厨余垃圾堆肥减量效果与产品质量性质分析

郭在培

（厦门欣源环保服务有限公司，福建厦门 361000）

1 引言

随着我国垃圾分类的持续推进，厨余垃圾资源化处理面临着多重考验。厨余垃圾堆肥化处理是厨余垃圾资源化的重要途径之一［1］，这是因为厨余垃圾堆肥处理技术具有工艺简单、运行成本低等优点［2］。另外，其堆肥产品更是具有改善土壤理化性质、提高土壤微生物活性和养分含量（增加有机质含量以及氮磷钾含量）等潜在优势［2］。

垃圾堆肥产品的农用一直以来备受各界争议，其中，最大的问题是堆肥产品中的有害物质（重金属等）可能会随着农作物进入食物链，最终在人体内富集，危害人体健康［3］；另外，与垃圾堆肥相关的标准较少，国家环境保护部1987 年颁布了GB 8172—1987《城镇垃圾农用控制标准》，并于2017 年废止，该标准颁布年限较长，实行30 年未对其进一步优化更新，导致标准实施过程受限。长期以来，垃圾堆肥产品无法取得农业部的认可，其产品销售市场也无法打开，导致垃圾堆肥的工艺发展受到较大影响。

2021 年农业部颁布了NY/T 525—2021《有机肥料》标准，将分类后的厨余垃圾正式列入有机肥料生产评估类原料，新增厨余垃圾作为有机肥料的入门条件，其中，安全性评价指标包括盐分、油脂、蛋白质代谢产品（胺类）、黄曲霉毒素、种子发芽指数等［4］。可以说，新标准新增多项指标，严格把控厨余垃圾有机肥料的质量，此标准的实施对行业的发展具有重要的促进和规范作用。

本研究介绍了福建省厦门市某厨余垃圾项目的4 批次厨余垃圾堆肥的过程控制及产品性质，分析厨余垃圾堆肥减量化、资源化、无害化效果，并分析其产品与NY/T 525—2021《有机肥料》标准的符合性，为厨余垃圾堆肥工艺及其产品市场应用提供参考依据。

2 材料与方法

2.1 试验材料

厨余垃圾原料：厦门市某厨余垃圾项目的厨余垃圾。有机物含量均值为82.5%，含水率均值为73.1%。

返混料：厦门市某厨余垃圾项目自制发酵腐熟的堆肥产品。含水率均值为30.6%。

园林垃圾：厦门市公路及其他园林绿化修剪后的园林废弃物。经破碎后的园林垃圾粒径约50 mm，添加园林垃圾可有效提高和延长厨余垃圾堆肥高温期，提高腐熟度，降低渗滤液产量［5］。添加辅料可增加通气性［6］。垃圾含水率均值为30.4%。

2.2 静态发酵仓

厦门市某厨余垃圾项目采用厨余垃圾“预处理＋干式厌氧＋沼气净化＋沼气发电＋污水处理”及“预处理＋好氧堆肥”的处理工艺。好氧堆肥处理为本研究分析介绍的工艺，该项目共有10 个静态好氧堆肥发酵仓，处理能力为60 t/d，单个发酵仓处理量为120 t。堆肥发酵仓配置是自主研发的一套针对好氧堆肥的控制系统（型号为HYDFZKXT－2015），其具有实时检测堆体内部的氧含量、温度、风压、风机运行情况等功能，可根据现场发酵物料实际情况控制风机启停，能够保证发酵过程的微生物供氧充足，使发酵物料快速升温。静态发酵仓如图1 所示（尺寸为15 m×6 m×5 m，底部有并列4 排通风槽）。

图1 静态发酵仓

2.3 工艺流程

厦门市分类后的厨余垃圾转运至厦门市某厨余垃圾项目，经过预分拣处理剔除玻璃、布条、大件杂物等，提纯后的物料拌混富含好氧微生物菌群的返混料和园林废弃物进行微生物菌群接种及含水率的调节，增加进仓物料的孔隙率和生物活性。经过调节后的物料转运至发酵仓（入仓物料含水率均值为60.5%），完成入仓后在堆体中插入氧气及温度传感器，进入约15 d 自动化高温好氧主发酵处理，高温期间安排1～2 次翻堆。完成主发酵后出仓进入约30 d 二次发酵，完成二次发酵后进入精分选筛分设备，剔除物料中的杂质得到品质较好的堆肥产品。工艺流程如图2 所示。

图2 厨余垃圾好氧堆肥工艺流程

精分选设备：本项目引进德国堆肥精分选的设备，该设备采用密度分选的工艺，能够将堆肥产品中玻璃、贝壳、骨头等硬杂质剔除，并分选不同品质的堆肥产品，能够尽量控制堆肥产品中杂物含量。精分选工艺流程如图3 所示。

图3 堆肥筛分精分选工艺流程

生产设备：堆肥发酵仓、自动控制系统（型号为HYDFZKXT－2015）、精分选设备、温度传感器、氧气传感器、鼓风机、装载车、烘箱、烘盘、不同孔径筛板。

2.4 堆肥减量效果计算

入仓前物料过磅统计记录为m1，二次发酵结束将物料装车过磅统计记录为m2，根据两者统计结果计算得出堆肥减量效果：

3 结果与分析

3.1 好氧堆肥运行工况分析

3.1.1 发酵物料基本成分分析

发酵物料主要成分比例见表1。由表1 可知，厨余垃圾中的有机物含量均值为82.5%，含水率均值为73.1%，如此高的含水率很难直接进行堆肥处理，而通过添加返混料及园林垃圾拌混后的混合物料含水率均值为60.5%，为堆肥物料适宜含水率。添加返混料及园林垃圾总和占混合物料约30%。

表1 发酵物料主要成分比例 %

3.1.2 自动控制系统参数分析

图4 为本工艺自动控制系统氧气与风机启停、发酵过程中温度、风机频率等实时监测情况（①②③分别代表监测位置堆体的下、中、上3 个点的实时温度；④表示风机运行的频率；⑤表示堆体内部氧含量的实时情况）。

图4 自动控制系统实时数据

从图4 曲线图可以得出，发酵过程中堆体的氧气含量（图4 中序号⑤曲线）达到设定高值时（14%，该设定值是通过现场实际情况摸索得出，当把堆体内部氧含量提高至14%以上时，风机将处于长时间通风状态），系统自动关闭风机，即推测发酵堆体内部氧气充足，满足微生物发酵条件；当发酵堆体氧气含量低于设定低值时（主发酵堆层各点的氧浓度应大于5%［7］），系统开启风机进行供氧，即推测发酵堆体内部氧气含量偏低，不利于微生物发酵。主发酵过程使微生物菌群在适宜氧环境中高效地消耗厨余垃圾中的有机物，使发酵堆体快速升温。

从图4 中序号①②③的温度曲线看，堆体下部的温度明显高于堆体中部及上部，中部及上部随着发酵的进行逐渐升温接近堆体下部的温度，可以推测得出堆体上部直接与空气接触不容易保温，导致温度偏低，但堆体中下部良好的发酵及较好的保温效果也能将堆体上部的温度慢慢提升。

图4 中序号④曲线为风机的运行频率，序号⑤曲线为堆体内部氧含量。当堆体内部氧含量为14%时，可以看出序号④曲线风机运行频率快速降至0 Hz，序号⑤曲线堆体内部氧含量会随着微生物发酵的耗氧情况迅速下降，降至氧含量为5%时风机启动，序号④风机运行频率曲线快速升至50 Hz，序号⑤堆体内部氧含量曲线也随着堆体实时情况逐步上升。

通过上述对各类指标的实时数据分析，可以精准干预微生物发酵，如当堆体实时温度平均值超过75 ℃时，可及时进行干预增加通风频率或翻堆，为堆体进行降温处理，使微生物处于合适的环境温度，保持高效的发酵能力，高温期翻堆的堆肥处理能提高强制通风静态垛堆肥的堆肥效率和质量［8］。

3.1.3 发酵过程温度分析

厨余垃圾堆肥过程中，严格按照生活垃圾堆肥处理技术规范调节好含水率、密度等各项指标，充分利用自动控制系统为微生物提供合理的好氧环境，再接入丰富的微生物菌群，可以大大提高堆肥前期升温速度，主发酵周期15 d，二次腐熟发酵周期30 d。厨余垃圾主发酵温度曲线见图5。

由图5 可知，正常生产的4 个批次，第2 天堆体温度可升至50 ℃，第3 天均超过55 ℃，第4 批次第3 天更是超过了60 ℃，进入高温发酵阶段，第5～6天堆体温度升至峰值，并持续缓慢下降，说明在该工艺处理下，厨余垃圾中的易降解有机物正快速被微生物降解。随着易降解有机物的消耗，发酵堆体也逐渐进入腐熟阶段。

厨余垃圾二次腐熟发酵温度曲线见图6。

图6 厨余垃圾二次腐熟发酵温度曲线

由图6 可知，厨余垃圾出仓进入二次发酵阶段时，堆体发酵温度呈上升再下降趋势并趋向平稳，说明厨余垃圾经过主发酵处理后将易降解有机物完成降解，难降解有机物仍需时间继续降解。再经过30 d的二次腐熟发酵可达到完全腐熟效果。

3.2 好氧堆肥减量效果分析

厨余垃圾堆肥减量效果见表2。从表2 可看出，厨余垃圾经过好氧堆肥处理后，主发酵含水率从60.5%降至28.8%，密度从676.2 kg/m3降至406.7 kg/m3，均有明显的降低，二次腐熟发酵结束总质量从119.1 t降至36.7 t，平均减量化率69.2%，减量化效果明显，主要是堆肥处理后含水率大幅下降，其次是微生物降解了有机物［9］。

表2 厨余垃圾堆肥减量效果

3.3 堆肥产品质量性质分析

3.3.1 堆肥产品筛分

经过主发酵、二次腐熟发酵后的物料，需经过精分选设备将堆肥产品中的杂质剔除，从而获得＜6 mm的堆肥产品、＜12 mm 的堆肥产品、轻杂质、返混料、筛上物及硬杂质物料，实物情况如图7 所示。

图7 精分选设备筛分产物

3.3.2 ＜6 mm 堆肥产品质量性质检测结果

表3 为＜6 mm 堆肥产品以NY/T 525—2021《有机肥料》标准为依据的检测结果。

表3 ＜6 mm 堆肥产品指标数据

检测结果表明，4 个批次＜6 mm 堆肥产品的有机质均值为47.8%，远超标准限值低值的30%，最高达到53.1%；总养分均值为7.9%，远超标准限值低值的4.0%，最高可达到8.28%，可以得出厨余垃圾的堆肥产品具有较高的营养价值；各类重金属指标均符合标准要求，有研究表明，施用厨余垃圾堆肥产品后，土壤中重金属含量虽有不同程度的增加，但均远低于GB 15618—1998《土壤环境质量标准》［10］，由于厨余垃圾来源于生活而且处理工艺前端有分选环节，厨余垃圾在重金属危害方面已经得到有效的控制，有利于厨余垃圾堆肥产品的资源化利用；水分、pH、无害化指标等也均符合标准要求。

NY/T 525—2021《有机肥料》标准增加的指标氯离子的质量分数、种子发芽指数、杂草种子活性检测结果表明，在含水率10%以下氯离子的质量分数均值为1.1%，最高值为1.13%，其含量较低，属于低氯产品；种子发芽指数均值为71.2%，杂草种子活性均为0 株/kg，均符合NY/T 525—2021《有机肥料》标准要求。

4 结论

厨余垃圾好氧堆肥工艺依照CJJ 52—2014《生活垃圾堆肥处理技术规范》进行生产试验，得到以下几点结论：（1）减量化效果。本次试验厨余垃圾堆肥减量化率为69.2%，有良好的减量效果。（2）重金属、氯离子及无害化效果。重金属总砷均值为2.1 mg/kg、总汞均值为0.7 mg/kg、总铅均值为20.4 mg/kg、总镉均值为2.2 mg/kg、总铬均值为19.2 mg/kg，均符合NY/T 525—2021《有机肥料》标准限值。氯离子均值为1.1%，属于低氯堆肥产品。粪大肠菌群数、蛔虫卵死亡率均符合NY/T 525—2021《有机肥料》标准限值。（3）资源化指标。有机质的质量分数均值为47.8%、总养分的质量分数均值为7.9%、种子发芽指数均值为71.2%，都高于NY/T 525—2021《有机肥料》标准各项指标的要求。

此外，在垃圾分类的普及下，分类后的厨余垃圾越来越多，厨余垃圾末端的处理处置也将面临更大考验，厨余垃圾的处理方式应在保证产品安全下多点齐开，而堆肥作为传统工艺，分类后的厨余垃圾堆肥减量化效果明显，其堆肥产品资源化及无害化指标均高于NY/T 525—2021《有机肥料》标准各项指标要求，为厨余垃圾堆肥产品的资源化利用，生产厨余垃圾有机肥产品［11］提供了参考依据。