餐廚垃圾堆肥作為黑麥草生長基質(zhì)的研究

陳曉惠

摘 要：順著城市化的急速發(fā)展，餐廚垃圾已成為目前城市環(huán)境保護的重點。本文通過分析餐廚垃圾的特點，闡述當前餐廚垃圾處理的方式。為研究對堆肥產(chǎn)品的應(yīng)用可行性，篩選了以餐廚垃圾堆肥產(chǎn)品為原料的不同基質(zhì)的最佳配方。以黑麥草為例，將餐廚垃圾堆肥、珍珠巖和泥炭按比例混和制成基質(zhì)，通過栽培試驗觀察并測試發(fā)芽率、株高、SPAD值等生物指標，篩選出適宜育苗和生長的基質(zhì)，得出最佳的配方。實驗結(jié)果表明：以腐熟的餐廚垃圾堆肥為原料配制基質(zhì)，以黑麥草為供試作物，檢驗不同配比基質(zhì)的生物效應(yīng)。篩選出適宜黑麥草生長的最佳基質(zhì)配方是：泥炭：堆肥：珍珠巖（v/v）=0.6∶0.4∶1.4）。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾 堆肥 生長基質(zhì) 農(nóng)林利用 環(huán)境效應(yīng)

1 前言

1.1 餐廚垃圾的概況

1.1.1 餐廚垃圾的特征

餐廚垃圾泛指產(chǎn)生于餐飲經(jīng)營與居民生活的食物加工下腳料和食用殘余物，分為餐前垃圾即烹煮前食材物料處理所剩之物，包括菜葉、毛皮等；餐后垃圾即用餐之后的剩余食物，包括剩菜剩飯、湯渣、點心等，以淀粉和蛋白質(zhì)為主，還有一定數(shù)量的廢餐具、牙簽和紙巾等。前者的概念更廣，通常我們將餐后垃圾統(tǒng)稱為餐廚垃圾，其主要特征如下：

1）含水率高：約65%～85%，給收集、運輸和處理帶來麻煩。

2）易腐爛：餐廚垃圾中有機物含量高（約占干物質(zhì)質(zhì)量的95%以上），易腐敗發(fā)臭，容易滋生病菌，造成疾病的傳播。

3）鹽分高（0.8～1.5%濕基）：如不經(jīng)脫鹽處理而制成肥料直接使用會對土壤產(chǎn)生副作用，長期使用更會導(dǎo)致土壤鹽漬化。

4）游離態(tài)脂肪比重大（約20～30%干基）。

5）餐廚垃圾中往往攜有病毒、致病菌和病原微生物：如不經(jīng)處理而直接利用，會造成病菌的傳播、感染等不良后果。

6）含有較高的潛在生物能：如能有效處理，可實現(xiàn)資源的回收再利用，有利于降低能源的消耗。

7）餐廚垃圾與城市垃圾相比，其化學成分簡單，有毒有害物質(zhì)相對較少，善加利用可實現(xiàn)“變廢為寶”[1]。

1.2 國內(nèi)外餐廚垃圾處理現(xiàn)狀與評述

1.2.1 國外餐廚垃圾處理現(xiàn)狀

目前國外發(fā)達國家在餐廚垃圾在各方面都比較完善，無論在收運、處理和相關(guān)立法等方面均走在我國的前面。歐盟國家已實施的垃圾填埋法令規(guī)定：凡是垃圾中易腐有機物含量超過5%不允許填埋，因此歐洲的餐廚垃圾處理方式多元化。由于上世紀末的瘋牛病、動物口蹄疫大規(guī)模爆發(fā)，1999年英國引入新法令對餐廚垃圾生產(chǎn)飼料作了嚴格規(guī)定，法令規(guī)定：經(jīng)授權(quán)處理后的餐廚垃圾可以用來飼養(yǎng)禽畜，但不得飼養(yǎng)反芻動物，以避免瘋牛病等傳播性疾病擴散。

美國每年的城市生活垃圾的產(chǎn)生量為2.62億噸，餐廚垃圾總量為2620萬噸/年，占其生活垃圾總量的11.4%。2000年這個比例僅次于紙張37.4%和庭院垃圾12%，而回收率僅為2.6%。遠低于城市垃圾回收利用率的平均值30.1%，而且近幾年沒有升高的趨勢。美國處理廚余垃圾的平均費用為每噸9到38美元。處置方式大部分以家庭填埋為主。對廚余垃圾產(chǎn)生量較大的單位設(shè)置廚余垃圾粉碎機和油脂分離裝置，分離出來的垃圾排入下水道，油脂則送往相關(guān)加工廠（如制皂廠）加以利用。對于廚余垃圾產(chǎn)生量較小的單位如居民廚房，則被混入有機垃圾中統(tǒng)一處理或通過安裝廚余垃圾處理機，將垃圾粉碎后排入下水道。未來的處理趨勢是采用堆肥工藝制成肥料或加工成動物飼料進行資源化回收利用。由于美國采用的是垃圾處理收費制度，其收費標準是以家庭垃圾產(chǎn)生量為基準。家庭產(chǎn)生的垃圾多，收費就相應(yīng)較高。所以以堆肥方式處理餐廚垃圾及庭院垃圾在美國的家庭非常普及，尤其是在人口密度較小的中西部地區(qū)。美國各個州關(guān)于廚余垃圾的處理政策和方式各不相同，都是根據(jù)當?shù)鼐唧w情況，建立了自主的廚余垃圾處理回收體系。目前應(yīng)用方向以蚯蚓堆肥（Vermicomposting）及密封式容器堆肥（In-vessel composting）為主[2]。

在韓國，堆肥處理成本大致為每噸60美元，焚燒的費用大約為每噸90美元，填埋為每噸25美元。目前韓國把廚余垃圾列為可燃垃圾，焚燒的垃圾中廚余垃圾占30%-50%。1991年城市生活垃圾產(chǎn)生量為92000t/d，其中餐廚垃圾占27%。2000年，韓國城市生活垃圾產(chǎn)量約為1700萬噸，其中餐廚垃圾占25%。由于該國廚余垃圾的燃燒技術(shù)導(dǎo)致二惡英量增加、能源浪費等一系列問題，因此政府將限制廚余垃圾焚燒處理。同時由于廚余垃圾填埋而引起的滲濾液和氣味等問題，首爾已經(jīng)于2000年7月起，禁止未經(jīng)處理的廚余垃圾進入填埋場。韓國全國也于于2005年起所有填埋場不再接受廚余垃圾。目前韓國廚余垃圾的主要處理方式以堆肥為主，該技術(shù)也存在著很多問題。首先是廚余垃圾中的雜質(zhì)太多，無法經(jīng)堆肥進行分解，又影響堆肥的品質(zhì)。其次，韓國的廚余垃圾含鹽達到1%-3%，過高的鹽分也影響堆肥效果。第三，由于包裝廚余垃圾塑膠袋采用一般的塑膠袋，無法分解，最好采用生物可分解塑膠袋，才不至于影響堆肥的效果。韓國目前堆肥所采取的主要技術(shù)有生化沼氣厭氧消化和兩步厭氧消化。

在日本，據(jù)統(tǒng)計每年垃圾產(chǎn)生量5000萬噸，餐廚垃圾為2000萬噸，占總量的40%，18%來源于食品加工業(yè)，30%來源于食品銷售渠道和酒店，52%來自于家庭。為了減少廚余垃圾環(huán)境的污染，充分利用其中資源，日本2000年頒布了《廚余廢物再生法》。該法律規(guī)定廚余加工業(yè)、飲食業(yè)和流通企業(yè)有義務(wù)減少廚余廢物的排出量和把其中的一部分轉(zhuǎn)換成飼料或肥料，并且就再生利用對象的飼料和肥料制定質(zhì)量標準，到2006年企業(yè)應(yīng)減少20%的新鮮垃圾排放量，并有義務(wù)對自身產(chǎn)生的垃圾進行循環(huán)利用。因此，一些大中型企業(yè)競相進行餐廚垃圾處理裝置的研發(fā)。

1.2.2 國內(nèi)餐廚垃圾處理現(xiàn)狀

目前我國約有各類餐館350萬之多，廚余垃圾產(chǎn)量在2000年就達到了4500萬噸，以每年10%的遞增速度計算。而當前我國現(xiàn)僅有8200萬噸每日的處理量，對應(yīng)處理率僅為10%，對應(yīng)處理壓力較大。中國陸續(xù)有城市開始重視廚余垃圾的回收處理，即是把廚余垃圾與其它生活垃圾分別處理。北京城市垃圾中有機廢物占65%，其中廚余垃圾占39%[3]。

上海是最早實施全方位餐廚垃圾管理的城市，其廚余垃圾處理處置體系也是目前國內(nèi)最為完善的。做法為由政府牽頭立法、出臺政策法規(guī)，交由環(huán)衛(wèi)局管理，包括統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)、監(jiān)管、培訓(xùn)，企業(yè)來實施運作，即設(shè)備和設(shè)施投入、安裝、運行，加上社區(qū)參與垃圾收運、處置和服務(wù)。上海市市容環(huán)境衛(wèi)生管理部門先后制定頒布了《上海市餐廚垃圾處理和管理工作的試行辦法》等政策法規(guī)，明確了餐廚垃圾產(chǎn)生、收運、處理和管理等各單位的職責，制定了各項工作具體程序、收費標準，建立起整個廚余垃圾管理與處理處置體系，使廚余垃圾處理真正可實施化。目前其產(chǎn)生的廚余垃圾，主要采取填埋、堆肥、加工寵物飼料、生化處理等方式處置。

目前我國還沒有建立健全的廚余垃圾處理管理體系，缺乏相應(yīng)的管理政策和適宜的處理技術(shù)，最普遍的處理方式是混在普通垃圾中，直接混合填埋處置或者直接運到農(nóng)場喂豬。由于沒有專門的統(tǒng)一法律法規(guī)可供遵循，一些城市制定了自己的處置政策。近年來，國內(nèi)也開始探索其他技術(shù)消納這些餐廚垃圾，并開始進行試點工程。

1.3 垃圾堆肥產(chǎn)品應(yīng)用研究進展

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生態(tài)意識的加強，建立花園城，實現(xiàn)大地綠化，已成為人們普遍的期望與要求，草坪綠化面積的大小已成為衡量現(xiàn)代化城市環(huán)境質(zhì)量的重要客觀標準。目前，在國內(nèi)外建植草坪的眾多方法之中，規(guī)模化生產(chǎn)地毯式草皮無疑是現(xiàn)代化、專業(yè)化的一個發(fā)展方向，發(fā)達國家普遍采用，但往往地毯式草皮生產(chǎn)一般選在農(nóng)田地塊，并以優(yōu)質(zhì)耕層土壤為基質(zhì)，因而在收獲時，優(yōu)質(zhì)耕層土壤隨草皮一并帶走（5～10cm厚耕層土壤），造成土地資源的浪費和破壞，最終使城郊高效農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境惡化，而利用生活垃圾進行地毯式草皮生產(chǎn)既能使生活垃圾得到充分有效地利用，減少環(huán)境污染，拓寬環(huán)保新產(chǎn)業(yè)，又能進行有效地垃圾處理，且有了足夠的優(yōu)質(zhì)綠地面積。多立安[3]等人用生活垃圾組建基質(zhì)進行地毯式草皮生產(chǎn)，對不同選配基質(zhì)對草坪的生長效應(yīng)差異性進行了研究，結(jié)果表明，鋸木屑可通過增強基質(zhì)的保水性能而提高草坪草的抗干旱脅迫能力，并能促進草坪草的生長，草木灰顯較強的堿性，當其占基質(zhì)25%時，則pH值可達9以上，細河沙可改善基質(zhì)的通透性，但配施量過多就會降低基質(zhì)營養(yǎng)水平，說明配材不同，選配的基質(zhì)性能也有較大的差別。綜合各項研究指標，則配材鋸木屑在生活垃圾生產(chǎn)地毯式草皮的基質(zhì)配制中，正向效應(yīng)明顯應(yīng)用價值較大。

2 餐廚垃圾堆肥作為黑麥草育苗和生長基質(zhì)的研究

本試驗旨在用餐廚垃圾堆肥作為草坪的栽培基質(zhì)，這樣既能避免每完成一次草皮生產(chǎn)過程，要鏟去熟土，破壞肥沃的農(nóng)田的現(xiàn)象，又能部分代替泥炭，從而能減少環(huán)境壓力，還能變廢為寶，解決餐廚垃圾的出路問題。試驗將堆肥與珍珠巖及泥炭按一定比例混和制成栽培基質(zhì)，通過盆栽試驗觀察并測試其各項指標，篩選出適宜黑麥草育苗和生長的基質(zhì)。

2.1 材料與方法

2.1.1 試驗材料

供試作物為黑麥草（Lolium perenne L.），盆栽供試堆肥為自制的餐廚垃圾堆肥，泥炭和珍珠巖購自陳村花卉世界。

2.1.2 研究方法

3種原材料都經(jīng)風干，不同處理按體積混配，裝盆，每盆所裝基質(zhì)的總體積為600ml，共做二十個處理，其中有五個對照。每個處理做4次重復(fù)。T1-T5為（堆肥+泥炭）：珍珠巖（V/V）=1∶1的各處理，我們在本文中稱為第一處理組；T6-T10為（堆肥+泥炭）：珍珠巖（V/V）=2∶1的各處理，我們稱為第二處理組；T11-15（堆肥+泥炭）：珍珠巖（V/V）=3∶1的各處理，我們稱為第三處理組，在各處理組內(nèi)隨處理號增大堆肥含量逐漸增加。具體配比見表2.2。

試驗于2013年9月30日撒種，每盆撒種15粒，第一次收割時間為2013年11月10日，歷時40天。第二次收割時間為2013年11月30日，歷時20天，第三次收割時間為2013年12月15日，歷時15天。由于各對照長勢太差，故在兩次收割后，對每個處理澆了等量的液體肥料。

盆栽試驗前采用PT法測定了基質(zhì)的孔隙度、pH、EC，盆栽試驗中測定了黑麥草發(fā)芽率、株高（每盆中測三株取其平均值），每造黑麥草的生物量（包括鮮重、干重），采用日本產(chǎn)SPAD-502型葉綠素測定儀測定了黑麥草的葉綠素含量，黑麥草植株中的全量養(yǎng)分含量，以及收獲后不同基質(zhì)中的全量養(yǎng)分含量及有機質(zhì)的百分含量均參照《土壤農(nóng)化分析方法》。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 不同配比基質(zhì)的理化性質(zhì)

孔隙度是基質(zhì)最重要的指標之一?？紫抖却蟮幕|(zhì)疏松，通透性良好，有利于作物根系生長?？偪紫抖仍酱?，保水性越好；優(yōu)質(zhì)栽培基質(zhì)應(yīng)具有15～20%的通氣孔隙度。一般作物適宜的EC值大都在0.6～2.0ms·cm-1之間，大于3.5ms·cm-1則太高。一般作物適宜的pH值在接近中性時較好。基于各處理基質(zhì)的孔隙度及pH、EC值的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。對各指標用SAS軟件進行處理，綜合以上指標，得出T1、T6、T7、T11、T12等處理各項指標均能滿足作物生長的需要，而T2、T3、T4、T8、T9、T10、T13除了EC含量稍高外其他指標也均能滿足作物生長的需要。

2.2.2 不同基質(zhì)配比對黑麥草株高及發(fā)芽率的影響

圖2.1為不同處理發(fā)芽率及株高的比較。由圖2.1可看出各對照中CK2泥炭與珍珠巖按2：1混配制得的基質(zhì)發(fā)芽率最好，而CK5純堆肥處理的基質(zhì)發(fā)芽率是最低的，這主要是因為堆肥的鹽分含量太高，抑制了黑麥草的發(fā)芽。在各處理組內(nèi)發(fā)芽率都出現(xiàn)一個峰，第一處理組的發(fā)芽率的峰出現(xiàn)在T3處理；第二處理組的發(fā)芽率最好的為T7處理；第三處理組內(nèi)的發(fā)芽率由T11～T15呈逐漸減少的趨勢，這主要是因為隨堆肥含量的增大，鹽分含量也在增大，抑制了黑麥草的發(fā)芽。

對于各處理的株高比較來看，雖然含泥炭的基質(zhì)發(fā)芽率高，但是從圖5.1中我們可以看出其長勢較差，株高較純堆肥處理的差異顯著，這是因為堆肥中含有豐富的養(yǎng)分，能夠促進黑麥草的生長。在各處理組內(nèi)株高也都出現(xiàn)一個峰，第一處理組的株高的峰也出現(xiàn)在T3處理；第二處理組的株高的峰值出現(xiàn)在T6處理；第三處理組內(nèi)株高大致呈相同變化趨勢，也是由T11～T15逐漸減少的。堆肥含量的增加，同時也提高了基質(zhì)中的鹽分含量，抑制了黑麥草的生長。

由此可見，適量堆肥的加入可促進黑麥草的生長。綜合這兩個因素，在本試驗條件下較好的處理為T1、T2、T3、T6、T7、T11，發(fā)芽率分別達到91.67%、91.67%、96.67%、86.67%、93.33%和83.33%；株高分別達到19.83cm、22.32cm、23.30cm、23.51cm、22.89cm和20.96cm。

2.2.3 不同基質(zhì)配比對黑麥草葉綠素的影響

圖2.2為各處理葉綠素含量的比較圖。葉綠素含量是反映草坪草光合作用強度的重要指標之一，其含量高低表明草坪草生長能力的強弱。從圖2.2可以看出，除CK4（純泥炭）葉綠素含量最高外（具體原因有待于進一步研究），其它對照處理的黑麥草葉綠素含量差異不是很大，而加入堆肥的處理中以第一、第二處理組的葉綠素含量較高，而第三處理組的葉綠素含量都較低，這與黑麥草生物量的測定結(jié)果基本一致，這表明適量施用堆肥有利于黑麥草進行光合作用，增強黑麥草的生長能力。其中在長勢較好的幾個處理中，T6對提高黑麥草葉綠素含量的效果最為顯著，其余依次為T2>T7>T4>T3>T8>T9>T1。

2.2.4 不同基質(zhì)配比對黑麥草植株中NPK養(yǎng)分含量的影響

表2.5為最后收獲后黑麥草中全量養(yǎng)分的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。氮素是草坪草生長的重要營養(yǎng)元素，氮素的吸收有利于草坪草各項質(zhì)量指標的提高。黑麥草對氮素的吸收可以反映不同處理之間的差異。從表中我們可以明顯的看出第三處理組的各處理氮百分含量較多，而且堆肥含量最多的T15氮的含量最高，這是因為堆肥中含有較多的氮素養(yǎng)分，可以供給黑麥草所需。長勢好的第一、二處理組的各處理葉片中氮的含量反而低，這是因為這些處理的生物量與其它處理存在顯著差異，如果按凈吸收量來計，這些處理就相應(yīng)的高。全PK也表現(xiàn)出大致相同的趨勢。

2.3 結(jié)論

以腐熟的餐廚垃圾堆肥為原料配制基質(zhì)，以黑麥草為供試作物，檢驗不同配比基質(zhì)的生物效應(yīng)。篩選出適宜黑麥草生長的最佳基質(zhì)配方是：泥炭：堆肥：珍珠巖（v/v）=0.6：0.4：1。

3 綜述

垃圾堆肥施于農(nóng)田，既提供了肥源，又提供了垃圾消納渠道，因而作為垃圾處理的有效方法受到廣泛重視和采用，特別是在發(fā)展中國家，該方法得到了較為普遍的應(yīng)用。大量的分析結(jié)果表明，垃圾堆肥施入農(nóng)田后可為農(nóng)作物提供一定的養(yǎng)分和有機物質(zhì)，但垃圾堆肥中含有一定數(shù)量的不易被微生物分解和耕作過程機械外力破碎的石礫、塑料、玻璃碎片等雜物，同時生活垃圾中還含有一些有毒物質(zhì)，如電池、金屬等在堆腐過程中被部分分解和溶解，致使垃圾堆肥中的重金屬含量偏高。從垃圾堆肥實際使用情況看，雖然在施用初期起到了部分增加土壤養(yǎng)分，提高作物產(chǎn)量的作用，受到了農(nóng)民歡迎。但是隨著垃圾堆肥長期施用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了一些不利影響，直接表現(xiàn)為土壤肥力退化，土壤質(zhì)地變粗，土壤保水和保肥能力下降，進而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，使經(jīng)濟效益下降。因此，針對目前垃圾堆肥質(zhì)量偏低、營養(yǎng)成分不高、有機質(zhì)含量較少等問題，在后處理深加工過程中，以提高垃圾堆肥有機質(zhì)，增加養(yǎng)分含量和減少無機雜質(zhì)為重點，同時在施肥過程中通過營養(yǎng)配方技術(shù)和生物效應(yīng)試驗，采用垃圾堆肥和無機化肥配合施用（或復(fù)混方法），在提高養(yǎng)分利用率的基礎(chǔ)之上，提出提高垃圾堆肥消納量的技術(shù)措施，為垃圾堆肥的資源化利用提供科學依據(jù)。

餐廚垃圾堆肥不但營養(yǎng)成分齊全，有機質(zhì)含量高，而且雜質(zhì)少，重金屬含量低，有毒物質(zhì)少，具有很大的推廣利用價值。泥炭已被廣泛應(yīng)用于園藝方面，現(xiàn)已成為蔬菜、花卉和其他園藝作物的主要生長基質(zhì)，但由于泥炭的分布不均及品質(zhì)等各方面的問題促使人們都在尋找泥炭的替代材料。餐廚垃圾堆肥，無論在pH值上，還是在各養(yǎng)分含量等條件上，都可以代替泥炭作為作物的生長基質(zhì)，而且養(yǎng)分更豐富。不過餐廚垃圾堆肥的唯一不足就是其鹽分含量高，當施用量過多時，會對作物造成鹽害，這點已經(jīng)引起廣泛的注意，希望在今后的研究中可以盡快找到相應(yīng)的解決方法。

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