精细化好氧生物高效处理模式与改进型太阳能堆肥处理模式的对比分析

近年来，农村垃圾治理已成为城乡生态文明建设的主要抓手。2015年，住房和城乡建设部等十部委联合发布了《全面推进农村垃圾治理的指导意见》，提出“适合在农村消纳的垃圾应分类后就地减量。果皮、枝叶、厨余等可降解有机垃圾应就近堆肥，或利用农村沼气设施与畜禽粪便以及秸秆等农业废弃物合并处理”的技术思路。2016年，习近平总书记强调“普遍推行垃圾分类是重大民生工程”，将垃圾分类管理工作提高到前所未有的高度。

堆肥化过程的生物降解和转化产物，是一种受控制的生物降解和转化过程，一般而言堆肥化仅限定于好氧堆肥，如欧盟。目前，应用较为广泛的堆肥化模式分别是：精细化好氧生物高效处理模式和改进型太阳能堆肥处理模式（太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥模式）。本文试从多个角度分析上述两种模式特点和优势，以期给不同地区的政府部门选择生活垃圾分类及资源化模式时提供决策参考。

一、堆肥资源化处理工艺及影响因素

堆肥资源化处置原料主要是分类后的有机废弃物（厨余垃圾、废弃蔬果、枯枝落叶和畜禽粪便等）。好氧堆肥是在有空气的条件下利用好氧微生物分解废弃物中的有机物，其生物过程可分为：高速降解阶段，一般为2-5天，其特征是耗氧速率快、温度较高、挥发性有机物降解速率也快，以及伴随很浓的臭味；然后是熟化阶段（第二阶段），一般为3周左右，其特征则是温度低、耗氧速率低和很淡的臭味。影响堆肥化进程和堆肥质量的因素很多，主要是堆肥物料的大小、堆体温度、通风供氧、碳氮比（C/N）、含水量及接种剂（微生物）等。

二、两种常见的生活垃圾资源化处理模式

1、太阳能堆肥处理模式的不断更新

分类后的有机废弃物（厨余垃圾、废弃蔬果、枯枝落叶和畜禽粪便等）由破碎机进行破碎，进入太阳能堆肥小室后进行腐熟堆肥。期间，充分利用太阳能与垃圾渗滤液回喷技术促进堆肥快速反应。工程池容可根据年有机废弃物产生量（投放量）进行设计，一般按照堆肥时间设置不同的堆肥小室，堆肥小室一般至少3-5个，确保有机废弃物能够轮流进行堆放、发酵，保证完全熟化达到稳定状态。

太阳能普通堆肥处置过程中，由于温度偏低、氧气不足、菌剂未能与物料充分接触等重要缺点，有机废弃物达到稳定状态需要的时间一般较长（大于18个月）。针对这一问题，浙江金华等生活垃圾资源化先行地区，对太阳能普通堆肥处理模式进行了改进。改进的模式主要有两种：

（1）采用普通太阳能辅助加温管道通风好氧堆肥模式。该模式通过太阳能透过玻璃板使垃圾堆肥房骤热升温，并通过布设通风管道，利用出气口和通风口的自然高差，形成气压使好氧菌和物料及时获取氧气，加快分解有机垃圾，制成有机肥料。

（2）采用太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥模式。该模式针对太阳能加温作用下发酵温度仍旧偏低的缺点，尤其是阴雨天或夜晚或春冬季，增加了电加热功能；而且针对自然通风系统氧气供应不足的问题，增加了机械设备充氧功能，以期促进有机废弃物的快速腐熟。

2、精细化好氧生物高效处理模式

分类后的有机废弃物（厨余垃圾、废弃蔬果、枯枝落叶和畜禽粪便等）由破碎—挤压进行破碎和脱水，进入主发酵仓进行生物反应。通过精细化控制反应仓内的温度、通风、搅拌和复合微生物菌剂添加等参数，加速其生化反应时间，加大其对纤维素、淀粉、蛋白质等不同有机成分的生物降解率，1-2日内快速完成一次发酵过程。经过精细化生物处理的固体肥料出料后，在二次堆肥仓库中进行二次发酵。二次发酵的停留时间一般为25天，然后达到腐熟后可在农田施用。

工程规模可视有机废弃物产生量，选择不同的精细化好氧生物高效处置设备，目前处理能力有0.5吨/日、1吨/日、2吨/日和5吨/日等不同型号。

三、两种资源化处理模式比较分析

目前，我国东部地区人口分布相对集中，尤其是城市近郊区。我们选择1500人的典型农村生活垃圾资源化为例，按照人均生活垃圾0.7kg/天计算，其中有机废弃物按照60%计算，则每天生活垃圾产生量可达到630公斤，年有机废弃物量可达到230吨。因此，我们按照日处理1吨/天精细化好氧生物高效处理模式、年处理230吨规模的改进型太阳能堆肥处理模式，即太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥模式进行对比分析。

1、太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥模式工程

有机废弃物的密度按照0.5吨/立方米（国家统计局）计算，年处理230吨工程池容需要460立方米。按堆肥小室高度为2.5m计算，则至少需要占地184平方米，包括其他绿化、道路等面积，占地不得小于250平方米。

2、精细化好氧生物高效处理模式

垃圾站设置原料储存区1处，占地面积约50平方米；垃圾处理站用房1处，占地面积约60平方米；二次堆肥区1处，占地面积约50平方米；总面积约160平方米。

3、对比分析

（1）堆肥过程参数控制条件比较

堆肥物料的大小、堆体温度、通风供氧、碳氮比（C/N）、含水量及接种剂（微生物）等参数控制，对堆肥过程控制至关重要。太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥技术，对于上述堆肥参数未能有效控制，主要存在：（1）发酵过程温度偏低；（2）通风供氧差，由于堆肥小室高度达到2.5米，容易出现堆积情况，因此易出现厌氧状态；（3）接种剂（微生物）与堆肥物料不能很好的充分接触，导致微生物发挥作用有限。因此该模式堆肥过程参数控制较差，严重影响堆肥的顺利进行。

精细化好氧生物高效处置技术，通过机械设备的调控功能，比如破碎+挤压功能、搅拌、加温、充气供养以及添加微生物菌剂等，使有机废弃物的物料尺寸、堆体温度、通风供氧、碳氮比（C/N）、含水量、接种剂（微生物）等各方面，均有益于堆肥生物过程顺利进行，进而达到较好的资源化效果。

（2）堆肥产品质量方面对比分析

太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥模式，由于堆肥过程中对腐熟条件控制太差，堆肥产生需要12个月以上才能达到稳定、腐熟状态。

精细化好氧生物高效处置技术，通过机械设备对堆肥过程的影响因素进行较好的调控，因此堆肥产品质量较好，而且出肥时间约25-30天，极大缩短了有机废弃物资源化时间，总体减量化率达到80%以上，其中有机物质降解率应达到60%以上；并且能够产出合格的资源化有机肥，产品质量符合或优于农业部现行标准《有机肥料》（NY525-2012）的要求。

（3）堆肥处置工程建设和投资比较分析

上述两种模式占地差不多，建筑的投资也差不多，大约12-20万。而太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥模式，只需要电热辅助设备、机械通风设备等，因此设备投入相对便宜，加上建筑约需18-25万元。精细化好氧生物高效处置技术，需要购置精细化好氧堆肥设备，1吨/天处理能力设备及其配套设备约为40万左右，因此包括建筑总计约60万元。

（4）运行成本及工程产出效益比较

太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧模式，运行成本主要是人工、电耗等，费用相对较低，但是由于产出的堆肥肥料质量不合格，导致最终很难产生效益。

精细化好氧生物高效处置技术模式，按照人工、电费、设备折旧等因素核算，每吨有机垃圾处理费用约150元/吨；然后按每吨有机垃圾产生有机肥料20%，有机肥料800元/吨计算，可以达到160元/吨的收益，因此只要对堆肥产品进行政策支持，如农业局优先购置垃圾资源化有机肥，有机肥使用还减少化肥施用、降低农田管护成本、提高作物产量等效果；或者将堆肥产品加工为园林基质等，这有望做到运行成本与效益平衡，同时可有效节约有机垃圾填埋或者处理费用。

四、生活垃圾资源化处理模式建议

通过上述四个方面的全面比较，我们认为：精细化好氧生物高效处置技术明显优于太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥技术，尤其是北方区域（长江以北区域），由于冬春季温度更加低，太阳能+电热辅助加温机械设备通风好氧堆肥技术将更不适宜。在经济条件许可时，建议选用精细化好氧生物高效处置设备，采用机械设备化对有机废弃物进行资源化利用。