西湖水上園林廢棄物的資源化利用

于 薇 張 征 張 波 孫 堅

（杭州市西湖水域管理處 浙江杭州 310002）

引言

園林廢棄物通常主要是指在園林種植的過程中，綠化植物因生長階段自然凋落或因養(yǎng)護過程中因人工修剪所產(chǎn)生的殘枝、落葉、草坪修剪物、落花、樹木與灌木修剪物，以及其他植物性的有機混合物，園林廢棄物的主要成分包含木質(zhì)纖維素、脂質(zhì)類等組成物質(zhì)。園林廢棄物具有來源一般較為單一、成分較為簡單、通常容易收集等特點，因為其通常含有較為豐富的有機物等營養(yǎng)成分，因此園林廢棄物也被人們視作一種“被放錯位置的可再生資源”。

1 國內(nèi)園林廢棄物的處理現(xiàn)狀

國外像美國、加拿大等發(fā)達國家在園林廢棄物的處置和資源化利用方面已經(jīng)有了一定的積累和經(jīng)驗，美國用園林廢棄物用作再生土生產(chǎn)、堆肥的原料，最終用于城市的綠化用土和土壤改良[1]。而國內(nèi)對園林廢棄物的研究利用起步較晚，大多數(shù)城市對城市園林綠化廢棄物的處理方式仍主要采用傳統(tǒng)方法，即大部分的園林廢棄物外運至垃圾場填埋，小部分與生活垃圾混合后焚燒[2]。

早在2007 年，我國住建部就發(fā)布了《關(guān)于建設(shè)節(jié)約型城市園林綠化的意見》，意見中明確提出了“鼓勵通過堆肥、發(fā)展生物質(zhì)燃料、有機營養(yǎng)基質(zhì)和深加工等方式處理修剪的樹枝，減少占用垃圾填埋庫容，實現(xiàn)循環(huán)利用?！痹谑晃濉⑹迤陂g，北京、廣州、上海、武漢等地陸續(xù)積極推進園林廢棄物的循環(huán)利用，嘗試將園林綠化廢棄物從城市垃圾中分離出來，由園林綠化部門進行一個集中的消納處理，以有機肥等形式實現(xiàn)對園林廢棄物的資源化利用。但是從總體來看，我國園林廢棄物的資源化處理利用主要集中在大城市進行試點，而在中小城市的覆蓋面并不大。同時，我國的園林廢棄物的利用形式也較為單一，因此資源化利用率也較低。園林廢棄物的資源化利用，與當下建設(shè)節(jié)約型生態(tài)城市的理念不謀而合，有助于資源可持續(xù)利用充分實現(xiàn)和生態(tài)環(huán)境保護技術(shù)的發(fā)展，因此對于提升改善城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境、創(chuàng)造生態(tài)價值和經(jīng)濟價值意義重大。

2 現(xiàn)有的園林廢棄物資源化利用方式

2.1 堆制有機肥

利用園林廢棄物生產(chǎn)有機肥，就是將園林綠化中產(chǎn)生的各類樹枝、落葉等廢棄物統(tǒng)一經(jīng)收集、粉碎處理后，進行有氧發(fā)酵，產(chǎn)生有機肥料[3]。有機堆肥是目前國內(nèi)外最常見的處理工藝，該工藝能有效的降解園林廢棄物中的纖維素、多糖和木質(zhì)素等物質(zhì)，最終發(fā)酵產(chǎn)生的堆肥產(chǎn)品不僅能有效的提高土壤的肥力、改善土壤物理結(jié)構(gòu)，還能在第一程度上降低或緩解土壤板結(jié)、保水透氣能力下降等問題。堆肥處理的工藝的優(yōu)勢較為明顯，發(fā)展趨勢也較為良好，但其在堆制過程中發(fā)酵周期長、用地面積大、生產(chǎn)成本高等問題仍亟待解決。

2.2 有機基質(zhì)

園林廢棄物經(jīng)粉碎、充分的發(fā)酵和腐熟后的產(chǎn)品，含有較高的有機質(zhì)和礦物質(zhì)，因此可用于生產(chǎn)基質(zhì)材料，適用于花卉培養(yǎng)、苗木種植和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。因為生產(chǎn)的有機基質(zhì)疏松、透氣性強，具有較強的保水性、保肥能力及較高的穩(wěn)定性，適合綠化植物生長，可以作為土壤改良劑、栽培基質(zhì)等。國內(nèi)多家花卉生產(chǎn)企業(yè)進行試點應(yīng)用，從最終的使用結(jié)果來看，應(yīng)用園林廢棄物生產(chǎn)的有機基質(zhì)具有較好的推廣示范作用。

2.3 有機覆蓋物

園林廢棄物經(jīng)收集、粉碎、加工后產(chǎn)生的有機物質(zhì)，也可用作于地表的覆蓋，并且具有較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟收益。經(jīng)加工處理產(chǎn)生的有機覆蓋物，目前主要有兩種主流應(yīng)用模式：一種是將園林廢棄物進行加工、粉碎、堆腐、發(fā)酵，最終變成粉狀基質(zhì)；而另一種是把較為粗大的枝條和枝干直接進行加工粉碎，然后再經(jīng)礦物染色加工后，變成彩色塊狀顆粒。

2.4 生物質(zhì)能源

近幾年，人類對新能源需求日益增加，新興的清潔能源生物質(zhì)能一經(jīng)面世就廣受到人們的重視和追捧。在我國的城市和郊區(qū)，每年能產(chǎn)生約數(shù)億噸的園林綠化和農(nóng)業(yè)有廢棄物，可以料想發(fā)展生物質(zhì)能潛力巨大。

3 西湖水上園林廢棄物現(xiàn)狀

3.1 來源

西湖位于浙江省杭州市。西湖的南北長3.3 千米、東西長2.8 千米，匯水面積達21.22 平方公里，蓄水總量約有1450 萬立方米，是世界聞名遐邇的風景名勝區(qū)。西湖的水質(zhì)治理經(jīng)歷了環(huán)湖截污、引水治理、底泥疏浚等不同階段，開始進入到水生態(tài)修復(fù)的高級階段。近年來，隨著國家“十一五”、“十二五”水專項在西湖內(nèi)相繼實施了北里湖生態(tài)修復(fù)示范工程、錢塘江引水高效降氮示范工程、西湖湖西水域水生植物群落優(yōu)化示范工程，西湖水質(zhì)有了一定的改善，局部水域的復(fù)合水生植物群落結(jié)構(gòu)也已逐漸形成。隨著西湖內(nèi)水生植物群落的逐漸恢復(fù)，沉水植被擴繁逐步趨于穩(wěn)定，西湖內(nèi)沉水植物的總面積也已達到了31.7 萬平方米，但同時也產(chǎn)生了大量的園林廢棄物。西湖內(nèi)園林廢棄物的產(chǎn)生主要源自于以下三個途徑：

（1）沉水植物。沉水植物自然更替或被機械、人為打斷后會漂浮湖面。西湖采用栽植水草等生物方法逐步修復(fù)西湖的生態(tài)環(huán)境，進而提升西湖的水質(zhì)。因此，分區(qū)塊種植了大量的沉水植物，包括菹草、苦草、狐尾藻、金魚藻、微齒眼子菜等。這些沉水植物是西湖水上園林廢棄物的主要來源：在夏季等生長旺盛時節(jié)，會對這些水生植物進行人工的收割、清理、打撈，如果不及時，這些水生植物不僅會影響其他水生生物的生存空間，還會產(chǎn)生二次污染；被西湖內(nèi)食草性魚類咬斷的水草會漂出水面；過往船舶螺旋槳會割斷或帶起部分水草。

（2）以荷花為主的挺水植物。西湖內(nèi)主要荷區(qū)面積逾142 畝，分布在岳湖、外湖、北里湖、西里湖和小南湖等湖區(qū)。產(chǎn)生的園林廢棄物主要為日常管養(yǎng)中產(chǎn)生清理的殘枝敗葉，以及生長期結(jié)束后對殘荷的收割。

（3）沿湖種植的植物。西湖的環(huán)湖一圈種植了大量的樹木、草坪等園林植物，這些園林植物在自然生長的階段以及在日常的剪修枝條等養(yǎng)護過程中也會產(chǎn)生大量的枯枝落葉等，這些園林廢棄物也會飄落入湖。

近年來，西湖內(nèi)產(chǎn)生的園林廢棄物已逾1200噸。隨著水生態(tài)修復(fù)工作的逐步推進，西湖水上園林廢棄物的產(chǎn)量必將逐年增加，屆時西湖將面臨園林廢棄物處置的難題。

3.2 湖面保潔機制

西湖水體的保潔是集中打撈和日常管理相結(jié)合的原則，由湖面清衛(wèi)保潔人員對各湖區(qū)采用分區(qū)塊、分班次的模式對西湖水域水面的漂浮垃圾、浮萍、水草等進行不間斷的巡回打撈。在夏季高溫期間及小長假等旅游旺季等，加派清衛(wèi)船舶和清衛(wèi)人員，加大對重點區(qū)域的保潔頻次。每年的6-9 月是沉水植物的生長旺季，日均出動湖面清衛(wèi)保潔人員28 人次、清衛(wèi)保潔船舶20 余艘。2020 年7 月的日均打撈量已逾4000 公斤，若碰上臺風等異常天氣，加上從附近山上隨降雨沖入湖中的枯枝等垃圾量，整體的打撈量將更加可觀。

3.3 傳統(tǒng)處置模式

目前，西湖內(nèi)的園林廢棄物的出路主要為清衛(wèi)保潔打撈、瀝干后委托外單位定期外運。這種外運的處置方式存在一系列的問題：

（1）堆放占地大。打撈上岸的水草一般含水量都較高，在統(tǒng)一外運前需要進行瀝干處置；

（2）堆積易腐敗。尤其是在夏季或溫度較高的時期，水草等易腐垃圾清運不及時會產(chǎn)生惡臭味，對環(huán)境造成不良影響；

（3）運輸不宜。水生植物體積較大、含水量較高，因此運輸不易，需要花費大量的人工和車輛成本；

（4）費用高。隨著園林廢棄物產(chǎn)量的逐年增加，其外運費用也會逐年遞增。

在注重生態(tài)環(huán)境保護的當今，勢必要求尋找一條資源化利用的途徑來綜合解決園林廢棄物。

4 園林廢棄物處置的新模式

水域管理處在借鑒了紹興鑒湖“水上垃圾”處置方式的基礎(chǔ)上，引入了一套園林廢棄物微生物處理系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要采用微生物處理技術(shù)對園林廢棄物進行資源化利用，主要適用對象是沉水植物、挺水植物。此套處理項目的日處理量為2 噸/日。

4.1 處理工藝流程

如圖1 所示。

圖1 處理工藝流程圖

4.2 系統(tǒng)說明

此套處理系統(tǒng)主要是由四個子系統(tǒng)組成：傳輸系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、發(fā)酵系統(tǒng)和附屬環(huán)保處理系統(tǒng)。

傳輸系統(tǒng)：根據(jù)園林廢棄物的量、園林廢棄物分類的效果、操作人員人數(shù)情況、設(shè)備布局占地情況等因素，有垃圾箱提升式或輸送帶輸送兩種輸送方式可進行選擇。經(jīng)清理打撈的園林廢棄物被分裝至垃圾箱，再將裝箱的垃圾桶提升至處理系統(tǒng)進口。園林廢棄物的處理采用垃圾箱提升式提升，主要特點為半密封的垃圾箱進料，對外部環(huán)境的影響較為小。

破碎系統(tǒng)：對進入系統(tǒng)內(nèi)部的園林廢棄物進行機械研磨剪切破碎和螺旋擠壓脫水，有助于增加進行發(fā)酵反應(yīng)的接觸面積，從而進一步提高發(fā)酵反應(yīng)的效率。

發(fā)酵系統(tǒng)：進料經(jīng)充分破碎后進入料倉，料倉內(nèi)有加熱裝置提升并保持反應(yīng)溫度50 攝氏度以上，同時不斷將進料進行翻滾，攪拌均勻。進料整體均勻受熱并保持在一定的溫度。料倉內(nèi)的好氧微生物通過氧化作用將進料內(nèi)的有機物進行發(fā)酵分解。經(jīng)過24小時的反應(yīng)時間，進料中的有機物發(fā)酵轉(zhuǎn)化、烘干脫水成為粉末狀肥料。出料肥料的有機物含量大于40%，含水率不同而形成黑色或褐色的腐殖質(zhì)。

附屬環(huán)保系統(tǒng)：主要是對各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢氣、廢水收集，處理后達標排放。在好氧發(fā)酵的過程中，會產(chǎn)生氨氣等惡臭氣體，為防止惡臭氣體擴散，整個系統(tǒng)設(shè)計為一個全封閉的負壓狀態(tài)，氣體經(jīng)過噴淋塔、活性炭吸附等處理后再排放。

4.3 主要產(chǎn)品及應(yīng)用

經(jīng)發(fā)酵處理后，園林廢棄物的總量體積減少了90%，產(chǎn)生的有機肥產(chǎn)品呈黑褐色，含有較高的腐殖質(zhì)含量。有機肥產(chǎn)品可以用作苗木種植、花木培養(yǎng)等的自用肥料，或用于城市綠地養(yǎng)護、有機蔬菜水果等的專用肥。

5 特點

在經(jīng)過了一段時間的穩(wěn)定運營操作后，每天2噸的園林廢棄物最終可轉(zhuǎn)化產(chǎn)生70-75 公斤的有機肥。此套系統(tǒng)運行過程中具有以下幾個特點：

（1）處理效率高。發(fā)酵反應(yīng)時間短，經(jīng)24 小時就可出料；

（2）對環(huán)境影響小。發(fā)酵反應(yīng)在密閉的容器內(nèi)進行，產(chǎn)生的廢水、廢氣由設(shè)施統(tǒng)一收集處理；

（3）操作簡便。一體化控制，PLC 控制，操作直觀簡便；

（4）對反應(yīng)物料有局限性。適用于水草、樹葉和較細的樹枝，較粗、材質(zhì)較為堅硬的樹枝無法破碎切斷，且其本身纖維素含量較高，也不適合短期發(fā)酵反應(yīng)；因此對于材質(zhì)較為堅硬的園林廢棄物仍需要尋找有效的出路；

（5）需要與其他有機物質(zhì)混合。因為園林廢棄物中木質(zhì)纖維素和脂質(zhì)類含量較高，因此如果就將單純園林廢棄物作為生產(chǎn)原料，產(chǎn)生的肥力就較為有限。在實際的操作過程中，需要與含有較高蛋白質(zhì)的易腐垃圾混合，能有效的提升出料有機肥的肥力值，水域管理處的設(shè)備工作人員將每日打撈的死魚等垃圾與園林廢棄物混合后一起投入設(shè)備；

（6）廢棄物減量化成果明顯。處理后園林廢棄物的體積可減少90%，大大的降低了運輸成本。

結(jié)語

與水上園林廢棄物傳統(tǒng)的外運處置方式相比，微生物處理園林廢棄物具有地面積小、環(huán)境污染少、產(chǎn)生有機肥附加價值等明顯優(yōu)勢。鑒于其在資源、經(jīng)濟和環(huán)境等方面的優(yōu)勢和影響，微生物處理將成為城市園林廢棄物處置的有效選擇，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也將成為必然趨勢。微生物處理產(chǎn)生的有機肥可用于西湖上游茶地和沿湖公園綠化養(yǎng)護中，將助力復(fù)合肥的“零增長”甚至“負增長”，從而進一步削減進入西湖的營養(yǎng)鹽含量，有效推進生態(tài)、有機、綠色的循環(huán)經(jīng)濟的實現(xiàn)，能更好的保護與提升西湖水環(huán)境質(zhì)量。