东莞市生活垃圾堆肥减量化的试验研究*

周振鹏，曾彩明，李小建，王德汉

（1.华南农业大学资源环境学院环境科学与工程系，广东广州510642；2.东莞市环境科学研究所，广东东莞523009）

东莞市生活垃圾堆肥减量化的试验研究*

周振鹏1，曾彩明2，李小建1，王德汉1

（1.华南农业大学资源环境学院环境科学与工程系，广东广州510642；2.东莞市环境科学研究所，广东东莞523009）

针对广东省东莞市某小区通过生活垃圾分类出的易腐有机垃圾研制出1套集稳定堆肥、生物除臭为一体的生活垃圾消化反应器处理装置。试验结果表明：该设备可使垃圾减量化达70%以上，无二次污染，能耗低。菜心盆栽试验显示，添加30%的肥料，菜心地上部分生物量最大，长势好。

生活垃圾；减量化；堆肥试验

随着城市居民生活水平的提高，城市生活垃圾产生量越来越多，如何用科学的方法处理生活垃圾成为当前研究的热点。如果能够对垃圾实行分类收集，可以将大部分垃圾变废为宝，减少最终需要处理的垃圾量，然后再进行堆肥处理［1-2］。这样既可循环利用资源，也可节约愈来愈少的土地，减轻政府处置垃圾的财政重负及环境污染压力，实现环境效益、经济效益和社会效益的多赢。因此首先通过垃圾分类分出“湿垃圾”，而对这些“湿垃圾”进行快速连续升温堆肥处理又是当前研究的重点。笔者以东莞市某镇花园小区垃圾分类的减量化的试验为基础，研制出1套集稳定堆肥、生物除臭为一体的生活垃圾消化反应器处理装置，以期为城市小区垃圾分类减量化及终端处理提供参考［3］。

1 材料与方法

1.1 材料

园林绿化基质来自广州市园林厂，为城市园林绿化养护过程中产生的剪枝、间伐材、草坪草和枯枝落叶，园林垃圾经粉碎，添加有益微生物菌种，然后再高温发酵而制成。

1.2 试验装置和工艺流程

试验设备为华南农业大学新肥料研究中心研制的消化型堆肥一体化处理装置，见图1。其端面为圆形，直径为1.5 m，长6 m，转动功率1.1 kW，齿轮转速16 r/h，抽风功率2.2 kW。该设备具有良好的保温性能，仓体为不锈钢材料，内层有保温棉，能减少甚至阻止向环境散发能量，使堆体持续保持60℃左右的高温。它由4个部分组成：消化型反应器、冷凝塔、抽风系统与生物滤池除臭系统［4-6］。消化型反应器就地处理易腐有机垃圾工艺流程见图2。该生物稳定化处理装置采用负压抽风的方式供氧，装置的一边设置1台抽风机，根据堆体温度和堆料含水率情况，自由设置抽风时间，装置后面布置了通气窗和通气孔，氧气由此进入，自下而上通过堆体，堆体产生的臭气和水蒸气进入装置顶部的进气口，在抽风机的作用下通过除臭管道抽走，这样满足了堆肥需氧、降温和降低含水率的要求。高温发酵过程中产生的臭气（NH3、H2S等）、部分垃圾渗沥液通过生物滤池的方法吸收和去除，臭气和水蒸气通过冷凝塔时，水蒸气冷凝下来变成液态水，从而与臭气分离，臭气经除臭管道进入生物滤池。生物滤池构造为高1 m，宽1 m，长1.5 m，底部0～20 cm为空层，20～50 cm为木炭层，50～90 cm为细木炭加基质层。

1.3 试验方法

试验分为2个阶段：第1阶段为微生物培养驯化阶段，首先向装置内投加40包园林绿化基质作为反应启动的微生物来源，然后每天将360 L经过滤的餐厨垃圾投加到反应器内，投料后转动30 min，投料5 d，不进料5 d，驯化期10 d。第2阶段为堆肥正式运行阶段，每天先出料400 L，再投入360 L垃圾，同时投加返料及纸棉等调理剂，每天投料后转动30 min，每2 h自动抽风1 h。在整个试验过程中，每天9：00在物料中选择前部、中部、后部测定温度，取其平均值。

2 结果与分析

2.1 垃圾分类对减量化的影响

经初次分类减少外运垃圾量达30%，不仅培养了居民的垃圾分类意识，还为下一步的堆肥处理创造了条件，且可最大程度地实现废物的再次利用及废品回收。

2.2 堆肥过程中温度及冷凝水的变化

该装备自正式运行以来，日平均温度均高于50℃，其温度随时间变化如图3所示。在易腐有机垃圾堆肥减量化试验过程中，通过添加返料、纸棉调理剂来调节厨余垃圾进料的初始含水率，优化了工艺参数，实现连续进出料堆肥减量化的试验条件，保证厨余垃圾在最短的时间内升温及维持较长时间的高温阶段，且维持55℃以上达8 d，最高达到69℃，可实现堆肥无害化［7］。

图3 堆体温度随时间的变化

如图4所示，每天冷凝水体积大约为11 L，堆体在高温好氧发酵期间，水分一部分被微生物利用，一部分由于高温作用有一定程度的蒸发，水蒸气和臭气等通过抽风机抽走，水蒸气在冷凝塔内冷却，变成冷凝水。冷凝水的量在一定程度上反映了堆体水分的减少量，生活垃圾的减量化也是由有机物质的降解和堆肥水分的减少引起的［7］。

图4 堆肥过程中冷凝水随时间的变化

2.3 堆肥过程中含水率及减量化率的变化

本试验中原料有机成分的比例大，占70%多，含水率高，在试验中，调理剂调节了含水率，使其在60%左右。如图5所示，堆体在高温下水分被逐渐蒸发，水蒸气被抽走，高温堆体含水率由刚开始的77%降低到稳定化结束时的29.7%左右。

图5 堆肥过程中含水率随时间的变化

如图6及公式（1）所示，经过处理，垃圾减量化达70%以上，并定期产生一定量的优质堆肥，设备定期将腐熟堆肥卸出用于绿化或农用，达到了减量化、资源化、无害化的效果。计算减量化率公式如：

式中：R为减量化率（%）；Q为添加物总容积（L）；S为处理后剩余物（包括反应设备中的物料及产品）容积（L）。其中Q为31 360 L，S为8 503 L，根据公式（1）可得，整个连续进料过程中的减量化率为73%。

图6 堆肥过程中日累计投入量随时间的变化

2.4 菜心盆栽肥效的生物量及长势情况

利用易腐有机垃圾稳定化产物作为种植土，与土壤按不同比例混合，进行了菜心的盆栽试验。菜心盆栽试验设计了5个处理：处理1的易腐有机垃圾稳定化产物为0%；处理2为10%；处理3为20%；处理4为30%；处理5为40%。结果表明：随着易腐有机垃圾质量的增加，菜心叶色逐渐加深，但发芽率以处理5最低，生长发育后期，处理1生长缓慢，处理2、3、4对植物生长有明显促进作用。地上部分生物量（干基）处理4最大，达到21.3 g，而处理1地上部分生物量（干基）为10.2 g。

3 讨论

1）因为易腐有机垃圾含水率过高，超过70%，不仅会明显降低分解速度，温度受到影响，而且有可能会堵塞内部抽风管道，如能在其投入前降低含水率或者对内部抽风管道的气孔用不锈钢丝网进行包扎，则会避免此类问题的发生。

2）可进一步提高设备进料口和出料口的自动化程度，以增加整套设备的可操作性和自动化程度。

4 结论

1）利用高温好氧发酵原理设计的本套生活垃圾生物稳定化、生物抽风除臭和生物滤池处理渗沥液于一体的处理城市小区生活垃圾装置及工艺，易腐有机垃圾减量化率达到70%以上，55℃以上达8 d，温度最高达到69℃，整个过程密闭运行，无臭气产生，环保效应好，无二次污染。

2）易腐有机垃圾稳定化产物资源化利用效果好，用作种植土，能够有效地促进菜心的生长，提高作物产量。本试验在解决垃圾出路的同时，将垃圾稳定化产物回用于农业生产，有利于推动生态农业的发展，所提出的垃圾处理技术和模式是一条环保的、经济的、符合可持续发展理念的垃圾处理新途径［8-9］。

［1］彭少洪，卢舒麒，黄运风，等.广州市城市生活垃圾分类收集问卷调查：以南华西街为例［J］.环境卫生工程，2011，19（4）：15-18.

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［3］何品晶，邵正浩，张冬青，等.垃圾生物稳定化预处理中填埋污染潜力的变化［J］.同济大学学报，2009，37（6）：791-795.

［4］邱才娣，何若，陈松妹，等.一种新型的农村生活垃圾资源化工艺技术研究［J］.环境科学，2009，30（3）：930-936.

［5］曾现来，张增强，张永涛，等.城市生活垃圾堆肥试验装置的设计［J］.环境污染与治理技术与设备，2006，7（10）：109-112

［6］王桂琴，许德刚，李国学，等.基于不同目标的大型生活垃圾堆肥处理工艺的优选［J］.中国环境科学，2009，29（4）：402-406

［7］朴哲，崔宗均，苏宝林.高温堆肥的生物化学变化特征及植物抑制物质的降解规律［J］.农业环境保护，2001，20（4）：206-209.

［8］袁芳，杨朝晖.我国城市生活垃圾堆肥农用处理技术研究进展［J］.安徽农业科学，2005，33（2）：328-330.

［9］李磊，宋叙言，吴育华，等.城市垃圾系统管理与创新研究［J］.环境保护，2009（4）：51-52.

Experiment on Composting Reduction of Domestic Waste in Dongguan

Zhou Zhenpeng1,Zeng Caiming2,Li Xiaojian1,Wang Dehan1
（1.Department of Environment Science and Engineering,College of Natural Resource and Environment,South China Agricultural University,GuangzhouGuangdong510642;2.Dongguan Research Institute of Environmental Science,DongguanGuangdong523009）

A set of domestic waste digestion equipment with stable composting and biological deodorization was developed for perishable organic waste which is collected from domestic waste from one residential area in Dongguan of Guangdong.The results showed that its waste reduction rate was above 70%by using this equipment,no secondary pollution,and low energy consumption.The pot experiment of cabbage demonstrated that the ground biomass of cabbage and the growth trend were the largest when the soil had been added 30%of the fertilizer.

domestic waste；reduction；composting experiment

X705

A

1005－8206（2012）03－0023－03

周振鹏（1984—），硕士，主要从事废物资源化利用的研究。E-mail：315490904@qq.com。

（责任编辑：郑雯）

惠州市科技局资助项目（201010810100192）

2012-03-16