廚余垃圾堆肥減量效果與產品質量性質分析

郭在培

（廈門欣源環保服務有限公司，福建廈門 361000）

1 引言

隨著我國垃圾分類的持續推進，廚余垃圾資源化處理面臨著多重考驗。廚余垃圾堆肥化處理是廚余垃圾資源化的重要途徑之一［1］，這是因為廚余垃圾堆肥處理技術具有工藝簡單、運行成本低等優點［2］。另外，其堆肥產品更是具有改善土壤理化性質、提高土壤微生物活性和養分含量（增加有機質含量以及氮磷鉀含量）等潛在優勢［2］。

垃圾堆肥產品的農用一直以來備受各界爭議，其中，最大的問題是堆肥產品中的有害物質（重金屬等）可能會隨著農作物進入食物鏈，最終在人體內富集，危害人體健康［3］；另外，與垃圾堆肥相關的標準較少，國家環境保護部1987 年頒布了GB 8172—1987《城鎮垃圾農用控制標準》，并于2017 年廢止，該標準頒布年限較長，實行30 年未對其進一步優化更新，導致標準實施過程受限。長期以來，垃圾堆肥產品無法取得農業部的認可，其產品銷售市場也無法打開，導致垃圾堆肥的工藝發展受到較大影響。

2021 年農業部頒布了NY/T 525—2021《有機肥料》標準，將分類后的廚余垃圾正式列入有機肥料生產評估類原料，新增廚余垃圾作為有機肥料的入門條件，其中，安全性評價指標包括鹽分、油脂、蛋白質代謝產品（胺類）、黃曲霉毒素、種子發芽指數等［4］?？梢哉f，新標準新增多項指標，嚴格把控廚余垃圾有機肥料的質量，此標準的實施對行業的發展具有重要的促進和規范作用。

本研究介紹了福建省廈門市某廚余垃圾項目的4 批次廚余垃圾堆肥的過程控制及產品性質，分析廚余垃圾堆肥減量化、資源化、無害化效果，并分析其產品與NY/T 525—2021《有機肥料》標準的符合性，為廚余垃圾堆肥工藝及其產品市場應用提供參考依據。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

廚余垃圾原料：廈門市某廚余垃圾項目的廚余垃圾。有機物含量均值為82.5%，含水率均值為73.1%。

返混料：廈門市某廚余垃圾項目自制發酵腐熟的堆肥產品。含水率均值為30.6%。

園林垃圾：廈門市公路及其他園林綠化修剪后的園林廢棄物。經破碎后的園林垃圾粒徑約50 mm，添加園林垃圾可有效提高和延長廚余垃圾堆肥高溫期，提高腐熟度，降低滲濾液產量［5］。添加輔料可增加通氣性［6］。垃圾含水率均值為30.4%。

2.2 靜態發酵倉

廈門市某廚余垃圾項目采用廚余垃圾“預處理＋干式厭氧＋沼氣凈化＋沼氣發電＋污水處理”及“預處理＋好氧堆肥”的處理工藝。好氧堆肥處理為本研究分析介紹的工藝，該項目共有10 個靜態好氧堆肥發酵倉，處理能力為60 t/d，單個發酵倉處理量為120 t。堆肥發酵倉配置是自主研發的一套針對好氧堆肥的控制系統（型號為HYDFZKXT－2015），其具有實時檢測堆體內部的氧含量、溫度、風壓、風機運行情況等功能，可根據現場發酵物料實際情況控制風機啟停，能夠保證發酵過程的微生物供氧充足，使發酵物料快速升溫。靜態發酵倉如圖1 所示（尺寸為15 m×6 m×5 m，底部有并列4 排通風槽）。

圖1 靜態發酵倉

2.3 工藝流程

廈門市分類后的廚余垃圾轉運至廈門市某廚余垃圾項目，經過預分揀處理剔除玻璃、布條、大件雜物等，提純后的物料拌混富含好氧微生物菌群的返混料和園林廢棄物進行微生物菌群接種及含水率的調節，增加進倉物料的孔隙率和生物活性。經過調節后的物料轉運至發酵倉（入倉物料含水率均值為60.5%），完成入倉后在堆體中插入氧氣及溫度傳感器，進入約15 d 自動化高溫好氧主發酵處理，高溫期間安排1～2 次翻堆。完成主發酵后出倉進入約30 d 二次發酵，完成二次發酵后進入精分選篩分設備，剔除物料中的雜質得到品質較好的堆肥產品。工藝流程如圖2 所示。

圖2 廚余垃圾好氧堆肥工藝流程

精分選設備：本項目引進德國堆肥精分選的設備，該設備采用密度分選的工藝，能夠將堆肥產品中玻璃、貝殼、骨頭等硬雜質剔除，并分選不同品質的堆肥產品，能夠盡量控制堆肥產品中雜物含量。精分選工藝流程如圖3 所示。

圖3 堆肥篩分精分選工藝流程

生產設備：堆肥發酵倉、自動控制系統（型號為HYDFZKXT－2015）、精分選設備、溫度傳感器、氧氣傳感器、鼓風機、裝載車、烘箱、烘盤、不同孔徑篩板。

2.4 堆肥減量效果計算

入倉前物料過磅統計記錄為m1，二次發酵結束將物料裝車過磅統計記錄為m2，根據兩者統計結果計算得出堆肥減量效果：

3 結果與分析

3.1 好氧堆肥運行工況分析

3.1.1 發酵物料基本成分分析

發酵物料主要成分比例見表1。由表1 可知，廚余垃圾中的有機物含量均值為82.5%，含水率均值為73.1%，如此高的含水率很難直接進行堆肥處理，而通過添加返混料及園林垃圾拌混后的混合物料含水率均值為60.5%，為堆肥物料適宜含水率。添加返混料及園林垃圾總和占混合物料約30%。

表1 發酵物料主要成分比例 %

3.1.2 自動控制系統參數分析

圖4 為本工藝自動控制系統氧氣與風機啟停、發酵過程中溫度、風機頻率等實時監測情況（①②③分別代表監測位置堆體的下、中、上3 個點的實時溫度；④表示風機運行的頻率；⑤表示堆體內部氧含量的實時情況）。

圖4 自動控制系統實時數據

從圖4 曲線圖可以得出，發酵過程中堆體的氧氣含量（圖4 中序號⑤曲線）達到設定高值時（14%，該設定值是通過現場實際情況摸索得出，當把堆體內部氧含量提高至14%以上時，風機將處于長時間通風狀態），系統自動關閉風機，即推測發酵堆體內部氧氣充足，滿足微生物發酵條件；當發酵堆體氧氣含量低于設定低值時（主發酵堆層各點的氧濃度應大于5%［7］），系統開啟風機進行供氧，即推測發酵堆體內部氧氣含量偏低，不利于微生物發酵。主發酵過程使微生物菌群在適宜氧環境中高效地消耗廚余垃圾中的有機物，使發酵堆體快速升溫。

從圖4 中序號①②③的溫度曲線看，堆體下部的溫度明顯高于堆體中部及上部，中部及上部隨著發酵的進行逐漸升溫接近堆體下部的溫度，可以推測得出堆體上部直接與空氣接觸不容易保溫，導致溫度偏低，但堆體中下部良好的發酵及較好的保溫效果也能將堆體上部的溫度慢慢提升。

圖4 中序號④曲線為風機的運行頻率，序號⑤曲線為堆體內部氧含量。當堆體內部氧含量為14%時，可以看出序號④曲線風機運行頻率快速降至0 Hz，序號⑤曲線堆體內部氧含量會隨著微生物發酵的耗氧情況迅速下降，降至氧含量為5%時風機啟動，序號④風機運行頻率曲線快速升至50 Hz，序號⑤堆體內部氧含量曲線也隨著堆體實時情況逐步上升。

通過上述對各類指標的實時數據分析，可以精準干預微生物發酵，如當堆體實時溫度平均值超過75 ℃時，可及時進行干預增加通風頻率或翻堆，為堆體進行降溫處理，使微生物處于合適的環境溫度，保持高效的發酵能力，高溫期翻堆的堆肥處理能提高強制通風靜態垛堆肥的堆肥效率和質量［8］。

3.1.3 發酵過程溫度分析

廚余垃圾堆肥過程中，嚴格按照生活垃圾堆肥處理技術規范調節好含水率、密度等各項指標，充分利用自動控制系統為微生物提供合理的好氧環境，再接入豐富的微生物菌群，可以大大提高堆肥前期升溫速度，主發酵周期15 d，二次腐熟發酵周期30 d。廚余垃圾主發酵溫度曲線見圖5。

由圖5 可知，正常生產的4 個批次，第2 天堆體溫度可升至50 ℃，第3 天均超過55 ℃，第4 批次第3 天更是超過了60 ℃，進入高溫發酵階段，第5～6天堆體溫度升至峰值，并持續緩慢下降，說明在該工藝處理下，廚余垃圾中的易降解有機物正快速被微生物降解。隨著易降解有機物的消耗，發酵堆體也逐漸進入腐熟階段。

廚余垃圾二次腐熟發酵溫度曲線見圖6。

圖6 廚余垃圾二次腐熟發酵溫度曲線

由圖6 可知，廚余垃圾出倉進入二次發酵階段時，堆體發酵溫度呈上升再下降趨勢并趨向平穩，說明廚余垃圾經過主發酵處理后將易降解有機物完成降解，難降解有機物仍需時間繼續降解。再經過30 d的二次腐熟發酵可達到完全腐熟效果。

3.2 好氧堆肥減量效果分析

廚余垃圾堆肥減量效果見表2。從表2 可看出，廚余垃圾經過好氧堆肥處理后，主發酵含水率從60.5%降至28.8%，密度從676.2 kg/m3降至406.7 kg/m3，均有明顯的降低，二次腐熟發酵結束總質量從119.1 t降至36.7 t，平均減量化率69.2%，減量化效果明顯，主要是堆肥處理后含水率大幅下降，其次是微生物降解了有機物［9］。

表2 廚余垃圾堆肥減量效果

3.3 堆肥產品質量性質分析

3.3.1 堆肥產品篩分

經過主發酵、二次腐熟發酵后的物料，需經過精分選設備將堆肥產品中的雜質剔除，從而獲得＜6 mm的堆肥產品、＜12 mm 的堆肥產品、輕雜質、返混料、篩上物及硬雜質物料，實物情況如圖7 所示。

圖7 精分選設備篩分產物

3.3.2 ＜6 mm 堆肥產品質量性質檢測結果

表3 為＜6 mm 堆肥產品以NY/T 525—2021《有機肥料》標準為依據的檢測結果。

表3 ＜6 mm 堆肥產品指標數據

檢測結果表明，4 個批次＜6 mm 堆肥產品的有機質均值為47.8%，遠超標準限值低值的30%，最高達到53.1%；總養分均值為7.9%，遠超標準限值低值的4.0%，最高可達到8.28%，可以得出廚余垃圾的堆肥產品具有較高的營養價值；各類重金屬指標均符合標準要求，有研究表明，施用廚余垃圾堆肥產品后，土壤中重金屬含量雖有不同程度的增加，但均遠低于GB 15618—1998《土壤環境質量標準》［10］，由于廚余垃圾來源于生活而且處理工藝前端有分選環節，廚余垃圾在重金屬危害方面已經得到有效的控制，有利于廚余垃圾堆肥產品的資源化利用；水分、pH、無害化指標等也均符合標準要求。

NY/T 525—2021《有機肥料》標準增加的指標氯離子的質量分數、種子發芽指數、雜草種子活性檢測結果表明，在含水率10%以下氯離子的質量分數均值為1.1%，最高值為1.13%，其含量較低，屬于低氯產品；種子發芽指數均值為71.2%，雜草種子活性均為0 株/kg，均符合NY/T 525—2021《有機肥料》標準要求。

4 結論

廚余垃圾好氧堆肥工藝依照CJJ 52—2014《生活垃圾堆肥處理技術規范》進行生產試驗，得到以下幾點結論：（1）減量化效果。本次試驗廚余垃圾堆肥減量化率為69.2%，有良好的減量效果。（2）重金屬、氯離子及無害化效果。重金屬總砷均值為2.1 mg/kg、總汞均值為0.7 mg/kg、總鉛均值為20.4 mg/kg、總鎘均值為2.2 mg/kg、總鉻均值為19.2 mg/kg，均符合NY/T 525—2021《有機肥料》標準限值。氯離子均值為1.1%，屬于低氯堆肥產品。糞大腸菌群數、蛔蟲卵死亡率均符合NY/T 525—2021《有機肥料》標準限值。（3）資源化指標。有機質的質量分數均值為47.8%、總養分的質量分數均值為7.9%、種子發芽指數均值為71.2%，都高于NY/T 525—2021《有機肥料》標準各項指標的要求。

此外，在垃圾分類的普及下，分類后的廚余垃圾越來越多，廚余垃圾末端的處理處置也將面臨更大考驗，廚余垃圾的處理方式應在保證產品安全下多點齊開，而堆肥作為傳統工藝，分類后的廚余垃圾堆肥減量化效果明顯，其堆肥產品資源化及無害化指標均高于NY/T 525—2021《有機肥料》標準各項指標要求，為廚余垃圾堆肥產品的資源化利用，生產廚余垃圾有機肥產品［11］提供了參考依據。