蔬菜廢棄物堆肥化處理概述

李火金 蔡盡忠

(福建省華廈學(xué)院環(huán)境與公共健康學(xué)院 廈門 361024)

蔬菜保質(zhì)期一般很短，因此在市場流通的過程中其根、莖、葉容易出現(xiàn)腐爛，繼而被人們丟棄而造成大量的蔬菜廢棄物，若不能得到及時處理不但會造成資源浪費，而且會污染環(huán)境。

目前，我國的蔬菜廢棄物處理方式主要有4種： 直接還田、生產(chǎn)飼料、生產(chǎn)沼氣和生產(chǎn)堆肥[1]。直接還田是最常用的做法，但是這種處理方式容易造成環(huán)境污染和病原菌的傳播；生產(chǎn)飼料和生產(chǎn)沼氣對廢棄物種類和設(shè)備要求較高；而生產(chǎn)堆肥是蔬菜廢棄物無害化處理和資源化利用較為有效的途徑。國內(nèi)關(guān)于蔬菜廢棄物處理主要的研究方向是堆肥化處理，目前已有大量的研究成果[1]。

1 蔬菜廢棄物性質(zhì)

蔬菜廢棄物與其他固體廢棄物相比，含水率一般在75.00%～94.80%，具有含水量高、易腐爛、富含氮磷鉀等營養(yǎng)物質(zhì)和有機物等特點[2]。而用于堆肥的原始物料中含水率控制在50%～65%，碳氮比在35∶1左右， pH為8～9。因此，蔬菜用于堆肥時要加入水分調(diào)節(jié)劑、碳氮調(diào)節(jié)劑、pH調(diào)理劑，以調(diào)節(jié)含水率、碳氮比、pH等參數(shù)。蔬菜廢棄物還常攜帶有害病原菌及殘留農(nóng)藥，并且可能會出現(xiàn)重金屬富集現(xiàn)象[1]，不同類型的蔬菜需要進行不同的資源化處理，可以充分提高資源利用率，減少環(huán)境污染。

2 蔬菜廢棄物堆肥化處理

堆肥化是利用自然界中的原核和真核微生物，有控制地促進可生物降解有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過程[3]。目前，國內(nèi)對于蔬菜廢棄物資源化利用的方式有4種： 自然堆漚、用作飼料、厭氧發(fā)酵和好氧堆肥化[4]。最常用的是厭氧發(fā)酵和好氧堆肥化，而國內(nèi)多采用好氧堆肥。好氧堆肥是將蔬菜廢棄物與動物糞便或微生物菌劑混合堆放，在高溫下經(jīng)發(fā)酵腐熟及微生物分解而生產(chǎn)有機肥的過程。

堆肥化處理后得到的有機肥，肥效好、無病菌，可為植物提供豐富的營養(yǎng)，能促進植物生長，增加產(chǎn)量，降低土壤污染[5]。由于操作簡單、工藝要求低、成本較低，且產(chǎn)品質(zhì)量較好，因此適用范圍較廣。其中，堆肥化處理的研究大多集中在畜禽糞便、污泥和城市垃圾等方面，而蔬菜廢棄物堆肥的氮素損失研究少見報道，應(yīng)借鑒畜禽糞便或污泥堆肥的控制措施，進一步提高蔬菜廢棄物堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量[6]。

3 蔬菜廢棄物堆肥化處理工藝

好氧堆肥工藝研究發(fā)現(xiàn)，堆肥的影響因素主要是堆肥時間、含水量、透氣性、溫度、pH、碳氮比和外源菌劑等。對于不同類型的蔬菜，堆肥化處理前需進行配料處理，改變物料初期含水量和碳氮比。其中，增加初始物料中的水溶性有機碳含量是加速堆肥進程的方法，同時也是指導(dǎo)堆肥物料配比的關(guān)鍵性指標(biāo)[7]。李劍等通過改變蔬菜廢棄物、稻草與豬牛糞三者之間的不同配比進行堆肥化試驗，并得出結(jié)論： 蔬菜廢棄物、秸稈、豬糞的物料初始配比為(10∶40∶50)～(20∶30∶50)時最佳，其中豬糞在氮含量、速效磷這兩方面效果更佳，而牛糞在速效鉀方面效果更佳。王麗英等[1]總結(jié)了堆肥化過程中溫度、水分和通風(fēng)量等參數(shù)及其控制，并分析了堆肥過程中有機物、氮含量、碳氮比、pH、電導(dǎo)率的變化，對研究方向提出了展望。

對于堆肥化處理過程中，因為氮素損失，造成堆肥產(chǎn)品質(zhì)量差、肥效低的問題，翁洵等[8]進行了總結(jié)，闡述了通過控制物料初始碳氮比及過程中的pH值、溫度、通風(fēng)與氧氣供應(yīng)等反應(yīng)條件實現(xiàn)固氮增肥的措施： 通過添加吸附劑或其他可利用形態(tài)碳，調(diào)節(jié)初始碳氮比(25～35∶1)；接種微生物菌劑，促進微生物利用轉(zhuǎn)化NH4+，減少NH3生成；同時，添加化學(xué)物質(zhì)，使pH小于7，使堆體最高溫度不超過60℃；通過間歇性通風(fēng)或減少翻堆頻率，控制通風(fēng)量(0.05～0.2 m3/min·m3)，減少NH3生成和損失。事實上，添加微生物菌劑可以優(yōu)化堆肥過程的環(huán)境條件，提高微生物活性，提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)周期，促進堆肥腐熟，減少氮素損失，保持和調(diào)節(jié)各營養(yǎng)素含量，提升堆肥產(chǎn)品質(zhì)量。

當(dāng)前，國內(nèi)蔬菜堆肥化研究已基本確定了最佳堆肥工藝條件、主要堆肥研究方式(好氧、厭氧)，以及不同動植物腐尸或排泄物、微生物添加劑對堆肥過程的影響，特別是對氮素損失的影響已經(jīng)取得許多重要成果。

4 蔬菜廢棄物堆肥化處理工藝的參數(shù)及其優(yōu)化

4.1 溫度的控制 堆肥化需要經(jīng)歷升溫階段、高溫階段和降溫階段。不同初始條件的蔬菜廢棄物堆肥時各階段持續(xù)的時間是有差異的。高溫階段持續(xù)時間越長，有機物料分解越徹底[1]。若堆體溫度過高，可通過通風(fēng)和翻堆降低堆體的溫度，使其保持適宜的條件。堆肥期間，對于好氧堆肥，應(yīng)保持堆體溫度為60℃左右。而厭氧堆肥堆體溫度一般在35℃左右較為適宜[1]。

4.2 水分的控制 堆肥需要適宜的水分，水分含量低于45%或高于75%都不利于堆肥化的進行，還會導(dǎo)致微生物的活性下降，從而使堆肥腐熟困難。堆體的含水量影響堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)，堆肥初始含水量越高，越不利于堆肥氮素的保存。所以在堆肥過程中物料可以通過加水、翻堆和通風(fēng)等措施實現(xiàn)水分調(diào)節(jié)，保持微生物適宜的生活條件。

4.3 碳氮比的控制 腐熟度是評價堆肥質(zhì)量的重要指標(biāo)，碳氮比可以作為判斷堆肥腐熟進程的指標(biāo)，所以碳氮比也直接影響著堆肥的質(zhì)量。一般堆肥結(jié)束后的碳氮比為15～20∶1，而研究表明堆肥的最佳碳氮比的比值范圍是25～35∶1，這時微生物的生長繁殖處于平衡狀態(tài)，有利于堆肥過程的進行。

當(dāng)碳氮比過高時，營養(yǎng)物質(zhì)相對缺乏，微生物生長受到抑制，在這種情況下，微生物對有機物質(zhì)的分解速率較慢，腐熟時間長。當(dāng)蔬菜廢棄物的碳氮比較低時，可在堆肥前添加碳氮比高的原料進行調(diào)節(jié)，一般添加木屑、秸稈、米糠等。

4.4 pH值的控制 在整個堆肥過程中，隨著時間和溫度的變化，大量微生物通過物料的降解和自身物質(zhì)的分泌，不斷調(diào)節(jié)環(huán)境pH值。一般蔬菜廢棄物堆肥不需考慮調(diào)節(jié)pH值。有研究表明，有機固體廢棄物堆肥的最佳pH值為6.5～7.5,這是微生物生長繁殖最合適的酸堿值。最佳pH值有利于提高反應(yīng)速率，能縮短達到高溫所需的時間。

5 總結(jié)

本文通過對國內(nèi)蔬菜廢棄物堆肥化處理發(fā)展?fàn)顩r的概述，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)堆肥化處理技術(shù)、工藝參數(shù)、反應(yīng)過程控制、堆肥質(zhì)量的提升及微生物的應(yīng)用等方面均有較多的研究。

但是，當(dāng)前蔬菜廢棄物堆肥化處理還存在一些缺陷： ①在堆肥化處理中，限速有機物的降解一直被認為是快速堆肥的關(guān)鍵，也是高效復(fù)合菌劑開發(fā)的理論基礎(chǔ)，還有待研究；②傳統(tǒng)的堆置技術(shù)條件下的有機肥料，由于養(yǎng)分含量低和無害化程度差等缺點，限制了其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)條件下的使用，為了提高堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足大量有機廢棄物的快速處理需求以及防止二次污染的產(chǎn)生，必須開發(fā)新的高溫堆肥技術(shù)與堆肥設(shè)備；③如何有效地處理堆肥產(chǎn)品中重金屬的富集、有害物質(zhì)及微生物殘留農(nóng)藥和問題；④是否有廉價高效且可普遍使用的微生物菌劑，生產(chǎn)工藝能否最簡化以及堆肥化的影響因素的控制等問題。

對于蔬菜廢棄物處理，需要注重多種方法結(jié)合，如厭氧—好氧混合處理，簡化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，真正將試驗成果轉(zhuǎn)化為技術(shù)專利，使其在國內(nèi)普遍推廣使用。