基于农村家庭厨余垃圾处理技术的研究设计

郭英祺，曾庆东，刘孟夫，张炳超，黄晓军，杨浩君

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

基于农村家庭厨余垃圾处理技术的研究设计

郭英祺，曾庆东※，刘孟夫，张炳超，黄晓军，杨浩君

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

随着农村城镇化和农业现代化进程，农村人民的生活质量和习惯发生变化，农村生活垃圾数量日益增多，严重影响农村生态环境，污染土地、水源，破坏耕种环境。针对我国农村生活垃圾的现状，设计出一种适用于农村家庭的堆肥发酵装置，在农村和部分城市近郊住宅区提倡生活垃圾分类，由居民自己利用堆肥装置将厨余垃圾等有机物制作成有机肥料，实现有机垃圾的资源化利用。

农村，厨余垃圾，好氧堆肥

0 引言

目前我国农村生活垃圾处理设施建设严重滞后，缺乏专门管理，绝大部分村庄的生活垃圾管理处于空白，不像城市有健全的环卫工人清运队伍，垃圾日积月累，影响农村建设、村民生活，进而成为一个严重问题。近年从中央到地方，围绕社会主义新农村建设的目标，提出建设“中国美丽乡村”，重点推进建立垃圾分类和处理机制，解决农村垃圾处理问题。据调查数据显示，农村生活垃圾包括有厨房剩余物、菜叶、包装废弃物、一次性用品废弃物、废旧衣服鞋帽等，人均日生活垃圾量为0.86 kg，其中餐厨垃圾约占收集总量60%，可回收的废品类约占收集总量20%，经过垃圾分拣分流后，最终需要处置的垃圾量不足垃圾收集总量的20%。从上述数据可知，农村生活垃圾中含有大量餐厨垃圾与可回收的废品，是农村生活垃圾的主要成分。如果妥善处理农村餐厨垃圾，不仅能解决餐厨垃圾污染问题，而且能相应垃圾分类，回收可循环利用的废品。

针对农村环境保护问题，我国正加快推进社会主义新农村建设和农村环境整治工作，并出台了《农村生活污染控制技术规范》等指导性文件。近几年的中央一号文件都持续关注农村环境整治问题，提出建设“中国美丽乡村”，将农村生态文明建设作为工作重点之一。结合农村生活垃圾的特点及处理现状，需要重点研究并实施提倡人人动手，无二次污染，资源化利用的处理方式。相对于城市，农村一般单家独户居住，农民也有一定种植用的自留地，特别应该把生活中产生的有机垃圾分拣出来，用装置制作成有机肥料，用来栽培蔬菜、果树。本文主要介绍设计制造一种堆肥装置，利用好氧堆肥技术将餐厨垃圾转化为有机肥料，并且通过实验研究改进处理技术。

1 餐厨垃圾的特点及现状

1.1 餐厨垃圾特点

1．1．1 含水率高

餐厨垃圾的含水率高，给收集、运输和处理都带来很大难度，其渗滤水可通过地表径流和渗透作用，污染地表水和地下水，而且餐厨垃圾单位质量的热值约2 100 kJ/kg，不能满足垃圾焚烧发电的热值要求。

1．1．2 易腐烂变质

有机质含量较高，约占干物质质量的95%以上，易腐败发臭，滋生病菌，如不能及时进行适当的处理，会造成病原菌的传播和感染。

1．1．3 营养成分含量丰富

餐厨垃圾除有机物含量高之外，还富含氮、磷、钾、钙以及各种微量元素，具有营养元素齐全，再利用价值高的特点，应当实行资源化利用。而考虑到家庭餐厨垃圾运输困难，不可久置，可资源化利用的特点，应当鼓励通过科学技术，转化餐厨垃圾，做到日产日清，回收利用。

2 餐厨垃圾处理现状

当下农村生活垃圾处理方式是由农户将垃圾集中堆放在村里指定位置，一段时间后再由乡镇统一运到县级垃圾处理厂。由于垃圾没有干湿分离，尤其是厨余垃圾没有专门分开堆放，也不能做到日产日清，混合垃圾很容易腐烂、发臭，不仅会释放出危害人体健康的气体，同时露天堆放容易滋生蚊虫传播疾病；而且垃圾的渗滤液还会污染水体和土壤，严重破坏农村的环境卫生，最终通过食物链影响人们的身体健康。

即使运到垃圾填埋场进行填埋处理，厨余等高湿有机垃圾易腐败，恶臭气体和渗滤液也污染周边环境和地下水，极大地缩短掩埋场使用寿命；若以焚化方式处理，又因其水分含量高、热值低的原故，增加了产生二噁英的可能性；以生活垃圾制作动物饲料则因其中往往含有大量病菌，许多地方政府明令禁止，例如早在18世纪英国就颁布法令，禁止使用未经处理的餐厨垃圾喂养禽畜。无独有偶，《北京市动物防疫条例（草案）》规定，严禁动物养殖场使用饭店、宾馆、餐厅、食堂产生的未经无害化除理得餐厨垃圾饲养动物。

目前政府提倡“村收集，乡运输，镇集中，县处理”的模式，需要建立完善的收集、运输、处理的体系，而农村地区的垃圾不如城市集中、运输距离相对城市要更长，运输成本高，只适合较近城市的发达村落，并不是每个地方政府可以承担，在我国现有发展水平下，也是不现实的。同时农村有机农业和种植土壤也需要大量有机肥料，而餐厨垃圾本身含有大量的有机质，能转化为优质有机肥被植物吸收，应通过堆肥的处理方式转化成有机肥料，既能避免填埋处理产生的渗滤水与焚化处理产生的有毒气体等污染问题，也能使生活垃圾问题从源头上减量，让浪费的有机养分回归土地。

因此，不论城市还是农村，都该将厨余等有机垃圾分离出来，单独处理，进行堆肥处理，转化为有机肥料。餐厨垃圾中丰富的营养物质为有益微生物提供了良好的生活环境，使得其中的蛋白质、脂类、纤维素等大分子有机物质得到有效降解，分解成容易被作物根系吸收的小分子营养物质，同时具备无污染源、无毒无害的特点，可作为优良的生物活性有机肥。在全球倡导绿色农业、有机农业、安全食品的今天，利用餐厨垃圾生产绿色高效有机肥，弥补目前有机肥普遍肥效低劣的不足，对倡导有机农业，减少化肥使用将起到巨大的推动作用。针对目标植物生产绿色无污染有机肥，如针对有机蔬菜、园林绿化植物、盆景、花卉等，制备专用有机肥，并朝着专用、精致、高效上发展。由餐厨垃圾生产制成的有机肥产品作物易吸收、肥效快，增加土壤肥力，是真正的绿色无污染肥料，可大幅填补目前绿色农业的空白。

3 厨余垃圾处理技术

厨余垃圾转化为肥料需要利用好氧堆肥处理技术。好氧堆肥是指在有氧条件下，好氧细菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，分泌出能分解有机固体的生物酶把固体有机物分解为可溶性有机物质，是优质的腐质肥料，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，在有机物生化降解的同时，伴有热量产生，温度可达60～80℃以上，在此高温环境下再配合微生物菌种所分泌的酵素作用，厨余垃圾内原来所存在的病原细菌会在短时间内死灭殆尽。

通过研制一种适合小型家庭（户均5人左右，每天约产生1～2 kg的厨余垃圾），可以每天处理1～2 kg左右的厨余垃圾的“厨余垃圾制肥罐”，容积100～120 L，具有翻堆、通风、排水、保温工艺措施。由人工转动把手即可通过传动机构带动罐体滚动，使罐内物料充分搅拌混合，操作简便，维护简单，适合在农村地区使用。

3 实验内容

3.1 材料

餐厨垃圾（材料来源于单位饭堂，包括有瓜皮、肉类、米饭等，尽量使材料成分多种多样）、蘑菇渣（用作辅料）。

3.2 实验设备

发酵罐1台、SK-100型水分测定仪1台、JR900A温度计1支、电子计量称1台。

3.3 实验方法

3．3．1 投料

添加蘑菇渣25 kg后，每天将1～2 kg的厨余垃圾加入罐体中，并滚动发酵罐，滚动不少于3次。

3．3．2 发酵温度测量

将物料放置于发酵罐中进行发酵，每天投料前测量温度，并记录下来。

3．3．3 水分测量

每天在测量温度之后用水分测定仪测量发酵物水分并记录。

3．3．4 感官评定

由5名专业人员对发酵成品进行客观评定，分别对发酵成品的外型与气味进行评定，分优、良、差三等。评定标准见表1

表1 发酵成品评定标准

4 实验数据与讨论

4.1 实验数据

图1是物料在发酵罐中进行发酵的温度变化曲线，从图中可以看出：

1）发酵温度处于65～38℃之间，在第4 d到达峰值，第10 d之后发酵温度趋于平稳，徘徊在49～38℃之间。

图1 物料发酵温度曲线

图2 物料水分含量曲线

2）持续投料，发酵温度能保持在38℃以上。根据实验现象分析，因为实验所需要的餐厨垃圾是由工场饭堂提供，周末和法定节假日员工放假期间饭堂也停止运营，没有餐厨垃圾产生，所以，在实验进行到第15 d时，发酵温度最低，之后需要再次添加辅料后温度才能回升。

根据相关资料，发酵时的温度和水分是好氧堆肥的重要指标。堆肥反应进行时，发酵物料最合适水分含量应该在40%～50%。水分过高时物料会进行厌氧反应，发酵温度降低，产生异味；水分含量过低则会影响堆肥反应，出现发酵温度降低，分解速度减慢的现象。综合图1和图2可以看出，发酵罐物料水分在43%～54%。但是停止投料时物料水分亦没明显下降，而物料发酵温度不断降低；添加蘑菇渣后水分才有所下降，温度开始慢慢回升。

图3 感官评定结果

图3 显示的是感官评定的结果。成品外型方面，4名评定人员发现大部分餐厨垃圾已分解成粉状，其中夹杂有瓜皮、瓜籽；1名评定人员认为餐厨垃圾已被全部分解。而在成品气味方面，全部评定人员感觉发酵成品无明显异味，3名评定人员认为成品有类似泥土的气味。

4.2 实验讨论

物料的温度、水分和含氧量是好氧发酵的重要参数，需要将以上参数保持在合适范围之内。由实验情况观察：持续向发酵罐内投料能使物料水分和温度保持在合适范围之内，可以让好氧发酵持续进行。经过观察评定，餐厨垃圾基本可被转化为肥料。如果长时间停止投料并且物料水分超过50%时，物料温度就会不断下降，投料中断时间越长，温度下降幅度越大；要是再次投料并添加辅料，则能有效降低水分含量，使发酵恢复正常。因此推断，停止投料时，发酵物料水分含量过高会阻碍发酵温度提升，令好氧发酵停止。餐厨垃圾中的瓜皮、瓜籽的成分为纤维素及木质素，属于难分解物质，因此发酵成品中仍夹杂有瓜皮、瓜籽。

5 结论

经试验证明，通过每日滚动厨余垃圾堆肥发酵罐，对其中物料进行翻堆，能使装置内的家庭餐厨垃圾保持在合适的温度进行发酵，同时打开罐体两边的通气口保持罐内空气流通，能保障物料发酵时所需氧气，最终成功转化为能够被植物所吸收的有机质。下一步我们将继续研究，通过改良工艺，制作无需辅料即可重启发酵的设备。实验数据表明该方案切实可行，可以使村民从思想上意识到资源化利用与生活垃圾分类的可行性与重要性，以人人动手的方式，实现垃圾源头“减量”——即垃圾减量化，减轻垃圾对环境、对人类自身的危害，推进农村人居环境综合整治，促进农村建立垃圾分类和处理的长效机制。解决农村垃圾围城问题，改进农村环境问题，促进美丽乡村建设，保障农民身体健康，为农村经济社会的可持续发展提供动力。

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支持项目：省级现代农业装备产业技术研发中心（粤农计【2015】118文)

郭英祺（1990—），男，助理工程师，主要从事农业废弃物资源化处理设备机电一体化设计工作

※通讯作者：曾庆东（1969—），男，高级工程师，主要从事农业废弃物资源化处理工程技术研发与推广工作。E-mail：feiliao-jx@163.com