農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理機械化技術模式及適應性分析

高 嬌，張 嵐，蔣 彬，楊雅靜，熊 波，常曉蓮，李志強

（北京市農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定推廣站，北京 100079）

0 引言

隨著我國垃圾分類工作的不斷推進，廚余垃圾的分類收集和處理問題備受關注，仍然面臨較多的困難和問題[1]。農(nóng)村地區(qū)的廚余垃圾來源相對比較簡單，主要為村民日常瓜果蔬菜剩余邊角料、殘羹剩飯、殘枝殘葉、腐敗廢棄的農(nóng)作物等，含有大量的有機質(zhì)成分，含水量較高，相對于城市餐飲垃圾，農(nóng)村廚余垃圾更為簡單、低油、低鹽，其他有害成份較少，為就地無害化處理、資源化利用提供了可能[2]。近些年，關于廚余垃圾的資源化利用技術層出不窮，主要包括好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵、真空油炸、生物處理以及生物制氫等[3]，在不同的場合均有應用。不同的技術模式有不同的特點及其適應性，為此，本文梳理了現(xiàn)有的廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理機械化技術模式，分析每種模式的特點及其適應性，提出農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理發(fā)展建議，為農(nóng)村地區(qū)廚余垃圾的無害化處理、資源化利用提供參考。

1 農(nóng)村廚余垃圾處理機械化技術模式分類

我國廚余垃圾處理的研究起步較晚，大多還處于研究和積累經(jīng)驗階段[4]。我國大部分地區(qū)使用廚余垃圾焚燒技術、厭氧消化技術、好氧堆肥技術、填埋技術及飼料化技術等[5-6]。由于焚燒技術和填埋技術投資較大，且不利于生態(tài)環(huán)境發(fā)展，這2 種技術已不再被提倡[7]。近些年，新興了生物處理法、綜合處理法等技術，根據(jù)處理原理不同主要分為好氧發(fā)酵法、厭氧消化法、生物處理法、綜合處理法、熱解法等；根據(jù)發(fā)酵設備形式不同主要分為槽式發(fā)酵、立式罐式發(fā)酵、滾筒式發(fā)酵、廂式發(fā)酵、覆膜發(fā)酵等；根據(jù)批次發(fā)酵量不同，分為大型集中式處理設備、小型分布式處理設備等。農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理的思路為源頭減量、就地處理利用，處理設備正在向?qū)I(yè)化、智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。

2 不同農(nóng)村廚余垃圾處理機械化技術模式特點及適應性分析

2.1 好氧發(fā)酵法

好氧發(fā)酵主要通過廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物粉碎后按照一定比例混合堆放發(fā)酵，這個過程主要靠微生物將物料分解并轉(zhuǎn)化為有效的、穩(wěn)定的、可被植物吸收利用的養(yǎng)分，期間通過攪拌、翻拋、曝氣等方式進行通風補氧，經(jīng)過發(fā)熱階段（20～40 ℃）、高溫階段（60～70 ℃）、降溫階段（40 ℃以下，二次發(fā)酵）、腐熟保肥階段，最終實現(xiàn)無害化、減量化，形成的產(chǎn)品達到有機肥、基質(zhì)、土壤調(diào)理劑等標準的可還田使用。好氧發(fā)酵主要的機械化技術模式有密閉式高溫發(fā)酵處理、反應器（筒倉式、塔式、滾筒式、罐式等）高溫發(fā)酵處理、槽式（一體化智能式、傳統(tǒng)槽式）堆肥發(fā)酵處理、覆膜式高溫好氧發(fā)酵、傳統(tǒng)簡易堆肥發(fā)酵處理。廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理好氧發(fā)酵資源化利用具體操作流程如下：廚余垃圾脫油 → 廚余垃圾和農(nóng)林廢棄物粉碎、混合 → 好氧發(fā)酵 → 陳化、抽樣檢測 → 資源化利用。

好氧發(fā)酵工藝在農(nóng)村地區(qū)應用較為廣泛，技術要求相對簡單、安全性高，其中槽式堆肥、覆膜堆肥、傳統(tǒng)簡易堆肥等方式的優(yōu)勢是設備投入低、能耗低，但發(fā)酵周期長達1～3 月，傳統(tǒng)堆肥有尾氣、滲濾液等污染物排出，且需要配套的土地面積較大，適宜在地域?qū)掗煹牡胤綉?；密閉式高溫發(fā)酵處理、反應器高溫發(fā)酵處理優(yōu)勢是發(fā)酵周期短，一般7～15 d，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，智能化程度高，環(huán)保等級高，無尾氣、滲濾液排放，占地面積小，適宜在村莊較為集中的地域應用；但其設備投入高、能耗高，技術要求相對較高，需對操作人員進行全面的培訓。

2.2 厭氧消化技術

厭氧消化技術是指廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物等在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等混合氣體的過程。主要分為以下3 個階段：①水解階段，厭氧菌將不溶于水的有機質(zhì)降解為可溶于水的有機質(zhì)；②產(chǎn)酸階段，溶于水的有機質(zhì)被進一步降解，生成醋酸等有機酸；③產(chǎn)甲烷階段，甲烷菌進一步產(chǎn)生二氧化碳、甲烷等氣體。厭氧消化技術包括濕式厭氧發(fā)酵和干式厭氧發(fā)酵，根據(jù)物料含水率不同，濕式厭氧發(fā)酵物料含固率低于8%，含固率太低不適宜處理農(nóng)村廚余垃圾；干式厭氧發(fā)酵的物料含固率一般在25%～50%，適宜處理廚余垃圾。干式厭氧發(fā)酵主要的機械化技術模式分為連續(xù)式和間歇式，連續(xù)式配套設備多為豎式推流發(fā)酵工藝、豎式氣體攪拌發(fā)酵工藝、臥式推流發(fā)酵工藝，間歇式配套設備多為車庫式發(fā)酵工藝、覆膜槽沼氣發(fā)酵工藝等。干式厭氧發(fā)酵的優(yōu)勢是可處理有機廢物含固率高、設備能耗低、沼渣沼液少、產(chǎn)氣效率高，可實現(xiàn)遠程自動控制；但其易產(chǎn)生酸中毒等，技術要求較高，適宜應用于有專業(yè)技術團隊維護的地區(qū)。

2.3 生物處理技術

生物處理技術是將通過食腐性動物和微生物自然降解廚余垃圾和農(nóng)林廢棄物，實現(xiàn)無害化、減量化、資源化處理利用?，F(xiàn)在應用較多的生物處理技術為蚯蚓處理法、黑水虻處理法、酵素制作法、傳統(tǒng)堆漚法等。蚯蚓處理法、黑水虻處理法產(chǎn)品的附加值高，處理周期短，一般為15～20 d，設備投資少，能耗低，所需配套設備主要為廢棄物抓車、裝載機等轉(zhuǎn)運設備，粉碎機等預處理設備即可；但需要注意生物安全，防止養(yǎng)殖動物逃逸，且有臭味溢出，要做好除臭工作，占地面積較大。酵素制作法、傳統(tǒng)堆漚法設備投資少、能耗低、技術簡單，但發(fā)酵周期長達3～5 月，有臭味溢出，產(chǎn)品附加值低，適宜在生產(chǎn)園區(qū)內(nèi)部或偏遠的村域內(nèi)部應用。

2.4 綜合處理法

綜合處理法一是指廢棄物種類多，即將廚余垃圾、畜禽糞污、種植廢棄物、農(nóng)村其他有機廢棄物等協(xié)同處理的方法。二是指處理方法種類多，可將好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵相結(jié)合，厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼渣再進行好氧發(fā)酵加工有機肥；將好氧發(fā)酵與生物處理法相結(jié)合，生物處理后的剩余物料好氧發(fā)酵加工制作有機肥等，根據(jù)實際需求，將幾種處理方式相結(jié)合應用，實現(xiàn)廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物的全量化無害化處理、資源化利用。綜合處理法的優(yōu)勢是處理廢棄物種類多，可實現(xiàn)廢棄物的綜合協(xié)同處理，處理方法靈活多樣；但要做好各工藝的有機銜接，做好設備的統(tǒng)籌應用，充分利用各處理工藝的優(yōu)勢特點，適宜在有專業(yè)技術團隊維護的地區(qū)應用。

2.5 熱解法

熱解法是將有機固體廢棄物在1 000 ℃以上高溫條件下，通過無氧或缺氧處理，形成可燃氣、液態(tài)油、固體燃料、爐渣等物質(zhì)。熱解法基于熱解氣化原理，使得固態(tài)生活垃圾轉(zhuǎn)化為氣態(tài)小分子物質(zhì)，主要分為3 部分，第1 部分是預處理系統(tǒng)，初步分揀雜物、將廚余垃圾及農(nóng)林廢棄物粉碎、混勻等；第2 部分是熱解系統(tǒng)，分2 個階段：第1 階段為缺氧狀態(tài)的熱解氣化，溫度800～900 ℃，第2 階段為過氧燃燒，溫度控制在900～1 100 ℃；第3 部分是尾氣處理系統(tǒng)，熱解后煙氣經(jīng)冷卻塔急冷降溫再經(jīng)活性炭吸附塔、噴淋系統(tǒng)、除塵凈化處理后達標排放。熱解法的優(yōu)勢是處理廢棄物種類多、操作簡單、無臭，但占地大、設備基礎投資高、基建費用高、處理尾氣能耗高、安全性受限制，適用于城市地區(qū)廚余垃圾處理，不適宜農(nóng)村地區(qū)應用。

3 農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理存在的問題

3.1 農(nóng)村廚余垃圾成分復雜回收應用難

農(nóng)村廚余垃圾含果皮、菜葉、殘羹剩飯等成分，具有含水率高，有機物含量高，較高的油、鹽含量，易腐爛等相關特性，且垃圾分類準確率低，容易混入塑料袋、瓶子、骨頭、貝殼等其他不易降解的雜物，對農(nóng)村廚余垃圾的回收應用增加了難度。

3.2 農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理工藝有待進一步完善

農(nóng)村地區(qū)對于廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理工藝掌握不全面，不能根據(jù)當?shù)氐馁Y源特點選擇適宜的處理方式；對環(huán)保要求了解不清楚，在處理工藝流程中對環(huán)境保護采取的措施不當或不達標，存在部分村鎮(zhèn)的廢棄物處理廠因環(huán)保問題被叫停的情況。

3.3 農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理產(chǎn)出物消納存在問題

介于廚余垃圾成分的不穩(wěn)定性，目前很多檢測機構(gòu)不接收廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理的產(chǎn)出物的檢測，部分農(nóng)村地區(qū)自行處理后回用于農(nóng)田、菜田等，存在一定安全隱患。

4 農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物就地處理利用發(fā)展建議

4.1 做好農(nóng)村廚余垃圾來源管理工作

廚余垃圾的成分相對復雜，這主要與垃圾分類準確率不高，易混入其他雜質(zhì)以及廚余垃圾易含有高鹽、高油、骨頭、貝殼等物質(zhì)有關。因此，農(nóng)村廚余垃圾來源管理工作要做到以下3 點：①針對垃圾分類準確率的問題，要做好廚余垃圾來源記錄，提高廚余垃圾回收準入門檻，降低雜質(zhì)含量；②針對廚余垃圾易含有高鹽、高油、骨頭、貝殼等物質(zhì)的問題，處理企業(yè)要做好廚余垃圾的安全評估工作；③廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理前，要做好廚余垃圾分揀工作，剔除雜質(zhì)、骨頭、貝殼等不適宜發(fā)酵的物質(zhì)。

4.2 做好農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理工藝的選擇工作

處理工藝選擇要考慮以下3 方面的問題：

1）掌握資源稟賦、明確問題需求。了解所在地區(qū)廚余垃圾及農(nóng)林廢棄物種類及產(chǎn)量、運輸便捷性、有機肥需求、環(huán)保要求等基本情況，掌握基礎條件和需求。

2）明確處理方案。根據(jù)所在地的廢棄物資源稟賦、土地面積以及項目預算經(jīng)費等條件選擇適宜的技術模式，根據(jù)環(huán)保要求級別，選擇性價比高的處理方式。

3）建立運行機制，確保項目順利實施。建立可持續(xù)的運維機制、效益聯(lián)結(jié)機制、監(jiān)管機制，確保廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理點建立后可持續(xù)運行。

4.3 做好農(nóng)村廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同處理產(chǎn)出物消納管理工作

相關部門要做好監(jiān)管工作，廚余垃圾處理產(chǎn)出物要嚴格按照NY/T 525—2021《有機肥》標準進行檢測和安全評估，達到標準要求的可做有機肥進行使用；未達到有機肥標準的要檢測是否達到DB11/T 2011—2022《廚余有機廢棄物制備土壤調(diào)理劑技術規(guī)范》等其他生產(chǎn)相關標準要求，達標的可用于花卉、生態(tài)林等園藝植物種植，在應用過程中要做好臺賬記錄。未達到任何標準的產(chǎn)出物，嚴禁施用到土壤中。