廚余垃圾堆肥產物的非農業(yè)土地應用研究

童 琳，徐長勇，宋 薇

(中國城市建設研究院有限公司 北京 100120)

0 引 言

2019年我國城市生活垃圾年清運量達到2.42億t[1]，按照經驗數據估算，其中家庭廚余垃圾占到40%～60%(如天津51.1%、上海61.7%、深圳44.1%[2-3])，其比例遠高于全球的廚余垃圾比例(29%～50%)[4-5]，是當前我國生活垃圾分類中最重要的組成部分，也是我國推行生活垃圾分類工作面臨的一個重大問題。

廚余垃圾堆肥處理具有工藝簡單、運行成本低，無害化程度相對較高，可因地制宜實現(xiàn)資源化利用等特點，但其堆肥產物的消納是限制該技術應用的主要因素之一[6]。土地利用是堆肥產物消納的主要途徑，按利用類型可分為農用與非農用(包括園林綠化用、土地改良用和林地用)。鑒于有機固廢堆肥產物用于農作物生長使用時存在重金屬通過食物鏈富集進而危害人體健康的風險，采用非農業(yè)應用的土地利用方式是解決當前堆肥產物應用問題的有效途徑。

1 非農業(yè)土地應用的優(yōu)勢和具體方式

1.1 應用優(yōu)勢

1.1.1 規(guī)避有害物質進入食物鏈的潛在風險

目前堆肥農用最大的問題是，其產物中有害物質(主要是重金屬)存在隨著農作物進入食物鏈，并在人體富集，危害人體健康的風險。堆肥用于園林綠化等非農業(yè)的土地應用則可以規(guī)避這種擔憂，同時也可以逐漸完善應用市場，進行產業(yè)化運作，創(chuàng)造了良好的產業(yè)環(huán)境。

1.1.2 有效改善土壤質量，促進植物生長

堆肥產物對土壤質量的改善作用主要體現(xiàn)在：①改善土壤物理性質，堆肥中的有機物質可明顯改善土壤的結構，使土壤容重下降，孔隙增多，土壤的通氣透水性和持水量提高；②改善土壤化學性質，堆肥施入土壤后，可顯著提高土壤的陽離子交換(CEC)，改善土壤對酸堿的緩沖能力；③提高土壤微生物活性，使土壤中微生物總量及放線菌所占比例增加，土壤的代謝強度提高，促進土壤肥力的提高；④提高土壤養(yǎng)分含量，增加有機質含量，以及總磷、速效磷含量，提升鉀的活性。

1.1.3 非農用土地利用也具有較大的堆肥產物消納能力

以園林綠化應用為例，我國具有較大面積的園林綠地，包括公園綠地、防護綠地、生產綠地、附屬綠地和其他綠地。根據統(tǒng)計，2017年我國已建城市、縣城和鄉(xiāng)園林綠地面積分別為209.912 0×104hm2、61.026 8×104hm2、4.747 4×104hm2，按有機肥施用量為0.6 t/hm2計算[7]，我國城市、縣城和鄉(xiāng)綠化建植和養(yǎng)護的肥料需求量分別為125.947 2萬t、36.616 1萬t和2.848萬t左右，總需求量為165.411 7萬t。

1.2 具體方式

參考國內其他有機固廢堆肥產物應用的情況，在非農業(yè)土地利用中，多用于城鎮(zhèn)綠地系統(tǒng)或郊區(qū)林地的建造和養(yǎng)護，主要有栽培介質土、有機肥料原料、土壤改良材料3種具體方式[8]。

1.2.1 作為植物栽培基質(介質土)

泥炭被應用于花木培育和設施農業(yè)生產，但泥炭資源有限且開采破壞環(huán)境。堆肥產物處理后的營養(yǎng)元素含量豐富，腐殖質類物質含量高，經合適的調理具有通透性好、持水力強、保肥能力強等特性，可代替泥炭應用于栽培花木與農產品。

1.2.2 作為有機肥料的原料

廚余垃圾中含有大量營養(yǎng)元素、纖維素、半纖維素、脂類物質等，經過堆肥過程后氮磷鉀等主要營養(yǎng)元素和微營養(yǎng)元素的含量有效性增高，可作為有機肥的重要原料成分之一，解決化肥大量使用造成的土地生產力退化、通氣性變差、微生物活性降低等土壤質量下降問題。

1.2.3 土壤改良劑

堆肥產物對土地土壤的改良主要體現(xiàn)在改善土壤結構和提高土壤肥力上。由于堆肥產物形成的腐殖質投入土壤后能改變土壤的理化性質，如調節(jié)土壤pH值、促進團粒結構的形成、增強透水性等，最終可有效減少土壤營養(yǎng)成分的流失，提高土壤的保肥能力。

2 國內外相關標準現(xiàn)狀

2.1 國內相關標準現(xiàn)狀

目前，國內還沒有廚余垃圾堆肥產物的土地利用標準，但有其他相關的一些技術標準，可大致分為肥料相關、土壤相關及市政污泥相關3類，詳見表1。

表1 國內相關標準Tab.1 Domestic relevant standards

目前的堆肥產物質量要求通常參照NY 525—2012《有機肥料》，但其未能充分考慮廚余垃圾雜質含量高、營養(yǎng)成分低，更適宜作為土壤介質土而非肥料的特點。與市政污泥相比，廚余垃圾堆肥產物中存在油脂、雜質和鹽分含量高，重金屬含量低，也不適宜照搬應用其標準。

2.2 國外相關標準現(xiàn)狀

國外部分堆肥類的相關標準見表2。

表2 國外堆肥產品標準原料、用途說明表Tab.2 Standard raw materials and usage description of foreign composting products

對國外這些標準研究可知，歐洲的相關產物質量標準最完善，也是要求最嚴格的，對堆肥產品的衛(wèi)生、雜質、腐熟度、含水量、粒徑、有機質含量、重金屬、營養(yǎng)物質(氨氮、可溶鉀、可溶氯化物、可溶鈉等)和鹽分含量、鈣以及對產品的參數說明都有明確的規(guī)定，并根據堆肥使用方式的不同做出不同的指標值，使堆肥產品能夠保證質量并適合市場流通。美國的相關標準中規(guī)定了堆肥的重金屬、雜質、堆肥檢測頻率、實驗室取樣分析的一致性、病原菌、有機污染物、農藥含量、含鹽量、腐熟度等指標。英國相關標準和歐盟差別不大，加拿大按照堆肥產物質量分成了可供任何土地應用的和限制使用的2類。

受生活及飲食習慣等各方面的影響，國外堆肥原料與我國廚余垃圾有較大差異，故對本研究來說，其主要的借鑒意義在于指標的選取原則以及限值確定依據。

3 主要影響因素研究

通過對國內外相關有機固廢堆肥產物應用標準的研究，結合一些其他應用的主要方式，綜合考慮，對于廚余垃圾堆肥產物非農業(yè)土地應用的影響因素主要有理化性狀、營養(yǎng)成分、衛(wèi)生學要求、二次污染物控制、生物穩(wěn)定性5個方面。

3.1 理化性狀

堆肥產物的物理和化學性狀是判斷是否腐熟完成的重要指標，主要有外觀、pH、水分含量、粒徑、雜物含量等。

①從堆肥產品外觀看，達到腐熟穩(wěn)定的產品，一般呈褐色或灰褐色，多為均勻、松散粒狀或粉狀，無明顯臭味及機械雜質。

②為了防止施用pH過高或過低的堆肥產物引起土地的堿化或酸化，國內外相關標準pH一般為6.5～8.5。而且該限值與土壤本身的pH相差不大，施用時對原生土壤的沖擊性較小。

③水分含量是指堆肥產物中水分的量度。過于潮濕容易結塊，不利于應用時的攤鋪，并增加了運輸成本；過于干燥易產生灰塵和刺激性氣味。理想的產品應不干、不濕、微潮。考慮季節(jié)和地域氣候的影響，水分含量為30%～60%較佳。

④堆肥產物過大的粒徑會妨礙施用和導致水肥流失，破壞土壤結構，故會規(guī)定其最大粒徑，保證土地不受破壞。國內外對堆肥產物過篩的標準也不相同，如國內城鎮(zhèn)污泥堆肥產物多定在10 mm以下，國外一般不超過15 mm，結合廚余垃圾原料情況，其產物粒徑宜不大于12 mm。

⑤雜物含量是指混入堆肥產物中的金屬、玻璃、陶瓷、塑料、瓦片等雜質的數量。現(xiàn)有標準中CJ/T 309—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農用泥質》雜物含量限值≤3%，CJ/T 362—2011《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 林地用泥質》雜物含量限值≤5%。與污泥相比，廚余垃圾中雜質含量較高，建議采用高限值。

3.2 營養(yǎng)成分

堆肥產物通常不被認為是肥料，但它仍可以提供氮磷鉀等營養(yǎng)物和微量元素。植物有效磷和鉀的一般用P2O5和K2O表示，氮必須礦化成可用形式(NO3-和NH4+)供植物使用。根據NY 525—2012《有機肥料》，總養(yǎng)分以N+P2O5+K2O計。表3是我國相關規(guī)范對堆肥產物營養(yǎng)物質的要求，廚余垃圾堆肥產物的養(yǎng)分應不低于這些標準。

表3 現(xiàn)有相關標準養(yǎng)分指標Tab.3 Current standard nutrient indexes

3.3 衛(wèi)生學要求

衛(wèi)生學指標主要考慮保證運輸和施用等作業(yè)過程中相關人員的健康。堆肥原料可能存在致病生物，堆肥產物中也可能含有病原生物，能夠在易感人類、動物或植物宿主中產生感染或疾病。我國現(xiàn)有類似標準中，其衛(wèi)生學指標及限值規(guī)定都一致：蛔蟲卵死亡率≥95%、糞大腸菌群菌值≥0.01。

3.4 生物穩(wěn)定性

堆肥產物穩(wěn)定性判定是評價堆肥過程及堆肥產品質量的重要內容。堆肥必須設置穩(wěn)定性指標，施用未腐熟堆肥產物會使種植作物受害[9]。通常認為穩(wěn)定或成熟的堆肥應至少固化21 d，并滿足一定的堆體溫度、呼吸速率或二氧化碳釋放速率等要求[10]。在現(xiàn)有國內外標準中常用種子發(fā)芽率來表征堆肥穩(wěn)定性。如CJ/T 362—2011《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置林地用泥質》要求種子發(fā)芽指數應＞60%，英國PAS 100—2011規(guī)定番茄植株的種子發(fā)芽率＞80%。

3.5 二次污染物

堆肥產物中仍可能含有一定量的二次污染物，主要包括重金屬、污染性有機物和可溶性鹽3類。

①少量重金屬元素是植物生長必不可少的，但含量高時會對其產生毒性。目前國內相關標準規(guī)范主要針對砷、鎘、鉻、銅、鉛、汞、鎳、鋅等重金屬。考慮到廚余垃圾的產生來源，其重金屬含量應低于城鎮(zhèn)污泥。表4是其他相關標準的一些重金屬含量的要求(非農用)，廚余垃圾堆肥產物重金屬含量要求可取其下限。

表4 現(xiàn)有相關標準中重金屬指標 (mg/kg/干污泥)Tab.4 Heavy metal indexes in existing relevant standards(unit：mg/kg dry sludge)

②污染性有機物很難降解，且易在土壤或植物中累積，造成一定的植物毒性。而隨著社會產品豐富和新材料的使用，廚余垃圾中這類有機物含量也日趨增高。同時，廚余垃圾相對其他固體有機廢物鹽分含量較高，而過量的可溶性鹽對植物具有植物毒性，抑制其生長。

污染性有機物和可溶性鹽也是廚余垃圾堆肥產物土地應用的一個重要限制因素。目前國內部分標準規(guī)范對該方面也有一些要求，可作為廚余垃圾堆肥產物的相關借鑒，但其具體指標尚不完善，還需進一步研究。

4 結論與建議

①隨著生活垃圾分類工作的推進，我國廚余垃圾清運量會出現(xiàn)快速增長，采用堆肥處理將是其有效的處理方式之一。鑒于堆肥產物的消納是限制堆肥技術推廣的重要因素，應加強廚余垃圾堆肥產物的非農業(yè)土地應用研究，提升堆肥產物質量，引導其生產與應用，使來源于土地的再次返回土地利用，踐行可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)文明建設的理念。

②結合國內外在相關領域研究的情況，考慮廚余垃圾堆肥產物養(yǎng)分含量較低、鹽分含量高、雜質含量較高等特點，分析其非農業(yè)土地應用的影響因素主要是理化性狀、營養(yǎng)成分、衛(wèi)生學要求、生物穩(wěn)定性和二次污染物控制等方面，且宜將其堆肥產物的具體用途定位為土壤改良劑、栽培介質土或肥料原料。■