李永濤，曾慶東，謝宗藝，鄭文漢，羅喬軍

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510630；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510630；3.廣州市城市管理技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510170；4.廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開(kāi)發(fā)有限公司，廣東 廣州 510555）

0 引言

農(nóng)村有機(jī)垃圾是農(nóng)村居民在日常生活中或?yàn)槿粘Ｉ罘?wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的有機(jī)固體廢物，主要由剩菜、剩飯、菜葉、秸稈等組成[1]。2023 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部一號(hào)文提出了整治提升農(nóng)村人居環(huán)境，扎實(shí)開(kāi)展農(nóng)村人居環(huán)境整治提升五年行動(dòng)，整體提升村容村貌，促進(jìn)糞污、有機(jī)廢棄物就近就地資源化利用[2]。2021 年施行的《廣東省城鄉(xiāng)生活垃圾管理?xiàng)l例》規(guī)定了對(duì)農(nóng)村有機(jī)垃圾的處理應(yīng)按照農(nóng)業(yè)廢棄物資源化的要求，采取污染防治措施后，采用生化處理技術(shù)等就近就地處理[3]。2020 年修訂的《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》中將生活垃圾分類制度寫入法律，并要求各級(jí)政府規(guī)劃建設(shè)城鄉(xiāng)生活垃圾分類、收集、貯存、運(yùn)輸和處置系統(tǒng)，促進(jìn)農(nóng)村生活垃圾分類制度的建立。美麗鄉(xiāng)村建設(shè)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要工程，而探討適用的農(nóng)村有機(jī)垃圾處理方式方法是建設(shè)美麗鄉(xiāng)村、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的重要途徑。

1 農(nóng)村有機(jī)垃圾處理的主要方式

農(nóng)村有機(jī)垃圾處理方式與生活垃圾處理方式趨同，主要有分散式家庭處理方式、城鄉(xiāng)一體化處理方式和就近集中處理方式[4]。

1.1 分散式家庭處理

分散式家庭處理是以家庭為單位，將有機(jī)垃圾從生活垃圾中分出后進(jìn)行堆肥等資源化處理的方法。該模式適用于地區(qū)偏遠(yuǎn)、布局分散且規(guī)模較小的農(nóng)村地區(qū)，該模式雖普遍適用，但是要求村民具有良好的垃圾分類意識(shí)。另外，有機(jī)垃圾若僅憑家庭個(gè)人經(jīng)驗(yàn)處理，可能會(huì)導(dǎo)致二次污染。

1.2 城鄉(xiāng)一體化處理

城鄉(xiāng)一體化處理是將農(nóng)村產(chǎn)生的垃圾收集運(yùn)輸至臨近城市垃圾處理點(diǎn)進(jìn)行處理，即“村收集、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）轉(zhuǎn)運(yùn)、縣（市）處理”[5]，其核心優(yōu)勢(shì)在于充分利用城市現(xiàn)有的成熟處理設(shè)施和技術(shù)，避免了冗余建設(shè)和資源浪費(fèi)。這種方式尤其適用于臨近城市、交通運(yùn)輸條件具備的農(nóng)村地區(qū)。但缺點(diǎn)也非常突出：垃圾運(yùn)輸成本通常占總成本的60%以上，經(jīng)濟(jì)效益不明顯[6]。

1.3 就近集中處理

就近集中處理是將村內(nèi)或臨近幾個(gè)村的有機(jī)垃圾統(tǒng)一收集，再送往就近的設(shè)施場(chǎng)地（填埋、堆肥等）進(jìn)行處理。該方式適用于規(guī)模較小、近鄰村較多、運(yùn)輸至城市垃圾處理點(diǎn)不便或運(yùn)費(fèi)高的農(nóng)村[7]。該方式成本低、運(yùn)輸便捷、可根據(jù)農(nóng)村條件因地制宜，操作簡(jiǎn)單易管理，但簡(jiǎn)易堆肥和填埋可能導(dǎo)致二次污染。

2 適用于農(nóng)村有機(jī)垃圾處理的技術(shù)

2.1 填埋處理

填埋處理是目前我國(guó)農(nóng)村主要的有機(jī)垃圾處理方式之一，農(nóng)村有機(jī)垃圾含有易降解成分，填埋后能夠迅速穩(wěn)定，有利于填埋場(chǎng)地的再利用，操作簡(jiǎn)單，因而被廣泛采用[6]。然而，這種方法面臨一些挑戰(zhàn)，由于農(nóng)村有機(jī)垃圾含水量較高，導(dǎo)致滲濾液增多，加大了處理難度和成本投入。另外，這種處理方式導(dǎo)致農(nóng)村有機(jī)垃圾中的大部分養(yǎng)分價(jià)值喪失，碳轉(zhuǎn)化為沼氣，其中約66%可重新用作燃料，但剩余的34%會(huì)釋放到大氣中，其帶來(lái)的溫室氣體效應(yīng)是二氧化碳的25 倍左右。因此，有機(jī)垃圾填埋率正在逐漸下降，一些國(guó)家填埋場(chǎng)已經(jīng)禁止有機(jī)垃圾進(jìn)入，例如韓國(guó)自2005 年起開(kāi)始了這項(xiàng)措施[8]。

2.2 焚燒處理

焚燒處理是一種高效的有機(jī)垃圾處理方式，最終產(chǎn)生較少處理殘余物，這使其成為一種可行的垃圾處理模式。焚燒過(guò)程在專用的焚燒爐中進(jìn)行，具有較高的熱效率，產(chǎn)生的熱能可以有效轉(zhuǎn)化成蒸汽或電能，有助于能源回收。然而，有機(jī)垃圾本身含水率高和熱值低的特點(diǎn)使得該模式不得不添加輔助燃燒劑來(lái)維持焚燒過(guò)程[9]；有機(jī)垃圾的脫水過(guò)程需要大量的能源投入將垃圾中的水分降至可接受的水平，同時(shí)需要購(gòu)置額外的配套設(shè)備處理焚燒產(chǎn)生的廢氣使其達(dá)到排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，這無(wú)疑增加了處理成本、投資成本和運(yùn)營(yíng)成本。因此，盡管焚燒處理有機(jī)垃圾效率較高，但上述因素限制了焚燒處理在農(nóng)村有機(jī)垃圾處理中的廣泛應(yīng)用。

2.3 厭氧發(fā)酵

厭氧發(fā)酵處理技術(shù)通過(guò)將有機(jī)垃圾用作發(fā)酵原料，在無(wú)氧條件下經(jīng)歷水解、酸化、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷等階段，最終產(chǎn)出沼氣作為主要產(chǎn)品[10]。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是占地面積較小、操作較簡(jiǎn)單、建設(shè)和運(yùn)行成本較低，對(duì)于資源有限的農(nóng)村地區(qū)來(lái)說(shuō)尤顯重要。此外，這項(xiàng)技術(shù)可以生產(chǎn)清潔能源——沼氣，沼渣和沼液也可以綜合利用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，形成了垃圾到能源再到農(nóng)業(yè)的循環(huán)利用鏈。但該技術(shù)也存在一些不足：沼氣作為易燃易爆的氣體需要謹(jǐn)慎管理，否則可能引發(fā)安全事故；同時(shí)，如果未妥善處理產(chǎn)生的沼渣和沼液，也會(huì)導(dǎo)致二次污染。

2.4 好氧堆肥

好氧堆肥是在有氧條件下，利用微生物的酶將固態(tài)有機(jī)物分解為可溶性有機(jī)物，再由微生物進(jìn)行新陳代謝，最終轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，形成有機(jī)肥料的一種有機(jī)垃圾處理技術(shù)。該技術(shù)實(shí)施過(guò)程中有助于減少垃圾體積，降低有機(jī)垃圾的環(huán)境影響，同時(shí)產(chǎn)生有機(jī)肥料，用于改善土壤質(zhì)量。好氧堆肥技術(shù)包括堆肥前處理、主次發(fā)酵、堆肥后處理等步驟。堆肥前處理對(duì)有機(jī)垃圾進(jìn)行分類分篩、破碎脫水等操作，以減少不易降解的成分和降低含水率。主次發(fā)酵階段一般持續(xù)24～32 天，期間大部分有機(jī)物得到分解和轉(zhuǎn)化，生成腐殖物質(zhì)和氨基酸。后處理階段中臭氣控制是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，通常采用洗滌器、吸附和除臭劑等工藝來(lái)降低臭味排放。

該項(xiàng)技術(shù)建設(shè)投資和運(yùn)行成本較低，通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，垃圾中的有機(jī)物可以得到高效分解，病原體得到有效消滅。同時(shí)，堆肥產(chǎn)物可用于改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村有機(jī)生活垃圾的資源化利用和循環(huán)利用。好氧堆肥技術(shù)不足之處在于堆肥場(chǎng)需要占用較大的土地，選址相對(duì)困難，尤其在城市周邊地區(qū)，進(jìn)料、分選和堆漚等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的氣味難以控制，需要額外的設(shè)備和成本。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者開(kāi)展了堆肥技術(shù)改進(jìn)的研究，引入和研發(fā)了現(xiàn)代化好氧堆肥技術(shù)裝備，如生態(tài)箱等。

3 適用于農(nóng)村有機(jī)垃圾就近處理的方案探討

3.1 方案探討與選擇

就目前而言，我國(guó)農(nóng)村整體呈人口分散、道路條件不佳等特點(diǎn)。農(nóng)村地區(qū)的人口通常分散在廣大的地域內(nèi)，住宅相對(duì)較遠(yuǎn)，這導(dǎo)致了垃圾收集的物理距離較大，需要更多的時(shí)間和資源來(lái)運(yùn)輸垃圾。農(nóng)村地區(qū)的道路條件不佳，道路較為狹窄、不平整，甚至未鋪設(shè)瀝青路面，這增加了垃圾運(yùn)輸車輛的維護(hù)成本和運(yùn)輸時(shí)間。同時(shí)農(nóng)村有機(jī)垃圾處理現(xiàn)況缺乏規(guī)模經(jīng)濟(jì)，城市地區(qū)通?？梢砸揽看笠?guī)模垃圾處理設(shè)施和高效的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)來(lái)降低垃圾處理成本，但在農(nóng)村地區(qū)，由于垃圾量較小，很難實(shí)現(xiàn)相同的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)于人口分散、道路條件不佳的農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)村有機(jī)垃圾處理方式主要以就近集中處理為主。

目前我國(guó)生活垃圾主要采用填埋和焚燒處理方式，然而，這2 種方式都存在嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源回收效率低等問(wèn)題。因此，全球范圍內(nèi)越來(lái)越多的國(guó)家不鼓勵(lì)采用填埋和焚燒處理有機(jī)垃圾，而將資源化處理方式視為最受歡迎的方法。《中國(guó)“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》提出繼續(xù)完善垃圾分類體系，并計(jì)劃到2025 年底實(shí)現(xiàn)將全國(guó)城市生活垃圾60%左右的資源化率。因此，在選擇農(nóng)村有機(jī)垃圾處理方案時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮厭氧發(fā)酵和好氧堆肥這2 種資源化處理方式[11]。這2 種方法均具有良好的資源化屬性，可以在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面相互補(bǔ)充。

2021 年5 月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布了有機(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 525—2021），將有機(jī)垃圾和沼渣/液納入生產(chǎn)商品有機(jī)肥的評(píng)估類原料，這極大推動(dòng)了有機(jī)垃圾好氧堆肥市場(chǎng)的發(fā)展。與厭氧發(fā)酵相比，好氧堆肥更注重降低運(yùn)行成本、縮短堆肥周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少臭氣和溫室氣體排放、降低二次污染風(fēng)險(xiǎn)，適用于中小規(guī)模有機(jī)垃圾的源頭減量和分散式處理[12]。因此，將就近集中處理模式與好氧堆肥技術(shù)相結(jié)合，是現(xiàn)階段農(nóng)村有機(jī)垃圾處理較有前景的方案。

3.2 基于就近集中處理的生態(tài)堆肥箱

基于就近集中處理模式的好氧堆肥處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了生態(tài)堆肥箱，外觀如圖1 所示。

圖1 生態(tài)堆肥箱

生態(tài)堆肥箱的有機(jī)垃圾處理工藝流程如圖2 所示，先將農(nóng)村有機(jī)垃圾進(jìn)行分類收集，經(jīng)初步剔除大塊垃圾、塑料等雜質(zhì)后投入生態(tài)箱中，待有機(jī)垃圾在生態(tài)箱中靜態(tài)發(fā)酵1 個(gè)月，可利用太陽(yáng)能對(duì)生態(tài)箱進(jìn)行通氣使有機(jī)垃圾更好發(fā)酵，期間產(chǎn)生的發(fā)酵水自動(dòng)收集到預(yù)埋的發(fā)酵池中，經(jīng)好氧、厭氧、沉渣后，發(fā)酵水大部分有機(jī)質(zhì)分解變澄清，可排入當(dāng)?shù)嘏潘疁匣蛴糜诰G化澆灌。

圖2 生態(tài)處理箱有機(jī)垃圾處理工藝流程

生態(tài)堆肥箱主要由密封式堆肥箱體、曝氣系統(tǒng)、滲濾液收集處理裝置、尾氣除臭系統(tǒng)等模塊組成，工作示意圖如圖3 所示。

圖3 生態(tài)堆肥箱工作示意圖

密封式堆肥箱體：箱體外部為一體式密封箱體，內(nèi)部由沖孔板作為內(nèi)襯并分為左、右2 個(gè)倉(cāng)體，每個(gè)倉(cāng)容積1 m3，可以投入700～800 kg 有機(jī)垃圾+輔料。以每天20 kg 計(jì)，投滿1 倉(cāng)約需30 天。當(dāng)左倉(cāng)滿料后即停止投料，物料轉(zhuǎn)投右倉(cāng)。當(dāng)右倉(cāng)滿料后，左倉(cāng)有機(jī)垃圾已經(jīng)完成發(fā)酵，可以清出作為肥料施用，后續(xù)操作依此循環(huán)。

曝氣和尾氣除臭系統(tǒng)：倉(cāng)體底部布置有曝氣結(jié)構(gòu)，通過(guò)旋渦中壓風(fēng)機(jī)向倉(cāng)體內(nèi)部的物料注入空氣，以保證內(nèi)部物料好氧發(fā)酵順利進(jìn)行。曝氣系統(tǒng)送入的空氣在箱體內(nèi)部物料的好氧發(fā)酵過(guò)程中，產(chǎn)生了由水蒸氣、氨氣、硫化氫等成分組成的發(fā)酵廢氣，廢氣在內(nèi)外壓差的作用下經(jīng)過(guò)箱體頂部的管道排入由過(guò)濾填料組成的尾氣處理系統(tǒng)。由于有機(jī)垃圾收集投放及時(shí)且靜態(tài)好氧發(fā)酵工藝尾氣量少、濃度低，經(jīng)過(guò)處理后基本可實(shí)現(xiàn)無(wú)臭排放。

滲濾液收集處理裝置：發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液通過(guò)內(nèi)襯沖孔板孔隙流出，收集至生態(tài)堆肥箱外部的處理池，添加專用的液體肥發(fā)酵菌劑將其制成液體有機(jī)肥。

生態(tài)堆肥箱能有效減少臭味并抑制細(xì)菌和其它病原體的滋長(zhǎng)。經(jīng)生態(tài)堆肥箱物處理的有機(jī)材料，無(wú)論是完整處理還是部分處理，都可以作為有機(jī)堆肥或原料，并進(jìn)一步制成土壤調(diào)理劑、有機(jī)肥料等有機(jī)產(chǎn)品。

4 結(jié)論與展望

農(nóng)村有機(jī)垃圾妥善處理是推動(dòng)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，提升農(nóng)村人居環(huán)境的重要組成部分，需要綜合考慮地方特點(diǎn)和可行性。生態(tài)堆肥箱是一種高效、環(huán)保的農(nóng)村有機(jī)垃圾處理設(shè)備，它將農(nóng)村有機(jī)垃圾在源頭進(jìn)行分類和處理，能夠迅速將有機(jī)垃圾轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的有機(jī)肥料。這不僅減少了有機(jī)垃圾進(jìn)入填埋場(chǎng)或焚燒廠的數(shù)量，降低了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，還提供了一種寶貴的資源回收途徑。通過(guò)好氧堆肥生態(tài)箱，有機(jī)垃圾在農(nóng)村地區(qū)得到了充分利用，最終轉(zhuǎn)化成有機(jī)肥，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

針對(duì)目前的使用情況，好氧堆肥技術(shù)還需要進(jìn)一步的提升，同時(shí)完善設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)，提高好氧堆肥生態(tài)箱的處理效率、降低臭氣排放量，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)農(nóng)村的綠色可持續(xù)發(fā)展助力。