曾文俊， 李冰峰， 李惠斌， 宣華軍， 梅自力

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所， 成都 610041； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站， 北京 100125； 3.四川中沼生物能源檢測有限責(zé)任公司， 成都 610041； 4.浙江諸暨錦潤再生資源有限公司， 浙江 諸暨 311800)

截至2019年底，我國有鄉(xiāng)鎮(zhèn)級區(qū)劃38727個，農(nóng)村人口達5.516億，以人均每日生活性垃圾量0.86 kg和生產(chǎn)性垃圾量2.03 kg計算[1]，農(nóng)村地區(qū)每天至少產(chǎn)生垃圾159.41萬噸，每年約為5.82億噸。而伴隨著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、居民消費升級、人口增長，加之農(nóng)村行政管理力度較輕等因素，農(nóng)村垃圾處理問題將日益突顯,矛盾也會逐漸加大[2]。21世紀以來，我國不斷加大農(nóng)村環(huán)境綜合整治力度， “十二五”“十三五”規(guī)劃均對農(nóng)村垃圾的收集、轉(zhuǎn)運、處置設(shè)施建設(shè)及綜合整治模式、技術(shù)等提出了具體要求，特別是黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視生態(tài)文明建設(shè)，納入了社會主義現(xiàn)代化建設(shè)“五位一體”的總體布局，習(xí)近平總書記還多次就垃圾分類資源化利用作出重要批示和指示，廁所革命、垃圾分類等工作有序推進[3-4]?！吨泄仓醒?國務(wù)院關(guān)于加快推進生態(tài)文明建設(shè)的意見》和《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》的出臺，以及兩次全國改善農(nóng)村人居環(huán)境工作會議的召開，表明我國農(nóng)村人居環(huán)境整治進入新的歷史征程，這直接對農(nóng)村垃圾治理提出更高的要求[5-6]。面對我國農(nóng)村垃圾量大、分散、處理成本高、處理效益差的客觀實際，如何推進其減量化、資源化、無害化處理是一個迫切需要研究的課題[7-10]。

有機垃圾占農(nóng)村垃圾一半以上[11]，又稱“濕垃圾”，主要包括：秸稈、瓜果皮、廚余泔腳、動物糞便、有機廢渣、污泥、高濃度有機廢水等[12]。此類垃圾富含氫、磷等營養(yǎng)成分以及多種細菌和寄生蟲卵[13-14]，具有含水量高、質(zhì)變快、可生化性較好等特點，如果處理不當(dāng)，很可能產(chǎn)生惡臭氣體和滲漏液對空氣、土壤及水體造成污染，并會滋生、傳播疾病[15-18]。目前，國內(nèi)外主要采用填埋、堆肥和焚燒3種有機垃圾處理方式[19]，3種方式均有一定優(yōu)勢，但存在的問題也不容忽視：填埋法占地較大，且容易造成地下水和土壤污染；堆肥法臭氣難以控制，也可能造成土壤污染，且運維成本高；焚燒法集中清運成本高且二次排放問題不能徹底解決。近年來，厭氧發(fā)酵技術(shù)及相關(guān)工藝的不斷發(fā)展，為農(nóng)村有機垃圾就地治理提供了新選擇[20-21]。采取厭氧發(fā)酵法處理農(nóng)村有機垃圾，可以生產(chǎn)清潔能源“沼氣”來代替部分薪柴，保護森林植被，也可利用沼渣和沼液制造有機肥，減少化肥使用量，另外，厭氧發(fā)酵還能有效消滅大多數(shù)病蟲卵，阻斷部分病蟲害來源，在節(jié)約土地資源的同時有效治理農(nóng)村面源污染問題[22-24]?；诖耍疚牟捎冒咐芯糠椒?，舉例分析厭氧發(fā)酵法應(yīng)用于農(nóng)村有機垃圾治理的建管模式和優(yōu)越性，總結(jié)問題與經(jīng)驗，并提出建議，以期對農(nóng)村有機垃圾減量化、資源化、無害化治理提供一定參考。

1 案例介紹

1.1 案例選擇

本文選擇的案例是浙江某公司，該公司探索形成了“地埋式沼氣工程資源化利用農(nóng)村有機垃圾技術(shù)模式” (以下簡稱“錦潤模式”)。選擇的理由是：農(nóng)村有機垃圾具有量大、分散、質(zhì)變快、處理難度大等特點，這導(dǎo)致其收集、運輸和減量化、無害化處理等過程更為復(fù)雜。而“錦潤模式”經(jīng)營范圍覆蓋了有機垃圾處理鏈條的各個環(huán)節(jié)，包括：生活垃圾經(jīng)營性清掃、收集、運輸；生活垃圾、建筑垃圾資源化利用；環(huán)保設(shè)備、玻璃鋼厭氧發(fā)酵池的設(shè)計、制造、銷售：環(huán)境治理工程技術(shù)的研究、服務(wù)；環(huán)境治理工程的設(shè)計、施工、安裝、調(diào)試、運行；相關(guān)貨物及技術(shù)的進出口。另外，經(jīng)過多年合作研究，“錦潤模式”研究出城鄉(xiāng)有機生活垃圾厭氧發(fā)酵工藝，研發(fā)出一套成熟的有機垃圾地埋式處理設(shè)備，獲得多項專利授權(quán)，已在全國200多個示范點得到實際應(yīng)用并取得較好的效果，其在農(nóng)村有機垃圾厭氧處理循環(huán)利用方面進行了一系列極具推廣借鑒價值的探索。

1.2 資料收集

首先，采用實地調(diào)研法實地參觀了該公司的辦公場所、設(shè)備工廠及厭氧發(fā)酵工程，掌握基本情況；接著，采用訪談法訪談了公司主要決策者和運營管理及技術(shù)人員，詳細了解了公司處理農(nóng)村有機垃圾的前中后端各項工作流程、相關(guān)技術(shù)參數(shù)以及公司的發(fā)展歷程；最后，收集、整理了近年來我國厭氧處理有機垃圾的相關(guān)文獻、政策資料。

2 建設(shè)與管理

2.1 治理原則

該公司依托有機垃圾一體化厭氧處理工藝體系，堅持四大有機垃圾治理原則： 1)就近減量化，就近建設(shè)終端處理設(shè)施，縮短運輸距離，降低運輸成本； 2)就地資源化，堅持以利用為主、利用與垃圾治理相結(jié)合，就地再生利用農(nóng)村有機垃圾，實現(xiàn)“三沼”綜合利用； 3)工藝生態(tài)化，工程產(chǎn)物不對人畜健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響，不占耕地，不產(chǎn)生臭氣，不造成二次污染； 4)管控智能化，利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)線上線下全時段自動監(jiān)控，保障安全、高效運行。

2.2 工藝簡介

有機垃圾進入已預(yù)投特定厭氧菌的有機垃圾一體化厭氧沼氣發(fā)酵設(shè)備，經(jīng)30～50天的常溫厭氧發(fā)酵，轉(zhuǎn)化為以甲烷、二氧化碳為主的沼氣以及沼渣沼液，并能通過沼液回流裝置提高發(fā)酵和清渣的效率。沼氣存于儲氣罐，可直供炊事、取暖等；沼液輸送至儲液池沉淀過濾，可直接或稀釋后用于農(nóng)作物根肥、葉面肥等。另外，配套阻燃器、脫硫塔、凝水器、自動點火設(shè)備等裝置確保整個過程可全天候自動運作。處理流程如圖1所示。

2.3 工程建設(shè)

“錦潤模式”建設(shè)的核心內(nèi)容是沼氣工程，規(guī)模以中小型為主(厭氧消化裝置總?cè)莘e小于1000 m3)[25]，發(fā)酵原料包括但不限于餐廚垃圾、養(yǎng)殖糞污、秸稈等有機物。沼氣工程由當(dāng)?shù)卣_招標(biāo)并劃分建設(shè)用地，建設(shè)資金納入年度財政預(yù)算，?？顚Ｓ?。該公司若中標(biāo)，將負責(zé)如下具體工作：

(1)開展施工前期準備工作，勘察地質(zhì)并確定項目選址，調(diào)配施工人員和物資；

圖1 農(nóng)村有機垃圾厭氧發(fā)酵循環(huán)處理示意圖

(2)進場施工，統(tǒng)籌場地開挖，設(shè)備安裝；

(3)檢查調(diào)試沼氣工程氣密性、投放菌種；

(4)負責(zé)組織政府、業(yè)主、第三方機構(gòu)等有關(guān)單位開展審計、驗收等工作。

2.4 運營維護

該模式下的運維工作主要圍繞沼氣工程分工分段開展。

分工：當(dāng)?shù)卣?委托專業(yè)的保潔公司)負責(zé)將分類后的有機垃圾收集、運輸至沼氣工程；該公司負責(zé)沼氣工程日常維護保養(yǎng)，包括氣密性檢查、菌種添加、抽水回流、垃圾二次分揀投放、“三沼”監(jiān)測與控制等，并定期(每月至少1次)回訪已運行項目主管部門，了解相關(guān)業(yè)主需求。

分段：該公司在招投標(biāo)階段與當(dāng)?shù)卣_定1～2年的免費運維期，在此期間負責(zé)日常維護工作。免費運維期結(jié)束后，根據(jù)當(dāng)?shù)卣庠福衫^續(xù)簽訂運維合同，確定年度運維費用及日常管理工作，或者簽訂移交單，將該站點的日常運維工作交還給業(yè)主單位(村委員會、鎮(zhèn)政府、縣市級農(nóng)辦或城管委等)。

2.5 工程運行參數(shù)檢測

以該公司在浙江省諸暨市暨陽街道SJ村的地埋式沼氣工程為例，第三方機構(gòu)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣產(chǎn)品及設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心對該工程的運行參數(shù)(見表1)和沼液參數(shù)測試結(jié)果(見表2)如下：

從工程運行參數(shù)檢測結(jié)果來看，沼氣中甲烷含量體積百分比為62.11%，屬于正常范圍，可供周邊農(nóng)戶日常炊事使用；硫化氫含量為35.67 mg·m-3，含量較低，處于安全閥值內(nèi)；該工程無增溫設(shè)施，常溫發(fā)酵工藝，在10月下旬發(fā)酵溫度可達23.3℃，冬季也可維持在20℃左右，可進行正常發(fā)酵；由于投料主要為周邊的瓜果蔬菜、餐廚殘余等生活有機垃圾，發(fā)酵濃度較低，產(chǎn)氣率較低，日產(chǎn)氣量為43.803 m3，可供周邊30余戶農(nóng)戶炊事用能。

從沼液參數(shù)檢測來看，pH值接近中性；根據(jù)氨氮、懸浮物、色度、總磷、化學(xué)需氧量等參數(shù)檢測結(jié)果判定，屬于V類水質(zhì)，達不到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準》(GB18918-2002)國家允許排放標(biāo)準[26]。因此，該工程的沼液主要用作周邊農(nóng)田、植被灌溉和工程回流循環(huán)使用，不直接排放。

表1 工程運行參數(shù)檢測結(jié)果表

表2 沼液參數(shù)檢測結(jié)果表

3 模式主要優(yōu)勢

3.1 農(nóng)村有機垃圾處理成本大幅下降

以1噸有機垃圾計算: 1)焚燒處理模式：村收集到鎮(zhèn)中轉(zhuǎn)站費用平均為110元，鎮(zhèn)鄉(xiāng)中轉(zhuǎn)壓縮后的轉(zhuǎn)運費用為30元，市集中焚燒處理費用為135元，每噸有機垃圾清運處理費用為275元； 2)機器快速成肥模式：設(shè)備購置費用為20萬元，運維費用12萬元·年-1，以20年使用壽命計算，每噸有機垃圾清運處理費用為356元。而建設(shè)日處理1噸的農(nóng)村有機垃圾厭氧處理工程成本為45萬元，運維費用2～3萬元·年-1，以20年使用壽命計算，每噸有機垃圾清運處理費用僅為143元，能節(jié)省大約一半成本。

3.2 處理過程節(jié)能環(huán)保

首先，沼氣工程周邊的有機垃圾實現(xiàn)不出村(鎮(zhèn))就地就近處理，減少轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)灑落垃圾、飛粒和臭氣外溢，減少運輸車輛的尾氣排放；其次，節(jié)地?zé)o污染，處理設(shè)備位于地下，密封性能好，地表無味無蛆無蠅，地上可復(fù)耕復(fù)綠，無需占用耕地；另外，對示范項目連續(xù)運行3年時間的監(jiān)測，厭氧處理后的有機物降解率較高，基本無沼渣殘留，可有效殺滅病菌、蟲卵，防控病蟲害傳播；最后，厭氧菌分解有機物的過程無需加熱、電解等能源消耗，降低當(dāng)?shù)貑挝荒芎摹?/p>

3.3 新材料新產(chǎn)品應(yīng)用

傳統(tǒng)農(nóng)村沼氣池采用磚混結(jié)構(gòu)，存在建設(shè)周期長、保溫性能弱、氣密性差和建設(shè)質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多缺點，該公司采用高分子材料和模壓技術(shù)生產(chǎn)的地埋式厭氧發(fā)酵裝置克服了以上缺點，并能夠在高地下水位、松軟性膨脹土等特殊地質(zhì)條件下安裝使用。工廠化生產(chǎn)保障了穩(wěn)定的質(zhì)量、更高的標(biāo)準化程度與抗老化能力、簡便的運輸安裝和更短的施工周期，輔之阻燃器、水壓間、脫硫塔和智能化網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備，工程運行安全高效，管護精準且成本低。

3.4 處理產(chǎn)物經(jīng)濟實用

農(nóng)村有機垃圾經(jīng)沼氣工程厭氧發(fā)酵，產(chǎn)出沼氣、沼液和沼渣。沼氣供周邊居民炊事、取暖、發(fā)電等，可部分替代薪柴、煤炭、天然氣等能源，減少有害氣體排放，保護森林植被，3年穩(wěn)定供應(yīng)10戶農(nóng)村居民，可節(jié)約燃氣費近2萬元。沼液和沼渣中的氮、磷等元素基本上都以簡單的結(jié)構(gòu)形式存在，并富含腐植質(zhì)，利于農(nóng)作物吸收，是一種良好的速效肥，可直接施用于麥田、蔬菜大棚、果園、茶園等，能夠增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)作物抗病能力，提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。農(nóng)戶利用沼液施肥每畝地一季能減少100～150元化肥購置費，不僅降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，而且提高了農(nóng)作物質(zhì)量，在實現(xiàn)沼氣工程零排放、改善農(nóng)村人居環(huán)境的同時，助推生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民節(jié)支增收。

4 總結(jié)與建議

該公司探索的“錦潤模式”具有良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，采用的設(shè)備和工藝先進，建設(shè)質(zhì)量穩(wěn)定可靠，在垃圾分類、廁所革命、農(nóng)村人居環(huán)境治理等工作持續(xù)推進的背景下大有可為。同時，也應(yīng)看到存在的不足：站點移交后的管護人員匱乏、專業(yè)操作素養(yǎng)參差不齊；工程后期運營資金投入缺位；“三沼”產(chǎn)品高值開發(fā)利用程度較低；相關(guān)宣傳不到位，影響力有限?？傮w來看，該模式是一種經(jīng)濟、高效、節(jié)能、環(huán)保而又安全實用的農(nóng)村有機垃圾資源化利用終端處理方式?；谝陨戏治?，為進一步推進農(nóng)村有機垃圾治理，改善農(nóng)村人居環(huán)境，建議如下：

4.1 建立健全運行保障體系

一方面建立運維資金長效投入機制，積極爭取財政資金、相關(guān)部門項目的支持，探索建立以政府補貼引導(dǎo)、農(nóng)村居民積極參與的投入機制，鼓勵企業(yè)投資和居民自籌，逐漸由政府撥款轉(zhuǎn)向政府幫扶和獎補結(jié)合的運維資金投入機制；同時，鼓勵銀行等金融機構(gòu)出臺特色貸款業(yè)務(wù)，創(chuàng)新與沼氣工程維護相輔的金融產(chǎn)品，重點解決沼氣工程運維的資金難題。另一方面建立健全沼氣工程運維技術(shù)人員培育制度，開展職業(yè)技能培訓(xùn)與鑒定工作，強化運營管理人員的安全責(zé)任意識和操作技能，并通過舉辦培訓(xùn)班、現(xiàn)場實訓(xùn)、經(jīng)驗交流、知識競賽等多種方式，提高運維人員業(yè)務(wù)素養(yǎng)。

4.2 綜合開發(fā)利用“三沼”產(chǎn)品

沼氣是可再生的生物質(zhì)清潔能源，在多能互補發(fā)展格局中必將發(fā)揮越來越重要的作用，可進行商業(yè)化、高值化開發(fā)，鼓勵引導(dǎo)項目業(yè)主開展沼氣集中供氣供暖、發(fā)電上網(wǎng)、提純生物天然氣等多元高質(zhì)利用，提高能源綜合利用效率；同時，深入挖掘沼液、沼渣的肥用價值，與科研院所、大學(xué)、龍頭企業(yè)合作研究制定沼肥生產(chǎn)和施用的標(biāo)準，并開展沼肥施用后對農(nóng)產(chǎn)品、土壤、水體等的風(fēng)險評估工作，安全規(guī)范利用沼渣沼液；另外，充分發(fā)揮沼氣工程的紐帶作用，在農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)、農(nóng)業(yè)科技園區(qū)，引導(dǎo)農(nóng)業(yè)企業(yè)、種養(yǎng)大戶、家庭農(nóng)場、合作社等農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體積極參與探索“沼氣工程+”生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，努力實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)高效循環(huán)，進而轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，改善農(nóng)村人居環(huán)境。

4.3 大力開展公共宣傳

充分利用報紙、廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)、微博和微信等新聞媒體宣傳農(nóng)村有機厭氧發(fā)酵處理工程相關(guān)知識，通過印發(fā)宣傳單、張貼宣傳標(biāo)語、舉辦講座、制定宣傳周等形式，加大對厭氧處理農(nóng)村垃圾新技術(shù)、新模式和新經(jīng)驗的宣傳力度，擴大影響范圍，調(diào)動基層部門和廣大農(nóng)村居民參與工程建設(shè)、運營的主動性和積極性。