廚余垃圾有機(jī)堆肥風(fēng)險(xiǎn)因子管控研究進(jìn)展

郭顥，楊桂玲*，虞軼俊，王豆，錢鳴蓉

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營養(yǎng)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310021；2.浙江省耕地質(zhì)量與肥料管理局 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部肥料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，浙江 杭州 310020)

我國餐廚垃圾產(chǎn)量大，2015年我國城市生活垃圾清運(yùn)量為1.92億t，餐廚垃圾產(chǎn)生量約為9 110萬t，其中主要城市餐廚垃圾產(chǎn)生量不低于6 000萬t，日均餐廚垃圾產(chǎn)生量為25萬t，其處理率僅為5.25%[1](衛(wèi)生填埋為主)，而餐廚垃圾實(shí)際處理能力不超過0.01 kg·人-1·d-1，堆肥、消化等方式占2.2%。據(jù)美國環(huán)境保護(hù)局2015年公布的數(shù)據(jù)可知，美國城市垃圾處理量約為3.3億t，廚余垃圾堆肥率為5.3%，餐廚垃圾處理能力為0.04 kg·人-1·d-1。我國廚余垃圾處理能力較低，且我國的處理方式仍是以衛(wèi)生填埋為主，容易引發(fā)多種污染問題。歐美等發(fā)達(dá)國家將廚余垃圾向有機(jī)肥轉(zhuǎn)化已取得顯著成效，并逐漸重視廚余垃圾的綠色、合理、合法及合規(guī)化處理。在我國垃圾體量巨大、處理能力較低、垃圾污染環(huán)境等現(xiàn)狀下，廚余垃圾“變廢為肥”是一箭三雕的不二之選，其意義不僅可實(shí)現(xiàn)垃圾的無害化回收、減少環(huán)境污染，還能作為高效有機(jī)肥改良土壤、培肥地力、提高土壤養(yǎng)分活力、凈化土壤生態(tài)環(huán)境、保障農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效益。在此背景下，廚余垃圾作為新興有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)的一支，其作用和意義將會越來越凸顯，對實(shí)現(xiàn)“藏肥于地，藏肥于技”的強(qiáng)農(nóng)戰(zhàn)略路線、保障國家土壤安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和農(nóng)業(yè)生態(tài)安全具有深刻的意義。

廚余垃圾有機(jī)肥是將以有機(jī)質(zhì)為主的餐余垃圾經(jīng)過無害化處理、腐熟的方式復(fù)合成一種兼具微生物肥料和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料。目前國內(nèi)廚余垃圾有機(jī)堆肥正處于產(chǎn)業(yè)化積極發(fā)展階段，但暴露出一些不可忽視的問題，尤其是產(chǎn)品原料和輔料中可能存在的污染物、毒素、病菌等。因此，識別潛在風(fēng)險(xiǎn)因子，建立產(chǎn)品安全性監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，從源頭和過程中把好產(chǎn)品的質(zhì)量安全監(jiān)測，既是廚余垃圾有機(jī)堆肥產(chǎn)品質(zhì)量安全的根本需要，也是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

本文就廚余垃圾有機(jī)堆肥處理的現(xiàn)狀及不同堆肥方法可能存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行分析和總結(jié)，并展望了廚余垃圾有機(jī)肥產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)管控的措施，從風(fēng)險(xiǎn)評估和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制修訂方面提出了對策與建議。

1 廚余垃圾的主要處置方式

廚余垃圾的處理方式具有大同小異的特點(diǎn)。目前，國內(nèi)外的廚余垃圾處理方式包括以下幾種：衛(wèi)生填埋處理；焚燒處理；飼料化處理；有機(jī)堆肥處理。

衛(wèi)生填埋是目前被廣泛應(yīng)用的一種處理方式。我國的大部分地區(qū)普遍將廚余垃圾與其他生活垃圾混合后進(jìn)行填埋處理，截至2015年，我國運(yùn)行的生活垃圾衛(wèi)生填埋場量為1.15億t，占全部生活垃圾總量的63.9%[2]，美國2015年廚余垃圾衛(wèi)生填埋占廚余垃圾總量的76.1%。垃圾填埋會引發(fā)很多污染問題，如侵占大量土地、改變土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)、滲液污染水資源、釋放甲烷二氧化碳等溫室氣體以及一些有害物質(zhì)，通過食物鏈富集而危害人類健康。

焚燒處理是實(shí)現(xiàn)垃圾“三化”——無害化、減量化和資源化的一種有效手段。截至2015年，我國生活垃圾焚燒發(fā)電總用量為0.61億t，占總焚燒發(fā)電用量的33.9%。歐美國家焚燒處理技術(shù)較為成熟，以美國為例，2015年生活垃圾焚燒總量占總處理量的12.8%，約為0.42億t。我國廚余垃圾占生活垃圾總量的一半以上，焚燒處理可將垃圾體積減少90%以上，但是廚余垃圾水分含量高、熱值低，導(dǎo)致燃燒不充分產(chǎn)生二惡英等有害氣體，因此，通常要加大經(jīng)濟(jì)投入進(jìn)行改善以減少廢氣污染環(huán)境。

飼料化處理是將廚余垃圾分選脫水后進(jìn)行烘干，通過滅菌殺毒以達(dá)到飼料無害化的要求。經(jīng)研究表明：廚余垃圾中的營養(yǎng)物質(zhì)能夠被動物很好地消化吸收利用，可以作為優(yōu)良的飼料原料，但依然存在著安全隱患。在飼料化過程中，即使高溫可滅活大部分細(xì)菌，致病微生物仍然能夠大量繁殖，一方面過高溫度會破壞廚余垃圾的營養(yǎng)成分；另一方面，高溫也無法完全消除掉黃曲霉素等部分耐環(huán)境壓迫的毒素，動物食用后會存在安全隱患。所以出于安全性考慮，許多國家均禁止將餐廚垃圾用作動物飼料，如2002年，歐盟明令禁止以餐廚飼料喂養(yǎng)動物。

有機(jī)堆肥處理是指將廚余垃圾中的有機(jī)質(zhì)通過好氧堆肥或者厭氧發(fā)酵的方式轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料。城市廚余垃圾的成分主要包括有機(jī)質(zhì)、鹽和水分，并具有營養(yǎng)豐富、C/N值較低的特點(diǎn)，滿足有機(jī)堆肥原料基本特性。因此，堆肥化處理是餐廚垃圾無害化、資源化利用的重要有效途徑。研究表明，長期施用化肥會導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)不良、土壤酸化[3]，此外，由于化肥中含有少量的重金屬元素，長期使用化肥會造成土壤重金屬積累[4]。雖然我國南方地區(qū)畜禽糞便作為有機(jī)肥是土壤重金屬的主要來源之一[5]，但由于廚余垃圾作為人類飲食垃圾，相對于畜禽糞便來說，其重金屬含量會大大減少。此外值得注意的是，有機(jī)肥可以提高土壤中有機(jī)物質(zhì)含量，通過有機(jī)物的表面羧基、羥基等官能團(tuán)與重金屬結(jié)合從而降低土壤重金屬有效態(tài)[6-7]。薛毅等[8]在湖南紫泥田的研究發(fā)現(xiàn)，通過連續(xù)4 a施用商品有機(jī)肥，可以降低土壤有效態(tài)Cd從而降低稻米Cd含量。有研究者在東北稻區(qū)經(jīng)過試驗(yàn)表明，有機(jī)肥替代化肥處理可以提高水稻葉片的凈光合速率，尤其是在水稻灌漿期，可以有效緩解水稻生育后期光合能力的降低，為水稻產(chǎn)量形成提供保障[9]。

由此可見，相比于其他3種廚余垃圾處置方法，有機(jī)堆肥具有更高的安全系數(shù)，不僅能夠提供農(nóng)作物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)，還具有改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)、保持土壤肥力、減輕環(huán)境污染并形成“土壤—農(nóng)作物—糧食—人類飲食—肥料—土壤”良性循環(huán)的潛在優(yōu)勢。

2 廚余垃圾有機(jī)堆肥處理方式

2.1 好氧堆肥

好氧堆肥是在通氣條件好、氧氣充足的條件下，好氧菌對廚余垃圾進(jìn)行吸收、氧化以及分解的過程，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、NH3和腐殖質(zhì)，具有高溫殺死原菌、臭氣少、有機(jī)質(zhì)降解速度快和堆肥時(shí)間較短的優(yōu)勢[10]。目前，有機(jī)質(zhì)含量、含水率、溫度、C/N、pH值和氧濃度被認(rèn)為是餐廚垃圾好氧堆肥過程的主要影響因素。

有機(jī)質(zhì)含量。餐廚垃圾堆肥化處理過程中，微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的熱量直接影響餐廚垃圾堆層溫度的變化，溫度升高能夠促進(jìn)微生物的新陳代謝作用并提高微生物活性，保證了堆肥產(chǎn)品的肥效。有機(jī)物含量低于20%，則無法產(chǎn)生足夠的熱量來維持堆肥所需的溫度，有機(jī)物含量高于80%，則需要提高供氧量，否則會因?yàn)槿毖醵a(chǎn)生厭氧發(fā)酵和臭氣，使好氧堆肥無法順利進(jìn)行。研究表明，我國大部分地區(qū)的餐廚垃圾中有機(jī)物成分高于80%，需要在原料中適當(dāng)添加輔料(木屑、秸稈等)來進(jìn)行有機(jī)成分調(diào)整，保證堆肥的順利進(jìn)行。一般認(rèn)為，原料中有機(jī)物比例在20%～80%最適于堆肥[11]。

含水率。水分是微生物生命活動的重要組成部分，微生物只能吸收利用溶解在水中的有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。水分高于70%，則會出現(xiàn)局部厭氧的情況[12]，會出現(xiàn)溫度降低和腐臭氣體的生成。因此，固相堆肥的含水率一般控制在40%～70%，最優(yōu)范圍為55%～65%。在堆肥過程中分別添加秸稈、鋸末和干馬糞等蓬松劑作為堆料，可以明顯改變堆料的孔隙度，降低水分含量，加快有機(jī)物和氧氣的運(yùn)輸速率，使好氧堆肥達(dá)到了良好的堆肥效果。

溫度。溫度是影響微生物生理活性和好氧堆肥工藝過程的重要因素之一，在好氧堆肥過程中，隨著微生物活躍程度的增加，分解釋放的熱量大于吸收的熱量，引起堆肥溫度的逐漸升高，因此，升溫是微生物活動激烈程度的表征量，溫度最好控制在50～60 ℃[13]。堆肥作為一種生物系統(tǒng)，溫控是好氧堆肥中的關(guān)鍵技術(shù)。

C/N比。微生物在堆肥中通過代謝活動來合成新細(xì)胞及獲得能量，但是其對碳氮的需求利用是有所區(qū)別的。微生物氧化分解物質(zhì)獲取能量時(shí)利用的是碳源，而在合成細(xì)胞原生質(zhì)的過程中需要的是氮源。C/N比最優(yōu)范圍是25∶1～35∶1。

pH值及氧濃度。pH的變化反映了堆肥過程中微生物的活動狀況，pH值應(yīng)控制在6.5～9.0，微生物活動環(huán)境的pH保持在6.5～9.0的弱堿條件下適合微生物的生長，過高過低都會影響微生物的生長繁殖以及堆肥效果。研究表明，堆肥環(huán)境pH值下降的因素主要是由于微生物代謝出有機(jī)酸導(dǎo)致。

2.2 厭氧發(fā)酵堆肥

厭氧堆肥是在無氧環(huán)境中，利用專性或兼性厭氧細(xì)菌的生物降解作用使有機(jī)物分解的過程。

廚余垃圾厭氧發(fā)酵制成的沼液沼渣可作為液肥和固肥。沼液中含有十分豐富的氮、磷、鉀、鈉等營養(yǎng)元素，約占總量的80%，含有豐富的有效磷、有效鉀、速效氯、維生素等有效成分，可以被植物的根、葉等部位快速地吸收利用，速效性較強(qiáng)，養(yǎng)分的利用率較高，沼液可被用于浸種、噴施、無土栽培等[14]。沼渣是由未分解的原料和新生的微生物菌體組成，約占總量的20%。沼渣可分為三部分：一是有機(jī)質(zhì)、腐殖酸，對改良土壤起著主要作用；二是氮、磷、鉀等元素，滿足作物生長需要；三是未腐熟原料，施入農(nóng)田繼續(xù)發(fā)酵，釋放養(yǎng)分[15]，是一種具有優(yōu)勢的的蔬菜栽培基質(zhì)[16]。雖然厭氧發(fā)酵具有處理工藝簡單、自然發(fā)酵、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但具有發(fā)酵時(shí)間長、占地面積大和易產(chǎn)生腐臭氣體等缺點(diǎn)，不適合廣泛使用。

3 廚余垃圾有機(jī)堆肥產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)因子分析

廚余垃圾有機(jī)堆肥的原料遠(yuǎn)比傳統(tǒng)有機(jī)堆肥原料如動物糞便、動植物殘肢等復(fù)雜，在廚余垃圾的儲存和運(yùn)輸中，不同的廚余垃圾混合在一起，包括米、面、熟油、生熟肉骨、生熟熟蔬、烹飪調(diào)味品甚至塑料袋、煙蒂等，從運(yùn)輸至堆肥產(chǎn)品制成的過程中，會產(chǎn)生很多未知的危害，這些危害都應(yīng)當(dāng)經(jīng)過科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評估，為有效監(jiān)管提供依據(jù)。根據(jù)其產(chǎn)生階段可以將風(fēng)險(xiǎn)因子分為3類：原有風(fēng)險(xiǎn)因子、生成風(fēng)險(xiǎn)因子和累積性風(fēng)險(xiǎn)因子。好氧堆肥產(chǎn)生顆粒狀固肥，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生液態(tài)沼肥和固態(tài)沼渣肥，其物理化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)過程不同，產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)因子也不盡相同。因此，根據(jù)不同堆肥方式劃分，可將風(fēng)險(xiǎn)因子分為兩類：好氧堆肥和厭氧發(fā)酵的風(fēng)險(xiǎn)因子。

3.1 有機(jī)堆肥風(fēng)險(xiǎn)因子分析

廚余垃圾有機(jī)堆肥共性風(fēng)險(xiǎn)因子按其產(chǎn)生階段劃分為堆肥預(yù)處理前產(chǎn)生的“原有風(fēng)險(xiǎn)因子”和堆肥處理中產(chǎn)生的具有相似或相同毒理特性的“生成風(fēng)險(xiǎn)因子”以及施肥后經(jīng)過土壤、水、農(nóng)作物富集后產(chǎn)生具有相似或相同毒理特性的“累積性風(fēng)險(xiǎn)因子”。

3.1.1 原有風(fēng)險(xiǎn)因子

食材經(jīng)過生長、采摘、分揀、烹飪前處理(清洗、截取可食用部分)、烹飪，最后變成廚余垃圾，經(jīng)過混堆、運(yùn)輸?shù)綇N余垃圾有機(jī)堆肥廠的過程，會產(chǎn)生原有風(fēng)險(xiǎn)因子，主要包括農(nóng)藥殘留、生物毒素、抗生素以及其他因素。

農(nóng)藥殘留。在蔬菜水果烹飪前，其不可食用部分如果皮、菜皮等可能存在原有的農(nóng)藥殘留。研究者[17]在臍橙果皮中檢測出亞胺硫磷、樂果、毒死蜱等農(nóng)藥殘留，王英健等[18]在蘋果果皮中檢測到了氯氰菊酯、氰戊菊酯。果蔬農(nóng)藥殘留多微溶于水，廚余垃圾堆肥前的脫水處理中，難以將脂溶性農(nóng)藥去除，因此，果蔬中的農(nóng)藥殘留極容易經(jīng)過垃圾富集進(jìn)入堆肥過程，最終進(jìn)入有機(jī)肥中，并影響土壤環(huán)境。

生物毒素。肉骨等不可食用部分均可能存在一定具有耐環(huán)境壓迫性的病原菌、毒素，它們能夠經(jīng)過堆肥遺留下來，并通過施肥進(jìn)入土壤，污染土壤或農(nóng)作物。李斯特菌是一種人畜共患的土壤細(xì)菌，其引起的死亡率高達(dá)20%～30%，曾被WHO列為世界第四大食源性致病菌[19]，具有耐較高的滲透壓、耐酸堿、耐熱(70 ℃ 2 min以上滅活)和厭氧的特性。李斯特菌在食品加工過程中極易受到環(huán)境脅迫影響，如果脅迫條件不能將其完全致死，反而會使其抵抗環(huán)境脅迫的能力大大增強(qiáng)[20]。因此，李斯特菌是極有可能在后期的有氧厭氧堆肥中存活下來，并通過土壤進(jìn)入農(nóng)作物中。黃曲霉毒素是一種強(qiáng)致癌物，被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)劃定為ⅠA類致癌物，花生、玉米、稻米、牛奶、食用油及乳制品等產(chǎn)品易受黃曲霉毒素污染[21]，具有熱和酸穩(wěn)定性，耐高溫，通常加熱處理對其破壞很小，只有在熔點(diǎn)溫度下才發(fā)生分解。在中性、弱酸性溶液中很穩(wěn)定，pH 1～3的酸性溶液中稍分解，在pH 9～10的溶液中迅速分解破壞。通過對比有機(jī)堆肥的環(huán)境條件，說明黃曲霉素極容易在有機(jī)堆肥的過程中保留下來。有研究表明，在山東地區(qū)花生中的黃曲霉素和土壤中的黃曲霉素含量呈正相關(guān)[22]，土壤中黃曲霉菌的檢出率為3.33%～33.33%。有研究者對廣東省10個(gè)花生產(chǎn)區(qū)的土壤黃曲霉素產(chǎn)毒能力進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和研究，高溫干旱程度與黃曲霉素的感染率和產(chǎn)毒率呈正比[23]。由此可見，黃曲霉素應(yīng)當(dāng)被列為有機(jī)堆肥產(chǎn)品的重點(diǎn)監(jiān)測風(fēng)險(xiǎn)因子之一。在廚余垃圾堆放和運(yùn)輸?shù)倪^程中，部分米面在厭氧的環(huán)境下會經(jīng)過發(fā)酵產(chǎn)生米酵菌酸，米酵菌酸是一種可引起致死性食物中毒的毒素，具有強(qiáng)耐熱性(100 ℃不能使其滅活，長時(shí)間100～120 ℃大部分可滅活)，對pH適應(yīng)范圍較大的特點(diǎn)。因此，米酵菌酸極容易在堆肥的過程中遺留下來，不僅如此，當(dāng)有機(jī)堆肥產(chǎn)品中的米酵菌酸隨著施肥進(jìn)入附近的水源，會造成農(nóng)業(yè)面源污染。此外，煙蒂雖不是廚余垃圾，但是值得注意的是，在廚余垃圾中不可避免地出現(xiàn)了煙蒂，煙蒂有害于水體的報(bào)道不在少數(shù)，在廚余垃圾復(fù)雜的固液體系中，煙蒂散發(fā)尼古丁和焦油的方式和量度相關(guān)的研究甚少。有研究[24]表明，煙蒂中的尼古丁能夠以生物堿的方式進(jìn)入土壤并且被植物吸收。

抗生素。目前，由于廚余垃圾本身的含水率、有機(jī)質(zhì)含量以及C/N值均不同，有機(jī)堆肥對這些值有明確的范圍規(guī)定，參照《浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)—餐廚垃圾資源化利用技術(shù)規(guī)程》(DB33/T 1180—2019)規(guī)定，好氧堆肥中含水率為40%～60%，有機(jī)質(zhì)含量≥25%，C/N為20∶1～30∶1；厭氧發(fā)酵堆肥中消化物料的含固率為濕法8%～18%和干法18%～30%，pH為6.5～7.8，C/N為25∶1～30∶1。因此，商業(yè)有機(jī)堆肥廠常使用畜禽糞便、秸稈等與廚余垃圾混合配制到合適堆肥條件后進(jìn)行共同堆肥，動物糞便中的重金屬和抗生素殘留常來源于動物飼料[25-26]，因此，畜禽糞便中存在的具有耐熱、耐酸堿的抗生素以及重金屬元素存在于整個(gè)堆肥過程并進(jìn)入肥料。有研究表明，抗生素能通過雞糞便進(jìn)入土壤，如土霉素、環(huán)丙沙星[27]，且大麥、玉米、馬鈴薯、萵苣、豌豆、菜豆、蘿卜、胡蘿卜、黃瓜等多種作物均有吸收土壤中抗生素的能力[28]，水培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)液中的土霉素濃度越高，生菜對其吸收量越大[29]。厭氧發(fā)酵堆肥產(chǎn)生的沼液肥料已經(jīng)運(yùn)用于農(nóng)作物的無土栽培中，雖然抗生素對于厭氧發(fā)酵過程中的發(fā)酵細(xì)菌有一定的影響，但是，抗生素遺留下來的可能性不可忽視。國內(nèi)對有機(jī)堆肥肥料中抗生素的檢測與限量要求尚不明確。

其他因素。此外，由于土壤中原有的重金屬元素的存在形態(tài)和分布不同，土壤環(huán)境的變化會直接影響到土壤中原有重金屬的活性、毒性、遷移及在自然界中的循環(huán)。當(dāng)具有一定程度能改變土壤酸堿度、氧化還原性的肥料進(jìn)入土壤，很可能會改變土壤中原有重金屬元素存在的形態(tài)，將以共沉淀態(tài)存在的碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬等不可交換態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化為可交換態(tài)。

3.1.2 生成風(fēng)險(xiǎn)因子

廚余垃圾在運(yùn)輸和堆肥過程中，由于體系環(huán)境發(fā)生局部異常反應(yīng)而產(chǎn)生一定具有抗環(huán)境壓迫性且對土壤、水質(zhì)、農(nóng)作物有害的毒素、病菌、化學(xué)物質(zhì)，定義為生成風(fēng)險(xiǎn)因子。

調(diào)查北京某廚余垃圾堆肥廠的堆肥生產(chǎn)線，廚余垃圾厭氧堆肥主要包括5個(gè)過程：初次發(fā)酵→二次發(fā)酵→傾卸單元→堆肥產(chǎn)品包裝→堆肥現(xiàn)場。堆肥過程中有機(jī)質(zhì)降解而產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，其濃度在各過程的排序依次是一次發(fā)酵>傾卸單元>堆肥產(chǎn)品>二次發(fā)酵>植物邊界(植物邊界即堆肥產(chǎn)品運(yùn)用于土壤)。堆肥過程中總計(jì)檢測到44種揮發(fā)性有機(jī)化合物，11項(xiàng)被發(fā)現(xiàn)具有致癌風(fēng)險(xiǎn)，5項(xiàng)被發(fā)現(xiàn)構(gòu)成致癌風(fēng)險(xiǎn)(基于美國環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)提供的標(biāo)準(zhǔn)參考和單位風(fēng)險(xiǎn)值)。其中烷烴6種(丁烷、戊烷、環(huán)戊烷、庚烷、辛烷、癸烷)，萜烯3種(丙烯、α-蒎烯、檸檬烯)，芳香族化合物11種(主要包括苯、甲苯、乙苯、對二甲苯和鄰二甲苯等)，鹵化化合物14種(氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、乙基氯、苯乙烯和氯苯等)，含氧化合物4種(乙醇、丙酮、乙酸乙酯和2-己酮)和含硫化合物4種(二硫化碳、甲硫醇、二甲基硫醚和二甲基二硫化物)[30]。在樣品中檢測到11種芳香族化合物中，甲苯是主要的芳香族化合物，平均約占芳香族化合物總濃度的37%。樣品中的甲苯濃度順序依次為傾卸單位樣品(131.5±42.6)μg·m-3>初級發(fā)酵樣品(81.6±35.1)μg·m-3>堆肥產(chǎn)品樣品(79.8±25.8)μg·m-3>二次發(fā)酵樣品(19.9±8.6)μg·m-3>植物邊界樣品(15.9±3.5)μg·m-3。張紅玉等[31]研究了北京市分類后的廚余垃圾堆肥有機(jī)揮發(fā)性物質(zhì)的成分，使用GC-MS檢測出了43種揮發(fā)性有機(jī)化合物，與Nie等[32]檢測出的44種揮發(fā)性有機(jī)化合物基本一致，其中需要重點(diǎn)監(jiān)測的6種VOCs按照嚴(yán)重程度排序依次為甲硫醇、硫化氫、1，3-二甲基苯、鄰二甲苯、二甲二硫、對二甲苯。

盡管在堆肥的各個(gè)階段，腐臭氣產(chǎn)生的濃度隨著堆肥過程逐漸減少，其中需要重點(diǎn)監(jiān)測的6種VOCs均是水溶劑不可溶性，但不可排斥部分VOCs溶解到了肥料或者沼液中，因此，這6種VOCs仍應(yīng)被列為風(fēng)險(xiǎn)因子。

3.1.3 累積性風(fēng)險(xiǎn)因子

在廚余垃圾有機(jī)堆肥的全過程，產(chǎn)生具有抗環(huán)境壓迫性且在后期的施肥過程中進(jìn)入土壤、在土壤中不斷積累而達(dá)到一定濃度才能對土壤、農(nóng)作物造成危害的化學(xué)物質(zhì)、重金屬、毒素和微塑料，定義為潛在累積性風(fēng)險(xiǎn)因子。由于有機(jī)肥對于土壤的益處及對土壤肥力的增加通常要經(jīng)過3 a以上施肥才能逐漸展現(xiàn)出來，且土壤中存在的有害物質(zhì)并不一定意味著高風(fēng)險(xiǎn)，脫離劑量談風(fēng)險(xiǎn)是不合理的，因此，能夠在土壤中不斷積累而達(dá)到一定濃度才能對土壤、農(nóng)作物造成危害的潛在累積性風(fēng)險(xiǎn)因子需要得到額外重視。

鹽類。廚余垃圾的高鹽特點(diǎn)會對堆肥過程中細(xì)菌的繁殖和有機(jī)物的降解產(chǎn)生消極作用，盡管在堆肥預(yù)處理過程中，能夠?qū)⑩c離子含量降低至適合堆肥的條件，但相對于傳統(tǒng)有機(jī)肥料，廚余垃圾堆肥肥料具有較高鹽含量。因此，在多次施肥后會增加土壤的鹽含量，對土壤水質(zhì)造成危害。

重金屬。雖然廚余垃圾堆肥較傳統(tǒng)有機(jī)堆肥具有較低的重金屬含量，但是隨著施肥次數(shù)增加以及由于土壤酸堿性變化而產(chǎn)生的“重金屬生成風(fēng)險(xiǎn)因子”，土壤中的重金屬分布和含量必然發(fā)生改變，從而變成累積性風(fēng)險(xiǎn)因子。

微塑料。微塑料已被證實(shí)在土壤中出現(xiàn)[32]，微塑料是需要被重視的累積性風(fēng)險(xiǎn)因子。廚余垃圾有機(jī)堆肥肥料中的微塑料來源主要分為兩類：其一是源于堆肥原料中的塑料制品如一次性塑料餐具(尤其是一次性發(fā)泡塑料餐具)、塑料食品包裝等，這些塑料制品具有很強(qiáng)的耐環(huán)境壓迫性，能夠保留在堆肥肥料中進(jìn)入土壤，經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)生物過程降解為“微塑料”；其二，微塑料來源于畜禽糞便，即商業(yè)有機(jī)堆肥廠常使用畜禽糞便、秸稈等與廚余垃圾混合配制到合適堆肥條件后進(jìn)行共同堆肥，研究表明，在家畜禽糞便中已被檢出微塑料，且含量在3～180 mg·kg-1[33]。微塑料在土壤中的累積將對土壤造成持久性污染，對土壤生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，微塑料因其具有較大的比表面積而對重金屬元素有較強(qiáng)吸附能力[34-35]；因其較大的比表面積和疏水性特征對疏水性有機(jī)污染物有大強(qiáng)吸附能力[36-37]；微塑料能夠?yàn)榭股靥峁┪轿稽c(diǎn)，且隨著微塑料尺寸增大，其比表面減小，對抗生素的吸附能力呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢[38]，極性微塑料對極性抗生素有很強(qiáng)的吸附能力[39]。

3.2 堆肥方式風(fēng)險(xiǎn)因子分析

廚余垃圾有機(jī)堆肥風(fēng)險(xiǎn)因子按堆肥方式不同分為好氧堆肥風(fēng)險(xiǎn)因子和厭氧發(fā)酵堆肥風(fēng)險(xiǎn)因子。

3.2.1 好氧堆肥風(fēng)險(xiǎn)因子

廚余垃圾好氧堆肥是在有氧的條件下，依靠好氧微生物，主要是細(xì)菌、真菌、放線菌以及纖維素分解菌和木質(zhì)素分解菌，好氧堆肥過程由一系列氧化還原反應(yīng)組成，這一過程遵循物理、化學(xué)、生化動力學(xué)及熱力學(xué)等多方面的規(guī)律[40-41]。好氧堆肥的核心因素是微生物的活動，微生物活動受堆體微環(huán)境影響明顯，此過程伴隨有微生物的繁殖、消亡和種群演替現(xiàn)象。好氧堆肥過程具有較高的溫度，浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)——《餐廚垃圾資源化利用技術(shù)規(guī)程》(DB33/T 1180—2019)規(guī)定堆層各測試點(diǎn)溫度均應(yīng)達(dá)到55 ℃以上，且持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于5 d；或達(dá)到65 ℃以上，持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于4 d。因此，好氧堆肥中產(chǎn)生的對土壤、水質(zhì)、農(nóng)作物有害的毒素、病菌、化學(xué)物質(zhì)具有耐熱的性質(zhì)。

3.2.2 厭氧發(fā)酵堆肥風(fēng)險(xiǎn)因子

厭氧發(fā)酵技術(shù)是通過厭氧微生物對餐廚垃圾中的有機(jī)物進(jìn)行降解同時(shí)生產(chǎn)沼氣的一種技術(shù)。厭氧微生物降解餐廚垃圾一般分為水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷4個(gè)階段，厭氧發(fā)酵堆肥分為濕式和干式兩種，目前濕式技術(shù)較為成熟并應(yīng)用廣泛。發(fā)酵過程中C/N值至關(guān)重要，厭氧發(fā)酵最適宜的C/N為20～30∶1，過高或過低的C/N都會導(dǎo)致發(fā)酵體系紊亂，降低發(fā)酵效率，嚴(yán)重的還會造成發(fā)酵失敗。因此，常使用動物糞便與廚余垃圾聯(lián)合發(fā)酵的方式來改變C/N值。

廚余垃圾厭氧發(fā)酵堆肥風(fēng)險(xiǎn)因子主要為沼液中的惡臭揮發(fā)性有機(jī)物，包括含硫化合物、有機(jī)胺、苯系物、鹵代烴，其中硫化氫、二甲基硫醚、二硫化碳、苯乙烯等均屬于《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的惡臭污染物[42]，目前沼肥同時(shí)還包括甲苯、二甲苯、脂類、醇類、鹵代烴等具有異味的易揮發(fā)性有機(jī)物，其中甲苯、二甲苯等毒性較大。目前，農(nóng)業(yè)部沼肥施用技術(shù)規(guī)范(NY/T 2065—2011)里只有關(guān)于沼肥發(fā)酵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并無沼肥產(chǎn)品危害物限量標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于沼渣，第12條要求“無糞臭味”，并未對揮發(fā)性有害有機(jī)物進(jìn)行限量規(guī)定。

4 國內(nèi)廚余垃圾堆肥肥料標(biāo)準(zhǔn)展望

目前，隨著國內(nèi)有機(jī)堆肥產(chǎn)業(yè)朝著多樣化、地域特殊化、科技化的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)部/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部制定了關(guān)于有機(jī)肥料(NY 525—2012)、生物有機(jī)肥(NY 884—2012)、復(fù)合微生物肥料(NY/T 798—2015)、沼肥(NY/T 2065—2011)、畜禽糞便堆肥技術(shù)規(guī)范(NY/T 3442—2019)等標(biāo)準(zhǔn)，對各類有機(jī)肥料的生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)要求以及產(chǎn)品質(zhì)量要求進(jìn)行了說明?？傮w來看，現(xiàn)有有機(jī)肥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求主要包括以下幾點(diǎn)：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水分、pH、糞大腸埃希菌群數(shù)、蛔蟲卵死亡率、有效活菌數(shù)、雜菌量、重金屬(砷、鎘、鉛、鎘、汞)及氮磷鉀總養(yǎng)分。其中沼肥標(biāo)準(zhǔn)在沼肥產(chǎn)品中提到了病原菌作為主要污染物之一，但是并未詳細(xì)列舉名稱和限量。國內(nèi)有機(jī)肥產(chǎn)品的地方標(biāo)準(zhǔn)在國標(biāo)的基礎(chǔ)上增加了一些詳細(xì)的說明，如廣東省的農(nóng)業(yè)用堆肥有害物限量標(biāo)準(zhǔn)(DB44/T 361—2006)中關(guān)于堆肥產(chǎn)品的污染物增加了苯并(a)芘的限量要求，在國標(biāo)基礎(chǔ)上增加在不同酸堿性土壤中的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)限量值。浙江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布的《餐廚垃圾資源化利用技術(shù)規(guī)程》(DB33/T 1180—2019)對有機(jī)堆肥的過程管控進(jìn)行了說明，但是其中有機(jī)肥產(chǎn)品限量指標(biāo)要求參照國家標(biāo)準(zhǔn)。

雖然廚余垃圾有機(jī)堆肥屬于有機(jī)堆肥的范圍，其產(chǎn)品屬于有機(jī)肥范疇，但相比于傳統(tǒng)有機(jī)堆肥而言，廚余垃圾有機(jī)堆肥的原料成分更為復(fù)雜，其堆肥過程發(fā)生的物化反應(yīng)、生化反應(yīng)更為復(fù)雜多變，致使多種風(fēng)險(xiǎn)因子的生成或殘留貫穿于整個(gè)堆肥過程，如農(nóng)藥殘留、生物毒素、抗生素及其他危害因素，給風(fēng)險(xiǎn)因子的監(jiān)測和跟蹤帶來了更多的不可確定性，給有機(jī)肥作用于土壤和農(nóng)作物帶來了更多的不可預(yù)見性。土壤及其周邊水環(huán)境的優(yōu)劣變化不是短時(shí)間可調(diào)理和改變的，具有較長的周期，為減少甚至避免土壤及其周邊水環(huán)境、土壤中的農(nóng)作物發(fā)生不可逆性的污染和破壞，唯有在施用有機(jī)肥料和有機(jī)堆肥階段加強(qiáng)監(jiān)管和控制。國外發(fā)達(dá)國家在這方面具有先前意識，如加拿大環(huán)境部長理事會(CCME)、魁北克省標(biāo)準(zhǔn)化局及加拿大食品檢驗(yàn)局為確保堆肥質(zhì)量及統(tǒng)一的堆肥生產(chǎn)規(guī)則，在1996年就共同制定了CCME堆肥質(zhì)量指南，包括外來物質(zhì)、腐熟度、病原體和砷、銅、鉛等微量元素4個(gè)方面的內(nèi)容，這份堆肥質(zhì)量指南針對堆肥原料中尖銳異物和微量元素的不同進(jìn)行兩種分類，并設(shè)定不同標(biāo)準(zhǔn)：A類適用于任何應(yīng)用的堆肥，B類適用于存在更多尖銳異物和砷、銅、鉛等微量元素時(shí)的堆肥。此外，這份堆肥質(zhì)量指南提出要嚴(yán)格對待堆肥產(chǎn)品中可能存在的微量有機(jī)污染物包括二噁英、農(nóng)藥、呋喃、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴或除草劑等。相比而言，我國廚余垃圾有機(jī)堆肥的發(fā)展起步較晚、發(fā)展進(jìn)度較慢、標(biāo)準(zhǔn)制定內(nèi)容涵蓋范圍較窄、技術(shù)力量較為薄弱，因此，中國在這個(gè)領(lǐng)域的話語權(quán)顯得較弱。伴隨著在“中國故事”中闡明“中國機(jī)遇”，在“中國機(jī)遇”里提出“中國方案”，在“中國方案”中表達(dá)“中國態(tài)度”在國內(nèi)各個(gè)行業(yè)發(fā)揮作用，提高各個(gè)行業(yè)在國際中的話語權(quán)。作為我國有機(jī)堆肥標(biāo)準(zhǔn)體系的一支，廚余垃圾有機(jī)肥堆肥標(biāo)準(zhǔn)體系化的建立就顯得尤為重要。因此，務(wù)必將“我國廚余垃圾有機(jī)堆肥標(biāo)準(zhǔn)體系”建立成一環(huán)扣一環(huán)，緊密的、可內(nèi)外部反饋、具有升級空間的體系，應(yīng)當(dāng)包括堆肥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測參數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)和產(chǎn)品限量標(biāo)準(zhǔn)等。

5 小結(jié)

針對中國廚余垃圾有機(jī)堆肥及堆肥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的問題，在加強(qiáng)廚余垃圾堆肥科技研發(fā)力度基礎(chǔ)上，更應(yīng)加強(qiáng)對從堆肥到有機(jī)肥產(chǎn)品各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)管，制定完善的廚余垃圾有機(jī)堆肥標(biāo)準(zhǔn)體系。在已有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)為底線的基礎(chǔ)上，建設(shè)符合我國國情的廚余垃圾有機(jī)堆肥標(biāo)準(zhǔn)化體系，對于我國農(nóng)業(yè)方面的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革具有深遠(yuǎn)意義。廚余垃圾有機(jī)堆肥標(biāo)準(zhǔn)體系化的建立，對于行業(yè)的健康發(fā)展具有導(dǎo)向性意義，能夠有效推動行業(yè)的健康發(fā)展。