沼渣有机肥资源化应用于土壤改良修复的研究进展*

荆卫民，宫江平，刘炳寿，王喜勇，陈 理，姜 黎

（1.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011；2.克拉玛依瑞利康源园林工程有限责任公司；3.中国科学院吐鲁番沙漠植物园；4.中国科学院大学）

近年来，随着我国人民生活水平的不断提高，餐饮业蓬勃发展，伴随着的是餐厨垃圾的产生量明显增加，例如城市每年可产生0.9亿万t餐厨垃圾，其中大部分餐厨垃圾并未被再利用，不仅造成了严重的资源浪费，还制造了环境安全隐患[1-3]。因此，如何利用餐厨垃圾资源是我国当今面对的环境和社会问题。同时，资源化处理利用厨余沼渣的社会和环境问题日益引起相关部门的重视[4-5]。本文重点比较了不同的厨余沼渣资源化处理技术中的优缺点，解析了厨余沼渣制备土壤改良剂或修复剂的应用，为厨余沼渣作为资源被再次利用及对土壤改良、污染土壤修复提供参考。

1 厨余沼渣资源化利用技术

在过去的时代，焚烧和深坑填埋是餐厨垃圾最主要的处理技术，这些处理方式往往忽视了餐厨垃圾具有易引发二次污染的“危害性”及其“资源性”。然而伴随科学技术的不断发展，简单粗暴的餐厨垃圾处理方式被新兴的资源化利用技术所取代。目前，根据餐厨垃圾成分和处理措施，可将厨余沼渣资源化利用方法分为厌氧消化、好氧堆肥、生物柴油、生物塑料、微生物饲料、昆虫养殖等技术，并比较分析了各种处理方法的优缺点。

1.1 厌氧发酵

厌氧发酵技术通常是指厌氧菌在密闭无氧的环境中分解餐厨垃圾中富含的大分子有机质生物。该技术操作简单方便，成本低，但受到限制因素比较多，残渣处理技术还不完善（表1）[1]。

1.2 好氧堆肥

好氧堆肥技术是指好氧微生物利用充足氧气将餐厨垃圾的大分子有机质分解为小分子有机质或无机物，从而得到腐殖质生物肥料的过程。其具有工艺简单、好氧堆肥产品氮含量高等优点，可作为土壤改良或生物复合肥，该技术利用比较普遍。然而好氧堆肥也存在一些缺点（表1）[1-2]。

1.3 生物柴油

生物柴油技术是指先采用物理方法将餐厨垃圾中的动植物油脂分离出来，再采用化学方法转化这些油脂为生物柴油的技术。该技术具有广阔的发展前景，然而实际应用过程中，由于餐厨垃圾的高酸性常常需要消耗大量的碱催化剂（表1）[3]，应用不广泛。

1.4 生物塑料

餐厨垃圾中富含废弃的动植物油，其丰富的有机碳，可以作为制备聚羟基脂肪酸酯（PHA）的原材料。PHA易降解，减少“白色污染”，生物塑料技术在未来还有很大的研究空间，目前尚处于试验阶段（表1）[4]。

1.5 饲料转化

由于餐厨垃圾中富含的动植物蛋白质，可通过生物技术转化为蛋白质饲料原料。饲料转化可根据转化方式和对象分为微生物发酵和昆虫养殖[4]2种。

1.5.1 微生物发酵

微生物发酵技术是指先用餐厨垃圾固态发酵，烘干其蛋白质，制备成可用作蛋白质饲料原料，然后将这些大分子的粗蛋白通过生物发酵裂解为小分子蛋白，再研发为蛋白质饲料。该技术具有许多优点：环保，效益高；但是因受到技术水平限制，同样也存在着许多缺点，见表1[6]。

1.5.2 昆虫养殖

昆虫养殖技术是指利用餐厨垃圾养殖昆虫，然后将其成虫加工成为蛋白质饲料。例如利用餐厨垃圾养殖黑水虻，然后将其成虫转化为蛋白质饲料，该技术具有环保、效益高等优点，但其周期长、操作复杂（表1）[7]。

表1 餐厨垃圾资源化利用技术的优缺点

2 厨余沼渣制备改良剂或修复剂对土壤的修复改良

2.1 改良土壤

2.1.1 提高土壤持水量和通气性

土壤持水量和通气性作为土壤重要的理化指标，对许多物质的转化及植物生长均具有重要作用。研究表明，施加餐厨垃圾堆肥可显著增加土壤最大持水量，降低土壤容重，从而提高土壤的通气性和持水量，明显促进植物的快速生长[8]。

2.1.2 增加土壤养分

施加厨余沼渣肥可明显改善土壤养分。研究表明，长期施用厨余沼渣肥具有明显提高土壤碳汇、改善土壤肥力、降低土壤容重、改良酸性或碱性土壤等作用。此外，土壤酶活性是土壤生物活性和土壤肥力的重要指标，餐厨垃圾制成的有机肥可为微生物生长提供易被利用的碳氮源等营养成分，有效促进土壤中微生物的生长与活动[9]。

2.2 修复污染土壤

2.2.1 修复重金属污染

厨余沼渣经过好氧制备成为堆肥化产物、发酵产物，它们富含大量的有机酸，而这些有机酸能固化土壤中重金属离子，从而改变其有效活度，降低它们在土壤中的毒性；同时，餐厨垃圾发酵液被视为天然螯合剂。研究表明，由餐厨垃圾好氧发酵产生的大量有机酸对重金属离子有络合效果，例如，对Cd、Cu、Pd、Zn、Ni的去除率分别为92.9%、78.8%、34.5%、52.2%和61.2%，其中对Cd、Cu和Ni有明显的去除效果[10]。

2.2.2 修复有机污染土壤

研究表明厨余沼渣通过好氧堆肥，施加到含有硝基苯的土壤中，通过微生物分解作用而去除硝基苯，其含量由69.8 mg/kg下降至5.45 mg/kg，去除率可达92.3%，目前有专利公开了将餐厨垃圾和多环芳烃污染土两者混合堆积发酵，不仅可降低污染土壤中的环芳烃含量，且能消耗城市中大量的餐厨垃圾，节约了这些城市垃圾处理的占地[11]。

3 问题与展望

当前，根据餐厨垃圾的成分有目的选择合适的资源化利用技术，使得餐厨垃圾变废为宝，作为农业重要的生物肥料[12]，然而在实际生产过程中也存在一些问题，针对这些问题提出以下措施。

第一“臭气问题”，是指由于餐厨垃圾堆肥和发酵过程中释放的氨臭或硫臭；解决措施：可在堆肥过程中通过调整水分、pH，加速微生物分解氨臭或硫臭。

第二“致病微生物问题”，餐厨垃圾堆肥未经充分腐熟后，施用土壤会滋生蚊虫等，并有可能导致产品中致病细菌风险，如果人畜食用其土壤生产的农产品，可能会引发健康风险。解决措施：提高堆肥或发酵温度、增加pH可有效解决高致病微生物问题。

第三“重金属污染问题”，餐厨垃圾农用产品中的重金属残留未及时处理，施加到土壤中，人畜食用其土壤生产的农产品，可能会引发健康风险。解决措施：号召人人做好垃圾分类，完善餐厨垃圾分离制度。

综上所述，厨余沼渣资源被利用是一个当今重要的急待解决的社会环境问题，应该加紧研发更为合适的餐厨垃圾资源化利用技术。最终，采用多技术耦合使得餐厨垃圾“减量化、无害化、资源化”，促进我国循环经济发展。