园林废弃物资源化利用现状

郑乐怡，刘浩然，李毛毛，刘桂林

(河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071001)

1 园林废弃物定义

园林废弃物(Garden waste)是指一系列的有机材料，包括枯枝落叶、草坪修剪物、种子、杂草残花等。长久以来，园林废弃物的处理方式多为焚烧和填埋，这些方法既浪费土地资源又污染环境，同时也造成资源流失与浪费。但事实上，园林废弃物来源于植物，主要成分为有机质，纤维素，木质素等，属于可再生资源。从资源利用的角度而言，相较污泥与生活垃圾，园林废弃物利用率更高，因为前两者含有较高的Pd、Hg等重金属以及部分抗生素，应用于绿地上风险相对较大。

随着园林绿化面积的不断扩大，园林废弃物数量与日俱增，如何合理处置并利用这一资源，成为各国亟需解决的问题以及今后研究的热点。

2 园林废弃物资源化利用技术现状

2.1 生物技术

2.1.1 厌氧发酵

厌氧发酵是指在无氧的条件下，利用厌氧或者兼性厌氧等微生物的互营代谢等协同作用，将复杂有机质转化为CH4、CO2以及少量其他气体的过程。厌氧堆肥的优点是物质分解率高，能够产生清洁能源，其主要产品为沼气。朱洪光[1]于2020年针对农作物秸秆产生沼气这一新型生物能源的物理、化学、生物方法进行分析，发现只有生物方法中的厌氧发酵效果最佳，提高秸秆产生沼气的效率，减少对环境造成破坏与污染；王忠江等[2]于2014年通过堆肥预处理对松木屑厌氧发酵的影响实验，发现经过堆肥预处理的物料更利于厌氧发酵过程的进行，单位原料积累产气率平均在199～215 L/kg之间。方文杰[3]于2007年对堆沤预处理提高稻草厌氧消化生物产气产量进行试验，发现产气量明显提高；于冰冰等[4]于2010年进行堆肥预处理对生物质厌氧消化特性影响的研究，试验表明堆肥预处理可通过提高厌氧消化原料的初始温度和各种水解酶的活性，来提高生物质厌氧消化过程中产生的沼气。

2.1.2 好氧堆肥

好氧堆肥指在有氧的条件下，通过利用有氧微生物代谢，将不稳定状态的有机质转化为稳定的腐殖质物质，同时释放大量的能量的过程。好氧堆肥的优点是最大限度的杀死病原菌等细菌，降低原料的生物毒性，此外，堆肥产品中富含大量的氮磷钾等营养物质，能够满足植物生长发育。好氧堆肥的产品主要为有机肥，栽培基质以及土壤改良剂。郝丹等[5]于2020年利用金盏菊来探究园林废弃物有氧堆肥与牛粪混合替代泥炭土的效果，实验表明10%蛭石+10%珍珠岩+80%园林废弃物对金盏菊生长最有利，该实验既提高金盏菊生产效率，又提高园林废弃物利用率；连鹏等[6]于2018年利用紫穗槐生长状况以及土壤情况来探究城市污泥与园林废弃物混合有氧堆肥效果，实验表明当园林废弃物与城市污泥混合比例为1∶1时，紫穗槐生长状况最佳，该实验为城市污泥与园林废弃物混合的有氧堆肥产品的正确施用方法及施用标准提供参考依据。

2.2 化学技术

2.2.1 水热解技术

水热解技术是指以水为媒介，在水的亚、超临界条件下，对物质进行热解，生成以CH4、H2、CO2、CO为主的气体，生物油和固体焦炭的反应，并且反应产物的组成比例可以由操作条件直接控制[7]。园林废弃物以水作为媒介，溶解内部的有机物质，降低无机物的溶解度，起到分离、提取和制备H2、生物煤、土壤改良剂和催化剂等清洁能源的作用。水热解技术根据目标产物以及反应条件，可以分为水热炭化法(150～350 ℃)，水热液化法(200～400 ℃)以及水热气化法(400～700 ℃)3种方式。

水热炭化是指在密闭的空间系统中，以水为媒介，利用亚临界水(180～260 ℃)对生物质进行长达数小时的处理，将生物质转化为生物煤等物质，并伴随产生一些气体，如 CO、CO2和H2等[8]的过程。将园林废弃物中40%(质量分数)的碳元素通过水热炭化的方式转变为难以使生物降解的炭化物质，被认为是一种有效固定CO2和园林废弃物资源化利用的方式。园林废弃物炭化产品可作为燃料，土壤改良剂，也可以作为土壤或者水体中重金属的吸附剂。与传统裂解不同，水热裂解处理时无需干燥，因此节约了大量预处理费用，此外由于该化学反应为脱水反应，使得碳固定效率大大提高。20世纪初期，该项技术在材料合成领域逐渐得到关注。德国马克思普兰克胶体界面研究所研究人员对水热炭化技术反应机理以及炭化产品改良应用等方面进行深入研究。近几年，国内研究人员开始在环保治理方面对水热炭化技术进行深入研究[9]。水热炭化技术具有节能，清洁，环保，可再生等诸多优点，具有广阔的应用前景。

水热液化法是指以水为媒介，经过热解液化支取生物油的热化学转化过程，一般反应温度为200～400 ℃，压力10～25 MPa，在该条件下，水既作为重要反应物又作为重要催化剂。园林废弃物水热液化实质上就是将木质素，纤维素以及半纤维素这三大成分解聚和脱氧形成小分子化合物，最后将这些小分子化合物经过缩合，环化等二次反应生成新的化合物的过程[10]。徐玉福[11]等在2012年以小球藻粉为原料，采用水热液化的方法制备生物油，并在此基础上探究液化温度，时间以及催化剂等因素对液化率的影响。

水热气化法是指在温度400～700 ℃，压力16～35MPa的情况下，生成以H2、CH4、CO和CO2等为主的气体以及少量的液态产物的过程。水热气化法是近几年发展起来的一种高效环保制氢的方法，相较于传统方式，该方法显著降低了反应成本并简化反应流程。园林废弃物水热气化法的产物50%(体积分数)为H2，而且不会产生焦炭，焦油等二次污染物。夏威夷大学、日本东京大学等研究中心对超临界水气化操作参数的影响，反应机理，催化剂等进行试验研究与理论分析并取得显著进展。

2.2.2 烘焙技术

烘焙是指在200～400 ℃的温度下，将有机物中水分和易降解的有机物在几分钟内去除，达到减量并且提高稳定性的效果，该反应条件温和，产物为固体[12]。烘焙技术简单，但烘焙的园林废弃物基本保留原料的成分和结构，故园林废弃物需要进一步处理，效率较低。

2.2.3 热裂解技术

热裂解是指在无氧，温度为400～800 ℃的条件下，加热有机物，提高产物的热值，使有机物发生裂解等反应生成稳定产物，如生物质炭。园林废弃物热裂解可以大大削减自身质量和体积，形成生物质炭，提高热值，减少温室效应。但是，热裂解设备昂贵，投资巨大，且工艺过程复杂成本高，应用率低。

2.2.4 裂解气化

裂解气化是指在无氧，温度为800 ℃的条件下，使有机物发生裂解等反应生成气态产物的过程。园林废弃物裂解气化速度快，得到的产物易于分离，主要产物为H2和CO，可以用作燃料或者化工合成气。但该技术能耗高，一次性投资较大。

2.3 物理技术

物理技术具体指固化成型。固化成型是指以园林废弃物为底物，配合机械加工，加入热塑性树脂或特殊混泥土，获得性能稳定的复合材料。该项技术机械化操作性强，对技术要求低，产物多为覆盖垫等。但固化成型技术加工能耗高，且园林废弃物需要与添加材料按照一定比例混合处理。

3 园林废弃物资源化利用措施

3.1 堆肥处理

园林废弃物的堆肥处理，是指以自然条件下或养护过程中产生的草坪草屑、树枝、树叶等废弃物为原料，或者添加一定配比的其他辅料，在适合的条件下利用微生物降解有机物质，经过一定时间的好氧发酵，将有机可腐物转化成有机营养物或腐殖质[13]，得到最终腐熟的堆肥产品。作为实现园林废弃物资源化利用的强有效措施，堆肥处理促进了废弃物的循环再利用，避免了园林废弃物安置与焚烧造成的资源浪费，大大提升了废弃物资源化利用率。

3.1.1 有机肥料

园林绿化废弃物通过微生物发酵腐熟后，可形成营养成分全面并且长效的有机肥料，作为替代复合肥等化学肥料的新型绿色环保产品，其相较化学肥料更能促进植株生长，达到提高作物品质、增加作物产量的目的。山东农业大学以秸秆制成的有机肥与普通化肥为实验对象进行对比研究，表明有机肥可在减低30%左右成本的基础上，使农作物产量提高 20%到30%[14]。堆出的有机肥料不仅肥力持久，且更加绿色环保，可缓解土壤长期施用化肥导致的金属污染与土壤板结问题，有机肥代替化肥的施用，有利于降低土壤容重、提高土壤通气度与有机物浓度，提高土壤保水能力，同时创造有利于根际生物生存的外部环境，提高生物活性，维持土壤生态系统平衡。

通过有机堆肥形成肥料涵养作物，达到“以绿养绿”的效果，从一定程度上促进了园林废弃物的循环再利用和作物的良性生长，成为减少城市园林废弃物的重要途径，并逐渐应用于各地农作物的种植作业中。

3.1.2 土壤改良剂

土壤改良剂对土壤的改良作用主要体现在土壤肥力的提高和土壤结构的优化上。经发酵堆肥的园林废弃物形成带负电荷的腐殖质，能有效吸纳园林废弃物中的氮、钾、铵阳离子营养成分形成团粒结构，减少养分离子流失。有效提高土壤的蓄水保肥性，改善土壤透水性、通气性及耕作性。周文君等经过实验证明在碱性原油污染土壤中施用土壤改良剂有助于促进苏丹草发芽率，有助于缓解原油污染对苏丹草种子萌发的负面效应[15]。

3.1.3 栽培基质

设施与都市农业的集约化、规模化发展，增加了农业产业链对栽培基质的需求量，因此园林废弃物转化为栽培基质成为资源化利用的新方向。新型栽培基质的开发，有效替代泥炭成为良好的绿化基质，减少了不可再生资源的使用，有利于缓解全球资源危机。此外，园林废弃物栽培基质营造适于植物根系的生长环境，易于消毒，减少病害发生率，有利于植株增产潜力的发挥。

3.2 园林有机覆盖物

园林地表覆盖物泛指应用于覆盖园林裸露表面的一层松散材料，分为可降解与不可降解两种覆盖物。炭化处理后的园林废弃物属于可降解的有机覆盖物，可广泛应用于公园、街道绿地中的裸露土壤。与碎石、鹅卵石等不可降解的地表覆盖物相比，土壤透气性与保温性更好。在防止土壤水分流失、避免病虫入侵的同时又达到良好的美化效果。随着技术的进步，彩色覆盖物的出现更提高了园林有机覆盖的美化效果，满足生态环保的需求。

3.3 木塑工艺

针对园林废弃物的特定处理工艺，其价值在于其装饰性开发，包括压制形成高精致度板材、深度加工制成装饰品等。通过提高产品的附加价值，实现园林废弃物的再利用。但由于该方法使用原料的针对性强，在种类繁多难以实现较好分类的园林废弃物条件下应用较为困难，不具有普遍性。

3.4 其他处理方式

园林绿化废弃物中碳氮比较高，可加工制成新型生态材料用于城市建设中，例如生态透水砖因具有透水保水性强、可塑性高的特点，可用于生态城市建设中。崔恒香等[16]对相关方面的研究结果证实掺加园林废弃物制备的生态混凝土实现了园林废弃物循环利用；园林废弃物也可以制取新燃料沼气、堆聚产生热能、垃圾发电产生电能等；此外园林废弃物纤维类物质含量丰富，可作饲料或用于定向制备工业材料，开发功能性产品等。研究方向的拓展，处理方式的丰富以及保护生态的属性突出了园林废弃物资源化处置的必要性和重要性。

4 园林废弃物资源化利用优势

4.1 安全环保

与传统堆肥相比，园林废弃物生成的肥料可全部降解，减少传统肥料残留造成的环境污染。由园林废弃物堆肥种植的农作物产品天然无污染，更保证食品安全。有效利用园林废弃物，提升资源化利用率有助于国家环境环保安全。付冰妍等[17]对降解园林废弃物的复合菌进行筛选，最终选出了降解效果最佳的固体复合菌，大大提高园林废弃物腐化率，在一定程度上对维持生态平衡及环保安全做出贡献。

4.2 成本低廉

园林废弃物产品可代替部分建筑材料、日用品生产、货物运输包装等，减少木材的使用，降低成本。例如生产的木塑复合材料具有可塑性、环保经济等很多优点，回收利用再生产率高；园林废弃物产品可运用于木塑制作，代替木粉作为新型材料的主要使用材料之一，降低材料制作成本。尤其是亲水的木塑，由于长期在水中，腐蚀速度比其他木材大，需要在后期维护中大量更换，园林废弃物的运用更大程度地降低了维护成本；崔恒香等[18]在生态混凝土中加入园林废弃物，对该产品进行透水性、保水性等方面的检测，研究表明该产品的保水，透水性极佳，能够对雨水进行导流和贮存，实现雨水的循环利用，对我国水资源的利用具有较高价值[19]。

4.3 土壤改良

园林废弃物作为土壤改良剂，能有效改善土壤理化性质，调节酸碱度，提高肥力；改善土壤结构，如通透性、透水性，蓄水保肥性及耕作性[20]。尤其是在滨海地区，如天津等城市，园林废弃物作为土壤改良剂的使用可以有效改善土壤盐渍化程度。熊殷俊等[21]研究表明，园林废弃物能够降低城市土壤pH值，有效改善城市土壤的理化性质，增加滨海城市土壤的有效磷和速效钾的含量。

4.4 营养丰富

园林废弃物富含众多营养成分，纤维素和木质素丰富，给食用菌提供了优良的生活环境，有利于培养食用菌[22]。

园林废弃物中碳氮比高，营养丰富，制作成基质或者肥料有利于植物生长[23]。张程等[24]的研究表示，适量比例的园林废弃物有利于孔雀草的生长。宋倩等[25]的实验研究表明腐熟化园林废弃物作为主基质，有利于增加蟹爪兰株高、冠幅以及生长量的增长。余韵等[26]在肥料中添加园林废弃物，将肥料施加在楸树上，对楸树的特征进行的调查，该调查显示土壤中添加园林废弃物堆肥对楸树苗高增长量、地径、高径比、生物量有显著影响。乔永等[27]研究表明，园林废弃物与污泥混合，在桑树幼苗生长中后期开始，会促进桑树幼苗生长和生物量积累。

5 我国园林废弃物资源化利用低的原因

5.1 管理方面

有关方面对园林废弃物资源化利用没有足够重视，缺乏有效的标准规范，缺乏顶层的规划指引以及切实可行的分类管理制度与实施方案[28]，虽然以北京、上海、广州为主的大城市带头，制定了一系列地方范围内的标准，但对中、小型城市没有全面覆盖，以至在总体上对园林废弃物的利用率低，应用范围窄。

5.2 经济方面

园林废弃物在我国存在缺乏系统性的收集站与处理场所，造价成本高，部分植物落叶期长，掉落范围广，收集困难等诸多问题，造成我国园林废弃物数量大但利用率低的现象。我国对园林废弃物的利用途径又较为单一，主要被运用于堆肥处理和土壤覆盖，发展不充分[29]。

5.3 社会方面

我国对园林废弃物的利用认知不充分，更多的城市还采用焚烧和填埋等措施。以呼和浩特市为例，在较长的一段时间内，该市把园林废弃物与生活垃圾混合，采用焚烧填埋的方式处理，直到近两年才有所改善[30]。其次，我国对于园林废弃物的处理方式主要从经济效益出发，以运用园林废弃物进行盈利为主，缺乏使城市环境优化等具有社会效益的利用认知。

6 结语

我国园林废弃物资源丰富且数量庞大，可利用性强且利用途径广，运用恰当可有效代替多种资源，防止资源浪费与环境污染，改善土壤结构，促进植物生长发育。目前来说，虽然园林废弃物资源化处理在我国大城市已经成功制定了地区标准并实行，并获得收益，但我国园林废弃物研究领域起步晚，研究范围较窄，没有全面的政策作为支撑。目前，尚未设置大面积的处理场所进行废弃物处理，园林废弃物资源化发展缓慢。此外，我国缺乏社会效益考量而多考虑经济效益的现状，使园林废弃物的利用途径更为单一，资源化利用率较低。总体来讲，我国在园林废弃物利用方面还有提升空间，需要进一步发展与进步。