罐式好氧發酵堆肥處理生活、餐廚垃圾及資源化利用的研究

王春雨+陳榮

摘 要：生活垃圾和餐廚垃圾中的有機質高，C/N低，營養元素全面，適用于好氧發酵堆肥。罐式密閉發酵的處理方式，能夠有效控制臭氣，集中收集處理滲濾液，滿足污染物治理達標排放的要求，可回收物質進行資源再利用，堆肥產物能夠用于綠化和種植，同時實現“資源化、減量化、無害化”。

關鍵詞：生活垃圾；餐廚垃圾；罐式好氧發酵堆肥

中圖分類號：X7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0024-02

1 垃圾處理規模及成分

1.1 生活垃圾處理規模及成分

延慶地區生活垃圾處理規模為300噸/日。灰土占44.75%，廚余垃圾占36.56%，共占比81.31%；紙類占比6.22%、塑料占比6.44%、織物占比0.47%、玻璃占比0.56%、金屬占比0.11%、木竹占比3.31%，這些物質為可回收物質，共占比17.11%；磚瓦和其他占比1.58%。

1.2 餐廚垃圾處理規模及成分

延慶地區餐廚垃圾處理規模50噸/日，含有水、果皮、蔬菜、米面、魚、肉、骨頭以及餐具、塑料、紙巾等。餐廚垃圾占比90.09%、紙張占比0.8%、金屬占比0.1%、骨頭占比5.2%、木頭占比1.01%、塑料占比0.7%，油脂占比2%。糖類、鹽分、油脂含量高。

2 處理工藝

好氧發酵堆肥的物料來源于生活垃圾和餐廚垃圾中的有機成分，生活垃圾和餐廚垃圾需要經過預處理后，提取有機物料進行堆肥。堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通風條件下通過微生物的發酵作用，將有機物轉變為肥料的過程。在這種堆肥化過程中，有機物由不穩定狀態轉化為穩定的腐殖質物質，對環境尤其土壤環境不構成危害，而把堆肥化的產物稱為營養土。通氣條件下使用好氧性微生物的叫做“好氧堆肥”。反應溫度一般在50～60℃，極限可達80～90℃，故亦稱為“高溫堆肥”。垃圾好氧堆肥在大量微生物作用下，使垃圾發生的生物轉化和氧化分解過程。好氧化分解后，除CO2和水外，主要是硝酸鹽、硫酸鹽及其他氧化終產物；化學性質穩定，不再進行生化分解；氧化分解過程進行很快，條件適當幾天內就可進行完畢。穩定性終產物也沒有異味符合衛生條件。

生活垃圾屬于混合狀態，需要經過分揀、磁選和篩分，將資源化物質（玻璃、紙張、塑料、金屬等）回收再利用，灰土及無機物質被分選出來后進行填埋處理，有機物質進入好氧發酵堆肥系統。餐廚垃圾單獨進行前處理，經過篩分、磁選、壓榨提取資源化物質，如塑料、油脂等，水分集中收集處理，剩余物料進入堆肥系統。

生活、餐廚垃圾經過預處理，混合后，進入發酵制肥系統。經過一級、二級發酵，周期約30天。待物料細碎變形，質量和體積變小，再通過篩分，殘渣外運填埋，剩余物料儲藏堆放10天，最終變成營養土。為滿足每天處理300噸生活垃圾和50噸餐廚垃圾的工藝要求，設置發酵罐10個，每個罐體有效填充容積168m3。該系統由物料混合系統、發酵罐系統、進出物料系統以及強制供氧系統等組成。

3 物料發酵的影響因素及調整措施

進罐原料進入發酵設施前，必須進行物料調節。

3.1 溫度及氧氣

堆肥過程中溫度的變化受堆肥原料、C/N、pH值、通氣性、水分含量等多種因素的共同影響，但都會經歷升溫、高溫、降溫、腐熟四個階段。堆肥初期，隨著微生物降解堆料中的有機物并釋放出大量的熱量，會使堆體溫度上升。高溫階段，微生物不斷消耗堆肥中的營養物質和其它水溶性組分，不斷生長和繁殖，持續放出大量的熱量，因而高溫階段會持續一段較長的時間，隨著堆肥的進行，有機質成分被逐漸分解，溫度逐漸下降，進入“降溫期”，當有機質幾乎被完全分解后，進入“穩定腐熟期”。

在好氧堆肥實際運行過程中，供風系統的通氣量是重要的工藝參數，在供風系統設備條件確定以后，通氣量受控于堆體的通氣能力，主要是堆體的粒度和含水率。在堆肥發酵后期達到腐熟后，堆體的通氣能力也會下降。排氣成分的氧氣濃度反映了供氣中剩余的氧氣，微生物的活動和氧化分解的強度確定后，氧氣消耗量和二氧化碳產生量都是確定的。供風系統的通氣量愈大，排氣中氧氣分壓愈大，二氧化碳濃度愈小，因此常根據空氣量和排氣成分評價堆肥發酵的情況，排氣中氧氣分壓大于14%，則表示空氣中氧的消耗不到13%，最佳排氣氧氣濃度為14%-17%，如排氣中氧氣體積濃度降至10%則表示好氧發酵停止，如用排氣中二氧化碳濃度來代替氧氣濃度作為監測參數，則最佳CO的體積濃度應為3%-6%。控制供風系統的通氣量，避免過度通氣，是因為考慮運行能耗、通風降低堆肥溫度、通風形成水分蒸發等因素。

一級發酵堆層溫度控制在60℃左右，二級發酵堆層溫度控制在50℃左右，穩定化階段堆層溫度控制在40℃左右。如果溫度升高，采取非連續通風的辦法，進行降溫，每立方米垃圾風量宜為0.2Nm3/min，堆體每升高1m，風壓增加1000-1500Pa。如果溫度過低，采取增加曝氣的辦法，促進物料發酵升溫。通風和曝氣時，注意空氣均勻走向，避免偏流現象。

3.2 水分及輔料

堆肥中微生物的生長繁殖、有機物的分解，水是不可缺少的條件。進罐原料含水率控制在40%至60%，超出含水率需進行水分調節，堆肥過程的含水率一方面由于滲濾液收集和回灌和有機物的氧化分解產生水分而增加，另一方面由于通風作用以水蒸氣的形式揮發而降低，含水率的變化是這兩方面因素作用的結果。含水率的高低反過來又會影響微生物的氧化分解反應速率和通氣效率。

當含水率較高時，通過添加鋸末或稻草、麥秸、稻殼等輔料或通風散熱措施調整水分。每噸混合垃圾添加輔料約0.16噸。當含水率較低時，通過回噴污水或者增加中水的措施，調整含水率。

3.3 停留時間

一級發酵、二級發酵階段停留時間分別至少為10天，腐熟穩定化階段停留時間為15-20天。詳細、準確記錄進出料時間。

3.4 布料

發酵罐上部設有均勻布料裝置，采用由上至下的布料方式，物料輸送速度緩慢，不能過快，防止物料層厚不等，最大限度保障料層高度均勻。物料堆高為3-5m。

4 指標

調節上述影響因素達到進料和出料要求，發酵中止，產物為營養土。經過一年的實驗測定，指標最大值和最小值如下，數據滿足了現行國家標準。罐式好氧發酵堆肥產生的營養土不含有有毒、腐蝕性、放射性等污染環境的物質，達到無害化衛生要求。

4.1 碳氮比

一級發酵原料碳氮比為21：1-25：1，營養土碳氮比15：1-18：1。

4.2 PH

一級發酵原料PH為6.5-9，營養土PH為6.8-7.9。

4.3 有機質

一級發酵原料易腐有機質含量50%-70%，營養土有機質80%。

4.4 含水率

一級發酵原料含水率為40%-60%，營養土含水率25%-35%。

4.5 重金屬

營養土重金屬含量為：總鎘≤3mg/kg，總汞≤5mg/kg，總鉛≤100mg/kg，總鉻≤300mg/kg，總砷≤30mg/kg。

4.6 其他

營養土含有：雜物≤3%，粒度≤12%，總氮≥0.5%，總磷≥0.3%，總鉀≥1。

4.7 水質指標

滲濾液原液指標：CODcr（mg/L）≤35000，BOD5（mg/L）≤15000，NH4-N（mg/L）≤1000，TN（mg/L）≤2000，SS（mg/L）≤2500，水溫35℃，pH6～9。

處理后出水指標：CODcr（mg/L）≤30，BOD5（mg/L）≤6，NH4-N（mg/L）≤1.5（2.5），SS（mg/L）≤5，水溫35℃，pH6～9，色度15，總磷（以P計）≤0.3。

5 “三化”效果

好氧發酵法處理生活垃圾和餐廚垃圾，經測算實現了垃圾“資源化”、“減量化”、“無害化”。

5.1 資源化

通過細化分選和深度處理，如金屬、紙張、塑料、油脂、營養土、沼氣等可資源化物質得到了回收利用。按照每日處理300噸生活垃圾和50噸餐廚垃圾核算，資源化年產量為：金屬年產量約為60噸，相當于生產60噸轎車所需的鋼材；紙張年產180余噸，相當于生產1萬余箱A4紙；塑料年產40余噸，相當于生產30萬個塑料盆；油脂年產約20萬噸，可生產10萬余塊肥皂；營養土年產量1萬余噸，相當于2000噸復合肥；填埋氣和沼氣年產10萬立方，能夠滿足300戶居民一年的炊事用氣，也可作為鍋爐燃料。

5.2 減量化

通過工藝處理，衛生填埋的生活垃圾減少50%，餐廚垃圾減少90%，殘渣大大減少，延長了填埋場的使用壽命。垃圾滲濾液每天產生量為120噸，處理后，達到中水標準，年產中水7000余噸，節約了天然水資源。

5.3 無害化

罐式好氧發酵工藝可以有效改善原生垃圾填埋現狀，且該工藝除臭效果好，對周邊影響小，占地少，易于實施。工藝處理過程中產生的氨氣、硫化氫等物質，經過先進的符合光催化和化學處理，轉化為氮氣和水等無害物質。產生的滲濾液經過物理、化學、生物等綜合處理，達到北京市地方標準，用于草坪綠化灌溉、車輛及道路清洗。

參考文獻：

[1]張俊超.立式好氧發酵罐在處理城市固體廢物中的實踐應用[J].安徽農業科學，2015（03）.