昆明市蔬菜廢棄物資源化利用潛力分析

和蘭娣，張曉東,2，孫成龍,2，李詩妍,2，曹雪梅,2

（1.昆明市生態環境科學研究院，云南 昆明 650032；2.昆明市人力資源服務有限公司，云南 昆明 650100）

0 引言

近年來，因昆明市設施蔬菜產業高速發展，大棚蔬菜種植面積和產量的不斷增加，使得蔬菜成為僅次于糧食的第二大農作物［1］。蔬菜具有含水率高、易腐爛、農殘高、難以長期儲存等特點，在種植與冷庫貯存環節蔬菜的損失率高達20%~25%，加工損失量以及損失率均高于其他農產品的［2］。蔬菜廢棄物是蔬菜在種植、加工和儲運過程中產生和去除的蔬菜殘株體以及腐爛的葉、果、根、莖等［3-5］。昆明市作為云南省最大的蔬菜冷鏈物流配送中心，建有上百家蔬菜貯存冷庫企業，約60%的蔬菜來源于周邊地區，如曲靖市、玉溪市、紅河州等，為保證蔬菜的新鮮度及品質，大多數蔬菜從田間采摘后被直接運輸至冷庫企業，在包裝、流通環節中產生的蔬菜廢棄物占全市蔬菜廢棄物總量的80%以上。如何讓蔬菜廢棄物能夠得到更科學合理的處置，使其“物盡其用、變廢為寶”成為亟需解決的問題及難點。

因經濟技術水平和蔬菜廢棄物綜合利用處置條件受限，大量蔬菜廢棄物都沒有得到合理的利用和處置，隨意堆放或丟棄不僅浪費資源對周圍環境和蔬菜產區水體造成污染，還會導致病蟲草害的發生［7］。許多國內外學者對蔬菜廢棄物資源化利用開展了大量的研究，但主要以肥料化、沼氣化和飼料化利用研究為主。研究表明，蔬菜廢棄物中含有較高的有機質和多種營養元素，其含量與常用天然有機肥料的含量相當［8］，如若處理得當，對減少環境污染、提高資源利用率以及推動蔬菜產業可持續發展具有重要意義［9］，同時能改善農業農村生態環境，保障人居安全。

近年來，我國學者針對不同地區蔬菜廢棄物的產生情況及利用潛力開展了較多的研究［10-12］，大多研究當地蔬菜種植的規模效應，而以昆明市蔬菜產業為例，有關蔬菜種植、冷庫貯存2個環節的蔬菜廢棄物產生量、分布特征和資源化利用潛力的研究鮮有報道。因此，本文通過統計和調研昆明市蔬菜產業現狀，以蔬菜種植及冷庫貯存2個環節的蔬菜為主，估算蔬菜廢棄物產量，分析蔬菜廢棄物資源化利用現狀，探討昆明市不同縣（市）區合適的蔬菜廢棄物資源化利用途徑和利用潛力，為昆明市蔬菜廢棄物資源化利用和蔬菜產業發展規劃提供重要的理論指導和決策依據。

1 調查及評估方法

1.1 調查范圍及數據來源

以昆明市14個縣（市）區為范圍，開展蔬菜種植、冷庫貯存2個環節所產生的蔬菜廢棄物調查。蔬菜廢棄物的分布相對集中，主要產生于蔬菜種植集中區域和冷鏈物流中心（冷庫），昆明市蔬菜廢棄物產生環節主要包括蔬菜種植、冷庫企業蔬菜貯存、農貿市場銷售等，因農貿市場建設運營均由城市管理部門統一管理，該處蔬菜廢棄物一般不進行單獨分離，而按照生活垃圾統一處理，所以本研究范圍的蔬菜廢棄物主要包括蔬菜種植及冷庫企業貯存2個階段的廢棄物。

數據主要來源于《昆明市統計年鑒》、14個縣（市）區農業農村局生態環境分局填報的調查統計表以及冷庫企業現場走訪調研結果。

1.2 評估方法及系數

本研究蔬菜廢棄物資源化利用主要以肥料化、沼氣化和飼料化利用3種方式進行估算和潛力分析。

1.2.1 蔬菜廢棄物產量 蔬菜廢棄物產量為蔬菜種植、冷庫貯存2個環節產生蔬菜廢棄物的量，計算公式為：

式（1）中：W為蔬菜廢棄物總量（萬t）；Wz為蔬菜總量（萬t）；α為蔬菜廢棄物產廢系數。

1.2.2 蔬菜廢棄物肥料化養分量 蔬菜廢棄物肥料化養分量為蔬菜廢棄物全部利用可以轉化為肥料養分的量，計算公式為：

式（2）中：FOM/N/P/K為蔬菜廢棄物中有機質、氮、磷、鉀的養分量(t)；COM/N/P/K為蔬菜廢棄物中有機質、氮、磷、鉀的養分含量(g/kg)；ε為蔬菜廢棄物含水率。

1.2.3 蔬菜廢棄物能源化利用量 蔬菜廢棄物能源化利用量為蔬菜廢棄物全部利用可以轉化為能源的量，計算公式為：

式（3）中：Q為蔬菜廢棄物可能源化的量（萬m3）；β為蔬菜廢棄物的產沼氣系數（mL/g）。

1.2.4 蔬菜廢棄物飼料化營養量 蔬菜廢棄物飼料化營養量為蔬菜廢棄物全部利用可以轉化為飼料營養的量。計算公式為：

式（4）~式（5）中：SCP/CF/Ca為蔬菜廢棄物中粗蛋白質、粗纖維、鈣的養分量（t）；WG為水分含量15%的蔬菜廢棄物量（萬t）；CCP/CF/Ca為蔬菜廢棄物中粗蛋白質、粗纖維、鈣的養分含量。

1.2.5 蔬菜廢棄物產廢系數、肥料化養分含量、產沼氣系數、飼料化營養含量的確定 根據聯合國糧農組織的統計數據，中國蔬菜在種植采收、收獲后處理和貯存、粗加工包裝、運輸和消費等各個階段的產廢系數分別為10%、8%、2%、8%和15%，生產流通過程中的產廢系數為36.55%［13］。根據調查，昆明市蔬菜大多為葉菜類，主要經田間地頭批發及交易，再由冷庫采購商收購。為保證蔬菜的新鮮，菜葉在田間地頭的剝除量較少，僅產生10%左右的廢棄物，大部分蔬菜廢棄物通過冷庫包裝加工環節再剝除，且由于冷庫企業集散地對包裝、品質等要求較高，蔬菜剝除量較大，冷庫環節蔬菜廢棄物的產廢系數保守估計達18%。

蔬菜中有機質含量豐富。韓雪等［14-15］通過對根莖、瓜果、葉菜三大類蔬菜廢棄物理化性質分析得出，葉菜類平均含水率為93.2%，平均含氮量、含磷量、含鉀量分別為28.13、12.61、27.93 g/kg（養分含量為干基含量），碳氮比為11.04，pH值約為7。由于昆明市蔬菜種植以葉菜類為主，主要包括白菜類、綠葉菜類蔬菜，本研究使用葉菜類含氮、磷、鉀量的平均值計算昆明市冷庫蔬菜廢棄物肥料化養分含量。

針對藥學院校和相關專業量大面廣、實驗室類型多樣、缺乏有針對性的安全環保教育與管理的現狀，借鑒國外藥學院校與實驗室管理模式與經驗，結合筆者在實驗室安全環保管理工作中發現的問題，從教、學、管、監四方面提出如下建議。

魏丹丹等［16］選取4種不同葉菜類蔬菜廢棄物為發酵原料，使用厭氧消化的方法對蔬菜廢棄物產沼氣特性及潛力開展了研究，結果表明，混合蔬菜、混合白菜、油麥菜和生菜其TS產氣率分別為601、658、804和1136 mL/g，因蔬菜廢棄物含有較高的有機物，被降解后可作為厭氧消化原料［17-18］。考慮以上蔬菜均為昆明本地的主要蔬菜品種，本研究使用混合蔬菜TS產氣率601 mL/g進行計算。

由表1可知，昆明市種植和冷庫貯存蔬菜以白菜及生菜、油麥菜、上海青等綠葉菜為主，根據統計年鑒數據，白菜類∶綠葉菜類的產量比約為3∶2，本研究中主要按60%的白菜類和40%的綠葉菜類來計算飼料化營養含量。

表1 昆明市各類蔬菜的營養成分情況 %

1.3 潛力分析方法

本研究以蔬菜廢棄物產生量為基礎，以化肥需求量、用電量、飼料需求量為動力，分析昆明市各縣（市）區蔬菜廢棄物不同資源化利用的潛力。基于統計數據，計算昆明市14個縣（市）區各類蔬菜的廢棄物產量、化肥需求量和飼料需求量的百分位數，并利用ArcGIS軟件制作二維地圖展示昆明市各縣（市）區蔬菜廢棄物資源化利用的潛力和布局方案［6］。

2 結果與分析

2.1 蔬菜廢棄物產量現狀

蔬菜廢棄物是在蔬菜種植、儲運和加工生產中產生的廢棄物，由于技術、生產力水平和經濟條件的制約，過剩的蔬菜廢棄物成為農業面源污染中的污染源之一［18］。2020年昆明市蔬菜產量達到354萬t，蔬菜播種面積12.18萬hm2，冷庫蔬菜貯存量達到634.90萬t（其中近60%來源于除昆明本地以外的其他地區），建設蔬菜貯存冷庫202家。2020年昆明市蔬菜廢棄物總量為155.37萬t，其中冷庫產生蔬菜廢棄物總量為126.98萬t，占昆明市蔬菜廢棄物總量的82%。

2.2 蔬菜廢棄物資源化利用現狀

目前，昆明市蔬菜廢棄物資源化利用方式主要分為傳統分散利用和集中資源化利用2種。

2.2.1 傳統分散利用方式 由于蔬菜廢棄物易腐爛且經濟價值低，不宜長途運輸，目前昆明市蔬菜廢棄物傳統分散利用方式主要以直接還田、喂養牲畜、漚肥處理為主。以農戶為利用主體，主要利用的是農田環節產生的蔬菜廢棄物。按照昆明市農業農村局的農田秸稈資源化利用統計數據，昆明市農田秸稈資源化利用率達到90%，通過傳統處理方式得到有效處理的蔬菜廢棄物為31.23萬t。

2.2.2 集中資源化利用方式 目前，昆明市蔬菜廢棄物集中處置點主要通過飼料化和能源化的方式進行綜合利用。依據農業、環保等部門的統計數據以及現場調查結果，昆明市蔬菜廢棄物集中處理企業共有5家，最高實際年處理量為90.12萬t，遠不能滿足全市蔬菜廢棄物處理的需求（表2）。蔬菜廢棄物經 “進料－破碎－固液分離－發酵－廢水處理” 的工藝流程，從而轉化為肥料產品及沼氣。目前，這5家蔬菜廢棄物集中處理企業都面臨著政府配套資金不足、如何有效解決工藝廢水去向等問題，嚴重影響了5家企業的正常運行，且昆明市其他資源化利用方式探索研究較少，集中資源化利用方式較單一，昆明市蔬菜廢棄物資源化利用率偏低。

表2 昆明市蔬菜廢棄物集中處理企業情況

2.3 蔬菜廢棄物資源化利用潛力分析

在3種蔬菜廢棄物資源化利用潛力分析中，肥料化、飼料化利用潛力分析分別從市級層面及縣級層面開展，能源化利用潛力分析僅從全市層面開展。

2.3.1 肥料化利用 目前，實現蔬菜廢棄物肥料化利用途徑的處理工藝主要是厭氧發酵和高溫堆肥。肥料化利用的處理周期短、規模大、品質好，酚類等有毒有害物質可有效地降解除去，病原菌、害蟲卵和雜草種子易被消滅，堆肥的營養豐富。按昆明市2020年蔬菜廢棄物產量計算，蔬菜廢棄物中氮磷鉀養分儲量分別為氮(N)、磷(P2O5）、鉀(K2O)肥分別為3222.31、1510.79、 3232.87 t，可替代昆明市當年氮、磷、鉀肥施用量的4.01%、5.31%、26.49%；另外，還含有10萬t有機質以及作物生長所必需的中微量元素。

2.3.2 飼料化利用 葉菜類蔬菜廢棄物中含有約12%的粗纖維素和20%的粗蛋白，經處理便可作為牲畜飼料。研究表明，絕大部分蔬菜廢棄物除了發生病蟲害的部分，無其他有毒有害物質［3］。對于蔬菜廢棄物飼料化利用主要有經氨化處理技術、青貯飼料化技術以及微生物處理轉化技術轉化為微生物蛋白產品這3種方式。根據飼料化利用與儲存要求［20］，按照2020年蔬菜廢棄物全飼料化計算，蔬菜廢棄物中含總氨基酸17860.03 t、粗蛋白24567.39 t、粗脂肪6241.66 t、粗纖維11628.92 t、粗灰分907.29 t，可彌補全市17.02萬t的飼料，按400 kg肉牛進欄、養殖周期150 d、日增重0.5 kg需0.79 kg粗蛋白、60%的粗蛋白來自粗飼料計算［20］，可飼養肉牛34萬頭。

2.3.3 能源化利用 通常產甲烷微生物要求化學需氧量與氮素之比在（100～128）∶4之間，蔬菜廢棄物含水量高，干物質含量約為10%，其化學需氧量與氮素之比(COD∶N)為100∶4，符合厭氧消化處理條件，蔬菜廢棄物中富含營養物質，厭氧發酵無需添加營養物質和氮源，厭氧發酵后除產生沼氣外，產生的沼液和沼渣還可作為肥料利用［15］。按照全能源化利用進行分析，2020年昆明市蔬菜廢棄物可產沼氣719萬m3，相當于全市規模以上工業0.74%的天然氣消耗量，或相當于發電1294.2萬kW·h，約為全市規模以上工業0.06%的電力消耗，具有一定的經濟價值。但葉菜類的蔬菜廢棄物就不適合進行厭氧發酵制取沼氣，由于其纖維素含量高，不能滿足厭氧消化的條件，厭氧消化時水解速率過快易導致揮發酸積累、pH 值降低，造成產甲烷菌的失活，抑制甚至破壞了產甲烷階段的進程［22］；而較高的蔬菜莖稈木質素、纖維素含量和本身特有的高聚合狀態會抵抗微生物分解且降低厭氧發酵的水解速率［24］。

2.3.4 綜合分析 通過計算（表3）可知，昆明市蔬菜廢棄物高產量縣區（蔬菜廢棄物高產量位于前25%）分別為晉寧區、嵩明縣、尋甸縣、宜良縣。化肥高需求縣區（化肥施用量位于前25%）分別為尋甸縣、祿勸縣、宜良縣、晉寧區。飼料高需求縣區（飼料需求量位于前25%）分別為宜良縣、尋甸縣、石林縣、安寧市。由此可知，飼料化、肥料化生產及需求均高的地區為尋甸縣、宜良縣（蔬菜廢棄物高產量、化肥施用量、飼料需求量均位于前25%），肥料化生產及需求高潛力地區為晉寧區（蔬菜廢棄物產量、化肥施用量均位于前25%）。

表3 2020年昆明市各縣（市）區蔬菜廢棄物、化肥需求量及飼料需求量統計 萬t

結合昆明市產業布局，晉寧區、嵩明縣、尋甸縣、宜良縣可作為昆明市蔬菜廢棄物資源化產品集中生產區域。其中，晉寧區、尋甸縣、宜良縣3個縣區可實現自產自銷，嵩明縣可實現產品外銷，祿勸縣可作為肥料化產品主要應用地區，石林縣、安寧市可作為飼料化產品主要應用地區（圖1）。

圖1 昆明市蔬菜廢棄物資源化利用潛力

3 結論與討論

研究表明，2020年昆明市蔬菜廢棄物產生量達155.37萬t，按全肥料化利用分析，氮磷鉀養分儲量氮(N)、磷(P2O5）、鉀(K2O)肥分別為3222.31、1510.79、3232.87 t。另外，還含有10萬t有機質以及作物生長所必需的中微量元素；按全飼料化利用分析，可生產17.02萬t的飼料；按全能源化利用分析，可產沼氣719萬m3。

全市蔬菜廢棄物分布最多的是晉寧區、嵩明縣、尋甸縣、宜良縣，這些地區可作為昆明市蔬菜廢棄物資源化產品集中生產地。化肥需求最高的是尋甸縣、祿勸縣、宜良縣、晉寧區；飼料需求最高的是宜良縣、尋甸縣、石林縣、安寧市。尋甸縣、宜良縣是化肥及飼料需求均高的縣區。晉寧區、尋甸縣、宜良縣3個縣區可實現自產自銷，嵩明縣可實現產品外銷，祿勸縣可作為肥料化產品主要應用地區，石林縣、安寧市可作為飼料化產品主要應用地區。

蔬菜廢棄物蘊含著巨大的經濟價值，但目前昆明市蔬菜廢棄物資源化利用較單一，主要以肥料化利用和能源化利用結合為主，但廢液的去向問題沒能得到妥善解決，其又成為了生態環境的一大污染源，因此，這5個集中處置企業均不能實現滿負荷運行。

肥料化（高溫好氧堆肥）和飼料化利用是昆明市解決蔬菜廢棄物引起的資源浪費和污染問題的最佳途徑，后期應加大昆明市蔬菜廢棄物多途徑相結合的資源化利用研究。其中，新鮮度較好、表面未腐爛的廢棄物建議通過飼料化方式進行利用；新鮮度較差及腐爛廢棄物以肥料化加能源化利用為主，同時應加強廢液的處理利用研究。創新蔬菜廢棄物資源化利用模式，通過多種方式相結合，解決現有資源化利用投資大、可持續性不足的瓶頸問題，同時還應結合當地的社會經濟和自然環境，根據種業和畜牧業發展水平，探索并推廣蔬菜廢棄物規模化、全量化、無害化的綜合利用模式，因地制宜推廣蔬菜廢棄物綜合利用技術，促進昆明市實現蔬菜廢棄物的減量化、資源化、無害化。以蔬菜廢棄物就地消納、能量循環、綜合利用為主線，開展綜合政府支持、社會參與、市場運作、分步實施的蔬菜廢棄物資源化利用治理體系，將其形成可推廣、可持續的蔬菜資源化利用模式和機制。