农村有机垃圾处理技术及方案探讨

李永涛，曾庆东，谢宗艺，郑文汉，罗乔军

（1.广东省现代农业装备研究所，广东 广州 510630；2.农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室，广东 广州 510630；3.广州市城市管理技术研究中心，广东 广州 510170；4.广东弘科农业机械研究开发有限公司，广东 广州 510555）

0 引言

农村有机垃圾是农村居民在日常生活中或为日常生活服务的活动中产生的有机固体废物，主要由剩菜、剩饭、菜叶、秸秆等组成[1]。2023 年农业农村部一号文提出了整治提升农村人居环境，扎实开展农村人居环境整治提升五年行动，整体提升村容村貌，促进粪污、有机废弃物就近就地资源化利用[2]。2021 年施行的《广东省城乡生活垃圾管理条例》规定了对农村有机垃圾的处理应按照农业废弃物资源化的要求，采取污染防治措施后，采用生化处理技术等就近就地处理[3]。2020 年修订的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中将生活垃圾分类制度写入法律，并要求各级政府规划建设城乡生活垃圾分类、收集、贮存、运输和处置系统，促进农村生活垃圾分类制度的建立。美丽乡村建设是实现农业现代化的重要工程，而探讨适用的农村有机垃圾处理方式方法是建设美丽乡村、改善农村生态环境的重要途径。

1 农村有机垃圾处理的主要方式

农村有机垃圾处理方式与生活垃圾处理方式趋同，主要有分散式家庭处理方式、城乡一体化处理方式和就近集中处理方式[4]。

1.1 分散式家庭处理

分散式家庭处理是以家庭为单位，将有机垃圾从生活垃圾中分出后进行堆肥等资源化处理的方法。该模式适用于地区偏远、布局分散且规模较小的农村地区，该模式虽普遍适用，但是要求村民具有良好的垃圾分类意识。另外，有机垃圾若仅凭家庭个人经验处理，可能会导致二次污染。

1.2 城乡一体化处理

城乡一体化处理是将农村产生的垃圾收集运输至临近城市垃圾处理点进行处理，即“村收集、乡（镇）转运、县（市）处理”[5]，其核心优势在于充分利用城市现有的成熟处理设施和技术，避免了冗余建设和资源浪费。这种方式尤其适用于临近城市、交通运输条件具备的农村地区。但缺点也非常突出：垃圾运输成本通常占总成本的60%以上，经济效益不明显[6]。

1.3 就近集中处理

就近集中处理是将村内或临近几个村的有机垃圾统一收集，再送往就近的设施场地（填埋、堆肥等）进行处理。该方式适用于规模较小、近邻村较多、运输至城市垃圾处理点不便或运费高的农村[7]。该方式成本低、运输便捷、可根据农村条件因地制宜，操作简单易管理，但简易堆肥和填埋可能导致二次污染。

2 适用于农村有机垃圾处理的技术

2.1 填埋处理

填埋处理是目前我国农村主要的有机垃圾处理方式之一，农村有机垃圾含有易降解成分，填埋后能够迅速稳定，有利于填埋场地的再利用，操作简单，因而被广泛采用[6]。然而，这种方法面临一些挑战，由于农村有机垃圾含水量较高，导致渗滤液增多，加大了处理难度和成本投入。另外，这种处理方式导致农村有机垃圾中的大部分养分价值丧失，碳转化为沼气，其中约66%可重新用作燃料，但剩余的34%会释放到大气中，其带来的温室气体效应是二氧化碳的25 倍左右。因此，有机垃圾填埋率正在逐渐下降，一些国家填埋场已经禁止有机垃圾进入，例如韩国自2005 年起开始了这项措施[8]。

2.2 焚烧处理

焚烧处理是一种高效的有机垃圾处理方式，最终产生较少处理残余物，这使其成为一种可行的垃圾处理模式。焚烧过程在专用的焚烧炉中进行，具有较高的热效率，产生的热能可以有效转化成蒸汽或电能，有助于能源回收。然而，有机垃圾本身含水率高和热值低的特点使得该模式不得不添加辅助燃烧剂来维持焚烧过程[9]；有机垃圾的脱水过程需要大量的能源投入将垃圾中的水分降至可接受的水平，同时需要购置额外的配套设备处理焚烧产生的废气使其达到排放环保标准，这无疑增加了处理成本、投资成本和运营成本。因此，尽管焚烧处理有机垃圾效率较高，但上述因素限制了焚烧处理在农村有机垃圾处理中的广泛应用。

2.3 厌氧发酵

厌氧发酵处理技术通过将有机垃圾用作发酵原料，在无氧条件下经历水解、酸化、产氢、产乙酸、产甲烷等阶段，最终产出沼气作为主要产品[10]。该技术的优点是占地面积较小、操作较简单、建设和运行成本较低，对于资源有限的农村地区来说尤显重要。此外，这项技术可以生产清洁能源——沼气，沼渣和沼液也可以综合利用于农业生产，形成了垃圾到能源再到农业的循环利用链。但该技术也存在一些不足：沼气作为易燃易爆的气体需要谨慎管理，否则可能引发安全事故；同时，如果未妥善处理产生的沼渣和沼液，也会导致二次污染。

2.4 好氧堆肥

好氧堆肥是在有氧条件下，利用微生物的酶将固态有机物分解为可溶性有机物，再由微生物进行新陈代谢，最终转化为稳定的腐殖质，形成有机肥料的一种有机垃圾处理技术。该技术实施过程中有助于减少垃圾体积，降低有机垃圾的环境影响，同时产生有机肥料，用于改善土壤质量。好氧堆肥技术包括堆肥前处理、主次发酵、堆肥后处理等步骤。堆肥前处理对有机垃圾进行分类分筛、破碎脱水等操作，以减少不易降解的成分和降低含水率。主次发酵阶段一般持续24～32 天，期间大部分有机物得到分解和转化，生成腐殖物质和氨基酸。后处理阶段中臭气控制是一个关键问题，通常采用洗涤器、吸附和除臭剂等工艺来降低臭味排放。

该项技术建设投资和运行成本较低，通过适当的处理，垃圾中的有机物可以得到高效分解，病原体得到有效消灭。同时，堆肥产物可用于改善土壤质量，促进农业生产的可持续发展，实现农村有机生活垃圾的资源化利用和循环利用。好氧堆肥技术不足之处在于堆肥场需要占用较大的土地，选址相对困难，尤其在城市周边地区，进料、分选和堆沤等环节产生的气味难以控制，需要额外的设备和成本。近年来，国内相关学者开展了堆肥技术改进的研究，引入和研发了现代化好氧堆肥技术装备，如生态箱等。

3 适用于农村有机垃圾就近处理的方案探讨

3.1 方案探讨与选择

就目前而言，我国农村整体呈人口分散、道路条件不佳等特点。农村地区的人口通常分散在广大的地域内，住宅相对较远，这导致了垃圾收集的物理距离较大，需要更多的时间和资源来运输垃圾。农村地区的道路条件不佳，道路较为狭窄、不平整，甚至未铺设沥青路面，这增加了垃圾运输车辆的维护成本和运输时间。同时农村有机垃圾处理现况缺乏规模经济，城市地区通常可以依靠大规模垃圾处理设施和高效的运输网络来降低垃圾处理成本，但在农村地区，由于垃圾量较小，很难实现相同的规模经济效益。因此，对于人口分散、道路条件不佳的农村地区，农村有机垃圾处理方式主要以就近集中处理为主。

目前我国生活垃圾主要采用填埋和焚烧处理方式，然而，这2 种方式都存在严重的环境污染和资源回收效率低等问题。因此，全球范围内越来越多的国家不鼓励采用填埋和焚烧处理有机垃圾，而将资源化处理方式视为最受欢迎的方法。《中国“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》提出继续完善垃圾分类体系，并计划到2025 年底实现将全国城市生活垃圾60%左右的资源化率。因此，在选择农村有机垃圾处理方案时，应重点考虑厌氧发酵和好氧堆肥这2 种资源化处理方式[11]。这2 种方法均具有良好的资源化属性，可以在技术和经济层面相互补充。

2021 年5 月，农业农村部颁布了有机肥料行业标准（NY/T 525—2021），将有机垃圾和沼渣/液纳入生产商品有机肥的评估类原料，这极大推动了有机垃圾好氧堆肥市场的发展。与厌氧发酵相比，好氧堆肥更注重降低运行成本、缩短堆肥周期、提高产品质量、减少臭气和温室气体排放、降低二次污染风险，适用于中小规模有机垃圾的源头减量和分散式处理[12]。因此，将就近集中处理模式与好氧堆肥技术相结合，是现阶段农村有机垃圾处理较有前景的方案。

3.2 基于就近集中处理的生态堆肥箱

基于就近集中处理模式的好氧堆肥处理技术，设计了生态堆肥箱，外观如图1 所示。

图1 生态堆肥箱

生态堆肥箱的有机垃圾处理工艺流程如图2 所示，先将农村有机垃圾进行分类收集，经初步剔除大块垃圾、塑料等杂质后投入生态箱中，待有机垃圾在生态箱中静态发酵1 个月，可利用太阳能对生态箱进行通气使有机垃圾更好发酵，期间产生的发酵水自动收集到预埋的发酵池中，经好氧、厌氧、沉渣后，发酵水大部分有机质分解变澄清，可排入当地排水沟或用于绿化浇灌。

图2 生态处理箱有机垃圾处理工艺流程

生态堆肥箱主要由密封式堆肥箱体、曝气系统、渗滤液收集处理装置、尾气除臭系统等模块组成，工作示意图如图3 所示。

图3 生态堆肥箱工作示意图

密封式堆肥箱体：箱体外部为一体式密封箱体，内部由冲孔板作为内衬并分为左、右2 个仓体，每个仓容积1 m³，可以投入700～800 kg 有机垃圾+辅料。以每天20 kg 计，投满1 仓约需30 天。当左仓满料后即停止投料，物料转投右仓。当右仓满料后，左仓有机垃圾已经完成发酵，可以清出作为肥料施用，后续操作依此循环。

曝气和尾气除臭系统：仓体底部布置有曝气结构，通过旋涡中压风机向仓体内部的物料注入空气，以保证内部物料好氧发酵顺利进行。曝气系统送入的空气在箱体内部物料的好氧发酵过程中，产生了由水蒸气、氨气、硫化氢等成分组成的发酵废气，废气在内外压差的作用下经过箱体顶部的管道排入由过滤填料组成的尾气处理系统。由于有机垃圾收集投放及时且静态好氧发酵工艺尾气量少、浓度低，经过处理后基本可实现无臭排放。

渗滤液收集处理装置：发酵过程中产生的渗滤液通过内衬冲孔板孔隙流出，收集至生态堆肥箱外部的处理池，添加专用的液体肥发酵菌剂将其制成液体有机肥。

生态堆肥箱能有效减少臭味并抑制细菌和其它病原体的滋长。经生态堆肥箱物处理的有机材料，无论是完整处理还是部分处理，都可以作为有机堆肥或原料，并进一步制成土壤调理剂、有机肥料等有机产品。

4 结论与展望

农村有机垃圾妥善处理是推动美丽乡村建设，提升农村人居环境的重要组成部分，需要综合考虑地方特点和可行性。生态堆肥箱是一种高效、环保的农村有机垃圾处理设备，它将农村有机垃圾在源头进行分类和处理，能够迅速将有机垃圾转化为高质量的有机肥料。这不仅减少了有机垃圾进入填埋场或焚烧厂的数量，降低了环境污染风险，还提供了一种宝贵的资源回收途径。通过好氧堆肥生态箱，有机垃圾在农村地区得到了充分利用，最终转化成有机肥，提高了农业生产效益。

针对目前的使用情况，好氧堆肥技术还需要进一步的提升，同时完善设备各项指标，提高好氧堆肥生态箱的处理效率、降低臭气排放量，为现代农业农村的绿色可持续发展助力。