曲 青，張 寧，胡 甜，趙 濤，崔廣宇，3，4

（1.榮成市環(huán)境衛(wèi)生服務中心，山東 威海 264399；2.同濟大學固體廢物處理與資源化研究所，上海 200092；3.上海污染控制與生態(tài)安全研究院，上海 200092；4.上海多源固廢協(xié)同處理和能源化工程技術研究中心，上海 200092）

1 引言

隨著我國垃圾分類工作的普遍推行，廚余（易腐）垃圾的資源化處理越來越受到關注。當前，廚余垃圾的資源化處理方法主要包括厭氧消化與高溫堆肥，以及少部分的蚯蚓、蠅蛆/黑水虻生物轉化［1-2］。相較于厭氧消化，堆肥具有操作簡便、資源化效益好、易于推廣應用的特點［3］。作為一種集約化程度高、減量化效果顯著的堆肥技術，機器成肥近年來已在一些經(jīng)濟較發(fā)達的村鎮(zhèn)地區(qū)（如江浙滬等）有不少應用案例。然而，許多人對機器成肥產(chǎn)物的品質普遍存疑［3-5］，正在阻礙其農(nóng)業(yè)土地利用或園林綠化使用。

有學者考察了廚余（易腐）垃圾機器成肥產(chǎn)物的性質［5］，證實有機質、水分、重金屬及營養(yǎng)物質等指標均達到了現(xiàn)行的NY/T 525—2021 有機肥料的要求，但大部分產(chǎn)物的種子發(fā)芽指數(shù)（GI）不到30%，說明機器成肥產(chǎn)物中依然含有大量有害物質，并未徹底腐熟。除上述指標外，NY/T 525—2021 也對機械雜物、氯離子兩個指標做了要求。塑料碎片等雜物有可能影響受納土壤性質，甚至危害動植物的生長［6-7］，因此，堆肥殘余物中塑料被視為一種污染物，已納入國家生態(tài)環(huán)境標準《生物質廢物堆肥污染控制技術規(guī)范（征求意見稿）》（環(huán)辦標征函〔2021〕32 號）中。此外，作為一種高油高鹽的生物質廢物，對餐廚垃圾堆肥產(chǎn)物中氯離子含量的評估也很重要，因為過量的氯離子可能會危害土壤微生物、動植物的生長［8-9］，然而，目前鮮有報道針對餐廚垃圾機器堆肥產(chǎn)物中雜物和氯離子含量的評估。進一步地，在評價堆肥產(chǎn)物性質時，除了參照農(nóng)業(yè)部門的NY/T 525—2021，同樣也有必要參照林業(yè)部門的GB/T 33891—2017 綠化用有機基質，以便因地制宜地擴展機器成肥產(chǎn)物的應用途徑。

綜上所述，本研究基于對多臺餐廚垃圾機器成肥設備運行狀況的實地調研及產(chǎn)物性質的分析，從農(nóng)業(yè)、園林綠化及污染物控制的角度綜合評判機器成肥技術實效，旨在為該技術的評估及推廣提供科學依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 餐廚垃圾及機器成肥設備

餐廚垃圾取自榮成市某村鎮(zhèn)街邊的多家餐館，混合后裝入多個240 L 垃圾桶，用于后續(xù)機器生化處理。選用了5 家不同廠商的機器成肥設備處理餐廚垃圾（表1），A 組設備未添加菌劑，反應器內溫度可達110 ℃，為減量型設備；B 組、C 組、D 組及E 組設備均投加了微生物菌劑，處理溫度較低，可視為資源型設備，且除D 組處理周期為7 d，其他組均≤24 h。

表1 機器成肥設備的基本信息Table 1 Functional information of machine composting equipment

2.2 產(chǎn)物指標分析

2.2.1 取樣方法

為使所取樣品具有代表性，分別從3 個垃圾桶中各取50 kg 餐廚垃圾，充分混合，分取1 kg 作為初始餐廚垃圾。同時，取機器成肥設備正常出料后的第3～5 天（A 組、B 組、C 組及E 組）和第8～10 天（D 組）的物料用于理化性質分析。每臺設備的取樣量為5 kg，間隔時間為2 d，共取樣兩次，充分混合后，取其中的2 kg 作為該臺設備的待測樣品。按照類別，劃分為基本理化指標（含水率、有機質、pH、營養(yǎng)物質、氯離子、機械雜物及重金屬）、無害化指標（雜草種子活性、糞大腸菌群及蛔蟲卵死亡率）及腐熟度指標（種子發(fā)芽指數(shù)、好氧呼吸指數(shù)）。同時，機器成肥設備的“三廢”（噪聲、廢氣、廢水）排放狀況也被評估。所有指標平行測試3 次，測試方法如下所述。

2.2.2 指標測試方法

含水率按照GB/T 8576—2010 復混肥料中游離水含量的測定真空烘箱法進行測定，即在105 ℃條件下將物料烘干至恒質量。有機質采用重鉻酸鉀容量法測定。pH 按照水土比為10∶1 方法測定。營養(yǎng)元素（NPK）、雜草種子活性、GI 及機械雜物按照NY/T 525—2021 的方法測定。氯離子含量按照GB/T 15063—2020 復合肥料的方法測定。重金屬按照NY/T 1978—2010 肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻含量的測定進行測試。糞大腸菌群數(shù)和蛔蟲卵死亡率分別按照GB/T 19524.1—2004 肥料中糞大腸菌群的測定和GB/T 19524.2—2004 肥料中蛔蟲卵死亡率的測定進行測試。好氧呼吸指數(shù)（RA4）根據(jù)DB31/T 1208—2020 濕垃圾處理殘余物的生物穩(wěn)定性評價方法進行測定。

臭氣濃度的測定方法為GB/T 14675—1993 空氣質量惡臭的測定三點比較式臭袋法，監(jiān)測點位于設備的排氣筒出口處。噪聲監(jiān)測測定方法則依據(jù)GB 12348—2008 工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準，監(jiān)測點位于處理間。廢水水質檢測指標包括pH、化學需氧量（COD）、懸浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮、總磷和動植物油，針對各項的測定依據(jù)分別為：HJ 1147—2020 水質pH值的測定電極法、HJ 828—2017 水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法、GB/T 11901—1989 水質懸浮物的測定重量法、HJ 505—2009 水質五日生化需氧量（BOD5）的測定 稀釋與接種法、HJ 535—2009 水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法、GB/T 11893—1989 水質 總磷的測定鉬酸銨分光光度法和HJ 637—2018 水質石油類和動植物油類的測定紅外分光光度法。

2.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS（10.0）軟件，通過單因素方差分析（ANOVA）對同一指標不同處理組進行顯著性差異分析，顯著性水平定義為p＜0.05。

3 結果與討論

3.1 機器成肥產(chǎn)物性質

3.1.1 基本理化性質

由表2 可知，處理產(chǎn)物的含水率為1.9%～15.8%，有機質含量為60.6%～76.9%，營養(yǎng)成分（N+P2O5+K2O） 含量為4.6%～7.9%，均符合NY/T 525—2021 和GB/T 33891—2017 兩個標準的要求。較低的含水率和較高的有機質含量表明餐廚垃圾并未發(fā)生明顯的生物降解，僅僅是處理器內較高的溫度（60～110 ℃）加快水分的損失，這與畢峰等［5］關于農(nóng)村易腐垃圾機器成肥品質評估研究的結果類似。另外，各機器成肥產(chǎn)物中N 含量差異較大，與未添加菌劑組（A 組3.0%）相比，添加菌劑似乎提高了N 含量（B 組3.4%、C 組3.8%及E 組3.9%），而較長的處理時間則可能發(fā)生N 損失（D 組2.7%）。其他組的P 含量差異并不大（1.1%～2.5%），而C 組的含量最高（3.2%），這與其有機質損失最多有關［10］，可通過產(chǎn)物有機質含量最低（60.6%）看出。所有組的K 元素含量也并未呈現(xiàn)明顯差異（0.5%～0.8%）。

表2 機器成肥產(chǎn)物的基本理化性質Table 2 Physicochemical properties of the machine composting product

通常，廚余（易腐）垃圾源的堆肥腐熟產(chǎn)物pH 呈中性偏堿［11］，而處理產(chǎn)物的pH 為4.9～5.7，表明餐廚垃圾中有機物的生物降解產(chǎn)酸（如乙酸）活動依然在進行［12］，所有機器堆肥產(chǎn)物均未達到腐熟。有報道指出［5］，通過強化通風可平抑因基質厭氧造成的酸積累，特別是在堆肥的初期階段。餐廚垃圾及被處理后的產(chǎn)物在實際應用中氯離子是否超標備受關注［13］。由表2 可知，5 組處理產(chǎn)物的氯離子含量較低（1.1%～1.6%），均未超過GB/T 15063—2020 復合肥料中不同應用場景的最高限值（30%、15% 和3%）。事實上，餐廚垃圾原料的氯離子含量僅為1.7%，并且預處理階段的壓榨脫水也可能進一步降低原料中氯的含量。此外，有學者認為商品有機肥料中氯離子含量應控制在1%以下，如高于此限值，作物受害的風險會增加，因此應對有機肥的施用方法和施用量做出規(guī)定［14］。換言之，有關有機肥中氯離子含量的限定還需結合植物耐受力和受納土壤的特點來綜合判斷。

就重金屬而言，除了A 組和B 組的Cd 含量較高外（其原因可能是進料不均勻造成的），5 種重金屬的含量均在兩個標準的限值以下或未檢出（表3），符合農(nóng)用和園林綠化用基質對重金屬含量的要求，說明機器成肥產(chǎn)物不大可能出現(xiàn)重金屬超標的問題，這與其他學者［5,15］的研究結果一致。事實上，處理產(chǎn)物中重金屬含量主要由餐廚垃圾的性質所決定，這有別于含有高重金屬的畜禽糞便［16］。

表3 機器成肥產(chǎn)物中重金屬的含量Table 3 Content of heavy metals in the machine composting product

5 組機器成肥產(chǎn)物的雜草種子活性和糞大腸菌群數(shù)均未檢出，蛔蟲卵死亡率均為100%，滿足NY/T 525—2021 和GB/T 33891—2017 的要求（糞大腸菌群數(shù)≥0.01，蛔蟲卵死亡率≥95%），反映了機器成肥可實現(xiàn)餐廚垃圾的無害化。其原因主要是生物處理機內較高的溫度（60～110 ℃），致使雜草種子、大腸菌和蛔蟲卵快速被滅活。依據(jù)CJJ 52—2014 生活垃圾堆肥處理技術規(guī)范，堆肥的無害化要求是55 ℃持續(xù)5 d 以上，因此，機器成肥在24 h 內達到無害化是其技術的優(yōu)點。

3.1.2 腐熟度

參考DB31/T 1208—2020，RA4應當小于20 mg/g。如圖1 所示，本研究中B、C、D 及E 組的RA4等于或超過20 mg/g，最高達到70 mg/g，表明餐廚垃圾機器成肥產(chǎn)物還不穩(wěn)定甚至極不穩(wěn)定，尚未達到污染控制的標準，需進一步處理［17］。值得注意的是，A 組的RA4極低，其原因可能是反應器內高溫（110 ℃）導致了許多常、中溫微生物的死亡。這種超高溫堆肥工藝，實質上是對物料的烘干而已，因此，很難直接進行二次堆肥，如需啟動，則需要投加額外的接種物和操作成本。

圖1 機器成肥產(chǎn)物的腐熟度Figure 1 Maturity of the machine composting product

所有處理產(chǎn)物的GI 均小于10%，低于NY/T 525—2021 和GB/T 33891—2017 兩個標準的限值（分別為70% 和65%）。并且，種子發(fā)芽率也未達到《生物質廢物堆肥污染控制技術規(guī)范（征求意見稿）》的要求（≥70%），說明未腐熟的堆肥可能包含較多對種子發(fā)芽和植物生長有害的物質（如低分子量的有機酸、多酚等）［18］。綜上，無論是從RA4還是GI 來看，機器成肥配合功能菌種在24 h（甚至7 d）內很難將餐廚垃圾轉化為腐熟產(chǎn)物，故不能直接作為農(nóng)用有機肥料和綠化用有機基質使用，還需要進一步的堆肥。

3.1.3 機械雜物

由圖2 可知，除A 組外，其他組產(chǎn)物的機械雜物含量均超過NY/T 525—2021 與《生物質廢物堆肥污染控制技術規(guī)范（征求意見稿）》的要求（≤0.5%）。產(chǎn)物中肉眼可分辨的雜物包括金屬、織物、塑料等碎片。值得注意的是，塑料殘余物可能是垃圾分類不徹底導致的，并通過預處理破碎變成更小的碎片，而這些碎片也被證實很難在高溫堆肥過程中被降解［19］。本研究所得的雜物源自于4 mm 篩網(wǎng)的篩上物，并未分析篩下物中的雜物，尤其是其中的微塑料（即尺寸＜5 mm 的塑料碎片）。最近的研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村易腐垃圾好氧堆肥產(chǎn)物也是微塑料（種類以聚酯、聚乙烯和聚丙烯為主）的重要載體［19］，如產(chǎn)物施用于農(nóng)用土壤或者園林土壤，可能會改變土壤的生物化學性質，甚至影響動、植物的生長［7,20］?？紤]到微塑料的環(huán)境危害，應該在前段垃圾分類階段盡可能減少塑料類雜物混入餐廚（易腐）垃圾中，同時還需加強預處理階段塑料類雜物的分選和產(chǎn)物中雜物的篩分。

圖2 機器成肥產(chǎn)物中的機械雜物含量Figure 2 Content of impurity substances in the machine composting product

3.2 污染物排放狀況

由表4 可知，機器成肥設備的噪聲測定值為59～68 dB，且波動不大，基本符合GB 3096—2008聲環(huán)境質量標準的要求。而臭氣濃度波動較大（18～676），并非完全低于GB 14554—1993 惡臭污染物排放標準的臭氣限值。值得注意的是，B 組盡管也采取了噴淋塔和活性炭吸附集成技術來處理尾氣，臭氣排放濃度仍高過三級標準10 倍以上。對臭氣的去除效果不佳，推測是廢氣處理技術或管理存在問題。

表4 機器成肥設備臭氣排放濃度及噪聲監(jiān)測結果Table 4 Results of odor concentration and noise monitored from the machine composting equipment

就廢水指標而言，A 組水質指標均達到了GB/T 31962—2015 污水排入城鎮(zhèn)下水道水質指標的要求（B 級），故在研究所在區(qū)內可納管排放。B 組、C 組、D 組和E 組的水質指標，如COD、SS、BOD5、氨氮、總磷及動植物油，存在不同程度的超標，特別是E 組的6 個水質指標（除pH）均超過標準限值的數(shù)倍至數(shù)百倍（表5）。因此，這些設備的廢水均不符合納管排放的要求。就廢水處理方法而言，A 組采用的是SBR 處理工藝，處理效果佳，而B 組和D 組未采取任何處理措施，C組的生物法處理效果同樣不達標。綜上所述，機器成肥的主要二次污染問題為臭氣和廢水，且當前采用的污染控制措施效果不佳，需優(yōu)化。

表5 機器成肥設備所排廢水的特性Table 5 Properties of wastewater discharged from the machine composting equipment

4 結論

機器成肥是一種能耗較高的餐廚（易腐）垃圾處理技術，但被證實尚未達到資源化的要求。機器成肥產(chǎn)物含水率極低，意味著該技術的減量化效果顯著，更適合于經(jīng)濟條件好但空間有限的區(qū)域。采用5 種處理方法于24 h 或7 d 內獲得的機器成肥產(chǎn)物均未達到標準規(guī)定的腐熟度和生物穩(wěn)定性，因此，需二次堆肥后才可作為農(nóng)用有機肥料或者綠化用有機基質。氯離子和重金屬超標現(xiàn)象幾乎不存在，而機械雜物含量普遍超標，或對未來該技術的發(fā)展構成挑戰(zhàn)，需加強預處理階段的雜物分揀和產(chǎn)物的篩分，盡可能減少處理產(chǎn)物中雜物（特別是塑料類）的殘留。除噪聲外，餐廚垃圾機器成肥產(chǎn)生的廢水、廢氣幾乎都未達到污染物的排放標準，需優(yōu)化相關污染控制技術并加強管理。