一种堆肥和厌氧发酵联合处理模式

武汉市农业科学技术研究院农业机械化科学研究所张唐娟郭翔张俊峰杜铮

一种堆肥和厌氧发酵联合处理模式

武汉市农业科学技术研究院农业机械化科学研究所张唐娟郭翔张俊峰杜铮

本文考察了秸秆和蔬菜废弃物的特性，在此基础上提出一种秸秆堆肥和蔬菜废弃物厌氧发酵联合处理模式，介绍了该模式应用的试验装置，具体实施流程以及应用的优点和注意事项。

秸秆；蔬菜废弃物；厌氧好氧联合发酵

我国是农作物秸秆生产大国，每年秸秆产量理论值为9亿t左右，传统处理方式普遍采用露天直接焚烧，每到夏秋收获季节，秸秆露天燃烧产生严重的雾霾，社会影响恶劣。因此，我国出台了全面禁烧政策并印发了《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》（国办法[2008]105号）要求，以期进一步加强对秸秆禁烧的监管，做好秸秆的综合利用工作。自2015年5月1日起，湖北省行政区域内也实施禁止露天焚烧秸秆的要求，作为一种具有多用途的可再生生物质资源，我国对于秸秆的综合利用率逐年提升，2013年已经达到约76%，2014年，国家发改委和农业部编制了《秸秆综合利用技术目录》，提出了秸秆资源肥料化、饲料化、原料化、基料化和燃料化等“五化”利用途径。肥料化还田应用是秸秆综合利用中的重要一块。武汉市每年农作物秸秆产量约250万t，秸秆利用以肥料化还田为主要途径。由于秸秆中纤维素、半纤维素、木质素含量高，若采用厌氧发酵技术直接处理，则其降解速度缓慢，发酵周期长，且易导致发酵液酸化现象，影响厌氧发酵的顺利进行，采用秸秆好氧堆肥处理技术是秸秆资源化利用的有效途径。

中国每年产生1.0～1.5亿t蔬菜废弃物，蔬菜废弃物是蔬菜生产过程中失去商品价值或产品收获后剩余在田间不可食用的叶、根、茎和果实等，这些蔬菜废弃物占到中国城市生活垃圾20%～50%，不仅浪费大量资源，还造成严重的环境污染，而且随着农村产业结构的调整，蔬菜作物的种植量在农作物中所占比重将越来越大。武汉市委、市政府高度重视“菜篮子工程”的实施，2014年，蔬菜播种面积达16.908万hm2，产量702.74万t，产值达192.03亿元，占农业总产值比重达34.3%，成为农业第一大支柱产业（武汉市统计局），依据蔬菜残株与蔬菜产量之比约0.3，可收集利用系数为0.6，可计算出2014年武汉市可收集利用的蔬菜废弃物鲜重达到126.49万t。

我国关于蔬菜废弃物管理和处理对策的系统报道还很少，绝大多数城市的蔬菜生产区域废弃物存在着管理无序、任意丢弃等问题，已经成为垃圾收集、运输和填埋处理的主要污染源，严重影响蔬菜生产园区的环境质量、居民身体健康。蔬菜废弃物由于水分含量高，且生产高峰期正处于高温季节，如果大量堆积，极易腐烂变臭，滋生蚊蝇，成为细菌性或真菌性病害的传染源，致使后茬作物发病，产生一系列的恶性循环。有机成分含量较高，且易于生物降解，经降雨产生的地面径流、冲刷及地下渗漏污染地表水和地下水，极大地威胁着水环境及人类健康安全。蔬菜废弃物对环境的危害，已经成为不可忽视的生态和环境保护的重要问题。蔬菜废弃物的特性尤其是高含水率（一般在90%左右），使得它们适宜采用生物处理工艺。厌氧发酵成为理想的处理途径，既能使蔬菜废弃物回收沼气能源加以利用，又使其变成无害高效有机肥，符合可持续发展的要求。

因此，本文结合农业生产园区实际，针对大量的叶菜类蔬菜废弃物和秸秆直接焚烧、随意堆置，而沼气池发酵原料不足，发酵温度不稳定的问题，提出一种秸秆堆肥和蔬菜废弃物厌氧发酵产气联合进行的模式，旨在为农业生产园区秸秆和蔬菜废弃物的能源化利用提供技术依据。

1 堆肥和厌氧发酵联合处理装置

厌氧发酵池整体置于好氧发酵装置中部，发酵池四周和底部设置有水浴套，出气口连接柔性储气袋。

装置集厌氧和好氧发酵功能为一体，主要包括好氧发酵装置、厌氧发酵池、风机、温度传感器、柔性储气袋，好氧发酵装置上部为敞口式，下部设计有渗滤液收集室，温度传感器置于装置内部，通过温度控制器控制风机的启动，从而调控好氧发酵装置内物料的氧含量和温度。

图1 一种堆肥和厌氧发酵联合发酵装置

2 联合处理模式实施流程

图2 联合处理模式流程图

本模式应用秸秆（玉米秸秆和油菜秸秆，武汉市主产秸秆作物）作为主要发酵原料，添加畜禽粪便混合进行好氧堆肥，厌氧发酵使用畜禽粪便作为启动原料，产气稳定后使用叶菜类的蔬菜废弃物作为添加料。

由于好氧堆肥初期微生物的新陈代谢活动降解易分解物质，从而累积大量发酵热，高温阶段一般可达到50℃，且维持7d以上。而在厌氧发酵的过程中，温度的突然变化（超过5℃）或者极端低温天气下，产气就会发生明显的变化，甚至会导致产气停止。因此可利用好氧发酵产生的高温，为厌氧发酵提供热量，同时好氧发酵物料也可作为保温层，防止厌氧发酵温度的损失，实现了农业废弃物处理环节热资源的循环利用，提高了厌氧发酵液的温度。当好氧堆肥温度趋于室温且翻堆不再出现2次高温时，则视为一次发酵结束，1次发酵结束后的物料，其大部分易分解的有机物料已降解，可作为厌氧发酵的添加料或者进行2次堆置生产有机肥料。

3 联合处理模式优点和注意事项

本模式充分利用厌氧和好氧发酵存在的温度差，在一定程度上可提高厌氧发酵液的温度，装置一体式设计，降低了热量传输过程的能耗损失。

使用水浴作为好氧发酵与厌氧发酵温度交换的缓冲层，温度传递过程更加温和，避免温度波动过大，降低产气菌种的活性。

应用前先在水浴套内充入水温高于10℃的自来水，约充入有效容积的80%。

好氧堆肥过程中，由于物料降解及重力作用下孔隙度的降低，高度会缓慢下降，应适时翻堆并添加新物料。渗滤液收集室的液体应及时排出并回流至物料顶部。

厌氧发酵液浓度不应过高，宜维持在5%～10%之间。

4 总结

本模式提出秸秆堆肥无害化及蔬菜废弃物厌氧消化配套处理技术，应用好氧发酵产生高温直接为蔬菜废弃物厌氧消化提供能源，解决农作物秸秆无处堆放及蔬菜生产园区废弃物的面源污染问题，为秸秆和蔬菜废弃物的无害化处理和资源化利用提供理论和实践依据，符合绿色环保的要求。

2016-11-20）