composting rate of 50%-57%.The high-temperature composting could effectively kill the bacteria and prevent the spread of the pests and diseases. The processing cycle was usually 8-14 days，which was mainly affected by waste type，the amount of bacteria added，the ambient temperature and other factors. JK270 compost bin could effectively deal with the waste which was produced by daily production process and some vegetable harvest process of 3-5 greenhouses.

Key words rotary compost bin；vegetable waste；aerobic composting；treatment effect

自1988年國家決定實施“菜籃子工程”以來，我國蔬菜事業進入了快速發展的新時期，蔬菜作物種植在農業中所占的比重越來越大，到2000年底我國設施蔬菜面積已發展到140萬hm2以上[1]。

隨著蔬菜產量的不斷增加和對蔬菜品質要求的提高，蔬菜廢棄物的產生量也在急劇增加。多種蔬菜如蠶豆、冬筍等的廢棄物產生比例已高達60%[2]。據統計，北京2015年的蔬菜廢棄物產量大約為200萬t，其中70%的廢棄物未經任何處理便隨意堆放。大量蔬菜廢棄物若不進行處理，不僅會造成巨大的資源浪費，還可能成為污染源。在云南滇池流域，產生的蔬菜、花卉廢棄物被農民直接丟進溝渠，成為滇池水體富營養化的重要物質來源[3]；蔬菜廢棄物很有可能攜帶病原、蟲源，如含有番茄病毒病菌、葉霉病菌等[4]，大多設施蔬菜產地產生的蔬菜廢棄物往往隨意丟棄，導致病蟲害滋生，堆積過程中的滲濾液極易對土壤造成污染[5-6]。因此，蔬菜廢棄物的有效處理和資源化利用對蔬菜產業健康發展和環境保護意義重大。

目前，蔬菜廢棄物的處理方式主要有以下幾種：一是按一般生活垃圾的方式進行填埋、焚燒處理；二是厭氧消化；三是好氧堆肥。厭氧發酵技術是目前一種應用比較廣泛的對蔬菜廢棄物的處理方式，國內外學者對厭氧發酵技術進行了大量研究[6-12]，其技術特點是能夠產生沼氣，但是厭氧發酵工藝的成功實施依賴于高效反應器的開發利用，受設施規模的限制，同時存在最終的廢水、廢渣處理問題。好氧堆肥作為一種有效的有機廢棄物資源化處理技術，成為國內外固體廢棄物資源化的研究熱點[5，13-17]，好氧堆肥堆體溫度一般在50～65 ℃范圍內，甚至更高。高溫可以殺滅病原菌，同時對有機質的降解速度快，是處理蔬菜廢棄物的有效方法。本文采用好氧堆肥技術快速處理蔬菜廢棄物，通過堆肥箱的旋轉實現堆料混勻和供氧，實現蔬菜廢棄物快速、安全的處理。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗選擇花椰菜、草莓和大白菜的廢棄物作為原料進行試驗研究。試驗原料為北京市通州區設施蔬菜生產基地的廢棄物，即設施蔬菜生產過程中每天因病害或蟲害等原因導致作物植株或果實干枯、腐爛而產生的蔬菜廢棄物或蔬菜采收過程中的廢棄物。

1.2 試驗裝置

試驗堆肥箱為瑞典JORA JK270堆肥箱（圖1）。該箱外形為六面體型，規格為1 130 mm×1 270 mm×698 mm，容量為270 L，分為2個發酵倉，可進行連續處理。堆肥箱有入料口和排氣口，并配有密封蓋，可人工進行旋轉，完成廢棄物在堆肥箱內的翻堆、混勻，避免了普通堆肥箱翻堆時病菌傳播擴散的潛在風險。

1.3 試驗設計

蔬菜廢棄物含水率較高，是限制堆肥化處理的因素之一。同時，大部分蔬菜廢棄物的C/N比在10以下[18]，而堆肥的C/N比能滿足微生物所需的最佳值為25～35[19]，應通過補充碳素材料（含碳較多的物質）的方法調整C/N比在合適的范圍內。本試驗通過添加木屑調節廢棄物含水率和C/N比，并添加DM菌劑進行好氧堆肥的處理。

1.3.1 試驗1。連續4 d收集設施內的花椰菜菜葉廢棄物，將花椰菜菜葉均勻地切碎為3～4 cm小段，分批加入JK270堆肥箱中，每天加入5 kg菜葉及2.5 kg木屑并手動旋轉堆肥箱進行混合。停止添加廢棄物后，一次性向堆肥箱內添加0.5 kg DM菌，每天旋轉堆肥箱1次，并記錄箱內溫度，觀察廢棄物發酵情況，處理周期為12 d。

1.3.2 試驗2。花椰菜菜葉不進行切碎處理，直接投入堆肥箱內進行發酵。分4次投入，每次添加5 kg菜葉、2.5 kg木屑和一定量的DM菌劑，并旋轉混勻。4次共添加菌劑量為0.5 kg。停止添加廢棄物后，每天旋轉堆肥箱1次，記錄箱內溫度，觀察廢棄物發酵情況，處理周期為8 d。

1.3.3 試驗3。一次性向堆肥箱中加入20 kg草莓廢棄物（主要為草莓秧和爛果落果）和10 kg木屑，并加入0.5 kg DM菌劑，旋轉混勻。由于草莓秧較難處理且外界氣溫較低，處理效果較差，后補加0.2 kg DM菌劑。每天旋轉堆肥箱1次，并記錄箱內溫度，觀察廢棄物發酵情況，處理周期為13 d。

1.3.4 試驗4。收集大白菜廢棄物20 kg，混合10 kg木屑，添加0.5 kg DM菌進行處理，由于試驗進行時霧霾天氣嚴重，光照低，外界溫度較低，試驗開始階段溫度上升不明顯，處理效果較差。補加0.5 kg DM菌劑后發酵明顯變快，整個處理周期較長，達到14 d。

1.4 分析指標與分析方法

使用美國ONSET公司的HOBO自動溫度記錄儀記錄堆體溫度，旋轉堆肥箱發酵倉內和堆肥箱外各放置1個HOBO溫度計，HOBO設定為每小時采集溫度數據1次。通過旋轉堆肥箱設置的出料口進行采樣，測定堆料含水率和大腸菌群等病原微生物。

采用稱重法計算堆肥處理廢棄物降解率，分別記錄堆肥前后物料的重量，計算降解率。采用烘箱烘干稱重法測定含水率，將鮮樣在105 ℃下烘干24 h，稱量恒重后計算含水率，精確到0.01 g。糞大腸桿菌的測定采用肥料中糞大腸菌群的測定國標方法[20]。

2 結果與分析

2.1 溫度的變化情況

從圖2可以看出，試驗1在開始階段連續4 d加入蔬菜廢棄物和木屑，但是未加入DM菌劑，因而在前4 d溫度基本未升高，發酵不明顯；在加入菌劑后溫度迅速升高，維持一段時間后發酵停止，溫度迅速下降到室溫，最高溫度達到69 ℃。

由試驗1的結果可知，添加DM菌劑對于蔬菜廢棄物好氧堆肥處理具有關鍵作用，通過添加菌劑可以有效促進好氧堆肥進程。因此，試驗2在開始階段即同蔬菜廢棄物和木屑一起加入了DM發酵菌劑，明顯促進了好氧發酵，堆肥箱內溫度快速上升，隨后快速下降到室溫，最高溫度為60 ℃（圖3）。

試驗3進行時，外界氣溫較低，一次性加入廢棄物和菌劑后開始發酵，但是處理前期溫度上升并不明顯，隨后再次添加了0.2 kg菌劑后，溫度開始升高，并維持一段時間后開始下降，最高溫度只有55 ℃（圖4）。

試驗4進行時，由于試驗時外界氣溫較低，并且有霧霾出現，設施內光照較差，導致處理過程較慢。前處理階段添加0.5 kg菌劑后，堆肥箱內溫度快速上升，維持較短時間后，隨即開始下降，考慮可能是天氣原因造成，隨后補加0.5 kg菌劑后，溫度又出現明顯升高，隨即又快速下降到室溫，反應結束（圖5）。

2.2 廢棄物降解情況

蔬菜廢棄物收集到旋轉堆肥箱進行一段時間好氧處理后，廢棄物快速降解，但是不同廢棄物在不同條件下的降解情況有所不同。

從表1可以看出，試驗1的處理效果比較好，主要是因為試驗1中對花椰菜菜葉進行了切碎處理，堆料混合比較均勻，并且試驗時外界氣溫比較高，有利于反應進行，廢棄物的降解率為57%；根據試驗1的處理效果情況，在試驗2過程中未對花椰菜菜葉進行切碎處理，處理完成時，有較大、較硬的莖未被完全處理，有機質降解率為50%；蔬菜廢棄物的預處理對好氧堆肥處理效果具有一定的影響，但是考慮成本和操作性，建議較小的蔬菜廢棄物可以不進行預處理，直接進行堆肥。試驗3和試驗4處理過程由于外界氣溫比較低，好氧發酵比較慢，處理時間比較長，有機物的分解率也偏低，但是4次試驗中廢棄物的降解率沒有顯著差異。試驗結束后對堆肥產物的含水率進行測定，含水率均在40%左右。

2.3 處理周期和病原微生物檢出情況

從表2可以看出，4次試驗的處理周期最短的為試驗2（8 d），最長的為試驗4（14 d），試驗1在進行預處理的情況下，處理周期為12 d，主要是因為試驗1在開始階段未添加菌劑，所以在前階段基本沒有處理，在添加菌劑后才開始發酵處理；試驗3和試驗4處理周期長與外界溫度有很大關系，外界氣溫較低，堆肥箱內最高溫度也較低，導致反應緩慢。

衛生學指標是評價堆肥效果的重要參數，當溫度高于55 ℃，并且保持3 d以上時，可以殺死大多數病原微生物，部分蟲卵和病菌的致死溫度和所需時間具體見表3。研究主要對處理產物中的大腸菌群進行了檢測，試驗1、2、3的處理產物中均沒有檢測出大腸菌群，說明本次試驗堆肥溫度和高溫維持時間能夠有效殺滅蟲卵和病菌。試驗4的堆肥產物中檢出了大腸菌群，可能是由于外界氣溫比較低，最高堆肥溫度無法保持連續較長的時間，達不到大腸菌群致死的條件。

3 結論

目前，蔬菜廢棄物處理的研究多為大規模集中好氧發酵處理方式，主要針對蔬菜采收和加工產生的大量廢棄物，廢棄物的產生比較集中，量比較大。該研究主要針對設施蔬菜生產過程中由于病害或蟲害等原因產生少量的廢棄物，此類廢棄物產生特點是量小、時間分散，針對此類廢棄物處理的研究較少。

通過采用旋轉堆肥箱連續收集廢棄物進行處理試驗，掌握了旋轉堆肥箱處理蔬菜廢棄物時物料與DM菌劑添加比例約為60∶1，在一定范圍內，菌劑添加越多，發酵反應越快，廢棄物處理周期變短，但是處理成本會增加；菌劑添加較少時，發酵較慢，處理周期長，處理效果不佳。蔬菜廢棄物不同，處理周期也有差別，一般為8～14 d，處理周期主要受廢棄物種類、菌劑添加量和環境溫度等因素影響。不同廢棄物處理降解率也有一定的差別，廢棄物降解率一般在50%～57%的范圍內。一臺JK270旋轉堆肥箱可滿足3～5個設施溫室日常生產過程中和部分蔬菜采收過程中的廢棄物處理要求。

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