精細(xì)化好氧生物高效處理模式與改進(jìn)型太陽能堆肥處理模式的對比分析

近年來，農(nóng)村垃圾治理已成為城鄉(xiāng)生態(tài)文明建設(shè)的主要抓手。2015年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十部委聯(lián)合發(fā)布了《全面推進(jìn)農(nóng)村垃圾治理的指導(dǎo)意見》，提出“適合在農(nóng)村消納的垃圾應(yīng)分類后就地減量。果皮、枝葉、廚余等可降解有機(jī)垃圾應(yīng)就近堆肥，或利用農(nóng)村沼氣設(shè)施與畜禽糞便以及秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物合并處理”的技術(shù)思路。2016年，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“普遍推行垃圾分類是重大民生工程”，將垃圾分類管理工作提高到前所未有的高度。

堆肥化過程的生物降解和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，是一種受控制的生物降解和轉(zhuǎn)化過程，一般而言堆肥化僅限定于好氧堆肥，如歐盟。目前，應(yīng)用較為廣泛的堆肥化模式分別是：精細(xì)化好氧生物高效處理模式和改進(jìn)型太陽能堆肥處理模式（太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥模式）。本文試從多個角度分析上述兩種模式特點和優(yōu)勢，以期給不同地區(qū)的政府部門選擇生活垃圾分類及資源化模式時提供決策參考。

一、堆肥資源化處理工藝及影響因素

堆肥資源化處置原料主要是分類后的有機(jī)廢棄物（廚余垃圾、廢棄蔬果、枯枝落葉和畜禽糞便等）。好氧堆肥是在有空氣的條件下利用好氧微生物分解廢棄物中的有機(jī)物，其生物過程可分為：高速降解階段，一般為2-5天，其特征是耗氧速率快、溫度較高、揮發(fā)性有機(jī)物降解速率也快，以及伴隨很濃的臭味；然后是熟化階段（第二階段），一般為3周左右，其特征則是溫度低、耗氧速率低和很淡的臭味。影響堆肥化進(jìn)程和堆肥質(zhì)量的因素很多，主要是堆肥物料的大小、堆體溫度、通風(fēng)供氧、碳氮比（C/N）、含水量及接種劑（微生物）等。

二、兩種常見的生活垃圾資源化處理模式

1、太陽能堆肥處理模式的不斷更新

分類后的有機(jī)廢棄物（廚余垃圾、廢棄蔬果、枯枝落葉和畜禽糞便等）由破碎機(jī)進(jìn)行破碎，進(jìn)入太陽能堆肥小室后進(jìn)行腐熟堆肥。期間，充分利用太陽能與垃圾滲濾液回噴技術(shù)促進(jìn)堆肥快速反應(yīng)。工程池容可根據(jù)年有機(jī)廢棄物產(chǎn)生量（投放量）進(jìn)行設(shè)計，一般按照堆肥時間設(shè)置不同的堆肥小室，堆肥小室一般至少3-5個，確保有機(jī)廢棄物能夠輪流進(jìn)行堆放、發(fā)酵，保證完全熟化達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

太陽能普通堆肥處置過程中，由于溫度偏低、氧氣不足、菌劑未能與物料充分接觸等重要缺點，有機(jī)廢棄物達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)需要的時間一般較長（大于18個月）。針對這一問題，浙江金華等生活垃圾資源化先行地區(qū)，對太陽能普通堆肥處理模式進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)的模式主要有兩種：

（1）采用普通太陽能輔助加溫管道通風(fēng)好氧堆肥模式。該模式通過太陽能透過玻璃板使垃圾堆肥房驟熱升溫，并通過布設(shè)通風(fēng)管道，利用出氣口和通風(fēng)口的自然高差，形成氣壓使好氧菌和物料及時獲取氧氣，加快分解有機(jī)垃圾，制成有機(jī)肥料。

（2）采用太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥模式。該模式針對太陽能加溫作用下發(fā)酵溫度仍舊偏低的缺點，尤其是陰雨天或夜晚或春冬季，增加了電加熱功能；而且針對自然通風(fēng)系統(tǒng)氧氣供應(yīng)不足的問題，增加了機(jī)械設(shè)備充氧功能，以期促進(jìn)有機(jī)廢棄物的快速腐熟。

2、精細(xì)化好氧生物高效處理模式

分類后的有機(jī)廢棄物（廚余垃圾、廢棄蔬果、枯枝落葉和畜禽糞便等）由破碎—擠壓進(jìn)行破碎和脫水，進(jìn)入主發(fā)酵倉進(jìn)行生物反應(yīng)。通過精細(xì)化控制反應(yīng)倉內(nèi)的溫度、通風(fēng)、攪拌和復(fù)合微生物菌劑添加等參數(shù)，加速其生化反應(yīng)時間，加大其對纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等不同有機(jī)成分的生物降解率，1-2日內(nèi)快速完成一次發(fā)酵過程。經(jīng)過精細(xì)化生物處理的固體肥料出料后，在二次堆肥倉庫中進(jìn)行二次發(fā)酵。二次發(fā)酵的停留時間一般為25天，然后達(dá)到腐熟后可在農(nóng)田施用。

工程規(guī)模可視有機(jī)廢棄物產(chǎn)生量，選擇不同的精細(xì)化好氧生物高效處置設(shè)備，目前處理能力有0.5噸/日、1噸/日、2噸/日和5噸/日等不同型號。

三、兩種資源化處理模式比較分析

目前，我國東部地區(qū)人口分布相對集中，尤其是城市近郊區(qū)。我們選擇1500人的典型農(nóng)村生活垃圾資源化為例，按照人均生活垃圾0.7kg/天計算，其中有機(jī)廢棄物按照60%計算，則每天生活垃圾產(chǎn)生量可達(dá)到630公斤，年有機(jī)廢棄物量可達(dá)到230噸。因此，我們按照日處理1噸/天精細(xì)化好氧生物高效處理模式、年處理230噸規(guī)模的改進(jìn)型太陽能堆肥處理模式，即太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥模式進(jìn)行對比分析。

1、太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥模式工程

有機(jī)廢棄物的密度按照0.5噸/立方米（國家統(tǒng)計局）計算，年處理230噸工程池容需要460立方米。按堆肥小室高度為2.5m計算，則至少需要占地184平方米，包括其他綠化、道路等面積，占地不得小于250平方米。

2、精細(xì)化好氧生物高效處理模式

垃圾站設(shè)置原料儲存區(qū)1處，占地面積約50平方米；垃圾處理站用房1處，占地面積約60平方米；二次堆肥區(qū)1處，占地面積約50平方米；總面積約160平方米。

3、對比分析

（1）堆肥過程參數(shù)控制條件比較

堆肥物料的大小、堆體溫度、通風(fēng)供氧、碳氮比（C/N）、含水量及接種劑（微生物）等參數(shù)控制，對堆肥過程控制至關(guān)重要。太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥技術(shù)，對于上述堆肥參數(shù)未能有效控制，主要存在：（1）發(fā)酵過程溫度偏低；（2）通風(fēng)供氧差，由于堆肥小室高度達(dá)到2.5米，容易出現(xiàn)堆積情況，因此易出現(xiàn)厭氧狀態(tài)；（3）接種劑（微生物）與堆肥物料不能很好的充分接觸，導(dǎo)致微生物發(fā)揮作用有限。因此該模式堆肥過程參數(shù)控制較差，嚴(yán)重影響堆肥的順利進(jìn)行。

精細(xì)化好氧生物高效處置技術(shù)，通過機(jī)械設(shè)備的調(diào)控功能，比如破碎+擠壓功能、攪拌、加溫、充氣供養(yǎng)以及添加微生物菌劑等，使有機(jī)廢棄物的物料尺寸、堆體溫度、通風(fēng)供氧、碳氮比（C/N）、含水量、接種劑（微生物）等各方面，均有益于堆肥生物過程順利進(jìn)行，進(jìn)而達(dá)到較好的資源化效果。

（2）堆肥產(chǎn)品質(zhì)量方面對比分析

太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥模式，由于堆肥過程中對腐熟條件控制太差，堆肥產(chǎn)生需要12個月以上才能達(dá)到穩(wěn)定、腐熟狀態(tài)。

精細(xì)化好氧生物高效處置技術(shù)，通過機(jī)械設(shè)備對堆肥過程的影響因素進(jìn)行較好的調(diào)控，因此堆肥產(chǎn)品質(zhì)量較好，而且出肥時間約25-30天，極大縮短了有機(jī)廢棄物資源化時間，總體減量化率達(dá)到80%以上，其中有機(jī)物質(zhì)降解率應(yīng)達(dá)到60%以上；并且能夠產(chǎn)出合格的資源化有機(jī)肥，產(chǎn)品質(zhì)量符合或優(yōu)于農(nóng)業(yè)部現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《有機(jī)肥料》（NY525-2012）的要求。

（3）堆肥處置工程建設(shè)和投資比較分析

上述兩種模式占地差不多，建筑的投資也差不多，大約12-20萬。而太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥模式，只需要電熱輔助設(shè)備、機(jī)械通風(fēng)設(shè)備等，因此設(shè)備投入相對便宜，加上建筑約需18-25萬元。精細(xì)化好氧生物高效處置技術(shù)，需要購置精細(xì)化好氧堆肥設(shè)備，1噸/天處理能力設(shè)備及其配套設(shè)備約為40萬左右，因此包括建筑總計約60萬元。

（4）運行成本及工程產(chǎn)出效益比較

太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧模式，運行成本主要是人工、電耗等，費用相對較低，但是由于產(chǎn)出的堆肥肥料質(zhì)量不合格，導(dǎo)致最終很難產(chǎn)生效益。

精細(xì)化好氧生物高效處置技術(shù)模式，按照人工、電費、設(shè)備折舊等因素核算，每噸有機(jī)垃圾處理費用約150元/噸；然后按每噸有機(jī)垃圾產(chǎn)生有機(jī)肥料20%，有機(jī)肥料800元/噸計算，可以達(dá)到160元/噸的收益，因此只要對堆肥產(chǎn)品進(jìn)行政策支持，如農(nóng)業(yè)局優(yōu)先購置垃圾資源化有機(jī)肥，有機(jī)肥使用還減少化肥施用、降低農(nóng)田管護(hù)成本、提高作物產(chǎn)量等效果；或者將堆肥產(chǎn)品加工為園林基質(zhì)等，這有望做到運行成本與效益平衡，同時可有效節(jié)約有機(jī)垃圾填埋或者處理費用。

四、生活垃圾資源化處理模式建議

通過上述四個方面的全面比較，我們認(rèn)為：精細(xì)化好氧生物高效處置技術(shù)明顯優(yōu)于太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥技術(shù)，尤其是北方區(qū)域（長江以北區(qū)域），由于冬春季溫度更加低，太陽能+電熱輔助加溫機(jī)械設(shè)備通風(fēng)好氧堆肥技術(shù)將更不適宜。在經(jīng)濟(jì)條件許可時，建議選用精細(xì)化好氧生物高效處置設(shè)備，采用機(jī)械設(shè)備化對有機(jī)廢棄物進(jìn)行資源化利用。