武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究所張?zhí)凭旯鑿埧》宥佩P

一種堆肥和厭氧發(fā)酵聯(lián)合處理模式

武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究所張?zhí)凭旯鑿埧》宥佩P

本文考察了秸稈和蔬菜廢棄物的特性，在此基礎(chǔ)上提出一種秸稈堆肥和蔬菜廢棄物厭氧發(fā)酵聯(lián)合處理模式，介紹了該模式應(yīng)用的試驗裝置，具體實施流程以及應(yīng)用的優(yōu)點和注意事項。

秸稈；蔬菜廢棄物；厭氧好氧聯(lián)合發(fā)酵

我國是農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)大國，每年秸稈產(chǎn)量理論值為9億t左右，傳統(tǒng)處理方式普遍采用露天直接焚燒，每到夏秋收獲季節(jié)，秸稈露天燃燒產(chǎn)生嚴(yán)重的霧霾，社會影響惡劣。因此，我國出臺了全面禁燒政策并印發(fā)了《關(guān)于加快推進農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》（國辦法[2008]105號）要求，以期進一步加強對秸稈禁燒的監(jiān)管，做好秸稈的綜合利用工作。自2015年5月1日起，湖北省行政區(qū)域內(nèi)也實施禁止露天焚燒秸稈的要求，作為一種具有多用途的可再生生物質(zhì)資源，我國對于秸稈的綜合利用率逐年提升，2013年已經(jīng)達到約76%，2014年，國家發(fā)改委和農(nóng)業(yè)部編制了《秸稈綜合利用技術(shù)目錄》，提出了秸稈資源肥料化、飼料化、原料化、基料化和燃料化等“五化”利用途徑。肥料化還田應(yīng)用是秸稈綜合利用中的重要一塊。武漢市每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約250萬t，秸稈利用以肥料化還田為主要途徑。由于秸稈中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量高，若采用厭氧發(fā)酵技術(shù)直接處理，則其降解速度緩慢，發(fā)酵周期長，且易導(dǎo)致發(fā)酵液酸化現(xiàn)象，影響厭氧發(fā)酵的順利進行，采用秸稈好氧堆肥處理技術(shù)是秸稈資源化利用的有效途徑。

中國每年產(chǎn)生1.0～1.5億t蔬菜廢棄物，蔬菜廢棄物是蔬菜生產(chǎn)過程中失去商品價值或產(chǎn)品收獲后剩余在田間不可食用的葉、根、莖和果實等，這些蔬菜廢棄物占到中國城市生活垃圾20%～50%，不僅浪費大量資源，還造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，蔬菜作物的種植量在農(nóng)作物中所占比重將越來越大。武漢市委、市政府高度重視“菜籃子工程”的實施，2014年，蔬菜播種面積達16.908萬hm2，產(chǎn)量702.74萬t，產(chǎn)值達192.03億元，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值比重達34.3%，成為農(nóng)業(yè)第一大支柱產(chǎn)業(yè)（武漢市統(tǒng)計局），依據(jù)蔬菜殘株與蔬菜產(chǎn)量之比約0.3，可收集利用系數(shù)為0.6，可計算出2014年武漢市可收集利用的蔬菜廢棄物鮮重達到126.49萬t。

我國關(guān)于蔬菜廢棄物管理和處理對策的系統(tǒng)報道還很少，絕大多數(shù)城市的蔬菜生產(chǎn)區(qū)域廢棄物存在著管理無序、任意丟棄等問題，已經(jīng)成為垃圾收集、運輸和填埋處理的主要污染源，嚴(yán)重影響蔬菜生產(chǎn)園區(qū)的環(huán)境質(zhì)量、居民身體健康。蔬菜廢棄物由于水分含量高，且生產(chǎn)高峰期正處于高溫季節(jié)，如果大量堆積，極易腐爛變臭，滋生蚊蠅，成為細菌性或真菌性病害的傳染源，致使后茬作物發(fā)病，產(chǎn)生一系列的惡性循環(huán)。有機成分含量較高，且易于生物降解，經(jīng)降雨產(chǎn)生的地面徑流、沖刷及地下滲漏污染地表水和地下水，極大地威脅著水環(huán)境及人類健康安全。蔬菜廢棄物對環(huán)境的危害，已經(jīng)成為不可忽視的生態(tài)和環(huán)境保護的重要問題。蔬菜廢棄物的特性尤其是高含水率（一般在90%左右），使得它們適宜采用生物處理工藝。厭氧發(fā)酵成為理想的處理途徑，既能使蔬菜廢棄物回收沼氣能源加以利用，又使其變成無害高效有機肥，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

因此，本文結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園區(qū)實際，針對大量的葉菜類蔬菜廢棄物和秸稈直接焚燒、隨意堆置，而沼氣池發(fā)酵原料不足，發(fā)酵溫度不穩(wěn)定的問題，提出一種秸稈堆肥和蔬菜廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣聯(lián)合進行的模式，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園區(qū)秸稈和蔬菜廢棄物的能源化利用提供技術(shù)依據(jù)。

1 堆肥和厭氧發(fā)酵聯(lián)合處理裝置

厭氧發(fā)酵池整體置于好氧發(fā)酵裝置中部，發(fā)酵池四周和底部設(shè)置有水浴套，出氣口連接柔性儲氣袋。

裝置集厭氧和好氧發(fā)酵功能為一體，主要包括好氧發(fā)酵裝置、厭氧發(fā)酵池、風(fēng)機、溫度傳感器、柔性儲氣袋，好氧發(fā)酵裝置上部為敞口式，下部設(shè)計有滲濾液收集室，溫度傳感器置于裝置內(nèi)部，通過溫度控制器控制風(fēng)機的啟動，從而調(diào)控好氧發(fā)酵裝置內(nèi)物料的氧含量和溫度。

圖1 一種堆肥和厭氧發(fā)酵聯(lián)合發(fā)酵裝置

2 聯(lián)合處理模式實施流程

圖2 聯(lián)合處理模式流程圖

本模式應(yīng)用秸稈（玉米秸稈和油菜秸稈，武漢市主產(chǎn)秸稈作物）作為主要發(fā)酵原料，添加畜禽糞便混合進行好氧堆肥，厭氧發(fā)酵使用畜禽糞便作為啟動原料，產(chǎn)氣穩(wěn)定后使用葉菜類的蔬菜廢棄物作為添加料。

由于好氧堆肥初期微生物的新陳代謝活動降解易分解物質(zhì)，從而累積大量發(fā)酵熱，高溫階段一般可達到50℃，且維持7d以上。而在厭氧發(fā)酵的過程中，溫度的突然變化（超過5℃）或者極端低溫天氣下，產(chǎn)氣就會發(fā)生明顯的變化，甚至?xí)?dǎo)致產(chǎn)氣停止。因此可利用好氧發(fā)酵產(chǎn)生的高溫，為厭氧發(fā)酵提供熱量，同時好氧發(fā)酵物料也可作為保溫層，防止厭氧發(fā)酵溫度的損失，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物處理環(huán)節(jié)熱資源的循環(huán)利用，提高了厭氧發(fā)酵液的溫度。當(dāng)好氧堆肥溫度趨于室溫且翻堆不再出現(xiàn)2次高溫時，則視為一次發(fā)酵結(jié)束，1次發(fā)酵結(jié)束后的物料，其大部分易分解的有機物料已降解，可作為厭氧發(fā)酵的添加料或者進行2次堆置生產(chǎn)有機肥料。

3 聯(lián)合處理模式優(yōu)點和注意事項

本模式充分利用厭氧和好氧發(fā)酵存在的溫度差，在一定程度上可提高厭氧發(fā)酵液的溫度，裝置一體式設(shè)計，降低了熱量傳輸過程的能耗損失。

使用水浴作為好氧發(fā)酵與厭氧發(fā)酵溫度交換的緩沖層，溫度傳遞過程更加溫和，避免溫度波動過大，降低產(chǎn)氣菌種的活性。

應(yīng)用前先在水浴套內(nèi)充入水溫高于10℃的自來水，約充入有效容積的80%。

好氧堆肥過程中，由于物料降解及重力作用下孔隙度的降低，高度會緩慢下降，應(yīng)適時翻堆并添加新物料。滲濾液收集室的液體應(yīng)及時排出并回流至物料頂部。

厭氧發(fā)酵液濃度不應(yīng)過高，宜維持在5%～10%之間。

4 總結(jié)

本模式提出秸稈堆肥無害化及蔬菜廢棄物厭氧消化配套處理技術(shù)，應(yīng)用好氧發(fā)酵產(chǎn)生高溫直接為蔬菜廢棄物厭氧消化提供能源，解決農(nóng)作物秸稈無處堆放及蔬菜生產(chǎn)園區(qū)廢棄物的面源污染問題，為秸稈和蔬菜廢棄物的無害化處理和資源化利用提供理論和實踐依據(jù)，符合綠色環(huán)保的要求。

2016-11-20）