罐式好氧发酵堆肥处理生活、餐厨垃圾及资源化利用的研究

王春雨+陈荣

摘 要：生活垃圾和餐厨垃圾中的有机质高，C/N低，营养元素全面，适用于好氧发酵堆肥。罐式密闭发酵的处理方式，能够有效控制臭气，集中收集处理渗滤液，满足污染物治理达标排放的要求，可回收物质进行资源再利用，堆肥产物能够用于绿化和种植，同时实现“资源化、减量化、无害化”。

关键词：生活垃圾；餐厨垃圾；罐式好氧发酵堆肥

中图分类号：X7 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）21-0024-02

1 垃圾处理规模及成分

1.1 生活垃圾处理规模及成分

延庆地区生活垃圾处理规模为300吨/日。灰土占44.75%，厨余垃圾占36.56%，共占比81.31%；紙类占比6.22%、塑料占比6.44%、织物占比0.47%、玻璃占比0.56%、金属占比0.11%、木竹占比3.31%，这些物质为可回收物质，共占比17.11%；砖瓦和其他占比1.58%。

1.2 餐厨垃圾处理规模及成分

延庆地区餐厨垃圾处理规模50吨/日，含有水、果皮、蔬菜、米面、鱼、肉、骨头以及餐具、塑料、纸巾等。餐厨垃圾占比90.09%、纸张占比0.8%、金属占比0.1%、骨头占比5.2%、木头占比1.01%、塑料占比0.7%，油脂占比2%。糖类、盐分、油脂含量高。

2 处理工艺

好氧发酵堆肥的物料来源于生活垃圾和餐厨垃圾中的有机成分，生活垃圾和餐厨垃圾需要经过预处理后，提取有机物料进行堆肥。堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通风条件下通过微生物的发酵作用，将有机物转变为肥料的过程。在这种堆肥化过程中，有机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质，对环境尤其土壤环境不构成危害，而把堆肥化的产物称为营养土。通气条件下使用好氧性微生物的叫做“好氧堆肥”。反应温度一般在50～60℃，极限可达80～90℃，故亦称为“高温堆肥”。垃圾好氧堆肥在大量微生物作用下，使垃圾发生的生物转化和氧化分解过程。好氧化分解后，除CO2和水外，主要是硝酸盐、硫酸盐及其他氧化终产物；化学性质稳定，不再进行生化分解；氧化分解过程进行很快，条件适当几天内就可进行完毕。稳定性终产物也没有异味符合卫生条件。

生活垃圾属于混合状态，需要经过分拣、磁选和筛分，将资源化物质（玻璃、纸张、塑料、金属等）回收再利用，灰土及无机物质被分选出来后进行填埋处理，有机物质进入好氧发酵堆肥系统。餐厨垃圾单独进行前处理，经过筛分、磁选、压榨提取资源化物质，如塑料、油脂等，水分集中收集处理，剩余物料进入堆肥系统。

生活、餐厨垃圾经过预处理，混合后，进入发酵制肥系统。经过一级、二级发酵，周期约30天。待物料细碎变形，质量和体积变小，再通过筛分，残渣外运填埋，剩余物料储藏堆放10天，最终变成营养土。为满足每天处理300吨生活垃圾和50吨餐厨垃圾的工艺要求，设置发酵罐10个，每个罐体有效填充容积168m3。该系统由物料混合系统、发酵罐系统、进出物料系统以及强制供氧系统等组成。

3 物料发酵的影响因素及调整措施

进罐原料进入发酵设施前，必须进行物料调节。

3.1 温度及氧气

堆肥过程中温度的变化受堆肥原料、C/N、pH值、通气性、水分含量等多种因素的共同影响，但都会经历升温、高温、降温、腐熟四个阶段。堆肥初期，随着微生物降解堆料中的有机物并释放出大量的热量，会使堆体温度上升。高温阶段，微生物不断消耗堆肥中的营养物质和其它水溶性组分，不断生长和繁殖，持续放出大量的热量，因而高温阶段会持续一段较长的时间，随着堆肥的进行，有机质成分被逐渐分解，温度逐渐下降，进入“降温期”，当有机质几乎被完全分解后，进入“稳定腐熟期”。

在好氧堆肥实际运行过程中，供风系统的通气量是重要的工艺参数，在供风系统设备条件确定以后，通气量受控于堆体的通气能力，主要是堆体的粒度和含水率。在堆肥发酵后期达到腐熟后，堆体的通气能力也会下降。排气成分的氧气浓度反映了供气中剩余的氧气，微生物的活动和氧化分解的强度确定后，氧气消耗量和二氧化碳产生量都是确定的。供风系统的通气量愈大，排气中氧气分压愈大，二氧化碳浓度愈小，因此常根据空气量和排气成分评价堆肥发酵的情况，排气中氧气分压大于14%，则表示空气中氧的消耗不到13%，最佳排气氧气浓度为14%-17%，如排气中氧气体积浓度降至10%则表示好氧发酵停止，如用排气中二氧化碳浓度来代替氧气浓度作为监测参数，则最佳CO的体积浓度应为3%-6%。控制供风系统的通气量，避免过度通气，是因为考虑运行能耗、通风降低堆肥温度、通风形成水分蒸发等因素。

一级发酵堆层温度控制在60℃左右，二级发酵堆层温度控制在50℃左右，稳定化阶段堆层温度控制在40℃左右。如果温度升高，采取非连续通风的办法，进行降温，每立方米垃圾风量宜为0.2Nm3/min，堆体每升高1m，风压增加1000-1500Pa。如果温度过低，采取增加曝气的办法，促进物料发酵升温。通风和曝气时，注意空气均匀走向，避免偏流现象。

3.2 水分及辅料

堆肥中微生物的生长繁殖、有机物的分解，水是不可缺少的条件。进罐原料含水率控制在40%至60%，超出含水率需进行水分调节，堆肥过程的含水率一方面由于渗滤液收集和回灌和有机物的氧化分解产生水分而增加，另一方面由于通风作用以水蒸气的形式挥发而降低，含水率的变化是这两方面因素作用的结果。含水率的高低反过来又会影响微生物的氧化分解反应速率和通气效率。

当含水率较高时，通过添加锯末或稻草、麦秸、稻壳等辅料或通风散热措施调整水分。每吨混合垃圾添加辅料约0.16吨。当含水率较低时，通过回喷污水或者增加中水的措施，调整含水率。

3.3 停留时间

一级发酵、二级发酵阶段停留时间分别至少为10天，腐熟稳定化阶段停留时间为15-20天。详细、准确记录进出料时间。

3.4 布料

发酵罐上部设有均匀布料装置，采用由上至下的布料方式，物料输送速度缓慢，不能过快，防止物料层厚不等，最大限度保障料层高度均匀。物料堆高为3-5m。

4 指标

调节上述影响因素达到进料和出料要求，发酵中止，产物为营养土。经过一年的实验测定，指标最大值和最小值如下，数据满足了现行国家标准。罐式好氧发酵堆肥产生的营养土不含有有毒、腐蝕性、放射性等污染环境的物质，达到无害化卫生要求。

4.1 碳氮比

一级发酵原料碳氮比为21：1-25：1，营养土碳氮比15：1-18：1。

4.2 PH

一级发酵原料PH为6.5-9，营养土PH为6.8-7.9。

4.3 有机质

一级发酵原料易腐有机质含量50%-70%，营养土有机质80%。

4.4 含水率

一级发酵原料含水率为40%-60%，营养土含水率25%-35%。

4.5 重金属

营养土重金属含量为：总镉≤3mg/kg，总汞≤5mg/kg，总铅≤100mg/kg，总铬≤300mg/kg，总砷≤30mg/kg。

4.6 其他

营养土含有：杂物≤3%，粒度≤12%，总氮≥0.5%，总磷≥0.3%，总钾≥1。

4.7 水质指标

渗滤液原液指标：CODcr（mg/L）≤35000，BOD5（mg/L）≤15000，NH4-N（mg/L）≤1000，TN（mg/L）≤2000，SS（mg/L）≤2500，水温35℃，pH6～9。

处理后出水指标：CODcr（mg/L）≤30，BOD5（mg/L）≤6，NH4-N（mg/L）≤1.5（2.5），SS（mg/L）≤5，水温35℃，pH6～9，色度15，总磷（以P计）≤0.3。

5 “三化”效果

好氧发酵法处理生活垃圾和餐厨垃圾，经测算实现了垃圾“资源化”、“减量化”、“无害化”。

5.1 资源化

通过细化分选和深度处理，如金属、纸张、塑料、油脂、营养土、沼气等可资源化物质得到了回收利用。按照每日处理300吨生活垃圾和50吨餐厨垃圾核算，资源化年产量为：金属年产量约为60吨，相当于生产60吨轿车所需的钢材；纸张年产180余吨，相当于生产1万余箱A4纸；塑料年产40余吨，相当于生产30万个塑料盆；油脂年产约20万吨，可生产10万余块肥皂；营养土年产量1万余吨，相当于2000吨复合肥；填埋气和沼气年产10万立方，能够满足300户居民一年的炊事用气，也可作为锅炉燃料。

5.2 减量化

通过工艺处理，卫生填埋的生活垃圾减少50%，餐厨垃圾减少90%，残渣大大减少，延长了填埋场的使用寿命。垃圾渗滤液每天产生量为120吨，处理后，达到中水标准，年产中水7000余吨，节约了天然水资源。

5.3 无害化

罐式好氧发酵工艺可以有效改善原生垃圾填埋现状，且该工艺除臭效果好，对周边影响小，占地少，易于实施。工艺处理过程中产生的氨气、硫化氢等物质，经过先进的符合光催化和化学处理，转化为氮气和水等无害物质。产生的渗滤液经过物理、化学、生物等综合处理，达到北京市地方标准，用于草坪绿化灌溉、车辆及道路清洗。

参考文献：

[1]张俊超.立式好氧发酵罐在处理城市固体废物中的实践应用[J].安徽农业科学，2015（03）.