不同组分及粒径对生活垃圾堆肥腐熟度性质的影响

王绍伟

（沈阳市市政工程设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

随着科技的发展以及人们生活质量的提高，生活垃圾组成也发生了较大变化，以厨余垃圾为代表的有机垃圾所占比例越来越大。垃圾无机组分比例逐渐下降、有机垃圾成分不断增加，以及垃圾粒径的变化，对生活垃圾堆肥处理工艺产生了重大影响，直接影响了堆肥的腐熟度性质和堆肥产物的品质。

1 南宫垃圾堆肥厂介绍

北京市南宫垃圾堆肥厂是中国及亚洲地区高度自动化、大规模、现代化的垃圾堆肥厂之一[1]。在城南地区，该垃圾堆肥厂联合安定垃圾卫生填埋场以及马家楼转运厂组成了完整的现代化、资源化、减量化、无害化的城市垃圾处理生产线，生活垃圾处理任务主要涵盖了北京市宣武区全部生活垃圾以及部分丰台区生活垃圾。

马家楼转运站将生活垃圾进行破碎、筛分和磁选后，处理成15～80 mm粒径的生活垃圾，再转运到南宫堆肥厂进行再次处理，主要是通过先进的强制通风隧道式发酵技术进行处理[2]，设计日处理量400吨，年处理量12.4万吨。所生产的产品是被应用到农业及园林的堆肥产品，以0～12 mm和12～25 mm两种粒径为主，年产12 mm以下及12～25 mm堆肥4万吨。处理生活垃圾所应用的整套生产设备及工艺控制技术从德国进口，全程采用自动化控制技术，相比于国内同等产品，技术含量高、体积小，处理生活垃圾全过程均由中央控制室直接对设备及工艺过程进行实时监控，并完成信息采集、综合处理等工作[3]。

2 垃圾堆肥的工艺流程

好氧隧道堆肥技术是南宫垃圾堆肥厂所应用的堆肥工艺技术，该技术是欧洲垃圾堆肥领域普遍应用的技术。该技术优点在于高自动化运行、具有较高的环保系数、设备具有较高耐磨性，延长了设备使用寿命，且可以直接独立地实现对每个隧道内部工艺的控制。垃圾进场必须要满足密度为350～650 kg/m3、有机物含量占比为20%～80%以及含水率为40%～60%的要求。

（1）进料方法：运用地磅对转运站运来的中等粒径垃圾进行称重并记录，随后再向受料仓内进行运送，运送由厂内卸料车完成。通过在受料仓末端位置安装一个布料滚筒，来确保输送到中央传送带上的原料的均匀性，接下来就是中央传送带通过布料机为空隧道布料。

（2）隧道布料：隧道进料应用两个可自动伸缩的布料机进行人工控制均匀布料。垃圾发酵会受到布料均匀度和高度大小的影响，所以必须要保证自转运站所运来的中等粒径垃圾料高≤2.5 m。

（3）隧道发酵：发酵隧道填装完毕后，就是控制发酵的环节。各隧道垃圾发酵过程不同，在控制发酵的过程中，需要依据不同发酵过程进行输入新鲜空气、物料加湿以及合理调整循环气体比例以实现对发酵原料温度、湿度以及循环空气中氧含量（13%体积比）等各指标的最佳控制。

垃圾原料在隧道内发酵时间为8天，前3～5天的发酵过程是微生物的对数增长期，工作人员要依据要求合理喷撒适量的渗滤液将垃圾中粒含水率控制在50%～60%之间，同时，还需要通过强制通风措施，来满足氧的需求并升高温度。接下来进入到无害化堆肥阶段，通俗而言就是对植物杂草种子和病菌的灭活过程，在该阶段中，工作人员需要将温度保持在55～65 ℃状态，以通风量实现控制[4-5]。将目标温度设置在60 ℃，然后通过喷洒渗滤液实现对因蒸发引起的水份流失的补充。后期两天的加工过程中，需要控制含水率低于45%，需要停止喷洒渗滤液，并通过风干操作控制堆肥含水率。隧道废气排入加湿间完成加湿处理后，再被输送到生物过滤池中。

（4）隧道出料：垃圾中粒隧道发酵8天后，通过应用轮式装卸机将隧道垃圾卸载到中央传送带上的两个卸料斗内，将中央大厅内发酵后垃圾用中央传送带传送至后熟化平台，由布料机将平台上的出料均匀堆积成2.6 m高的后熟化堆。

（5）后熟化：后熟化是垃圾发酵过程第二阶段的处理操作。诸多带有通风孔的混凝土盖板和风道组成了发酵平台。平台上风道通风采用的是正压或负压方式，通风阀（0%～100%）与地下的通风管线相连构成不同风道，通过调节通风阀，可以实现对通风强度大小的控制；风机房实现对通风方式（正压或负压）的控制。

通风过程中要严格控制发酵温度，保证温度在技术要求最低值以上。发酵通风过程对堆体温度有很好的调节控制作用，同时也将微生物分解所必需的水份蒸发掉了[6-7]，因此，10天的发酵对堆肥的加湿操作是必须的。采取负压通风方式时，堆体表面需要定期开展加湿操作；采取正压通风方式，则需要加湿操作同时调节空气中的含水率，确保堆肥中水分含量的适中。

（6）后熟化区出料：通过轮式装载机将后熟化后的垃圾卸载到中央传送带，向滚筒筛内进行传送，开展筛分操作。滚筒筛设置25 mm的筛孔。筛上物后期处理操作是运送至安定垃圾卫生填埋场填埋；筛下物后期处理操作是输送到最终熟化Ⅰ区。

（7）最终熟化Ⅰ阶段：由装卸机将滚筒筛分后的大于25 mm的筛下物输送到最终熟化Ⅰ区，将其堆成2.4 m高发酵堆，进行为期16天的通风发酵。

（8）最终熟化Ⅰ出料：由装载机将最终熟化Ⅰ阶段发酵后垃圾运送至弹跳筛和硬物料分选机进行筛分操作，经直径为12 mm筛孔的弹跳筛筛分后，分选出粒径12 mm以下的细堆肥和粒径12～25 mm的粗堆肥，分开输送到硬物料分选机内，将里面含有的硬物料筛除后，实现对堆肥质量的提升，最后分别传输到最终熟化Ⅱ区进行储存及销售。将筛分出的硬物料运送至安定垃圾卫生填埋场填埋[8-9]。

（9）最终熟化Ⅱ阶段：无通风储存区是最终熟化Ⅱ阶段，主要是以调节市场为目的，调节周期为70天。

3 试验方案

本试验从南宫堆肥厂采集新鲜原垃圾，经过筛分粒径、分拣垃圾组分得到不同样品若干，放入南宫堆肥厂的发酵仓内。待一个发酵周期（8 d）后，取出样品，测定堆肥前和高温发酵后，垃圾样品的各种能反映其腐熟程度的理化指标，分析不同组分及粒径的样品与实际混合垃圾的腐熟度差异，得到它们对垃圾腐熟的贡献程度，为堆肥原料的分类预处理提供理论依据[10]。

（1）垃圾取样：均匀、随机取南宫堆肥厂入厂新鲜垃圾若干。

（2）垃圾物理成分分析：将采取的新鲜垃圾样品，按植物性食品、动物性食品、果壳、纸类、塑料、织物、木竹、无机物的类别进行手工分拣、称重。

（3）垃圾粒径分析：将采取的新鲜垃圾样品，按15～30 mm、30～40 mm、40～50 mm、50～60 mm、60～80 mm的粒径用筛子进行筛分、称重。

（4）将分类（或筛分）好的垃圾分成三部分，第一部分用于测定原垃圾的理化指标；第二部分放入堆肥仓高温发酵；第三部分垃圾称重后，摊铺在水泥地面上晒干，以便进行含水率测定和后续测定。

按下式即可确定各成分的含量（%）：

式中：Ci——湿基某成分含量，%；

Mi——某成分重量，kg；

M——样品总重量，kg；

将垃圾自然风干后按下式计算含水率（%）：

式中：Wi——垃圾含水率，%；

Mf——垃圾干重，kg；

M——样品总重量，kg。

分别测定新鲜原垃圾和经过高温发酵后垃圾的腐熟度指标。测定指标包括pH值、电导率EC、水溶性碳WSC、E4/E6、氨态氮NH4+-N、硝态氮NO3--N、碳氮比C/N、发芽率指数等。

4 试验结果

（1）南宫堆肥厂所处理的生活垃圾中，食品所占比例最大，其次为纸类和塑料类，不可降解的无机物类含量较少。不同组分的含水率差别较大，但自然混合后含水率恰好符合堆肥的要求。在各种粒径的垃圾样品中，植物性食品占多数，塑料和玻璃、石头等无机物主要集中在大粒径垃圾中。不同粒径的垃圾由于混合均匀，含水率相差不大。

（2）在堆肥过程中，不同组分及粒径的样品pH值均呈现上升趋势。堆肥原垃圾pH值为5～7的弱酸性到中性。堆肥发酵中氨释放量的减少，以及在有机分解中产生的有机酸促进作用，使pH值升高。高温发酵期后，各样品的pH值在7～9的范围内。

（3）食品类和小粒径样品的EC升高较多，微生物对这些样品的分解较快；织物、塑料以及大粒径的垃圾几乎不被微生物降解。

（4）植物性食品和木竹的E4/E6下降较多，表明其腐殖质的缩合度和芳构化程度较高，对堆肥产品的肥效有良性影响；小粒径样品的E4/E6无明显变化，说明其还有待进一步腐熟。

（5）在堆肥过程中，不同组分及粒径样品的WSC值均呈现下降趋势，这是因为微生物分解了垃圾中的小分子有机质，并开始繁殖。其中以植物性食品和纸类下降最为明显，分解的速度最快。小粒径样品比大粒径样品分解的快。

（6）动物性食品以及大粒径的样品极大影响了混合垃圾中NH4+-N的下降。

（7）由于高温发酵的时间较短，NO3--N的变化不明显。

（8）植物性食品和木竹的C/N下降较大，其他组分样品的C/N也有不同程度的下降。小粒径的样品腐熟较快，C/N下降较明显。

5 结语

（1）植物性食品对实际工作中堆肥腐熟度的高低起到主导性作用，主要体现在EC、E4/E6、WSC值、C/N等指标上，另外堆肥腐熟度还受到纸类和木竹类的促进作用。高温发酵的8天阶段，以上类别原垃圾能够实现充分降解，基本达到了对高温期间腐熟度的要求。因此在堆肥的原料中适当增加植物性食品、纸类、木竹的比例，可以加快堆肥的腐熟速度。

（2）小粒径垃圾明显比大粒径垃圾的腐熟效果好，因此在堆肥原料中增加小粒径垃圾的比例，可以促进堆肥的腐熟。

（3）总体上说，将高温发酵的周期从原来的14天改为现在的8天，影响了堆肥的腐熟度。因此需要在现行的发酵周期下，寻找能够提高堆肥腐熟度的方法。

（4）在城市生活垃圾的预处理中，如何调节垃圾成分和粒径，使之更适宜堆肥，实现更加快速的堆肥化、更好的堆肥品质，成为制约城市生活垃圾堆肥技术的关键。垃圾的分类处理是解决这一问题的核心，可以将不能被微生物降解的石头、玻璃、金属等进行回收处置；将塑料筛除，进行焚烧或填埋处置；合理减少不易腐熟垃圾的比例，过筛分选可以有效剔除大粒径的原垃圾，而这些大粒径的垃圾中包含了大量不能堆肥的物质。这些措施可有效提高堆肥的腐熟程度。