餐厨垃圾与园林植物废弃物混合堆肥工艺研究

李化山等

摘要

[目的] 研究混合原料中园林植物废弃物不同质量比对餐厨垃圾快速堆肥效果的影响。[方法]以餐厨垃圾与园林植物废弃物为原料，采用静态好氧堆肥技术。[结果]餐厨垃圾质量比为80%，堆肥效果最好，减重减容及有机质降解效果均较好，减容率为27.14%，减重率为35.13%，有机质降解率为11.54%。发酵结束后的第1组、第2组、第3组的C/N比均下降到15～20以下，而第4组略微超出此范围，前3组基本上可判定堆肥混合料已达到腐熟。堆肥过程中4组堆体温度均在第3天出现最大值，而CO2体积分数均在第4天出现最大值，相反的是氧浓度均在第4天出现最小值。[结论] 该研究结果可为餐厨垃圾与绿化废弃物资源化利用提供理论依据。

关键词 餐厨垃圾；园林植物废弃物；混合堆肥；堆肥效果；腐熟指标

中图分类号S141.8；X705文献标识码A文章编号0517-6611（2014）28-09745-04

CoComposting of Kitchen Waste and Garden Plant Waste

LI Huashan， YU Guanghui， LI Shigang et al

（Shenzhen Techand Ecology & Environment Co.， Ltd. Shenzhen， Guangdong 518040）

Abstract[Objective] To study the effect of garden plant waste in different ratio on kitchen waste rapid composting. [Method] The treatment experiment used the aerobic static compost technique. [Result]The results showed that the best composting results can be obtained when kitchen waste used at a ratio of 80% of the total mass， with final weightloss of 35.13%， volumeloss of 27.14%， organic matterloss of 11.54%. The C/N ratio of the first three groups dropped to less than 15-20， while， the fourth group beyond that range slightly， it illustrated the first three groups were arrived at the standard of ripe composting. Stack temperature in different groups were the highest on the third day. However， the maximum volume fraction of CO2 occurred on the fourth day. On the contrary， the minimum oxygen concentration appeared on the fourth day. [Conclusion] The study provides theoretical basis for the recycling use of kitchen waste and garden plant waste.

Key wordsKitchen waste； Garden plant waste； Cocomposting； Composting quality； Rotten index

深圳市餐厨垃圾的产生量约2 000 t/d。深圳市餐厨垃圾无害化处理率较低，资源化应用较少，易造成环境污染和疾病传播，并且存在被用作提炼地沟油的可能，威胁大众食品安全。同时，深圳市每年产生的植物废弃物就有约10万t，而焚烧1 t园林植物废弃物产生的CO2为230 kg，则深圳每年焚烧植物废弃物产生的CO2就有2.3万t，成为新世纪碳减排工作的一大阻力。因此，对于这些大量的园林植物废弃物，如果不采取有效措施而随意处理，那么不仅会影响城市面貌，而且会造成不同程度的环境污染。

由于餐厨垃圾具有较高的含水率、有机质含量，营养物质较高，但是因其较高的油脂含量，易腐烂，并且含有大量的致病菌，因此对餐厨垃圾进行回收利用存在较大困难。而园林植物废弃物具有较高的C/N，并且结构疏松，可以解决餐厨垃圾较黏稠、在堆肥中需要外加碳源的问题。将餐厨垃圾和园林植物废弃物进行混合处理，其堆肥产物可作为有机肥料用于园林、农业生产。但是，目前餐厨垃圾与园林植物废弃物联合堆肥报道较少[1-7]。

绿化废弃物具有抗压实性能好、C/N比较高、吸附性能好等特点，适宜作为餐厨垃圾堆肥调节剂。同时，在发酵完成后，园林植物廢弃物的存在可以降低终产品中盐含量。但是，只有适宜的比例才具有最好的发酵效果，缩短发酵时间，减少二次污染的产生。因此，餐厨垃圾与调节剂的比例是该研究需要解决的问题之一。最佳堆肥参数的确定，即确定堆肥发酵过程中含水率、温度、pH、C/N及有机质含量、CO2排放的变化规律，可为堆肥腐熟时间的确定提供理论依据。餐厨垃圾、园林植物废弃物不同处理方法的优缺点见表1。

1材料与方法

1.1材料

供试餐厨垃圾取自深圳市福田区各饭店中餐和晚餐的食物残余物。餐厨垃圾中主要有油、汤水、水果、蔬菜、米饭、面食、肉、骨头等。供试园林植物废弃物取自深圳市绿化管理处收集的园林植物废弃物，主要成分为落叶、树枝、杂草。

1.2方法

试验采用加入调理剂（园林植物废弃物）的方法。设置4组类别，餐厨垃圾质量比分别为80%、70%、60%、50%，运用一种静态好氧槽式堆肥技术。一个主发酵槽和2个附属系统构成了整个堆肥试验装置。附属系统构成分别为CO2和氧浓度检测系统、温度控制采集系统。CO2和氧浓度测定方法为在发酵槽进出气口、堆体上、中、下部位共8处，每天8：00、14：00和22：00用Altair5天鹰5便携式多种气体检测仪监测CO2体积分数和氧浓度，并且计算出每日平均CO2体积分数和氧浓度。整个试验期为9 d。试验材料基本性质见表1。餐厨垃圾与园林植物废弃物配比见表2。各指标具体测定方法见表3。用Sigmaplot 10.0绘制图表及数据统计分析。

2结果与分析

2.1堆体温度的变化

堆体的温度是反映好氧堆肥的重要参数，也是判断堆肥是否完成以及堆肥产物是否对环境产生污染的重要指标之一[8-9]。好氧堆肥可以划分为3个阶段，即升温阶段、高温阶段、降温和腐熟阶段。①在升温阶段，在嗜温性微生物的分解下，葡萄糖、碳水化合物和脂肪所产生的热量促使堆肥物料温度不断上升；②当堆体温度达到50 ℃以上，堆肥过程进入高温阶段，高嗜温性微生物在高温条件下受到限制甚至死亡，嗜热性微生物（真菌、放线菌等）成为主体，继续分解残留的有机物以及纤维素、半纤维素等复杂有机物；③经过一段高温期，堆肥进入降温和腐熟阶段，此时堆肥物料发酵基本完成，随着温度的降低，嗜温性微生物又成为主体，对残余的较难分解的有机物作进一步的分解，堆体温度继续下降且趋于一个稳定状态。

从图1可以看出，4组餐厨垃圾与园林植物废弃物混合堆肥物料温度均在第1天迅速升高，并且均在第3天达到最高，分别为70.1、72.2、74.2、75.3 ℃，高温期均持续了4 d，均在第9天出现稳定，分别为30.6、32.2、30.1、32.8 ℃，均低于35 ℃以下并且接近于室温，说明堆肥过程基本完成。

图1堆肥过程中各组堆体温度的变化

2.2含水率的变化

水分作为可溶性营养物的载体，满足微生物代谢和生理活动所需。水分还能参与微生物的新陈代谢及有机物的溶解，并且可以通过蒸发带走热量，调节堆肥混合料的温度[10]。相关研究发现，在堆肥腐熟过程中，最有利于微生物分解活动的最佳含水率为50%～60%[11]。含水率过低或过高都对堆肥过程产生影响。当含水率较高时，堆肥混合料间的空隙变小，空气的流通性变差，局部产生厌氧状态，进而产生恶臭气体；当含水率较低时，堆肥混合料过早干化，影响微生物活性，导致堆肥物料不完全腐熟，降低了堆肥产品的质量[12]。

由图2可知，第1～4组初始含水率分别为60.55%、54.77%、48.98%、43.19%，发酵结束后含水率分别为40.19%、37.16%、30.14%、23.23%，水分去除率分别为33.63%、32.15%、38.46%、46.21%，第4组的水分去除率最高。这是由于第4组餐厨垃圾比例最小，而具有较高自由水的园林植物废弃物所占比例较高，所以水分容易蒸发散失。

图2堆肥过程中各组含水率的变化

2.3挥发性有机质含量的变化

有机质为微生物的生存和繁殖提供营养，因此有机质含量的变化能反映堆肥完成的进程，并且有机质的降解率可以用来判定堆肥的腐熟程度[13]。以往研究发现，堆肥混合料最佳的有机质含量为20%～80%[14]。

由图3可知，在堆肥过程中4组总挥发性有机质初始含量均较高，分别为61.25%、63.75%、66.25%、68.75%，但经过发酵之后，下降幅度不大，发酵结束后有机质含量分别为54.18%、57.55%、61.78%、64.85%，有机质降解率分别为11.54%、9.7%、6.7%、5.7%，第4组降解率最低，第1组最高。原因可能是第4组的园林植物废弃物的比例较高，其中园林植物废弃物的大部分有机质为较难分解的木质素和纤维素，而第1组的含有易降解的成分较多的餐厨垃圾比例较高。

图3堆肥过程中各组挥发性有机质含量的变化

2.4C/N比的变化

堆肥混合料中碳源是微生物的能源，被微生物分解为CO2和腐殖质等物质；氮源作为微生物的营养物质，被微生物分解为NH3，硝酸盐和亚硝酸盐由生物体同化吸收[15]。堆肥混合料C/N比初始为25～30。当发酵堆肥结束时，C/N比下降到15～20以下，则可判定堆肥混合料已达到腐熟[16-17]。

由图4可知，发酵结束后的第1～3组的C/N比均下降到15～20以下，而第4组略微超出此范围，原因可能是第4组含水率较低，较难分解园林植物废物含量较高，而易腐的餐厨垃圾较少，从而导致混合堆料未能充分发酵。

图4各组堆肥过程中C/N比的变化

2.5氧浓度的变化

在高温好氧堆肥过程中，氧气浓度反映微生物生命活动的状态，并且与堆体温度、CO2气体的排放、堆肥质量等生物化学过程有着密切关系，因此氧气浓度是影响堆肥质量的重要因素[18-19]。由图5可知，4组试验氧浓度变化趨势基本上与温度变化呈相反趋势，在温度高的时候微生物活动强烈，耗氧较多，氧浓度最低，随着发酵的完成，各组氧浓度逐渐回升并保持稳定。

图5堆肥过程中各组氧浓度的变化

2.6pH的变化

由图6可知，随着堆肥腐熟的进行，各组试验pH 均呈先上升后保持稳定的趋势，先期的给氧充分，堆肥产生有机酸被迅速转化为 CO2 和H2O释放，而含氮有机物被微生物大量分解产生氨氮，导致pH升高。已有研究发现，当pH范围为6.7～9.0时，堆肥过程中微生物可以保持较高活性[16]，从而为微生物提供一个适宜的酸碱环境，既可以促进有机物的降解，又可以减少堆肥过程中氨氮的损失，从而保留堆肥混合料中有效氮，提高堆肥腐熟的程度。

图6堆肥过程中各组pH的变化

2.7CO2体积分数的变化

由图7可知，4组混合堆肥物料的CO2体积分数变化趋势大致相同，均在第1天迅速升高，都经历了低温上升阶段（25～50 ℃）、高温迅速增加阶段（>50 ℃）和降温趋于平缓阶段（30～50 ℃）。在堆肥开始的1～2 d内，由于在试验开始时发酵槽是充满空气并且含有一定量的CO2，使得堆肥开始时CO2体积分数呈上升趋势，在堆肥的第3～4天属于后高温时期，微生物活动较活跃并且繁殖数量较多，微生物呼吸较大，有机物的降解较快，CO2体积分数达到最大值，4组数值分别为8.7%、8.1%、7.9%、7.9%。

3结论

研究表明，4组试验基本上均能对餐厨垃圾进行有效无害化处理，添加园林植物废弃物能有效地促进餐厨垃圾的降解；餐厨垃圾与园林植物废弃物质量比为80%，堆肥效果最好，减重、减容有机质降解效果较好，减容率为27.14%，减重率为35.13%，有机质降解率为11.54%；4组试验的氧浓度均在第4天出现最小值，并且其变化趋势基本上与温度变化呈相反趋势；4组堆肥过程中堆体温度均在第3天出现最大值，而CO2体积分数均在第4天出现最大值；发酵结束后的第1组、第2组、第3组C/N比均下降到15～20以下，而第4组略超出此范围，基本上可判定堆肥混合料已达到腐熟。

随着《深圳市餐厨垃圾管理办法》的出台及深圳市餐厨垃圾收集管理系统的完善，餐厨垃圾的收集將更为规范，为深圳市餐厨垃圾资源化利用创造了良好条件，资源化利用潜力巨大。在这一背景下，开展餐厨垃圾与绿化废弃物共堆肥研究在餐厨垃圾无害化处理的同时实现资源化利用，减少由餐厨垃圾带来的环境污染或由其处理不当造成的环境污染或疾病传播，并且实现餐厨垃圾的资源化利用，降低餐厨垃圾处理成本，降低政府为餐厨垃圾处理经费支出，发展深圳市循环经济，为改善深圳市人居环境做出贡献。

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