園林廢棄物資源化利用進(jìn)展

張志卿，于光輝，熊天龍，梁　娟，李建軍

(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司,深圳　518040;2.四川大學(xué), 成都　610065)

· 綜述 ·

園林廢棄物資源化利用進(jìn)展

張志卿1，于光輝1，熊天龍2，梁娟2，李建軍2

(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司,深圳518040;2.四川大學(xué), 成都610065)

隨著城市園林綠化的快速發(fā)展，園林植物廢棄物的產(chǎn)量與日俱增。從園林廢棄物可持續(xù)發(fā)展及循環(huán)經(jīng)濟(jì)的客觀要求出發(fā)，對(duì)園林廢棄物的收集模式、處理技術(shù)及產(chǎn)品的應(yīng)用進(jìn)行研究，以期建立具有一定普適性的資源再生循環(huán)利用的技術(shù)平臺(tái)，為我國(guó)園林廢棄物處置產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供借鑒。

城市綠化；園林廢棄物；收集；資源化

1　前　言

園林綠化在改善城市環(huán)境質(zhì)量、緩解城市熱島效應(yīng)，維持城市生態(tài)平衡等方面具有重要作用。隨著城市園林綠化的快速發(fā)展，園林有機(jī)廢棄物量越來(lái)越大，已成為繼生活垃圾之后的第二大城市固體廢棄物。傳統(tǒng)方式對(duì)園林廢物的處置采取填埋和焚燒方式，這不僅造成了環(huán)境的污染也帶來(lái)資源的浪費(fèi)，更使綠地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)斷裂，土壤肥力得不到自我維持。

園林廢棄物是指城市綠地或郊區(qū)林地中綠化植物自然或養(yǎng)護(hù)過(guò)程中所產(chǎn)生的喬灌木修剪物(間伐物)、草坪修剪物、雜草、落葉、枝條、花園和花壇內(nèi)廢棄草花等廢棄物[1]。園林廢棄物資源化利用對(duì)提高土壤肥力，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，涵養(yǎng)水分，促進(jìn)植物生長(zhǎng)以及緩解城市中重金屬對(duì)地下水的污染等方面有積極作用[2,3]。

國(guó)外對(duì)園林廢棄物資源化利用的研究普遍較早，美國(guó)、加拿大和比利時(shí)等國(guó)在園林垃圾的收集與利用方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)[4]。我國(guó)對(duì)園林廢棄物的研究和資源化利用起步較晚，也取得了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和成果。北京、上海、廣州和深圳等大中型城市積極開(kāi)展綠化植物廢棄物的循環(huán)再利用，尤其是對(duì)綠化植物廢棄物堆肥后進(jìn)行土地利用[5]。孫曉杰等[6]采用糞渣與樹(shù)葉(濕基比為3∶1)進(jìn)行靜態(tài)好氧堆肥得到肥效指標(biāo)和重金屬含量均符合國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的堆肥產(chǎn)品；顧兵等[7]通過(guò)綠地現(xiàn)場(chǎng)土壤改良試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著園林廢棄物堆肥施用量的增加，對(duì)土壤改良作用也越顯著，并建議其用量宜控制在13240kg/hm2以內(nèi)。沈洪艷等[8]通過(guò)在韶贛高速公路的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明，施用園林廢棄物堆肥后，綠化植物群落的蓋度、密度、高度和地上生物量均高于對(duì)照(草炭土)組，并且植物廢棄物堆肥能明顯改善土壤的理化性狀，提高土壤含水率、全氮、全磷等含量，具有較好的保水和保肥能力，起到明顯的培肥改土效果。園林廢棄物也可作為邊坡綠化種植基質(zhì)的土壤改良劑，具有良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等效益。

園林廢棄物營(yíng)養(yǎng)成分含量較高、重金屬含量低，經(jīng)處理后能明顯改善土壤理化性質(zhì)提高土壤肥力[9]，有巨大的再利用價(jià)值。本文從園林廢棄物可持續(xù)發(fā)展及循環(huán)經(jīng)濟(jì)的客觀要求出發(fā)，對(duì)園林廢棄物的收集模式、處理技術(shù)及產(chǎn)品的應(yīng)用進(jìn)行研究，以期建立具有一定普適性的資源再生循環(huán)利用的技術(shù)平臺(tái)，為我國(guó)園林廢棄物處置產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供借鑒。

2　園林廢棄物資源化處置方式

2.1堆肥處置

將園林廢棄物進(jìn)行生物堆肥處理是實(shí)現(xiàn)其資源化利用的重要途徑[10,11]。園林廢棄物的堆肥處理，是指以自然條件下或養(yǎng)護(hù)過(guò)程中產(chǎn)生的草坪草屑、樹(shù)枝、樹(shù)葉等廢棄物為原料，或者添加一定配比的其他輔料，在適合的條件下利用微生物降解有機(jī)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的好氧發(fā)酵，將有機(jī)可腐物轉(zhuǎn)化成有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物或腐殖質(zhì)[12]，得到最終腐熟的堆肥產(chǎn)品。

園林廢棄物的組成結(jié)構(gòu)是影響堆肥的重要因素[13]。適合堆肥的材料為枯枝落葉(植物凋落物)、喬灌木修剪物或間伐物、枝條、草坪修剪物、雜草以及花園、花壇內(nèi)廢棄草花等植物廢棄物。堆肥過(guò)程中的各物理參數(shù)的控制(物料粒徑、含水率、初始C/N、溫度、pH值、氧氣含量)是影響堆肥的又一重要因素[13]。一般園林廢棄物的物料粒徑宜控制在 0.5 cm～2 cm之間[14]；起始含水率宜控制在 50%～60%[15]；初始 C/N控制在(20～30)∶1[16]；堆肥溫度在 45℃～65℃之間[14]；堆肥產(chǎn)品 pH 值基本呈中性[17]；堆肥中氧氣的體積分?jǐn)?shù)適宜控制在 5%～15%[18]。堆肥可用作土壤改良材料或用作花木基質(zhì)，根據(jù)不同土壤條件和種植要求，直接使用或和土壤混合后使用。

2.2地表覆蓋物

園林廢棄物當(dāng)覆蓋物使用，可以起到美觀效果，并減少土壤水分蒸發(fā)、為土壤提供有機(jī)質(zhì)、緩沖土壤溫度變化、抑制雜草等作用[19～21]，還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有益微生物的數(shù)量，提供植物所需養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)，從而促進(jìn)園林植物生長(zhǎng)[22,23]。王樸等[24]使用3cm～9cm的枝葉粉碎物覆蓋于園林土壤中，結(jié)果表明覆蓋可顯著降低表層土壤容重，提高土壤滲透性和保水作用。顧兵等[25]研究發(fā)現(xiàn)園林垃圾覆蓋可增加總孔隙度和毛管孔隙度，提高土壤中有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分元素含量，提高綠地土壤質(zhì)量、降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

覆蓋物指以綠化植物廢棄物為原料直接鋪設(shè)或經(jīng)加工粉碎后鋪設(shè)于土表的一層保護(hù)物質(zhì)。園林廢棄物經(jīng)粉碎后應(yīng)用于地表覆蓋具有取材方便，加工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。園林廢棄物的種類、修剪尺寸大小對(duì)覆蓋效果都具有較大的影響?？葜β淙~、樹(shù)皮、木片、硬果殼等不易分解的綠化植物廢棄物適合做覆蓋材料；樹(shù)枝修剪物或間伐物、草坪修剪物等易分解腐爛的材料不適宜做大面積覆蓋使用。樹(shù)枝修剪或間伐覆蓋物的粒徑宜在2cm以上；木片作為覆蓋物時(shí)大小宜在3cm～8cm之間，厚度宜在0.5cm～1cm之間；落葉一般不分大小可直接覆蓋。將園林廢棄物作為土壤改良劑，可以解決土壤貧瘠、提供植物營(yíng)養(yǎng)元素，減少其對(duì)環(huán)境的傷害。

2.3生物質(zhì)能源

園林廢棄物在生物質(zhì)能源利用方面主要涉及3個(gè)方面，即壓縮成型后直燃發(fā)電、生物質(zhì)氣化發(fā)電和裂解生產(chǎn)乙醇及木糖醇[26,27]。生物質(zhì)能源是以生物質(zhì)為載體的將太陽(yáng)能儲(chǔ)存為化學(xué)能的能量形式，具有燃值高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，我國(guó)生物質(zhì)燃料技術(shù)進(jìn)步顯著。截至2009年，已建成生物質(zhì)燃料生產(chǎn)廠260多家，生產(chǎn)能力約76.6萬(wàn)t/a，相當(dāng)于替代38.3萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少溫室氣體排放83萬(wàn)t/a[27]。

園林垃圾具有較高的熱值，按傳統(tǒng)焚燒方式，能源利用率僅為10%，而用于發(fā)電則可將能源利用率提高至30%以上。此外，利用園林植物廢棄物裂解生產(chǎn)乙醇及木糖醇，可一定程度上取代目前的原料——玉米和木材，保護(hù)耕地及森林資源，不但解決糧食危機(jī)與能源危機(jī)，而且還不會(huì)因惡劣氣候而造成減產(chǎn)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益[28]。

2.4制備炭材料

利用園林廢棄物為原料制備的生物質(zhì)炭材料，經(jīng)過(guò)熱解炭化均可用于制備具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)、較大比表面積的炭材料。同商業(yè)活性炭相比，生物炭成本更低且效果更好。研究表明，生物炭可有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤保水、保肥性能，是良好的土壤改良劑。施加生物炭可使植物生長(zhǎng)所需元素的可給態(tài)顯著增加[27]。作為一種高效吸附劑，生物炭可廣泛用于污染環(huán)境治理。丁文川等[29]發(fā)現(xiàn)松木生物炭可鈍化土壤中的Pb和Cd，降低其生物有效性。在堆肥過(guò)程中添加生物炭，可有效改善微生物的生長(zhǎng)代謝環(huán)境，抑制堆腐過(guò)程中惡臭氣體釋放。

園林廢棄物制備生物質(zhì)炭材料的方法簡(jiǎn)單，其制備工藝主要有炭化和活化兩步流程。制備過(guò)程中炭化、活化的溫度和時(shí)間的控制、活化劑的選擇直接影響到活性炭材料的比表面積和孔結(jié)構(gòu)，從而決定炭材料的物理化學(xué)性質(zhì)。制備工藝一般是把含炭物質(zhì)在惰性氣體(一般用N2)保護(hù)的氛圍下加熱，除去生物質(zhì)原材料中的S、O、H、N、Ca等非碳元素。炭化溫度通常是在1000℃以下。炭材料因其豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和優(yōu)良的導(dǎo)電性、耐酸堿、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是最具有廣泛用途的功能型材料之一。作為一種環(huán)境友好型材料，活性炭具有制備原料豐富、制備流程簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，還有非常寬廣的用途。目前工業(yè)化炭材料的生產(chǎn)成本較高，探索原料豐富、成本低廉的植物原料已成為近年來(lái)炭材料生產(chǎn)研發(fā)的熱點(diǎn)。

2.5其他資源化處置方式

園林廢棄物中含有大量的纖維類物質(zhì)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理，便可作為飼料應(yīng)用。通過(guò)微生物處理轉(zhuǎn)化技術(shù)，可將秸稈、木屑等植物廢棄物加工變?yōu)槲⑸锏鞍桩a(chǎn)品。陳玉水和潘偉斌[30]采用室內(nèi)盆養(yǎng)方法進(jìn)行了植物廢棄物飼養(yǎng)蚯蚓的試驗(yàn)研究，把數(shù)量大、分布集中的香蕉假莖葉和菠蘿皮渣，與當(dāng)?shù)貜V泛分布的優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)廢棄物蘑菇廢菌料或牛糞按照一定比例混合腐熟，然后用于飼養(yǎng)蚯蚓，生產(chǎn)出來(lái)的蚯蚓可以用作畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的優(yōu)質(zhì)動(dòng)物蛋白飼料。經(jīng)過(guò)蚯蚓處理后的殘?jiān)菬o(wú)毒無(wú)害的農(nóng)用有機(jī)肥料，更為重要的是能夠進(jìn)一步利用這兩種植物廢棄物資源，也避免了這些植物體在當(dāng)?shù)貙?duì)生態(tài)環(huán)境的污染。

園林廢棄物可壓制成密度板或三合板，作為建材；可利用粉碎后的木屑制作包裝盒、板材等；也可生產(chǎn)化工產(chǎn)品，如木糖醇、纖維素及其衍生物等；還用于菌菇的栽培等。這些應(yīng)用都最大程度地促進(jìn)了植物廢棄物的資源化利用。

3　存在問(wèn)題

3.1收集、運(yùn)輸及粉碎

廢棄物的收集、運(yùn)輸及粉碎是園林廢棄物資源化利用的前提。由于南北方的氣候及地帶性存在差異，植物生長(zhǎng)特性的不同造成各地植物廢棄物的收集工作有所區(qū)別。此外，園林廢棄物通常具有疏松、體積大、水分高、分布范圍廣等特點(diǎn)，其收集運(yùn)輸過(guò)程將產(chǎn)生高昂的費(fèi)用，致使企業(yè)的原材料費(fèi)用過(guò)高，從而使堆肥產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高，附加值較低，是阻礙園林植物廢棄物堆肥產(chǎn)業(yè)化的原因之一，也成為園林垃圾資源化利用的主要瓶頸。

另外由于植物本身具有的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，目前市售的粉碎機(jī)在保證粉碎效率的同時(shí)均不能達(dá)到合適的粒徑范圍，這已成為園林廢棄物資源化產(chǎn)業(yè)化另一瓶頸。目前市售的削片機(jī)能順利將植物廢棄物進(jìn)行一次粉碎，得到35mm左右的植物碎片；而將植物碎片進(jìn)一步進(jìn)行粉碎要同時(shí)實(shí)現(xiàn)效率高和粒徑小則是一個(gè)難題。

3.2選址、占地及處置場(chǎng)地建設(shè)

選擇合適的處理地點(diǎn)可以有效提高園林廢棄物資源化利用效率。園林廢棄物作為重要的生物質(zhì)資源，其資源利用選址布局與其他生物質(zhì)資源利用選址布局具有相通性。園林廢棄物資源分布廣闊、地域性強(qiáng)，對(duì)其開(kāi)發(fā)利用研究需獲得各個(gè)區(qū)域的生物質(zhì)資源理論量、可利用量及空間分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及能源需求量信息[27]。此外，植物廢棄物資源化處理場(chǎng)所形式多樣，占地從數(shù)百平米至上千畝不等。隨著城市土地資源的不斷緊張，廢棄物資源化處理場(chǎng)所的規(guī)劃和建設(shè)也變得越發(fā)困難。建設(shè)安全、經(jīng)濟(jì)、高效和便捷的堆肥堆場(chǎng)是加快推廣綠化植物廢棄物資源化利用過(guò)程中必須解決的核心問(wèn)題。合理的場(chǎng)地建設(shè)、機(jī)械配置和安全衛(wèi)生的控制不但可以加快植物廢棄物處理速率，降低處理成本，消除污染和安全隱患，還能起到節(jié)能減排、促進(jìn)城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的作用。

植物廢棄物堆肥場(chǎng)地的合理建設(shè)和有效運(yùn)行直接關(guān)系到植物廢棄物高效、經(jīng)濟(jì)和安全地處置利用，也直接關(guān)系到植物廢棄物循環(huán)產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的發(fā)展。因此各地應(yīng)該根據(jù)各自經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀、綠化分布規(guī)律、氣候變化以及技術(shù)差異等因素，在綠化植物廢棄物的選址、規(guī)模、硬件、堆肥形式、機(jī)械配置以及環(huán)境衛(wèi)生和安全等方面進(jìn)行綜合考慮，以明確適合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的植物廢棄物處置場(chǎng)地，為植物廢棄物的合理利用提供保障。

3.3技術(shù)保障與資金支持

園林廢棄物資源化處理投入大，收益低，填埋或焚燒處理在一些地區(qū)一定時(shí)期還處于主導(dǎo)地位，影響了園林廢棄物資源化整體進(jìn)程。近年來(lái)，園林廢棄物資源化逐步受到重視，一些示范工程也隨之建成，但總體上還處于摸索階段。

傳統(tǒng)技術(shù)(堆肥技術(shù)、沼氣技術(shù))發(fā)展受限，技術(shù)保障和資金支持是制約其發(fā)展的瓶頸。如發(fā)酵過(guò)程中的微生物篩選，沼氣的產(chǎn)氣率和設(shè)備、堆肥的設(shè)備和氮素?fù)p失等。不清楚農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主攻方向，導(dǎo)致中國(guó)的農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品品種單一、質(zhì)量差、利用率低、商品價(jià)值低，不能形成產(chǎn)業(yè)化，無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)際市場(chǎng)上都沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，也就不能有效的轉(zhuǎn)化農(nóng)業(yè)廢棄物，實(shí)現(xiàn)資源化利用；同時(shí)在設(shè)備的投入上，資源化配套設(shè)備的研發(fā)與制造工作也略顯脫節(jié)，財(cái)政的支撐和吸納社會(huì)資金的能力不足，新技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，得不到應(yīng)用和推廣，影響行業(yè)的生產(chǎn)效率，導(dǎo)致廢棄物的資源化在低水平上重復(fù)以至發(fā)展緩慢。

3.4政策法規(guī)

園林廢棄物資源化利用是實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)的重要途徑，我國(guó)農(nóng)業(yè)植物廢棄物資源化進(jìn)程中，存在著資源總量不清、技術(shù)裝備落后、政策法規(guī)缺乏等問(wèn)題。現(xiàn)行國(guó)家與地方并未完整的綠化植物廢棄物資源化政策法規(guī)出臺(tái)。針對(duì)不同地域和不同類型的園林廢棄物沒(méi)有相應(yīng)的管理辦法，監(jiān)測(cè)、監(jiān)管、預(yù)測(cè)、預(yù)警體系不健全。園林廢棄物的處置缺少相應(yīng)的政策扶持和資金補(bǔ)貼，導(dǎo)致其行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力下降，與城市的快速發(fā)展相脫節(jié)。

3.5資源化產(chǎn)品質(zhì)量

現(xiàn)階段園林廢棄物資源化產(chǎn)品存在質(zhì)量不一、品種單一、商品價(jià)值低、銷路不暢等問(wèn)題。由于缺少相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，再加上植物本身的結(jié)構(gòu)與特性，導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品的外觀與市售堆肥產(chǎn)品有較大的差異，堆肥產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差。針對(duì)園林廢棄物的特點(diǎn)，為從根本上解決難題，首先應(yīng)從堆肥微生物方面入手篩選出高效的纖維素和木質(zhì)素降解菌，提高植物廢棄物堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，其次，應(yīng)改進(jìn)資源化處置工藝，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)使植物廢棄物產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、一致，此外還應(yīng)根據(jù)不同的原料制定相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使其實(shí)現(xiàn)規(guī)范化生產(chǎn)。

4　結(jié)　語(yǔ)

園林廢棄物具有重大的利用價(jià)值且利用形式多樣，生產(chǎn)生物有機(jī)肥料、作為常規(guī)能源的替代物、制成栽培容器或建材產(chǎn)品，提取合成木糖醇，這些應(yīng)用都為廢棄物的資源化利用開(kāi)拓了廣泛途徑。結(jié)合當(dāng)前園林廢棄物循環(huán)利用的現(xiàn)狀，今后應(yīng)開(kāi)展更深入的控制和研究，從環(huán)保的角度出發(fā)，研發(fā)出更經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的工藝技術(shù)，并且考慮幾種方法的有機(jī)組合，形成一種多層次多途徑的綜合利用方式，使經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益最大限度地統(tǒng)一。建議政府部門(mén)充分發(fā)揮政府的主導(dǎo)作用，以科技為支撐，制定科學(xué)的園林廢棄物循環(huán)利用的操作技術(shù)規(guī)范及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)園林廢棄物循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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Research on Garden Waste Resource Utilization

ZHANG Zhi-qing1, YU Guang-hui1, XIONG Tian-long2, LIANG Juan2, LI Jian-jun2

(1.ShenzhenTechandEcology&EnvironmentCo.,Ltd.Shenzhen518040,China;2.SichuanUniversity，Chengdu610065，China)

With the rapid development of urban landscaping, garden plant waste is growing gradually. Based on the objective requirements of sustainable development and recycling economy of garden waste, this paper studied the collection model, disposal technology and product application of garden waste, in order to establish a general resources recycling technology platform, which could provide reference for the garden waste disposal industrialization development.

urban landscaping; garden waste; collection; recycling

2014-09-18

張志卿(1980-),女,山西呂粱人,2009年畢業(yè)于四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院風(fēng)景園林專業(yè)，高級(jí)工程師,研究方向?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)。

X72

A

1001-3644(2015)02-0154-05