來源：《CE碳科技》微信公眾號

作者：中城環境 鄭葦、康建邨、馬換梅、高波、李波、陳子璇

(資料圖)

鄭葦：現任中城環境天津分公司副總工，博士，高級工程師，先后參與洛磧餐廚垃圾處理廠、合肥小廟有機資源處理中心、太原循環經濟產業園控規、原馬鋼（合肥）地塊中部片區污染土壤修復工程等數十個項目咨詢和設計。

隨著生活垃圾分類政策推行，上海、北京、杭州、寧波、福州、合肥、重慶等城市相繼落地廚余垃圾處理設施，該設施主要采用干法厭氧產沼的資源化利用方案，但此類項目會產生大量的消化殘余物，工程上一般采用螺旋擠壓脫水+振動篩分除砂+高速離心脫水的三級固液分離方式對其進行深度處理，實現固液分離，獲得脫水沼渣，沼渣產生量約為干法厭氧進料量的40%~60%。

厭氧沼渣資源化的重要方式是通過堆肥生產有機肥，目前主要針對農作物秸稈、畜禽糞污、餐廚垃圾、市政污泥等有機廢棄物的厭氧沼渣堆肥效果進行了研究：禽畜糞便沼渣堆肥應用主要問題在于鹽含量高達1%，且重金屬Cu、Zn、As超標頻率高；餐廚垃圾沼渣堆肥應用主要問題在于鹽含量高達2%；市政污泥沼渣堆肥應用主要問題在于As、Cr、Cu、Zn普遍超標。然而，廚余垃圾為生活垃圾分類產物，雜物含量是影響其沼渣堆肥應用的重要影響因素，對此目前缺乏研究。

另外，由于廚余垃圾和農作物秸稈、畜禽糞污、餐廚垃圾、市政污泥等有機固廢相比，雜物含量高、雜物種類多，需要對堆肥進行后處理，而對后處理效果尚無相關報道。

因此，本研究針對我國某一典型城市的廚余垃圾處理工程案例進行調研，分析進料、沼渣、堆肥的物理組成特性，明確雜物去除效率，研究堆肥前后植物毒性、生物穩定性、溶解性物質特征，為廚余垃圾消化殘余物處理工藝優化提供參數參考。

一、材料與方法

1. 案例簡介和物料來源

調研的廚余垃圾處理工程案例具體工藝和采樣點見圖1。采集原生廚余垃圾、一級沼渣、二級沼渣以及堆肥篩分產品（以下簡稱“堆肥”），并按CJ/T313—2019生活垃圾采樣和分析方法規定進行樣品采集。

圖1 案例工藝和取樣點位示意

2. 測定分析方法

TS、VS及物理組分依據CJ/T313—2019中重量法測定。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2001年《Ordinance on Environmentally Compatible Storage of Waste from Human Settlements and on Biological Waste-Treatment ?Facilities》法令規定測定。

植物毒性采用種子發芽率（GI）表征，并依據CJJ52—2014生活垃圾堆肥處理技術規范規定測定，浸提液按照固液比1:10（樣品干基質量/蒸餾水體積）制取，選用蘿卜種子測定；同步測定浸提液pH、溶解性氨氮（NH4+-N）、硝態氮（NO3--N）、COD和BOD。pH采用玻璃電極法測定，NH4+-N和NO3--N采用HACH試劑比色法測定，COD、BOD分別采用HACHCOD測定儀、自動測定儀（OxiTop IS 12，WTW，Germany）測定。

3. 數據處理與分析方法

數據分析及繪圖分別利用Excel和Origin Pro軟件平臺完成。

二、結果與討論

1. 物理組成特征

原生廚余垃圾、一級沼渣、二級沼渣和堆肥的物理組成特征如表1所示。我國廚余垃圾分類處于起步階段，除上海等極少數城市正確投放率高，雜物含量僅為10%，其余大部分城市目前分類收集的廚余垃圾雜物含量仍然較高，一般約25%，如孫廣雨報道的武漢廚余垃圾含雜率約25.8%，與本研究調研廚余垃圾含雜率27.5%相近。

表1 物料物理組成特征

注：“其他”為分類后不可辨認物。

另外，根據案例統計數據，一級沼渣獲得量約為消化殘余物總量的25%，二級沼渣獲得量約為消化殘余物總量的10%，則消化殘余物TS和VS分別約為13.3%和54.1%，其他、木竹類、橡塑類、玻璃、石頭、貝骨占比分別為72.9%、6.5%、3.0%、3.4%、0.9%、13.1%。根據各類物料比例可知，經過預處理，橡塑類、金屬類、紡織物被大量去除，但硬性易碎物料（玻璃、石頭、貝骨）和長纖維狀物料（木竹）經過預處理和厭氧發酵反而有所富集，殘余物中干基比例增加。

同時，消化殘余物經過三級篩分，一級沼渣中雜物含量較高，約32%。二級沼渣中雜物含量較低，＜1%。但二級沼渣的VS較低（較一級沼渣低16%），含水率高（較一級沼渣高23.5%），整體性狀黏稠不透氣，若用二級沼渣堆肥需要添加秸稈等調理劑，調整C/N為20~30，同時增加其透氣性，降低含水率。

一級沼渣經過堆肥和篩分（15mm）處理后，含水率和雜物含量（0.5%）明顯降低，基本滿足GB/T33891—2017綠化用有機基質中開放綠地和林地用有機基質含水率≤40%、有機質≥25%、塑料≤0.5%、玻璃和金屬≤2%的要求。因此，一級沼渣好氧堆肥降低含水率后篩分效果良好，但也需注意獲得的堆肥產品中仍然存在玻璃、石頭等尖銳物，需充分考慮其應用過程中人員接觸問題，防止尖銳物對接觸人員造成物理性損傷。

2. 生物穩定性

生物穩定性主要考量物料的腐熟程度，避免土地施用過程降解發臭和產生滲濾液的不良環境風險，因此原始廚余垃圾不進行生物穩定性實驗。一級沼渣、二級沼渣、堆肥的AT4（以干基計）分別為（58.7±0.9）、（61.8±2.6）、（19.8±1.5）mg/g。歐盟、奧地利和德國、美國的AT4（以干基計）分別為≤10、≤5、≤35mg/g。

應進一步好氧堆肥處理，提高其生物穩定性。一級沼渣經過20d的好氧堆肥，AT4顯著降低，滿足美國關于AT4（以干基計）≤35mg/g的要求。與金樹權等和白玲等研究沼渣堆肥時間20d即可完成腐熟結論一致。

3. 植物毒性

物料植物毒性主要考量施用于土壤后對植物的影響，因此原始廚余垃圾不進行植物毒性實驗。一級沼渣、二級沼渣、堆肥的種子發芽實驗結果如圖2所示。

注：陳子璇于2021-03-12在天津拍攝。

圖2 種子發芽實驗結果示意

可見，一級沼渣和二級沼渣皆有較大的植物毒性，GI基本為0。文獻中沼渣GI研究結果一般為55%~75%。這主要是因為文獻中GI測量的浸提液采用鮮質量比1∶10配制，而本研究根據CJJ52—2014要求，GI測量的浸提液按干基固液比1∶10制取，使得浸提液濃度較其他研究高，從而GI降低。這與宋彩紅等采用干基比研究沼渣的GI結果相似（26.8％）。

另外廚余垃圾采用干法厭氧消化，因其濃度高，降解時間理論上應長于濕法厭氧消化，但由于目前干法厭氧裝置基本依托于進口，投資遠高于濕法厭氧，為節省投資，目前干法厭氧停留時間反而較濕法厭氧短，導致出料進一步不穩定，植物毒性高。

經過20d好氧堆肥，GI顯著提高至91.1%±6.3%，滿足GB/T33891—2017中綠地林地用有機基質GI≥65%和NY/T525—2021有機肥料中GI≥70%的要求。

4. 溶解性物質特征

一級沼渣、二級沼渣、堆肥中pH、NH4+-N、NO3--N、COD、BOD含量見表2。

表2 溶解性物質特性

（1）pH

一級沼渣、二級沼渣、堆肥按干基比1∶10獲得浸提液的pH。由表2可知，一級沼渣、二級沼渣和堆肥溶解性物質的pH均在8.0~8.5，經過堆肥，溶解性物質的pH沒有顯著變化，堆肥產品符合GB/T33891—2017中綠地林地用有機基質pH（4.0~9.5）和NY/T525—2021中pH（5.5~8.5）的要求。

（2）NH4+-N和NO3--N

由表2可知，二級沼渣溶解性NH4+-N含量最高，為一級沼渣的2.3倍；二級沼渣溶解性NO3--N含量與一級沼渣相近，約為一級沼渣的1.2倍，因此二級沼渣總氮含量較一級沼渣高，可能具有更高的營養元素含量，更具有機肥料應用前景。

一級沼渣經過好氧堆肥，約0.6%的NH4+-N好氧轉化為NO3--N，使NO3--N增加近1倍，大部分NH4+-N經揮發損失，轉化和揮發使基質的溶解性NH4+-N急劇減少，較堆肥之初減少了89.6%。為減少堆肥過程氮素損失，可考慮添加鳥糞石等調理劑，實現固氮效果，提高堆肥產品品質。

（3）COD和BOD

由表2可知，一級沼渣和二級沼渣溶解性COD相近，皆在4000~5000mg/L，二級沼渣比一級沼渣COD略高約10%。一級沼渣、二級沼渣溶解性有機物可生化性高，一級沼渣BOD/COD為0.42，二級沼渣BOD/COD為0.69，如果直接施用于土壤中，會產生高可生化性滲濾液，存在污染土壤和地下水的風險。

一級沼渣好氧堆肥后，溶解性COD和BOD分別顯著降低35%和82%，可生化性明顯下降為0.12，從側面反映了堆肥產物腐熟度提高，土壤施用安全性增強。

三、結 論

目前我國廚余垃圾厭氧消化殘余物常采用脫水+堆肥+篩分工藝處理，產品基本滿足有機肥料和綠化用有機基質要求。一級沼渣經20d好氧堆肥，可增強生物穩定性，AT4降至20左右；增加腐熟程度，溶解性有機物BOD/COD降至0.12；降低植物毒性，GI提高至85%以上。

但需注意，一級沼渣堆肥后必須篩分處理，否則雜物含量將嚴重超標。二級沼渣雜物含量低，氮含量高，比一級沼渣更適合堆肥后施用于土壤，但堆肥過程需要添加秸稈等作為調理劑。

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原文標題:廚余垃圾厭氧沼渣處理案例探析