厨余垃圾堆肥产物的非农业土地应用研究

童 琳，徐长勇，宋 薇

(中国城市建设研究院有限公司 北京 100120)

0 引 言

2019年我国城市生活垃圾年清运量达到2.42亿t[1]，按照经验数据估算，其中家庭厨余垃圾占到40%～60%(如天津51.1%、上海61.7%、深圳44.1%[2-3])，其比例远高于全球的厨余垃圾比例(29%～50%)[4-5]，是当前我国生活垃圾分类中最重要的组成部分，也是我国推行生活垃圾分类工作面临的一个重大问题。

厨余垃圾堆肥处理具有工艺简单、运行成本低，无害化程度相对较高，可因地制宜实现资源化利用等特点，但其堆肥产物的消纳是限制该技术应用的主要因素之一[6]。土地利用是堆肥产物消纳的主要途径，按利用类型可分为农用与非农用(包括园林绿化用、土地改良用和林地用)。鉴于有机固废堆肥产物用于农作物生长使用时存在重金属通过食物链富集进而危害人体健康的风险，采用非农业应用的土地利用方式是解决当前堆肥产物应用问题的有效途径。

1 非农业土地应用的优势和具体方式

1.1 应用优势

1.1.1 规避有害物质进入食物链的潜在风险

目前堆肥农用最大的问题是，其产物中有害物质(主要是重金属)存在随着农作物进入食物链，并在人体富集，危害人体健康的风险。堆肥用于园林绿化等非农业的土地应用则可以规避这种担忧，同时也可以逐渐完善应用市场，进行产业化运作，创造了良好的产业环境。

1.1.2 有效改善土壤质量，促进植物生长

堆肥产物对土壤质量的改善作用主要体现在：①改善土壤物理性质，堆肥中的有机物质可明显改善土壤的结构，使土壤容重下降，孔隙增多，土壤的通气透水性和持水量提高；②改善土壤化学性质，堆肥施入土壤后，可显著提高土壤的阳离子交换(CEC)，改善土壤对酸碱的缓冲能力；③提高土壤微生物活性，使土壤中微生物总量及放线菌所占比例增加，土壤的代谢强度提高，促进土壤肥力的提高；④提高土壤养分含量，增加有机质含量，以及总磷、速效磷含量，提升钾的活性。

1.1.3 非农用土地利用也具有较大的堆肥产物消纳能力

以园林绿化应用为例，我国具有较大面积的园林绿地，包括公园绿地、防护绿地、生产绿地、附属绿地和其他绿地。根据统计，2017年我国已建城市、县城和乡园林绿地面积分别为209.912 0×104hm2、61.026 8×104hm2、4.747 4×104hm2，按有机肥施用量为0.6 t/hm2计算[7]，我国城市、县城和乡绿化建植和养护的肥料需求量分别为125.947 2万t、36.616 1万t和2.848万t左右，总需求量为165.411 7万t。

1.2 具体方式

参考国内其他有机固废堆肥产物应用的情况，在非农业土地利用中，多用于城镇绿地系统或郊区林地的建造和养护，主要有栽培介质土、有机肥料原料、土壤改良材料3种具体方式[8]。

1.2.1 作为植物栽培基质(介质土)

泥炭被应用于花木培育和设施农业生产，但泥炭资源有限且开采破坏环境。堆肥产物处理后的营养元素含量丰富，腐殖质类物质含量高，经合适的调理具有通透性好、持水力强、保肥能力强等特性，可代替泥炭应用于栽培花木与农产品。

1.2.2 作为有机肥料的原料

厨余垃圾中含有大量营养元素、纤维素、半纤维素、脂类物质等，经过堆肥过程后氮磷钾等主要营养元素和微营养元素的含量有效性增高，可作为有机肥的重要原料成分之一，解决化肥大量使用造成的土地生产力退化、通气性变差、微生物活性降低等土壤质量下降问题。

1.2.3 土壤改良剂

堆肥产物对土地土壤的改良主要体现在改善土壤结构和提高土壤肥力上。由于堆肥产物形成的腐殖质投入土壤后能改变土壤的理化性质，如调节土壤pH值、促进团粒结构的形成、增强透水性等，最终可有效减少土壤营养成分的流失，提高土壤的保肥能力。

2 国内外相关标准现状

2.1 国内相关标准现状

目前，国内还没有厨余垃圾堆肥产物的土地利用标准，但有其他相关的一些技术标准，可大致分为肥料相关、土壤相关及市政污泥相关3类，详见表1。

表1 国内相关标准Tab.1 Domestic relevant standards

目前的堆肥产物质量要求通常参照NY 525—2012《有机肥料》，但其未能充分考虑厨余垃圾杂质含量高、营养成分低，更适宜作为土壤介质土而非肥料的特点。与市政污泥相比，厨余垃圾堆肥产物中存在油脂、杂质和盐分含量高，重金属含量低，也不适宜照搬应用其标准。

2.2 国外相关标准现状

国外部分堆肥类的相关标准见表2。

表2 国外堆肥产品标准原料、用途说明表Tab.2 Standard raw materials and usage description of foreign composting products

对国外这些标准研究可知，欧洲的相关产物质量标准最完善，也是要求最严格的，对堆肥产品的卫生、杂质、腐熟度、含水量、粒径、有机质含量、重金属、营养物质(氨氮、可溶钾、可溶氯化物、可溶钠等)和盐分含量、钙以及对产品的参数说明都有明确的规定，并根据堆肥使用方式的不同做出不同的指标值，使堆肥产品能够保证质量并适合市场流通。美国的相关标准中规定了堆肥的重金属、杂质、堆肥检测频率、实验室取样分析的一致性、病原菌、有机污染物、农药含量、含盐量、腐熟度等指标。英国相关标准和欧盟差别不大，加拿大按照堆肥产物质量分成了可供任何土地应用的和限制使用的2类。

受生活及饮食习惯等各方面的影响，国外堆肥原料与我国厨余垃圾有较大差异，故对本研究来说，其主要的借鉴意义在于指标的选取原则以及限值确定依据。

3 主要影响因素研究

通过对国内外相关有机固废堆肥产物应用标准的研究，结合一些其他应用的主要方式，综合考虑，对于厨余垃圾堆肥产物非农业土地应用的影响因素主要有理化性状、营养成分、卫生学要求、二次污染物控制、生物稳定性5个方面。

3.1 理化性状

堆肥产物的物理和化学性状是判断是否腐熟完成的重要指标，主要有外观、pH、水分含量、粒径、杂物含量等。

①从堆肥产品外观看，达到腐熟稳定的产品，一般呈褐色或灰褐色，多为均匀、松散粒状或粉状，无明显臭味及机械杂质。

②为了防止施用pH过高或过低的堆肥产物引起土地的碱化或酸化，国内外相关标准pH一般为6.5～8.5。而且该限值与土壤本身的pH相差不大，施用时对原生土壤的冲击性较小。

③水分含量是指堆肥产物中水分的量度。过于潮湿容易结块，不利于应用时的摊铺，并增加了运输成本；过于干燥易产生灰尘和刺激性气味。理想的产品应不干、不湿、微潮。考虑季节和地域气候的影响，水分含量为30%～60%较佳。

④堆肥产物过大的粒径会妨碍施用和导致水肥流失，破坏土壤结构，故会规定其最大粒径，保证土地不受破坏。国内外对堆肥产物过筛的标准也不相同，如国内城镇污泥堆肥产物多定在10 mm以下，国外一般不超过15 mm，结合厨余垃圾原料情况，其产物粒径宜不大于12 mm。

⑤杂物含量是指混入堆肥产物中的金属、玻璃、陶瓷、塑料、瓦片等杂质的数量。现有标准中CJ/T 309—2009《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》杂物含量限值≤3%，CJ/T 362—2011《城镇污水处理厂污泥处置 林地用泥质》杂物含量限值≤5%。与污泥相比，厨余垃圾中杂质含量较高，建议采用高限值。

3.2 营养成分

堆肥产物通常不被认为是肥料，但它仍可以提供氮磷钾等营养物和微量元素。植物有效磷和钾的一般用P2O5和K2O表示，氮必须矿化成可用形式(NO3-和NH4+)供植物使用。根据NY 525—2012《有机肥料》，总养分以N+P2O5+K2O计。表3是我国相关规范对堆肥产物营养物质的要求，厨余垃圾堆肥产物的养分应不低于这些标准。

表3 现有相关标准养分指标Tab.3 Current standard nutrient indexes

3.3 卫生学要求

卫生学指标主要考虑保证运输和施用等作业过程中相关人员的健康。堆肥原料可能存在致病生物，堆肥产物中也可能含有病原生物，能够在易感人类、动物或植物宿主中产生感染或疾病。我国现有类似标准中，其卫生学指标及限值规定都一致：蛔虫卵死亡率≥95%、粪大肠菌群菌值≥0.01。

3.4 生物稳定性

堆肥产物稳定性判定是评价堆肥过程及堆肥产品质量的重要内容。堆肥必须设置稳定性指标，施用未腐熟堆肥产物会使种植作物受害[9]。通常认为稳定或成熟的堆肥应至少固化21 d，并满足一定的堆体温度、呼吸速率或二氧化碳释放速率等要求[10]。在现有国内外标准中常用种子发芽率来表征堆肥稳定性。如CJ/T 362—2011《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》要求种子发芽指数应＞60%，英国PAS 100—2011规定番茄植株的种子发芽率＞80%。

3.5 二次污染物

堆肥产物中仍可能含有一定量的二次污染物，主要包括重金属、污染性有机物和可溶性盐3类。

①少量重金属元素是植物生长必不可少的，但含量高时会对其产生毒性。目前国内相关标准规范主要针对砷、镉、铬、铜、铅、汞、镍、锌等重金属。考虑到厨余垃圾的产生来源，其重金属含量应低于城镇污泥。表4是其他相关标准的一些重金属含量的要求(非农用)，厨余垃圾堆肥产物重金属含量要求可取其下限。

表4 现有相关标准中重金属指标 (mg/kg/干污泥)Tab.4 Heavy metal indexes in existing relevant standards(unit：mg/kg dry sludge)

②污染性有机物很难降解，且易在土壤或植物中累积，造成一定的植物毒性。而随着社会产品丰富和新材料的使用，厨余垃圾中这类有机物含量也日趋增高。同时，厨余垃圾相对其他固体有机废物盐分含量较高，而过量的可溶性盐对植物具有植物毒性，抑制其生长。

污染性有机物和可溶性盐也是厨余垃圾堆肥产物土地应用的一个重要限制因素。目前国内部分标准规范对该方面也有一些要求，可作为厨余垃圾堆肥产物的相关借鉴，但其具体指标尚不完善，还需进一步研究。

4 结论与建议

①随着生活垃圾分类工作的推进，我国厨余垃圾清运量会出现快速增长，采用堆肥处理将是其有效的处理方式之一。鉴于堆肥产物的消纳是限制堆肥技术推广的重要因素，应加强厨余垃圾堆肥产物的非农业土地应用研究，提升堆肥产物质量，引导其生产与应用，使来源于土地的再次返回土地利用，践行可持续发展与生态文明建设的理念。

②结合国内外在相关领域研究的情况，考虑厨余垃圾堆肥产物养分含量较低、盐分含量高、杂质含量较高等特点，分析其非农业土地应用的影响因素主要是理化性状、营养成分、卫生学要求、生物稳定性和二次污染物控制等方面，且宜将其堆肥产物的具体用途定位为土壤改良剂、栽培介质土或肥料原料。■