旋转堆肥箱处理蔬菜废弃物效果研究

习佳林++郭阳++张国光++蔡爽++怀颖++孙江

摘要 研究主要针对设施蔬菜生产过程中因病害或虫害等原因产生的少量蔬菜废弃物，采用瑞典JK270旋转堆肥箱对其进行收集，并添加DM菌剂进行好氧堆肥处理试验。结果表明，在充分混合和气温适宜的条件下，堆肥箱通过好氧堆肥可以有效分解蔬菜废弃物，废弃物降解率为50%～57%；堆肥高温能有效杀灭病菌，防止病虫害蔓延；处理周期一般为8～14 d，处理周期主要受废弃物种类、菌剂添加量和环境温度等因素影响；JK270堆肥箱可有效处理3～5个设施温室日常生产过程中和部分蔬菜采收过程中产生的废弃物。

关键词 旋转堆肥箱；蔬菜废弃物；好氧堆肥；处理效果

中图分类号 S141.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0193-03

Abstract The study mainly focused on the small amount of vegetable waste which was caused by the disease or pest in the process of vegetable production. The Swedish JK270 rotary compost bin was used to collect the vegetable waste，and DM bacteria was added to carry out the aerobic composting test. The results showed that under the condition of sufficient mixing and suitable temperature，the compost bin could decompose the vegetable waste efficiently through aerobic composting process，with the composting rate of 50%-57%.The high-temperature composting could effectively kill the bacteria and prevent the spread of the pests and diseases. The processing cycle was usually 8-14 days，which was mainly affected by waste type，the amount of bacteria added，the ambient temperature and other factors. JK270 compost bin could effectively deal with the waste which was produced by daily production process and some vegetable harvest process of 3-5 greenhouses.

Key words rotary compost bin；vegetable waste；aerobic composting；treatment effect

自1988年國家决定实施“菜篮子工程”以来，我国蔬菜事业进入了快速发展的新时期，蔬菜作物种植在农业中所占的比重越来越大，到2000年底我国设施蔬菜面积已发展到140万hm2以上[1]。

随着蔬菜产量的不断增加和对蔬菜品质要求的提高，蔬菜废弃物的产生量也在急剧增加。多种蔬菜如蚕豆、冬笋等的废弃物产生比例已高达60%[2]。据统计，北京2015年的蔬菜废弃物产量大约为200万t，其中70%的废弃物未经任何处理便随意堆放。大量蔬菜废弃物若不进行处理，不仅会造成巨大的资源浪费，还可能成为污染源。在云南滇池流域，产生的蔬菜、花卉废弃物被农民直接丢进沟渠，成为滇池水体富营养化的重要物质来源[3]；蔬菜废弃物很有可能携带病原、虫源，如含有番茄病毒病菌、叶霉病菌等[4]，大多设施蔬菜产地产生的蔬菜废弃物往往随意丢弃，导致病虫害滋生，堆积过程中的渗滤液极易对土壤造成污染[5-6]。因此，蔬菜废弃物的有效处理和资源化利用对蔬菜产业健康发展和环境保护意义重大。

目前，蔬菜废弃物的处理方式主要有以下几种：一是按一般生活垃圾的方式进行填埋、焚烧处理；二是厌氧消化；三是好氧堆肥。厌氧发酵技术是目前一种应用比较广泛的对蔬菜废弃物的处理方式，国内外学者对厌氧发酵技术进行了大量研究[6-12]，其技术特点是能够产生沼气，但是厌氧发酵工艺的成功实施依赖于高效反应器的开发利用，受设施规模的限制，同时存在最终的废水、废渣处理问题。好氧堆肥作为一种有效的有机废弃物资源化处理技术，成为国内外固体废弃物资源化的研究热点[5，13-17]，好氧堆肥堆体温度一般在50～65 ℃范围内，甚至更高。高温可以杀灭病原菌，同时对有机质的降解速度快，是处理蔬菜废弃物的有效方法。本文采用好氧堆肥技术快速处理蔬菜废弃物，通过堆肥箱的旋转实现堆料混匀和供氧，实现蔬菜废弃物快速、安全的处理。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选择花椰菜、草莓和大白菜的废弃物作为原料进行试验研究。试验原料为北京市通州区设施蔬菜生产基地的废弃物，即设施蔬菜生产过程中每天因病害或虫害等原因导致作物植株或果实干枯、腐烂而产生的蔬菜废弃物或蔬菜采收过程中的废弃物。

1.2 试验装置

试验堆肥箱为瑞典JORA JK270堆肥箱（图1）。该箱外形为六面体型，规格为1 130 mm×1 270 mm×698 mm，容量为270 L，分为2个发酵仓，可进行连续处理。堆肥箱有入料口和排气口，并配有密封盖，可人工进行旋转，完成废弃物在堆肥箱内的翻堆、混匀，避免了普通堆肥箱翻堆时病菌传播扩散的潜在风险。

1.3 试验设计

蔬菜废弃物含水率较高，是限制堆肥化处理的因素之一。同时，大部分蔬菜废弃物的C/N比在10以下[18]，而堆肥的C/N比能满足微生物所需的最佳值为25～35[19]，应通过补充碳素材料（含碳较多的物质）的方法调整C/N比在合适的范围内。本试验通过添加木屑调节废弃物含水率和C/N比，并添加DM菌剂进行好氧堆肥的处理。

1.3.1 试验1。连续4 d收集设施内的花椰菜菜叶废弃物，将花椰菜菜叶均匀地切碎为3～4 cm小段，分批加入JK270堆肥箱中，每天加入5 kg菜叶及2.5 kg木屑并手动旋转堆肥箱进行混合。停止添加废弃物后，一次性向堆肥箱内添加0.5 kg DM菌，每天旋转堆肥箱1次，并记录箱内温度，观察废弃物发酵情况，处理周期为12 d。

1.3.2 试验2。花椰菜菜叶不进行切碎处理，直接投入堆肥箱内进行发酵。分4次投入，每次添加5 kg菜叶、2.5 kg木屑和一定量的DM菌剂，并旋转混匀。4次共添加菌剂量为0.5 kg。停止添加废弃物后，每天旋转堆肥箱1次，记录箱内温度，观察废弃物发酵情况，处理周期为8 d。

1.3.3 试验3。一次性向堆肥箱中加入20 kg草莓废弃物（主要为草莓秧和烂果落果）和10 kg木屑，并加入0.5 kg DM菌剂，旋转混匀。由于草莓秧较难处理且外界气温较低，处理效果较差，后补加0.2 kg DM菌剂。每天旋转堆肥箱1次，并记录箱内温度，观察废弃物发酵情况，处理周期为13 d。

1.3.4 试验4。收集大白菜废弃物20 kg，混合10 kg木屑，添加0.5 kg DM菌进行处理，由于试验进行时雾霾天气严重，光照低，外界温度较低，试验开始阶段温度上升不明显，处理效果较差。补加0.5 kg DM菌剂后发酵明显变快，整个处理周期较长，达到14 d。

1.4 分析指标与分析方法

使用美国ONSET公司的HOBO自动温度记录仪记录堆体温度，旋转堆肥箱发酵仓内和堆肥箱外各放置1个HOBO温度计，HOBO设定为每小时采集温度数据1次。通过旋转堆肥箱设置的出料口进行采样，测定堆料含水率和大肠菌群等病原微生物。

采用称重法计算堆肥处理废弃物降解率，分别记录堆肥前后物料的重量，计算降解率。采用烘箱烘干称重法测定含水率，将鲜样在105 ℃下烘干24 h，称量恒重后计算含水率，精确到0.01 g。粪大肠杆菌的测定采用肥料中粪大肠菌群的测定国标方法[20]。

2 结果与分析

2.1 温度的变化情况

从图2可以看出，试验1在开始阶段连续4 d加入蔬菜废弃物和木屑，但是未加入DM菌剂，因而在前4 d温度基本未升高，发酵不明显；在加入菌剂后温度迅速升高，维持一段时间后发酵停止，温度迅速下降到室温，最高温度达到69 ℃。

由试验1的结果可知，添加DM菌剂对于蔬菜废弃物好氧堆肥处理具有关键作用，通过添加菌剂可以有效促进好氧堆肥进程。因此，试验2在开始阶段即同蔬菜废弃物和木屑一起加入了DM发酵菌剂，明显促进了好氧发酵，堆肥箱内温度快速上升，随后快速下降到室温，最高温度为60 ℃（图3）。

试验3进行时，外界气温较低，一次性加入废弃物和菌剂后开始发酵，但是处理前期温度上升并不明显，随后再次添加了0.2 kg菌剂后，温度开始升高，并维持一段时间后开始下降，最高温度只有55 ℃（图4）。

试验4进行时，由于试验时外界气温较低，并且有雾霾出现，设施内光照较差，导致处理过程较慢。前处理阶段添加0.5 kg菌剂后，堆肥箱内温度快速上升，维持较短时间后，随即开始下降，考虑可能是天气原因造成，随后补加0.5 kg菌剂后，温度又出现明显升高，随即又快速下降到室温，反应结束（图5）。

2.2 废弃物降解情况

蔬菜廢弃物收集到旋转堆肥箱进行一段时间好氧处理后，废弃物快速降解，但是不同废弃物在不同条件下的降解情况有所不同。

从表1可以看出，试验1的处理效果比较好，主要是因为试验1中对花椰菜菜叶进行了切碎处理，堆料混合比较均匀，并且试验时外界气温比较高，有利于反应进行，废弃物的降解率为57%；根据试验1的处理效果情况，在试验2过程中未对花椰菜菜叶进行切碎处理，处理完成时，有较大、较硬的茎未被完全处理，有机质降解率为50%；蔬菜废弃物的预处理对好氧堆肥处理效果具有一定的影响，但是考虑成本和操作性，建议较小的蔬菜废弃物可以不进行预处理，直接进行堆肥。试验3和试验4处理过程由于外界气温比较低，好氧发酵比较慢，处理时间比较长，有机物的分解率也偏低，但是4次试验中废弃物的降解率没有显著差异。试验结束后对堆肥产物的含水率进行测定，含水率均在40%左右。

2.3 处理周期和病原微生物检出情况

从表2可以看出，4次试验的处理周期最短的为试验2（8 d），最长的为试验4（14 d），试验1在进行预处理的情况下，处理周期为12 d，主要是因为试验1在开始阶段未添加菌剂，所以在前阶段基本没有处理，在添加菌剂后才开始发酵处理；试验3和试验4处理周期长与外界温度有很大关系，外界气温较低，堆肥箱内最高温度也较低，导致反应缓慢。

卫生学指标是评价堆肥效果的重要参数，当温度高于55 ℃，并且保持3 d以上时，可以杀死大多数病原微生物，部分虫卵和病菌的致死温度和所需时间具体见表3。研究主要对处理产物中的大肠菌群进行了检测，试验1、2、3的处理产物中均没有检测出大肠菌群，说明本次试验堆肥温度和高温维持时间能够有效杀灭虫卵和病菌。试验4的堆肥产物中检出了大肠菌群，可能是由于外界气温比较低，最高堆肥温度无法保持连续较长的时间，达不到大肠菌群致死的条件。

3 结论

目前，蔬菜废弃物处理的研究多为大规模集中好氧发酵处理方式，主要针对蔬菜采收和加工产生的大量废弃物，废弃物的产生比较集中，量比较大。该研究主要针对设施蔬菜生产过程中由于病害或虫害等原因产生少量的废弃物，此类废弃物产生特点是量小、时间分散，针对此类废弃物处理的研究较少。

通过采用旋转堆肥箱连续收集废弃物进行处理试验，掌握了旋转堆肥箱处理蔬菜废弃物时物料与DM菌剂添加比例约为60∶1，在一定范围内，菌剂添加越多，发酵反应越快，废弃物处理周期变短，但是处理成本会增加；菌剂添加较少时，发酵较慢，处理周期长，处理效果不佳。蔬菜废弃物不同，处理周期也有差别，一般为8～14 d，处理周期主要受废弃物种类、菌剂添加量和环境温度等因素影响。不同废弃物处理降解率也有一定的差别，废弃物降解率一般在50%～57%的范围内。一台JK270旋转堆肥箱可满足3～5个设施温室日常生产过程中和部分蔬菜采收过程中的废弃物处理要求。

4 参考文献

[1] 陈碧华，罗庆熙，张政.我国设施蔬菜的生产现状、存在问题及对策[J].河南职业技术师范学院学报，2003，31（1）：29-32.

[2] 宋丽.蔬菜废物两级强化水解厌氧消化实验研究[D].北京：北京化工大学，2010.

[3] 曾咏梅，毛昆明，李永梅，等.微生物菌剂对蔬菜-花卉废弃物直接还田效果的影响：以云南滇池为例[J].安徽农业科学，2006，34（17）：4278-4280.

[4] 吴华圃，胡宁宝，李慧英.番茄病害及其综合防治技术[J].内蒙古农业科技，2007（1）：104-106.

[5] 张相锋，王洪涛，聂永丰，等.高水分蔬菜废物和花卉、鸡舍废物联合堆肥的中试研究[J].环境科学，2003，24（2）：147-151.

[6] 刘广民，董水亮，薛建良，等.蔬菜废弃物厌氧消化特征及固体减量研究[J].环境科学与研究，2009（3）：27-30.

[7] CONVETI A，DELBORGHI A，ZILLI M，et a1.Anaerobic digestion of the vegetable fraction of municipal refuses：mesophilic versus thermophilic conditions[J].Bioprocess Eng，1999，21：371-376.

[8] JOLANUN B，TRIPETCHKUL S，CHIEMCHAISRI C，et al.The Applic-ation of a Fed Batch Reactor for Composting of Vegetable and Fruit Wastes[J].Sic Tech，2005，10：60-69.

[9] 刘广青，张瑞红，HAMED M，等.批式与两相高温厌氧消化厨余和杂草废弃物对比研究[J].中国农业大学学报，2006，11（6）：111-115.

[10] 董永亮.蔬菜废弃物两相厌氧消化特征研究[J].能源环境保护，2011，25（4）：19-23.

[11] 付勝涛，于水利.厌氧消化工艺处理水蔬菜菜废弃物的研究进展[J].中国沼气，2005，23（4）：18-21.

[12] 刘荣厚，王远远，孙辰，等.蔬菜废弃物厌氧发酵制取沼气的试验研究[J].农业工程学报，2008（4）：209-213.

[13] 黄鼎曦，陆文静，王洪涛.农业蔬菜废物处理方法研究进展和探讨[J].环境污染治理技术与设备，2002，3（11）：38-42.

[14] 吴昊，张赣道.生活垃圾生物处理的研究与展望[J].江苏环境科技，2004，17（2）：38-40.

[15] 孙向阳，宋树林.国内外城市生活垃圾处理概况[J].海岸工程，1999，18（4）：92-95.

[16] 陈活虎，品晶，吕凡，等.熟堆肥接种对蔬菜废物中高温好氧降解过程的影响[J].环境化学，2006（4）：444-448.

[17] 张相锋，王洪涛，聂永丰，等.高水分蔬菜和花卉废物序批式进料联合堆肥的中试[J].环境科学，2003，24（5）：146-150.

[18] 席旭东，晋小军，张俊科.蔬菜废弃物快速堆肥方法研究[J].中国土壤与肥料，2010（3）：62-66.

[19] 李国学，李玉春，李彦富.固体废物堆肥化及堆肥添加剂研究进展[J].农业环境科学学报，2003，22（2）：252-256.

[20] 中华人民共和国国家质量检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.粪大肠杆菌测定方法：GB/T 19524.1-2004[S].北京：中国标准出版社，2004.