01材料與方法

1物料來源和特征

我國廚余垃圾干法厭氧消化殘余物目前大多采用擠壓脫水→振動篩分→離心分離的方法脫水處理，產生含固率較高的沼渣，外運焚燒或填埋處置。由于擠壓脫水和振動篩分產生的沼渣雜質含量高，一般合并輸送即為一級沼渣；離心分離產生的沼渣雜含量低、含水率高，單獨輸送，形成二級沼渣。

本文研究采用的一級和二級沼渣來源于某廚余垃圾干法厭氧發酵處理工程一級和二級沼渣的輸送設備出口。一級和二級沼渣其外觀如圖1所示，可見一級沼渣蓬松易好氧堆肥，但雜質含量高，堆肥后仍會含有大量雜質；二級沼渣雜質含量低，但密實、黏連，好氧堆肥需要添加秸稈等輔料，增加其通氣性。一級和二級沼渣含水率分別為 65.2%±2.6%和78.8%±0.2%ww（濕基百分比），含雜率（包括橡塑、玻璃、石頭、貝骨、紡織物等）分別為32.0%±6.0%和0.9%±0.2%dw（干基百分比），C/N 分別為12.7±0.5和8.7±0.6。

圖1 一級和二級沼渣外觀圖

稻秸為田間自取，并用帶刻度側刀將其切制3～4cm，其含水率為11.8%±0.8% ww，C/N為65.6±1.6。

2實驗裝置和過程

陳腐化實驗采用圖2所示裝置進行實驗。

圖2 陳腐實驗裝置圖

一級沼渣透氣性好，含水率適宜，可以直接固相曝氣陳腐化。二級沼渣密實不透氣，因此考慮兩種陳腐化工藝，一種按質量比1∶1加水后漿液曝氣，另一種考慮添加稻秸增加其透氣性后固相曝氣。

依據《園林綠化廢棄物堆肥技術規程》DB11/T 840－2011要求初始含水率50%～65%，以及《農業清潔生產蔬菜殘體堆肥技術規程》DB13/T 2327－2016要求物料含水率為55%～70%，因此二級沼渣固相曝氣時按沼渣重量25%比例添加稻秸，將含水率調節至65%，此時C/N為20。同時考慮加快陳腐進程，減少工程占地，設置全程加熱補水工藝方案。

根據《生活垃圾堆肥處理技術規范》CJJ 52－2014，要求通風量以0.05～0.20m3/（min·m3垃圾），因此采用0.20m3/（min·m3垃圾）曝氣風量，對于全程加熱補水方案，考慮減少補水頻率，曝氣風量采用0.05 m3/（min·m3垃圾）。設置4組實驗參數詳見表1。每天記錄室溫和堆體溫度，每四天取樣100g測試 TV、VS、AT4（四日呼吸指數）、GI（種子發芽率）。FRD－1、SRD－2、SRD－3為固相陳腐化，每兩天翻垛一次，SRD－3持續補水保持其含水率不低于40%。

表1 陳腐試驗參數表

3測定方法和數據處理

TS、VS以及物理組分依據《生活垃圾采樣和分析方法》CJ/T 313－2009采用重量法測定。生物穩定性采用四日好氧呼吸速率指數（AT4）表征，并參照德國《Ordinance on Environmentally Compatible Storage of Waste from Human Settlements and Biological Waste－Treatment Facilities》KrW/AbfG 2001法令規定測定。植物毒性采用種子發芽率（GI）表征，并依據《生活垃圾堆肥處理技術規范》CJJ 52－2014規定測定，浸提液按照固液比1∶10（樣品干基重/蒸餾水體積）制取，選用蘿卜種子測定。碳氮比測試，將樣品烘干破碎至400目以下后，采用元素分析儀測定 C、N含量，C含量數值與N含量數值相比即為C/N。數據分析及繪圖分別利用Excel和OriginPro軟件完成。

02結果與討論

1室溫與罐內溫度

4種陳腐化試驗溫度變化情況如圖3所示，可知一級沼渣直接曝氣陳腐化（FRD－1）最高溫度僅能達到35℃，主要是由于其含水率高，約65%，C/N低＜15%，沒有足夠生物質能供給其升溫。

二級沼渣加水后漿料陳腐化（SRD－1），堆體溫度基本與室溫相等，或者高1～2℃，主要是由于其含水率高達92.4%，C/N＜10%。二級沼渣添加25%稻秸陳腐化（SRD－2），可有效改善其C/N至近20，但由于其含水率仍較高，約65%，因此最高溫度也僅能達到53℃，不能滿足殺滅有害微生物55 ℃持續5d的標準要求。二級沼渣添加25%稻秸加熱陳腐化（SRD－3），前期除外加熱源，同時自身有機物降解產熱，最高溫度可達58 ℃，后期因系統通風散熱，以及保溫外壁熱損，導致堆體溫度低于夾套水浴溫度55 ℃，堆體溫度穩定在52 ℃ 左右。

圖3 陳腐化試驗溫度變化趨勢圖2TS 和 VS

4種陳腐化工藝試驗TS變化情況如圖4所示。一級沼渣直接曝氣陳腐化20d，TS僅能提高到50%ww，產物不能滿足《綠化用有機基質》GB/T 33891－2017中 TS≤40% 和《有機肥料》NY 525－2021 中TS≤30% 等標準要求，需要進一步脫水。

二級沼渣加水漿料曝氣陳腐化其含水率基本不變，起不到脫水作用。二級沼渣添加稻秸陳腐化20天后，產物含水率約39%，剛可達到小于40%綠化用有機質標準要求，實際應用過程單靠自然陳腐化，其產物含水率符合標準要求保障性低。二級沼渣添加稻秸加熱陳腐化若不補水，在第6天左右就可使含水率低于40%。

4種陳腐化工藝試驗VS變化情況如表2所示。前三種情形下VS皆僅降低3%左右，變化不顯著。SRD－3的VS降低約8.6%，可知在加熱條件下，有機物降解量遠大于另外3種工藝。

圖4 陳腐化試驗TS變化趨勢圖

表2 陳腐化試驗VS變化表

3生物穩定性

4種陳腐化工藝試驗AT4變化情況如圖5所示。4種工藝AT4皆逐漸減小，FRD－1工藝一級沼渣逐漸降至17.4 mg O2/g dw，SRD－1工藝二級沼渣漿液逐漸降至42.2 mg O2/g dw，SRD－2工藝二級沼渣逐漸降至19.8 mg O2/g dw，SRD－3工藝二級沼渣逐漸降至5.8 mg O2/g dw。

可見，二級沼渣漿液陳腐化效果最差，20天陳腐后生物穩定性最差。FRD－1和SRD－2工藝陳腐化效果較好,20天后AT4分別可達32.7和29.5 mg O2/g OM，可滿足美國關于AT4≤35 mg O2/g OM的標準要求，但滿足不了歐盟AT4≤10 mg O2/g dw 和德國AT4≤5 mg O2/g dw的標準要求。SRD－3 工藝陳腐化效果最好，20天后 AT4分別可達9.4 mg O2/g OM，即可滿足美國關于AT4≤35 mg O2/g OM的標準要求，也可滿足歐盟 AT4≤10 mg O2/g dw 的標準要求。

圖5 陳腐化試驗AT4變化趨勢圖4植物毒性

4種陳腐化工藝試驗GI變化情況如圖6所示。4種工藝GI皆逐漸增大，FRD－1工藝一級沼渣GI逐漸升至 83%，SRD－1工藝二級沼渣漿液GI僅能達到13%，SRD－2工藝二級沼渣GI可達91%，SRD－3 工藝二級沼渣GI逐漸達到104%。其中，二級沼渣漿液陳腐化效果最差，植物毒性難以有效消除。FRD－1、SRD－2 和SRD－3工藝陳腐化效果均較好，皆可滿足《有機肥料》NY/T 525－2021關于GI≥70% 的標準要求。

圖6 陳腐化試驗GI變化趨勢圖

5加熱陳腐化時間

將陳腐化過程物料外觀情況與AT4數值對應，詳見圖7。

圖7 陳腐化過程物料外觀與 AT4 數值對應圖

AT4＞20 mg O2/g dw時，物料外觀與原始物料未呈現出明顯差異；AT4≈15 mg O2/g dw時，稻草出現肉眼可見的降解，出現分叉和碎屑；AT4≈10 mg O2/g dw 時，稻草雖仍可見，但已大量降解，結構已基本被破壞；AT4≈5 mg O2/g dw 時，稻草基本不可見，但物料結成塊狀。

對比標準要求，總結出陳腐化所需時間對照表（詳見表3），標準數值按插值法計算獲得，OM按60%計。可見，FRD－1和SRD－2兩種工藝需20天才能達到的腐熟程度，在55 ℃加熱陳腐條件下約11天就可完成，時間縮短45%，可有效減小陳腐化占地面積。按我國《生物質廢物堆肥污染控制技術規范（征求意見稿）》要求，建議加熱曝氣快速陳腐化15天。

表3 沼渣陳腐化過程AT4達標所需時間表

注：a：OM，Organic Matierials，有機物料，指剔除石頭、玻璃、陶瓷、金屬等可辨識無機物料后干重；b：dw，dry weight，干重，指物料烘干至恒重后總量量。

03結論

目前我國廚余垃圾干法厭氧消化沼渣植物毒性較高，生物穩定性較差，需要陳腐化才能施用于土壤。通過本研究獲得以下4點結論：

（1）廚余垃圾干法厭氧一級沼渣直接陳腐化和二級沼渣添加25%稻秸陳腐化 20 天，AT4可降至35 mg O2/g OM以下，滿足美國標準要求，GI可升至80%以上，滿足我國相關標準要求。

（2）二級沼渣加水漿液陳腐化20天效果差，AT4和GI皆不能滿足相關標準要求。

（3）二級沼渣添加25%稻秸加熱陳腐化效果好，與不加熱相比可縮短45%的陳腐化時間，從而減小占地面積，若陳腐時間達到20天，可滿足AT4最嚴德國標準，達到 5 mg O2/g dw。

（4）本研究對我國廚余垃圾干法厭氧沼渣資源化利用具有指導意義，可極大提升廚余垃圾處理項目資源化利用率，助力我國垃圾分類政策推行。

作者丨康建邨、方祥、陳子璇、鄭葦、范世鎖

康建邨

現任中城環境副總經理，高級工程師，從事固體廢物資源化利用與處理等相關工作多年。

編輯：李丹