童 琳，徐長勇，宋 薇

(中國城市建設(shè)研究院有限公司 北京 100120)

0 引 言

2019年我國城市生活垃圾年清運(yùn)量達(dá)到2.42億t[1]，按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算，其中家庭廚余垃圾占到40%～60%(如天津51.1%、上海61.7%、深圳44.1%[2-3])，其比例遠(yuǎn)高于全球的廚余垃圾比例(29%～50%)[4-5]，是當(dāng)前我國生活垃圾分類中最重要的組成部分，也是我國推行生活垃圾分類工作面臨的一個(gè)重大問題。

廚余垃圾堆肥處理具有工藝簡單、運(yùn)行成本低，無害化程度相對較高，可因地制宜實(shí)現(xiàn)資源化利用等特點(diǎn)，但其堆肥產(chǎn)物的消納是限制該技術(shù)應(yīng)用的主要因素之一[6]。土地利用是堆肥產(chǎn)物消納的主要途徑，按利用類型可分為農(nóng)用與非農(nóng)用(包括園林綠化用、土地改良用和林地用)。鑒于有機(jī)固廢堆肥產(chǎn)物用于農(nóng)作物生長使用時(shí)存在重金屬通過食物鏈富集進(jìn)而危害人體健康的風(fēng)險(xiǎn)，采用非農(nóng)業(yè)應(yīng)用的土地利用方式是解決當(dāng)前堆肥產(chǎn)物應(yīng)用問題的有效途徑。

1 非農(nóng)業(yè)土地應(yīng)用的優(yōu)勢和具體方式

1.1 應(yīng)用優(yōu)勢

1.1.1 規(guī)避有害物質(zhì)進(jìn)入食物鏈的潛在風(fēng)險(xiǎn)

目前堆肥農(nóng)用最大的問題是，其產(chǎn)物中有害物質(zhì)(主要是重金屬)存在隨著農(nóng)作物進(jìn)入食物鏈，并在人體富集，危害人體健康的風(fēng)險(xiǎn)。堆肥用于園林綠化等非農(nóng)業(yè)的土地應(yīng)用則可以規(guī)避這種擔(dān)憂，同時(shí)也可以逐漸完善應(yīng)用市場，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，創(chuàng)造了良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。

1.1.2 有效改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)植物生長

堆肥產(chǎn)物對土壤質(zhì)量的改善作用主要體現(xiàn)在：①改善土壤物理性質(zhì)，堆肥中的有機(jī)物質(zhì)可明顯改善土壤的結(jié)構(gòu)，使土壤容重下降，孔隙增多，土壤的通氣透水性和持水量提高；②改善土壤化學(xué)性質(zhì)，堆肥施入土壤后，可顯著提高土壤的陽離子交換(CEC)，改善土壤對酸堿的緩沖能力；③提高土壤微生物活性，使土壤中微生物總量及放線菌所占比例增加，土壤的代謝強(qiáng)度提高，促進(jìn)土壤肥力的提高；④提高土壤養(yǎng)分含量，增加有機(jī)質(zhì)含量，以及總磷、速效磷含量，提升鉀的活性。

1.1.3 非農(nóng)用土地利用也具有較大的堆肥產(chǎn)物消納能力

以園林綠化應(yīng)用為例，我國具有較大面積的園林綠地，包括公園綠地、防護(hù)綠地、生產(chǎn)綠地、附屬綠地和其他綠地。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國已建城市、縣城和鄉(xiāng)園林綠地面積分別為209.912 0×104hm2、61.026 8×104hm2、4.747 4×104hm2，按有機(jī)肥施用量為0.6 t/hm2計(jì)算[7]，我國城市、縣城和鄉(xiāng)綠化建植和養(yǎng)護(hù)的肥料需求量分別為125.947 2萬t、36.616 1萬t和2.848萬t左右，總需求量為165.411 7萬t。

1.2 具體方式

參考國內(nèi)其他有機(jī)固廢堆肥產(chǎn)物應(yīng)用的情況，在非農(nóng)業(yè)土地利用中，多用于城鎮(zhèn)綠地系統(tǒng)或郊區(qū)林地的建造和養(yǎng)護(hù)，主要有栽培介質(zhì)土、有機(jī)肥料原料、土壤改良材料3種具體方式[8]。

1.2.1 作為植物栽培基質(zhì)(介質(zhì)土)

泥炭被應(yīng)用于花木培育和設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但泥炭資源有限且開采破壞環(huán)境。堆肥產(chǎn)物處理后的營養(yǎng)元素含量豐富，腐殖質(zhì)類物質(zhì)含量高，經(jīng)合適的調(diào)理具有通透性好、持水力強(qiáng)、保肥能力強(qiáng)等特性，可代替泥炭應(yīng)用于栽培花木與農(nóng)產(chǎn)品。

1.2.2 作為有機(jī)肥料的原料

廚余垃圾中含有大量營養(yǎng)元素、纖維素、半纖維素、脂類物質(zhì)等，經(jīng)過堆肥過程后氮磷鉀等主要營養(yǎng)元素和微營養(yǎng)元素的含量有效性增高，可作為有機(jī)肥的重要原料成分之一，解決化肥大量使用造成的土地生產(chǎn)力退化、通氣性變差、微生物活性降低等土壤質(zhì)量下降問題。

1.2.3 土壤改良劑

堆肥產(chǎn)物對土地土壤的改良主要體現(xiàn)在改善土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤肥力上。由于堆肥產(chǎn)物形成的腐殖質(zhì)投入土壤后能改變土壤的理化性質(zhì)，如調(diào)節(jié)土壤pH值、促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成、增強(qiáng)透水性等，最終可有效減少土壤營養(yǎng)成分的流失，提高土壤的保肥能力。

2 國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)還沒有廚余垃圾堆肥產(chǎn)物的土地利用標(biāo)準(zhǔn)，但有其他相關(guān)的一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可大致分為肥料相關(guān)、土壤相關(guān)及市政污泥相關(guān)3類，詳見表1。

表1 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Domestic relevant standards

目前的堆肥產(chǎn)物質(zhì)量要求通常參照NY 525—2012《有機(jī)肥料》，但其未能充分考慮廚余垃圾雜質(zhì)含量高、營養(yǎng)成分低，更適宜作為土壤介質(zhì)土而非肥料的特點(diǎn)。與市政污泥相比，廚余垃圾堆肥產(chǎn)物中存在油脂、雜質(zhì)和鹽分含量高，重金屬含量低，也不適宜照搬應(yīng)用其標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

國外部分堆肥類的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 國外堆肥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)原料、用途說明表Tab.2 Standard raw materials and usage description of foreign composting products

對國外這些標(biāo)準(zhǔn)研究可知，歐洲的相關(guān)產(chǎn)物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)最完善，也是要求最嚴(yán)格的，對堆肥產(chǎn)品的衛(wèi)生、雜質(zhì)、腐熟度、含水量、粒徑、有機(jī)質(zhì)含量、重金屬、營養(yǎng)物質(zhì)(氨氮、可溶鉀、可溶氯化物、可溶鈉等)和鹽分含量、鈣以及對產(chǎn)品的參數(shù)說明都有明確的規(guī)定，并根據(jù)堆肥使用方式的不同做出不同的指標(biāo)值，使堆肥產(chǎn)品能夠保證質(zhì)量并適合市場流通。美國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了堆肥的重金屬、雜質(zhì)、堆肥檢測頻率、實(shí)驗(yàn)室取樣分析的一致性、病原菌、有機(jī)污染物、農(nóng)藥含量、含鹽量、腐熟度等指標(biāo)。英國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和歐盟差別不大，加拿大按照堆肥產(chǎn)物質(zhì)量分成了可供任何土地應(yīng)用的和限制使用的2類。

受生活及飲食習(xí)慣等各方面的影響，國外堆肥原料與我國廚余垃圾有較大差異，故對本研究來說，其主要的借鑒意義在于指標(biāo)的選取原則以及限值確定依據(jù)。

3 主要影響因素研究

通過對國內(nèi)外相關(guān)有機(jī)固廢堆肥產(chǎn)物應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的研究，結(jié)合一些其他應(yīng)用的主要方式，綜合考慮，對于廚余垃圾堆肥產(chǎn)物非農(nóng)業(yè)土地應(yīng)用的影響因素主要有理化性狀、營養(yǎng)成分、衛(wèi)生學(xué)要求、二次污染物控制、生物穩(wěn)定性5個(gè)方面。

3.1 理化性狀

堆肥產(chǎn)物的物理和化學(xué)性狀是判斷是否腐熟完成的重要指標(biāo)，主要有外觀、pH、水分含量、粒徑、雜物含量等。

①從堆肥產(chǎn)品外觀看，達(dá)到腐熟穩(wěn)定的產(chǎn)品，一般呈褐色或灰褐色，多為均勻、松散粒狀或粉狀，無明顯臭味及機(jī)械雜質(zhì)。

②為了防止施用pH過高或過低的堆肥產(chǎn)物引起土地的堿化或酸化，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)pH一般為6.5～8.5。而且該限值與土壤本身的pH相差不大，施用時(shí)對原生土壤的沖擊性較小。

③水分含量是指堆肥產(chǎn)物中水分的量度。過于潮濕容易結(jié)塊，不利于應(yīng)用時(shí)的攤鋪，并增加了運(yùn)輸成本；過于干燥易產(chǎn)生灰塵和刺激性氣味。理想的產(chǎn)品應(yīng)不干、不濕、微潮?？紤]季節(jié)和地域氣候的影響，水分含量為30%～60%較佳。

④堆肥產(chǎn)物過大的粒徑會(huì)妨礙施用和導(dǎo)致水肥流失，破壞土壤結(jié)構(gòu)，故會(huì)規(guī)定其最大粒徑，保證土地不受破壞。國內(nèi)外對堆肥產(chǎn)物過篩的標(biāo)準(zhǔn)也不相同，如國內(nèi)城鎮(zhèn)污泥堆肥產(chǎn)物多定在10 mm以下，國外一般不超過15 mm，結(jié)合廚余垃圾原料情況，其產(chǎn)物粒徑宜不大于12 mm。

⑤雜物含量是指混入堆肥產(chǎn)物中的金屬、玻璃、陶瓷、塑料、瓦片等雜質(zhì)的數(shù)量。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中CJ/T 309—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用泥質(zhì)》雜物含量限值≤3%，CJ/T 362—2011《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 林地用泥質(zhì)》雜物含量限值≤5%。與污泥相比，廚余垃圾中雜質(zhì)含量較高，建議采用高限值。

3.2 營養(yǎng)成分

堆肥產(chǎn)物通常不被認(rèn)為是肥料，但它仍可以提供氮磷鉀等營養(yǎng)物和微量元素。植物有效磷和鉀的一般用P2O5和K2O表示，氮必須礦化成可用形式(NO3-和NH4+)供植物使用。根據(jù)NY 525—2012《有機(jī)肥料》，總養(yǎng)分以N+P2O5+K2O計(jì)。表3是我國相關(guān)規(guī)范對堆肥產(chǎn)物營養(yǎng)物質(zhì)的要求，廚余垃圾堆肥產(chǎn)物的養(yǎng)分應(yīng)不低于這些標(biāo)準(zhǔn)。

表3 現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)分指標(biāo)Tab.3 Current standard nutrient indexes

3.3 衛(wèi)生學(xué)要求

衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)主要考慮保證運(yùn)輸和施用等作業(yè)過程中相關(guān)人員的健康。堆肥原料可能存在致病生物，堆肥產(chǎn)物中也可能含有病原生物，能夠在易感人類、動(dòng)物或植物宿主中產(chǎn)生感染或疾病。我國現(xiàn)有類似標(biāo)準(zhǔn)中，其衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)及限值規(guī)定都一致：蛔蟲卵死亡率≥95%、糞大腸菌群菌值≥0.01。

3.4 生物穩(wěn)定性

堆肥產(chǎn)物穩(wěn)定性判定是評價(jià)堆肥過程及堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的重要內(nèi)容。堆肥必須設(shè)置穩(wěn)定性指標(biāo)，施用未腐熟堆肥產(chǎn)物會(huì)使種植作物受害[9]。通常認(rèn)為穩(wěn)定或成熟的堆肥應(yīng)至少固化21 d，并滿足一定的堆體溫度、呼吸速率或二氧化碳釋放速率等要求[10]。在現(xiàn)有國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中常用種子發(fā)芽率來表征堆肥穩(wěn)定性。如CJ/T 362—2011《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置林地用泥質(zhì)》要求種子發(fā)芽指數(shù)應(yīng)＞60%，英國PAS 100—2011規(guī)定番茄植株的種子發(fā)芽率＞80%。

3.5 二次污染物

堆肥產(chǎn)物中仍可能含有一定量的二次污染物，主要包括重金屬、污染性有機(jī)物和可溶性鹽3類。

①少量重金屬元素是植物生長必不可少的，但含量高時(shí)會(huì)對其產(chǎn)生毒性。目前國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要針對砷、鎘、鉻、銅、鉛、汞、鎳、鋅等重金屬?？紤]到廚余垃圾的產(chǎn)生來源，其重金屬含量應(yīng)低于城鎮(zhèn)污泥。表4是其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一些重金屬含量的要求(非農(nóng)用)，廚余垃圾堆肥產(chǎn)物重金屬含量要求可取其下限。

表4 現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中重金屬指標(biāo) (mg/kg/干污泥)Tab.4 Heavy metal indexes in existing relevant standards(unit：mg/kg dry sludge)

②污染性有機(jī)物很難降解，且易在土壤或植物中累積，造成一定的植物毒性。而隨著社會(huì)產(chǎn)品豐富和新材料的使用，廚余垃圾中這類有機(jī)物含量也日趨增高。同時(shí)，廚余垃圾相對其他固體有機(jī)廢物鹽分含量較高，而過量的可溶性鹽對植物具有植物毒性，抑制其生長。

污染性有機(jī)物和可溶性鹽也是廚余垃圾堆肥產(chǎn)物土地應(yīng)用的一個(gè)重要限制因素。目前國內(nèi)部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對該方面也有一些要求，可作為廚余垃圾堆肥產(chǎn)物的相關(guān)借鑒，但其具體指標(biāo)尚不完善，還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論與建議

①隨著生活垃圾分類工作的推進(jìn)，我國廚余垃圾清運(yùn)量會(huì)出現(xiàn)快速增長，采用堆肥處理將是其有效的處理方式之一。鑒于堆肥產(chǎn)物的消納是限制堆肥技術(shù)推廣的重要因素，應(yīng)加強(qiáng)廚余垃圾堆肥產(chǎn)物的非農(nóng)業(yè)土地應(yīng)用研究，提升堆肥產(chǎn)物質(zhì)量，引導(dǎo)其生產(chǎn)與應(yīng)用，使來源于土地的再次返回土地利用，踐行可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)的理念。

②結(jié)合國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域研究的情況，考慮廚余垃圾堆肥產(chǎn)物養(yǎng)分含量較低、鹽分含量高、雜質(zhì)含量較高等特點(diǎn)，分析其非農(nóng)業(yè)土地應(yīng)用的影響因素主要是理化性狀、營養(yǎng)成分、衛(wèi)生學(xué)要求、生物穩(wěn)定性和二次污染物控制等方面，且宜將其堆肥產(chǎn)物的具體用途定位為土壤改良劑、栽培介質(zhì)土或肥料原料?！?/p>