园林绿化废弃物堆肥处理关键技术与设备研究

闫 飞，吴德胜，孙长征，肖士军，梁 浩，李 鹏

(1.中机华丰科技有限公司，北京 100083；2.中国农业机械化科学研究院，北京 100083；3.现代农装科技股份有限公司，北京 100083)

园林绿化废弃物堆肥处理关键技术与设备研究

闫 飞1，吴德胜2，孙长征2，肖士军3，梁 浩3，李 鹏3

(1.中机华丰科技有限公司，北京 100083；2.中国农业机械化科学研究院，北京 100083；3.现代农装科技股份有限公司，北京 100083)

分析了我国处理园林绿化废弃物和发展新型处理技术的必要性。根据园林绿化废弃物的特性提出了废弃物堆肥和后加工处理工艺技术，其中主要包括反应器好氧发酵堆肥技术和有机覆盖物、有机肥、育苗基质加工工艺技术，并围绕工艺技术详细阐述了关键核心处理设备及其功能特点，对国内外开展园林绿化废弃物资源化处理具有一定的参考价值。

园林绿化废弃物；堆肥；有机覆盖物；有机肥；育苗基质；堆肥反应器

1 园林绿化废弃物处理的必要性

园林绿化废弃物是指园林植物自然凋落或人工修剪所产生的植物枝干、根茎、落叶、草屑及其它绿化修剪物等[1]。2016年3月全国绿化委员会发布的《2015年中国国土绿化状况公报》显示，截至2015年底，全国城市建成区绿地率达36.34%；人均公园绿地面积达13.16 m2，比2014年增加0.56 m2；城市建成区园林绿地面积为188.8万公顷，城市公园绿地面积为60.6万hm2，城市公园数量增至13662个[2]。园林绿化水平已成为衡量城市现代化水平的质量指标，城市园林绿化建设水平是城市形象的代表，是城市文明的象征。但是，绿化建设的同时，随之而来的就是大量园林绿化废弃物的增加，使得我国处理城市园林绿化废弃物的现状不容乐观。需要采取强有力的措施来控制和管理园林绿化废弃物，以形成一个良好的园林绿化生产环境[3]。绿化废弃物急剧的增多，由于得不到合理地回收利用，大部分随生活垃圾处理，破坏了土壤的生态循环，使土壤肥力逐年下降，环境污染问题突出。因此，对于有机质含量高、有害成分低、可利用性强的绿化废弃物而言，如何实现绿化废弃物的资源化利用，已经成为目前科学研究的重点，是低碳生态园林城市建设和管理的现实需要[4～6]。

2 发展园林绿化废弃物堆肥处理新技术的必要性

如何处理城市园林生态系统中的废弃物，避免使之遗弃于环境，加重环境负担，是摆在每一个园林工作者面前的一个现实问题。我国园林绿化废弃物处理技术不先进，受政策、资金和技术等多方面的影响，目前国内大部分城市的园林绿化废弃物仍然采用填埋或焚烧等途径处理，也有一些地方将之加工成堆肥，但技术设备仍然不成熟[6]。在欧美、日本等发达国家，园林绿化废弃物再处理已经发展成为相当成熟的产业，产品出路多样，可以加工处理为绿地覆盖物、有机肥等多种产品，以满足不同的需求。园林绿色废弃物的循环利用即堆肥生产具有保护环境、节约能源、投资少、运行费用低、回报高等优点，因此国外大多采用堆肥方式处理园林绿色废弃物[7～9]。近些年，在国内一些省市，如北京，上海等城区建成了几座大型的园林绿化废弃物集中处理堆肥场，有一定的效果，但仍然存在一定的问题。随着社会经济的发展和城市化进程的加快，土地资源日益紧缺，环保压力加大，现有的堆肥工艺和设备弊端也逐步显现：发酵周期长、占地面积大、过程控制力差、臭气污染多、易造成环境二次污染等。因此，园林绿化废弃物处理急需一种堆肥周期短、占地面积小、臭气易于收集控制的堆肥发酵装置和技术。所以，探索新的堆肥处理装备和技术，拓宽堆肥产品出路，是解决园林废弃物处理的技术难点且势在必行。

3 园林绿化废弃物处理工艺路线

研究提出的园林绿化废弃物处理工艺路线采用“反应器好氧堆肥发酵技术+有机覆盖物/有机肥/育苗基质相结合生产技术”，主要分为堆肥好氧发酵工艺技术和堆肥后再加工工艺技术。如图1所示，首先按照园林绿化废弃物的种类和外形尺寸分别处理，直径大于20 mm的需要先切片再粉碎；枝干、根茎类废弃物直径小于20 mm的以及落叶、草屑、花败、水草等直接进行粉碎；粉碎后的物料添加一定比例尿素调节物料的碳氮比和微生物菌剂促进发酵，然后将各种带发酵原料送入堆肥反应器，进行好氧发酵，堆肥反应器内设置有强制性机械搅拌机构和自动通风充氧曝气系统，经过7～10 d连续作业，物料得到水分降低，灭除有害病原菌、草籽等，达到无害化、稳定化的要求，成为待处理半成品；然后将半成品送到有机筛分环节，分别得到筛上物和筛下物，筛上物制作成有机覆盖物；筛下物既可以直接作为粉状有机肥使用，可直接用于农林业、园林绿化和土地复垦等，也可以将其进一步加工成颗粒状有机肥及有机无机复混肥等商品性产品，颗粒制肥加工环节主要包括配料、混合、制粒、烘干、冷却、筛分和打包等；还可以通过配料混合，添加珍珠岩、蛭石等基质原料加工成各种专用育苗基质。

图1 园林废弃物处理工艺路线

4 园林绿化废弃物堆肥处理关键工艺技术

园林绿化废弃物处理工艺技术的方案融入了反应器好氧堆肥发酵和一线多产品加工等关键新技术，解决了以往园林废弃物好氧堆肥处理面临的诸多问题，通过工艺设置和设备配套丰富了废弃物资源化后的出路，相关产品达到行业和国家标准。

4.1 堆肥反应器好氧发酵处理技术

好氧高温堆肥发酵是园林绿化废弃物无害化、资源化处理的一个主要途径，是制造育苗基质和有机肥的常用方法。传统的堆肥方法主要有条垛式、槽式发酵、密闭式发酵方式，结合园林行业的现实情况和园林绿化废弃物的理化特性，通过工艺比较，笔者研究开发出的新型立式堆肥反应器用于园林绿化废弃物的好氧发酵，堆肥反应器好氧发酵技术占地面积小，仅为槽式发酵的20%～25%，处理周期短，可减少物料存放时间。由于其一体式的设计，大大降低设备维护难度及人员配置，臭味也能得到很好的控制，同时还具有操作简便、处理费用低的优势。

工作时，经粉碎处理后的园林绿化废弃物，直接加入反应器中进行好氧发酵，发酵时的温度可达到70～80℃，可以保证杀死各种病原菌和草籽等。与此同时，开动曝气系统补充新鲜空气，并通过设置在反应器内部的搅拌装置运转使物料充分混匀和分散，经过7～15 d的发酵周期，物料水分下降，物料完成腐熟，实现无害化和资源化。发酵过程中，通过对原料的水分和热值的监测，调节原料的进料量，无论是高水分还是低水分的原料，都可以进行高温好氧发酵处理；此外，堆肥反应器可随时接料，随时出料，集物料日常收集、存贮和发酵处理于一体；既可批量生产，也可以连续发酵，连续发酵时，可实现每天进料与出料；此外，反应器整体密闭，需处理的臭气量大幅度下降，大大减小了尾气处理带来的投资；整个反应器结构上非常紧凑，实际应用中不需建设厂房，固定投资小；生产过程中，操作相当简便，定时翻料与曝气，可做到无人值守，整个一台设备相当于一座工厂，环境负面影响小，可以有效、完美的和园林景观融为一体，代表着堆肥工艺未来发展的趋势。

4.2 园林绿化废弃物堆肥后再加工技术

园林废弃物堆肥后再加工技术是指废弃物堆肥后，堆肥物料的资源化利用途径。由于园林绿化废弃物主要的成分是纤维素、半纤维素、木质素等，虽然有机质含量极高，但很难彻底降解，尤其是木质素很难降解。结合物料特性，探索不同出路，通过对工艺路线的设置和设备配套的选择，将发酵后的物料可加工成有机覆盖物、有机肥、育苗基质三类产品。

4.2.1 有机覆盖物加工技术

由图1可知，园林废弃物处理加工有机覆盖物工艺流程为：枝干、根茎、落叶、草屑收集→破碎→粉碎→加入发酵菌剂、尿素→进入堆肥反应器→好氧发酵→搅拌、曝气→腐熟→有机筛分→筛上物→有机覆盖物。

研究中粉碎后的园林废弃物在堆肥反应器经过高温发酵，有效地杀死了物料中的病原菌、草籽等有害物质，经过筛分后，尺寸较大、发酵不彻底木片等筛上物，被分离出，用作有机覆盖物。这种有机覆盖物经过了堆肥的高温好氧发酵处理，物料水分降低、密度增加、病原菌灭除，使用在园林绿化当中有更好的保持土壤湿润性，增加土壤肥力，减少扬尘等作用。

4.2.2 有机肥加工技术

由图1可知，园林废弃物处理加工有机肥工艺流程为：枝干、根茎、落叶、草屑收集→破碎→粉碎→加入发酵菌剂、尿素→进入堆肥反应器→好氧发酵→搅拌、曝气→腐熟→有机筛分→筛下物→堆肥成品→粉状有机肥→配料混合→制粒→磨圆→烘干→冷却→筛分→包装→颗粒有机肥。

发酵好的堆肥产品，可以用来制作各种有机肥料。经筛分机分离得到的筛下物，粒径均一、外观好，可以直接做成粉状有机肥，直接使用；也可以输送至后续颗粒制肥线，经配料混合、制粒、烘干、冷却、筛分加工成颗粒有机肥、生物有机肥、有机无机复混肥。笔者的研究采用新近研发的新一代挤压制粒法，有效地克服了园林绿化废弃物木质素含量较高，难以成型的特点，解决了其它制粒成型工艺的缺陷，使颗粒成型率提高到95%以上，成品颗粒外观均匀不易破碎，而且最大的优点是制粒过程无需加水，后期颗粒烘干成本低，每吨成品加工成本约降低20%左右，节能效果显著。

4.2.3 育苗基质加工技术

由图1可知，园林废弃物处理加工育苗基质工艺流程为：枝干、根茎、落叶、草屑收集→破碎→粉碎→加入发酵菌剂、尿素→进入堆肥反应器→好氧发酵→搅拌、曝气→腐熟→有机筛分→粉状堆肥产品→加入珍珠岩、蛭石等→配料混合→包装→育苗基质。

经过充分腐熟后的园林绿化废弃物可以用于育苗基质的生产，但由于各种苗木的生活生长习性不同，单一的基质无法满足各类苗木的生长所需，因此，在基质生产过程中，依据一定的配比配制成不同组分的育苗基质。研究中配备配料混合环节，能够实现对配方中各种原料准确计量、配比并进行有效和充分地混合，保证了基质肥料产品的养分均衡，减少了基质颗粒破碎，保证了基质产品的孔隙率，透水性和透气性。

5 配套园林绿化废弃物处理系统核心设备

5.1 园林废弃物粉碎设备

针对不同的原料可以配套不同形式的粉碎设备，适应园林废弃物需要对短期内集中的大量原料快速实现减量化处理的特点。

5.2 好氧发酵堆肥设备

5.2.1 堆肥反应器

堆肥反应器主要由反应器机架、仓体、上料系统、搅拌曝气系统、传动系统等构件组成。原料通过上料器送入反应器仓体内，设备对其定期搅拌、曝气，经过一段时间的发酵后，腐熟的物料从下方的出料口卸出，实现无害化处理和资源化利用。反应器外壳采用双层保温结构，因密封处理，热量损失少，发酵时间短；发酵壳体采用特殊材料处理，防腐、耐久性能好；设备可安装在室外，一台设备相当于一座工厂，壳体可做成不同颜色，与园林风景有机结合，造型美观；管理和操作方便，节省人工。

5.2.2 生物除臭系统

反应器配套生物除臭系统，臭气进入生物除臭器后，由喷淋装置进行加湿(具有除臭作用)，然后经过三层生物填料过滤层，臭气被吸附分解后排出；采用可拆卸式结构，便于内部检修和更换生物填料；通过喷淋+生物填料过滤双重处理，除臭效果好。

5.3 颗粒有机肥制肥设备

5.3.1 配料混合设备

配料可采用计算机自动控制，可配多种原料，动态显示配方，可储存多个配方，配料精度高，便于生产统计和管理。物料混合搅拌采用双轴式混合机，其桨叶结构比较适合黏结性较强的物料，物料不易粘附。

5.3.2 制粒成型设备

制粒成型的作用是将配料混合完备后的物料制成颗粒。园林废弃物发酵后物料含水率达30%以上，且纤维质含量高，成型难。制粒工艺采用新一代平模制粒机，该机对原料水分和粉碎细度要求低，制粒前不用专门的烘干和粉碎，大大节省了能耗，降低运行成本；该机采用大直径压辊，物料均布于压缩室内，造粒稳定，颗粒均匀和颗粒强度明显改善；采用独特的切线出料方式，可有效防止成型后颗粒破碎。

5.3.3 干燥设备

制肥后，干燥采用悬浮式干燥机，该机是一种用来干燥颗粒或小块状物料的干燥设备，适合湿物料进料，干燥过程在完全密封的箱体内进行，劳动条件较好，避免了粉尘外泄对环境的污染。由于外部热气流自下而上穿过筛网及其上的物料层，热质交换均匀、充分、生产效率高，干燥的一致性较好，产品质量好。此外，因为颗粒在干燥机上受到震动比较轻微，物料不易破碎。

5.3.4 冷却系统

配套逆流冷却器，具有如下优点：翻板驱动连杆长度可调，方便调整翻板运行角度；进料口设有分料机构，便于物料在冷却室内均匀分布；采用阻旋式料位器，无电磁干扰现象；采用组合式冷却室，便于磨损更换；喂料器采用减速器结构，运行稳定喂料均匀；占地少，造价低。

5.3.5 筛分包装设备

配套回转式筛分机振动小，噪音低，换筛方便，且装有筛面清理装置。自动包装秤采用微电脑控制，可实现多量程的计量，具有称量精度高、自动夹包、缝包、自动去皮重和检测功能，大大提高了包装的工作效率。

5.4 育苗基质加工设备

采用智能计量混合装置，配比、混合、计量于一体，适于机械化、工厂化生产；独特的混合转子，运转平稳，柔和混合，不损伤物料原有特性，满足基质混合营养均匀、孔隙率及透水性要求； 配置加水系统，通过控制系统可自动完成计量注水，满足基质配方含水率要求；采用PLC自动控制系统，可按配方实时控制配料混合系统、可动态监测设备运行状态，具有配方和批次的设置、修改、存储功能，具有各种不同物料和总产量的班、日、月报表生成和打印功能，方便生产管理。

6 结语

(1)研究方案采用的工艺组合技术有助于提升园林废弃物处理水平。堆肥反应器的应用解决了传统堆肥方式占地面积大、土建投资高、工作环境差等系列问题，堆肥反应器能够有效、完美地和园林景观融为一体，增加了可观赏性，可自成一道风景。

(2)园林废弃物资源化处理技术不仅能极大地改善园林废弃物处理的现状，而且能产生很好的经济和生态效益，为实现中国梦做出应有的贡献。一方面有效减轻园林废弃物堆放场、填埋场、焚烧场的巨大压力，避免二次污染，节省土地资源；另一方面园林废弃物变废为宝实现资源化再利用，成为可销售的商品，能为园林业提供优质量大的有机覆盖物以改善环境，提供有机肥改善土壤，提供可靠的育苗基质促进育苗发展，进而通过项目运营寻求盈利滚动发展，有效减轻对政府和社会的依赖。

(3)研究中提出的园林废弃物资源化处理成套技术是一个整体方案，包含一系列自主创新技术与新装备的应用，方案可操作性较强，对国内开展园林废弃物资源化处理具有一定的参考作用。

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Research on Key Technology and Equipment of Compost Processing of the Garden Waste

Yan Fei1, Wu Desheng2, Sun Changzheng2, Xiao Shijun3, Liang Hao3, Li Peng3

(1.MAEWellfulIndustriesCo.,Ltd.,Beijing100083; 2.ChineseAcademyofAgriculturalMechanizationSciences,Beijing100083，China; 3.ModernAgriculturalEquipmentCo.,Ltd.(MAE),Beijing100083，China)

This paper analyzed the significance of garden waste processing and the development of new processing technology in China．According to the features of garden waste, the compost&post- processing technology was pointed out, including aerobic fermentation bioreactor technology and manufacture technology of organic mulches, organic fertilizer and substrate. The function characteristics of corresponding key machines were also introduced in detail around the technology, and it hasa certain reference value for garden waste processing at home and abroad.

garden waste; compost; organic mulches; organic fertilizer; substrate; bioreactor

2016-09-09 基金项目：公益性行业(农)科研专经费资助(编号：201303014) 作者简介：闫 飞(1984—)，男，工程师，主要从事农业固体废弃物处理技术和装备的研究工作。

TU993.3

B

1674-9944(2016)19-0031-04