旋轉(zhuǎn)堆肥箱處理蔬菜廢棄物效果研究

習(xí)佳林++郭陽(yáng)++張國(guó)光++蔡爽++懷穎++孫江

摘要 研究主要針對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中因病害或蟲(chóng)害等原因產(chǎn)生的少量蔬菜廢棄物，采用瑞典JK270旋轉(zhuǎn)堆肥箱對(duì)其進(jìn)行收集，并添加DM菌劑進(jìn)行好氧堆肥處理試驗(yàn)。結(jié)果表明，在充分混合和氣溫適宜的條件下，堆肥箱通過(guò)好氧堆肥可以有效分解蔬菜廢棄物，廢棄物降解率為50%～57%；堆肥高溫能有效殺滅病菌，防止病蟲(chóng)害蔓延；處理周期一般為8～14 d，處理周期主要受廢棄物種類(lèi)、菌劑添加量和環(huán)境溫度等因素影響；JK270堆肥箱可有效處理3～5個(gè)設(shè)施溫室日常生產(chǎn)過(guò)程中和部分蔬菜采收過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物。

關(guān)鍵詞 旋轉(zhuǎn)堆肥箱；蔬菜廢棄物；好氧堆肥；處理效果

中圖分類(lèi)號(hào) S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）09-0193-03

Abstract The study mainly focused on the small amount of vegetable waste which was caused by the disease or pest in the process of vegetable production. The Swedish JK270 rotary compost bin was used to collect the vegetable waste，and DM bacteria was added to carry out the aerobic composting test. The results showed that under the condition of sufficient mixing and suitable temperature，the compost bin could decompose the vegetable waste efficiently through aerobic composting process，with the composting rate of 50%-57%.The high-temperature composting could effectively kill the bacteria and prevent the spread of the pests and diseases. The processing cycle was usually 8-14 days，which was mainly affected by waste type，the amount of bacteria added，the ambient temperature and other factors. JK270 compost bin could effectively deal with the waste which was produced by daily production process and some vegetable harvest process of 3-5 greenhouses.

Key words rotary compost bin；vegetable waste；aerobic composting；treatment effect

自1988年國(guó)家決定實(shí)施“菜籃子工程”以來(lái)，我國(guó)蔬菜事業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展的新時(shí)期，蔬菜作物種植在農(nóng)業(yè)中所占的比重越來(lái)越大，到2000年底我國(guó)設(shè)施蔬菜面積已發(fā)展到140萬(wàn)hm2以上[1]。

隨著蔬菜產(chǎn)量的不斷增加和對(duì)蔬菜品質(zhì)要求的提高，蔬菜廢棄物的產(chǎn)生量也在急劇增加。多種蔬菜如蠶豆、冬筍等的廢棄物產(chǎn)生比例已高達(dá)60%[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京2015年的蔬菜廢棄物產(chǎn)量大約為200萬(wàn)t，其中70%的廢棄物未經(jīng)任何處理便隨意堆放。大量蔬菜廢棄物若不進(jìn)行處理，不僅會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)，還可能成為污染源。在云南滇池流域，產(chǎn)生的蔬菜、花卉廢棄物被農(nóng)民直接丟進(jìn)溝渠，成為滇池水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要物質(zhì)來(lái)源[3]；蔬菜廢棄物很有可能攜帶病原、蟲(chóng)源，如含有番茄病毒病菌、葉霉病菌等[4]，大多設(shè)施蔬菜產(chǎn)地產(chǎn)生的蔬菜廢棄物往往隨意丟棄，導(dǎo)致病蟲(chóng)害滋生，堆積過(guò)程中的滲濾液極易對(duì)土壤造成污染[5-6]。因此，蔬菜廢棄物的有效處理和資源化利用對(duì)蔬菜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意義重大。

目前，蔬菜廢棄物的處理方式主要有以下幾種：一是按一般生活垃圾的方式進(jìn)行填埋、焚燒處理；二是厭氧消化；三是好氧堆肥。厭氧發(fā)酵技術(shù)是目前一種應(yīng)用比較廣泛的對(duì)蔬菜廢棄物的處理方式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)厭氧發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行了大量研究[6-12]，其技術(shù)特點(diǎn)是能夠產(chǎn)生沼氣，但是厭氧發(fā)酵工藝的成功實(shí)施依賴(lài)于高效反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)利用，受設(shè)施規(guī)模的限制，同時(shí)存在最終的廢水、廢渣處理問(wèn)題。好氧堆肥作為一種有效的有機(jī)廢棄物資源化處理技術(shù)，成為國(guó)內(nèi)外固體廢棄物資源化的研究熱點(diǎn)[5，13-17]，好氧堆肥堆體溫度一般在50～65 ℃范圍內(nèi)，甚至更高。高溫可以殺滅病原菌，同時(shí)對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解速度快，是處理蔬菜廢棄物的有效方法。本文采用好氧堆肥技術(shù)快速處理蔬菜廢棄物，通過(guò)堆肥箱的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)堆料混勻和供氧，實(shí)現(xiàn)蔬菜廢棄物快速、安全的處理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選擇花椰菜、草莓和大白菜的廢棄物作為原料進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)原料為北京市通州區(qū)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地的廢棄物，即設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中每天因病害或蟲(chóng)害等原因?qū)е伦魑镏仓昊蚬麑?shí)干枯、腐爛而產(chǎn)生的蔬菜廢棄物或蔬菜采收過(guò)程中的廢棄物。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)堆肥箱為瑞典JORA JK270堆肥箱（圖1）。該箱外形為六面體型，規(guī)格為1 130 mm×1 270 mm×698 mm，容量為270 L，分為2個(gè)發(fā)酵倉(cāng)，可進(jìn)行連續(xù)處理。堆肥箱有入料口和排氣口，并配有密封蓋，可人工進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，完成廢棄物在堆肥箱內(nèi)的翻堆、混勻，避免了普通堆肥箱翻堆時(shí)病菌傳播擴(kuò)散的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

蔬菜廢棄物含水率較高，是限制堆肥化處理的因素之一。同時(shí)，大部分蔬菜廢棄物的C/N比在10以下[18]，而堆肥的C/N比能滿(mǎn)足微生物所需的最佳值為25～35[19]，應(yīng)通過(guò)補(bǔ)充碳素材料（含碳較多的物質(zhì)）的方法調(diào)整C/N比在合適的范圍內(nèi)。本試驗(yàn)通過(guò)添加木屑調(diào)節(jié)廢棄物含水率和C/N比，并添加DM菌劑進(jìn)行好氧堆肥的處理。

1.3.1 試驗(yàn)1。連續(xù)4 d收集設(shè)施內(nèi)的花椰菜菜葉廢棄物，將花椰菜菜葉均勻地切碎為3～4 cm小段，分批加入JK270堆肥箱中，每天加入5 kg菜葉及2.5 kg木屑并手動(dòng)旋轉(zhuǎn)堆肥箱進(jìn)行混合。停止添加廢棄物后，一次性向堆肥箱內(nèi)添加0.5 kg DM菌，每天旋轉(zhuǎn)堆肥箱1次，并記錄箱內(nèi)溫度，觀察廢棄物發(fā)酵情況，處理周期為12 d。

1.3.2 試驗(yàn)2?；ㄒ瞬巳~不進(jìn)行切碎處理，直接投入堆肥箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵。分4次投入，每次添加5 kg菜葉、2.5 kg木屑和一定量的DM菌劑，并旋轉(zhuǎn)混勻。4次共添加菌劑量為0.5 kg。停止添加廢棄物后，每天旋轉(zhuǎn)堆肥箱1次，記錄箱內(nèi)溫度，觀察廢棄物發(fā)酵情況，處理周期為8 d。

1.3.3 試驗(yàn)3。一次性向堆肥箱中加入20 kg草莓廢棄物（主要為草莓秧和爛果落果）和10 kg木屑，并加入0.5 kg DM菌劑，旋轉(zhuǎn)混勻。由于草莓秧較難處理且外界氣溫較低，處理效果較差，后補(bǔ)加0.2 kg DM菌劑。每天旋轉(zhuǎn)堆肥箱1次，并記錄箱內(nèi)溫度，觀察廢棄物發(fā)酵情況，處理周期為13 d。

1.3.4 試驗(yàn)4。收集大白菜廢棄物20 kg，混合10 kg木屑，添加0.5 kg DM菌進(jìn)行處理，由于試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)霧霾天氣嚴(yán)重，光照低，外界溫度較低，試驗(yàn)開(kāi)始階段溫度上升不明顯，處理效果較差。補(bǔ)加0.5 kg DM菌劑后發(fā)酵明顯變快，整個(gè)處理周期較長(zhǎng)，達(dá)到14 d。

1.4 分析指標(biāo)與分析方法

使用美國(guó)ONSET公司的HOBO自動(dòng)溫度記錄儀記錄堆體溫度，旋轉(zhuǎn)堆肥箱發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)和堆肥箱外各放置1個(gè)HOBO溫度計(jì)，HOBO設(shè)定為每小時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)1次。通過(guò)旋轉(zhuǎn)堆肥箱設(shè)置的出料口進(jìn)行采樣，測(cè)定堆料含水率和大腸菌群等病原微生物。

采用稱(chēng)重法計(jì)算堆肥處理廢棄物降解率，分別記錄堆肥前后物料的重量，計(jì)算降解率。采用烘箱烘干稱(chēng)重法測(cè)定含水率，將鮮樣在105 ℃下烘干24 h，稱(chēng)量恒重后計(jì)算含水率，精確到0.01 g。糞大腸桿菌的測(cè)定采用肥料中糞大腸菌群的測(cè)定國(guó)標(biāo)方法[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度的變化情況

從圖2可以看出，試驗(yàn)1在開(kāi)始階段連續(xù)4 d加入蔬菜廢棄物和木屑，但是未加入DM菌劑，因而在前4 d溫度基本未升高，發(fā)酵不明顯；在加入菌劑后溫度迅速升高，維持一段時(shí)間后發(fā)酵停止，溫度迅速下降到室溫，最高溫度達(dá)到69 ℃。

由試驗(yàn)1的結(jié)果可知，添加DM菌劑對(duì)于蔬菜廢棄物好氧堆肥處理具有關(guān)鍵作用，通過(guò)添加菌劑可以有效促進(jìn)好氧堆肥進(jìn)程。因此，試驗(yàn)2在開(kāi)始階段即同蔬菜廢棄物和木屑一起加入了DM發(fā)酵菌劑，明顯促進(jìn)了好氧發(fā)酵，堆肥箱內(nèi)溫度快速上升，隨后快速下降到室溫，最高溫度為60 ℃（圖3）。

試驗(yàn)3進(jìn)行時(shí)，外界氣溫較低，一次性加入廢棄物和菌劑后開(kāi)始發(fā)酵，但是處理前期溫度上升并不明顯，隨后再次添加了0.2 kg菌劑后，溫度開(kāi)始升高，并維持一段時(shí)間后開(kāi)始下降，最高溫度只有55 ℃（圖4）。

試驗(yàn)4進(jìn)行時(shí)，由于試驗(yàn)時(shí)外界氣溫較低，并且有霧霾出現(xiàn)，設(shè)施內(nèi)光照較差，導(dǎo)致處理過(guò)程較慢。前處理階段添加0.5 kg菌劑后，堆肥箱內(nèi)溫度快速上升，維持較短時(shí)間后，隨即開(kāi)始下降，考慮可能是天氣原因造成，隨后補(bǔ)加0.5 kg菌劑后，溫度又出現(xiàn)明顯升高，隨即又快速下降到室溫，反應(yīng)結(jié)束（圖5）。

2.2 廢棄物降解情況

蔬菜廢棄物收集到旋轉(zhuǎn)堆肥箱進(jìn)行一段時(shí)間好氧處理后，廢棄物快速降解，但是不同廢棄物在不同條件下的降解情況有所不同。

從表1可以看出，試驗(yàn)1的處理效果比較好，主要是因?yàn)樵囼?yàn)1中對(duì)花椰菜菜葉進(jìn)行了切碎處理，堆料混合比較均勻，并且試驗(yàn)時(shí)外界氣溫比較高，有利于反應(yīng)進(jìn)行，廢棄物的降解率為57%；根據(jù)試驗(yàn)1的處理效果情況，在試驗(yàn)2過(guò)程中未對(duì)花椰菜菜葉進(jìn)行切碎處理，處理完成時(shí)，有較大、較硬的莖未被完全處理，有機(jī)質(zhì)降解率為50%；蔬菜廢棄物的預(yù)處理對(duì)好氧堆肥處理效果具有一定的影響，但是考慮成本和操作性，建議較小的蔬菜廢棄物可以不進(jìn)行預(yù)處理，直接進(jìn)行堆肥。試驗(yàn)3和試驗(yàn)4處理過(guò)程由于外界氣溫比較低，好氧發(fā)酵比較慢，處理時(shí)間比較長(zhǎng)，有機(jī)物的分解率也偏低，但是4次試驗(yàn)中廢棄物的降解率沒(méi)有顯著差異。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)堆肥產(chǎn)物的含水率進(jìn)行測(cè)定，含水率均在40%左右。

2.3 處理周期和病原微生物檢出情況

從表2可以看出，4次試驗(yàn)的處理周期最短的為試驗(yàn)2（8 d），最長(zhǎng)的為試驗(yàn)4（14 d），試驗(yàn)1在進(jìn)行預(yù)處理的情況下，處理周期為12 d，主要是因?yàn)樵囼?yàn)1在開(kāi)始階段未添加菌劑，所以在前階段基本沒(méi)有處理，在添加菌劑后才開(kāi)始發(fā)酵處理；試驗(yàn)3和試驗(yàn)4處理周期長(zhǎng)與外界溫度有很大關(guān)系，外界氣溫較低，堆肥箱內(nèi)最高溫度也較低，導(dǎo)致反應(yīng)緩慢。

衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)是評(píng)價(jià)堆肥效果的重要參數(shù)，當(dāng)溫度高于55 ℃，并且保持3 d以上時(shí)，可以殺死大多數(shù)病原微生物，部分蟲(chóng)卵和病菌的致死溫度和所需時(shí)間具體見(jiàn)表3。研究主要對(duì)處理產(chǎn)物中的大腸菌群進(jìn)行了檢測(cè)，試驗(yàn)1、2、3的處理產(chǎn)物中均沒(méi)有檢測(cè)出大腸菌群，說(shuō)明本次試驗(yàn)堆肥溫度和高溫維持時(shí)間能夠有效殺滅蟲(chóng)卵和病菌。試驗(yàn)4的堆肥產(chǎn)物中檢出了大腸菌群，可能是由于外界氣溫比較低，最高堆肥溫度無(wú)法保持連續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，達(dá)不到大腸菌群致死的條件。

3 結(jié)論

目前，蔬菜廢棄物處理的研究多為大規(guī)模集中好氧發(fā)酵處理方式，主要針對(duì)蔬菜采收和加工產(chǎn)生的大量廢棄物，廢棄物的產(chǎn)生比較集中，量比較大。該研究主要針對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中由于病害或蟲(chóng)害等原因產(chǎn)生少量的廢棄物，此類(lèi)廢棄物產(chǎn)生特點(diǎn)是量小、時(shí)間分散，針對(duì)此類(lèi)廢棄物處理的研究較少。

通過(guò)采用旋轉(zhuǎn)堆肥箱連續(xù)收集廢棄物進(jìn)行處理試驗(yàn)，掌握了旋轉(zhuǎn)堆肥箱處理蔬菜廢棄物時(shí)物料與DM菌劑添加比例約為60∶1，在一定范圍內(nèi)，菌劑添加越多，發(fā)酵反應(yīng)越快，廢棄物處理周期變短，但是處理成本會(huì)增加；菌劑添加較少時(shí)，發(fā)酵較慢，處理周期長(zhǎng)，處理效果不佳。蔬菜廢棄物不同，處理周期也有差別，一般為8～14 d，處理周期主要受廢棄物種類(lèi)、菌劑添加量和環(huán)境溫度等因素影響。不同廢棄物處理降解率也有一定的差別，廢棄物降解率一般在50%～57%的范圍內(nèi)。一臺(tái)JK270旋轉(zhuǎn)堆肥箱可滿(mǎn)足3～5個(gè)設(shè)施溫室日常生產(chǎn)過(guò)程中和部分蔬菜采收過(guò)程中的廢棄物處理要求。

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