农村生活垃圾堆肥应用现状及堆肥技术案例分析.pdf

4 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期第 50 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.50 No.8Aug.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY0 引 言农村生活垃圾处理是农村居民最基本的民生需求，其处理水平事关广大农民的根本福祉1。我国农村生活垃圾处理面临起步晚、基础差、管理体系不健全、现状情况掌握不全面、相对分散、处理成本高、农村适用的小型化生活垃圾处理技术支撑不足等突出问题，是我国城乡生态环境保护中较为薄弱的环节之一。目前我国农村生活垃圾处理技术主要是填埋、堆肥、焚烧、厌氧消化等，其中堆肥是当前垃圾就地处理中应用最多的技术。开展农村生活垃圾分类的地区大部分都采用了各种形式的堆肥技术。为更好地因地制宜推广应用堆肥技术，本文对现有农村生活垃圾堆肥项目进行调研，总结各类堆肥技术应用现状及其特点，并提出适用条件及区域对策建议。1 农村生活垃圾概述1.1 定义与特征农村生活垃圾是指农村居民在日常生活中及为其日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃 科技政策与战略研究农村生活垃圾堆肥应用现状及堆肥技术案例分析 伏 凯1，2，童 琳2，郭 楠1，2，宋 薇1，2，张 媛1，2（1.中国城市建设研究院有限公司 北京 100120；2.住建部环境卫生工程技术研究中心 北京 100120）摘 要：农村生活垃圾处理是我国城乡环境治理中的薄弱环节，也是新阶段垃圾分类推行和“无废城市”建设的重点攻坚方向。堆肥则是当前我国农村生活垃圾中易腐垃圾处理的主要应用技术。通过分析我国农村生活垃圾堆肥技术应用现状，结合典型案例调研，阐述了当前我国农村在堆肥技术应用、建设投资与运行成本、试用推广条件方面的特性，并在此基础上提出未来应用发展的措施建议。关键词：农村生活垃圾 堆肥 易腐垃圾 小型化应用中图分类号：X799 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）08-0004-05Analysis on Current Application Status and Composting Technology Cases of Rural Domestic Waste Composting FU Kai1，2，TONG Lin1，2，GUO Nan1，2，SONG Wei1，2，ZHANG Yuan1，2（1.China Urban Construction Design&Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100120，China；2.Environmental Sanitation Engineering Technology Research Center，Ministry of Housing and Urban-Rural Development，Beijing 100120，China）Abstract：Rural domestic waste treatment is a weak link in China s urban and rural environmental governance，and also a key direction for the implementation of waste classification and the construction of“waste free cities”in the new stage.Composting is the main application technology of perishable waste disposal in rural domestic waste in China.Through investigation and analysis of the current situation of the application of composting technology in rural areas in China，combined with typical case studies，the characteristics of current composting technology application，construction investment and operating costs，trial and promotion conditions in rural areas of China are elaborated，on this basis，the measures and suggestions for the future application and development are proposed.Key words：rural domestic waste；compost；perishable waste；small-scale application基金项目：国家重点研发计划项目“村镇生活垃圾高值化利用与二次污染控制技术装备”（2018YFD1100600）。收稿日期：2023-08-02 5 2023 年 8 月物2，主要有厨余垃圾、植物残体、塑料、废纸、纸壳、酒瓶、废电池、农药瓶等3，不包括农村建筑垃圾与农业废弃物5。李清飞等6认为其中有机物占比为60%70%；何品晶等8研究表明易腐有机垃圾一般占 40%50%，厨余垃圾、植物残体等有机垃圾可通过生物技术制成堆肥，作为农村地区植物、农作物生长的有机肥料9。农村生活垃圾与城市生活垃圾构成相近，且具有明显的区域和季节特征，与地方的经济发展水平、生活方式、基础设施建设情况等都具有相关性3。农村生活垃圾产生量目前尚无官方公开数据，通常利用人均产生量法估算。靳琪等10研究发现，农村生活垃圾产生量的地区差异性大，约为 0.038.50 kg/（人 d）。各地区垃圾产生量范围相差较大，均值由东部到东北地区逐渐降低。何品晶等8的研究发现，北方人均产生量为 0.88 kg/d，扣除秋冬季败枝落叶和取暖灰渣等季节性组分影响后平均为 0.29 kg/d，与南方农村接近。聂二旗等11的研究显示，我国农村生活垃圾人均产生量呈现南高北低、东高西低的特点。总体来说，农村生活垃圾产生量的主要影响因素是经济条件，经济条件好的地区消费水平高、农民经济条件优越，有能力购买更多加工食品和包装物品，垃圾产生量也随之增多，当前我国农村生活垃圾人均产生量介于0.291.50 kg/d之间。1.2 农村生活垃圾堆肥处理技术经统计数据和调研分析总结，全国农村生活垃圾无害化处理以卫生填埋为主，占比 39.3%；其次是焚烧，占比 13.9%；堆肥等其他无害化处理技术约占1.0%。此外，已经进行村庄内垃圾收集外运，实现了有效治理，但采用简易处理（如简易填埋和非正规焚烧等）的约占比 36.1%；还有部分收运系统未覆盖到的，以及自行进行露天堆放、露天焚烧或投入水体等未能明确去向的其他方式，占比约 9.7%。采用堆肥处理技术的主要集中在浙江、上海、北京、天津 4 个垃圾分类工作开展较好的省市。堆肥处理技术一般有以下 3 种类型：阳光辅助好氧堆肥（阳光堆肥房），厨余垃圾放置在密闭阳光房中，利用太阳能采光板辅助加温实现腐熟，根据规模不同，又分为 23 仓阳光堆肥房和 45 仓及以上阳光堆肥房；机械堆肥，将厨余垃圾破碎、脱水后投入到反应器内，控制通风、温度等条件实现快速成肥；简易堆肥技术，一般不采用强制通风和翻堆方法，在较长周期内可实现厨余垃圾的腐熟，熟化后可供土壤改良或家肥使用。2 农村生活垃圾堆肥现状分析2.1 堆肥处理技术应用水平低2.1.1 全国农村垃圾堆肥处理量少根据城乡建设统计信息管理系统中农村生活垃圾数据与中国城乡建设统计年鉴中的城镇生活垃圾数据，虽然农村生活垃圾进行无害化处理的村庄比例由 2011 年的 6.6%提高到 2020 年的 54.2%（年增速维持在 26%左右），尤其是 2018 年开始实施人居环境整治行动方案后的 3 年，提高了接近 20%，但从全国农村生活垃圾处理量来看，堆肥处理占比不超过1.0%，无害化、资源化利用水平低。2.1.2 经济发达地区堆肥处理地区不平衡浙江、上海、北京、天津均是我国经济实力较强且垃圾分类成效显著的省市。这些地区具有较好的基础和条件用以实施农村生活垃圾分类和厨余垃圾处理。全国多数农村地区垃圾分类工作的滞后极大程度影响了后端堆肥处理技术的应用。2.1.3 堆肥处理设施建设滞后虽然近些年随着乡村振兴的逐步发展，农村生活垃圾治理设施建设逐渐得到改善，但由于区域发展不平衡、经济水平差距大、规划设计不到位等原因，堆肥处理设施建设仍不理想。2.1.4 缺乏健全的政策机制农村地区的生活垃圾治理相关制度、人财物支撑机制不健全，导致基层管理困难，设施建设工作缓慢，缺乏专业的管理人员来监管维护设备运行。2.2 堆肥技术成功案例虽然目前农村生活垃圾堆肥应用仍存在较多问题，但也有经济较好地区开展了相应的工作，值得学习借鉴。2.2.1 阳光辅助好氧堆肥技术典型案例该调研项目位于浙江平原地区某镇，总占地面积约 1 375 m2，厨余垃圾处理能力 8 t/d，覆盖 18 个行政村，服务人口 5.9 万人。该项目采用好氧堆肥技术，为第三代阳光房技术。该技术主要工艺流程为：垃圾进站后首先进入预处理单元，通过人工分拣手段将混合在易腐垃圾中的砖块、塑料、玻璃等不易腐烂垃圾拣出，再将易腐垃圾进行破碎压榨，控制垃圾的含水率在 60%70%。预处理后的垃圾用铲车运送至好氧堆肥仓内进行堆肥，通过微生物接种、多通道通风、阶段翻堆、温湿度控制等方式确保堆体环境适宜各时期微生物生长，以实现垃圾的快速腐熟12。腐熟后的堆肥产物经检测相关指 伏凯等：农村生活垃圾堆肥应用现状及堆肥技术案例分析 6 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期标：水分检测值为 15%（标准要求30%），酸碱度检测值为 8.24（标准要求 5.58.5），总养分检测值为 5.33%（标准要求4.0%），有机质检测值为 46%（标准要求30%），蛔虫卵死亡率 100%（标准要求95%）。堆肥产物通常都能达到有机肥料（NY/T 5252021）13标准要求。但在二次污染控制方面，该项目未对渗滤液进行有效处理。2.2.2 机械堆肥典型案例该调研项目位于浙江省平原地区某镇，设计日处理量为 20 t/d，负责全镇厨余垃圾处理，服务人口7.2 万，2019 年 10 月投产运行。该技术实质为具有加热、保温和搅拌功能的完全混合式机械堆肥装置。通过破碎、高温发酵，快速处置农村易腐生活垃圾，以实现快速成肥，减量化、资源化明显，一般减量化可达到 80%以上。其工艺分为预处理和好氧发酵。预处理：农村生活垃圾首先自动提升垃圾分拣台，经固液分离工序，再传输至破碎和螺旋挤压脱水装置进行压榨，以降低含水率，然后进入好氧发酵处理流程。好氧发酵：主体构造为配置搅拌桨叶的卧式筒体，筒体通过壁面加热使处理原料维持在指定温度（通常在 5060），热源一般为电能，筒体内配有引风装置，配合桨叶搅拌对堆肥物料进行通风供氧。腐熟产物经除杂调质后的堆肥产品主要指标中水分检 测 值 为 10%（标 准 要 求30%），酸 碱 度 检 测值 8.24（标准要求 5.58.5），总养分检测值 7.33%（标准要求4.0%），有机质检测值为 67%（标准要求30%），蛔虫卵死亡率 100%（标准要求95%），产品基本达到有机肥料（NY/T 5252021）标准要求。因当地葡萄产业发达，将其用作葡萄栽培基质实现了高值化利用。同样的，该项目未设置渗滤液处理设施，直接将其排放至污水管道。2.2.3 小型沤肥技术本研究跟踪项目位于安徽省某平原地区农村，每村设置 1 处可腐烂垃圾堆肥垄，堆肥产物通常农户自用或就地就近作覆盖土。该类简易堆肥设施无渗滤液处理设施和除臭系统，每建设一座沤肥点占地约 52 m2，投入 1.74.3 万元。小规模堆肥也沿用传统农业废物制农家肥的沤肥工艺。沤肥方法不强调完全有氧，一般不采用强制通风和翻堆方法，通过强化自然通风方法使堆肥环境处于兼氧状态（氧浓度大于 1%，不产生沼气），通过简化工艺条件，在相对较长的堆肥周期内可达到与好氧堆肥相近的处理效果。3 农村生活垃圾堆肥处理特性分析3.1 技术特征分析3.1.1 分类质量对产物质量的影响堆肥技术应用的前提是垃圾分类推行情况。目前我国农村地区开始垃圾分类，成效较好的地区主要集中在农村垃圾分类与资源化利用示范县和东部部分经济条件较好的地区。总体来看，目前取得成效的地区相对较少，限制了堆肥处理技术的应用。3.1.2 处理规模对设施类型的影响以阳光辅助好氧堆肥技术为例，根据规模不同，可建设23仓阳光堆肥房与45仓阳光堆肥房2种类型。1 间堆肥仓堆放一年的生活垃圾出料量约为 3 t，预计一年投入的新鲜生活垃圾量约为 5 t，产生生活垃圾渗滤液约为 1.8 t，平均每个月产生生活垃圾渗滤液约为 150 kg，设计按单个堆肥仓配置 0.5 m3容量以上的标准配建生活垃圾渗滤液预处理池或较大（1 m3容量以上）的渗滤液收集池，以保证渗滤液后期得到综合利用。2 仓与 3 仓阳光堆肥房：这一类阳光堆肥房一般为单村独建，主要分布在位置相对偏僻的位置，周边往往有充足的场地可供使用，但是场地接电不方便，仓内可堆放的可腐烂垃圾数量有限，阳光堆肥房投料操作人员也相对较少。4 仓与 5 仓阳光堆肥房：这一类阳光堆肥房往往是多村联建的普通阳光房模式。经厨余垃圾预处理设施撕碎和压榨处理后，垃圾粒径均一，内部空隙率明显降低，含水率控制在 65%左右。投加特定比例的菌剂，增加曝气系统和废气收集处理系统，提高有机肥料质量，缩短发酵时间至 1530 d。技术上堆肥发酵过程要符合生活垃圾堆肥处理技术规范（CJJ 522014）14无害化要求，产出物或有机肥要定期送专业机构抽检，需符合生物有机肥（NY 5252012）15要求；产生污水可纳管处理的，需达到污水排入城镇下水道水质标准（GB/T 319622015）16预处理要求；若直接排放，则需达到农村生活污水处理设施水污染排放标准（DB 33/9732015）17。3.1.3 温度条件与氧含量的影响温度条件是影响堆肥技术应用的主要外部因素。好氧堆肥实施工艺条件：堆体温度要大于 55、持续时间不小于 5 d才能杀灭致病微生物、有害生物卵和杂草种子，实现无害化；堆体中保持一定的氧含量（氧浓度大于 8%），可通过强制通风和翻堆方法 7 2023 年 8 月 伏凯等：农村生活垃圾堆肥应用现状及堆肥技术案例分析参考文献中共中央办公厅，国务院办公厅.农村人居环境整治提升五年行动方案（20212025 年）EB/OL.（2021-12-05)2022-02-19.http:/ 1 个月可完成的处理需要 6 个月以上乃至年余的反应时间。3.1.4 堆肥质量要求与土地施用的影响堆肥产物利用方式可分为农用与非农用两类。农用主要是作为肥料（或原料）施用于农田；非农用主要是林地、草地、土地改良等用途。农用肥料时，需达到有机肥料（NY 5252021）标准要求；非农用时，不破坏土壤结构，不影响植物生长，不会产生长期环境安全性问题。根据堆肥产物组成的相关分析，普遍具有养分含量较低、盐分含量高、杂质含量较高、组成有一定波动性的特点，要达到农用标准，需要进行除杂后处理、调整C/N、增加营养性物质等措施。非农用时，对堆肥产物质量要求相对较宽。3.2 建设投资与运行成本依据上述工艺的代表工程案例，成本分析的结果见表1。主要费用包括人工费与设备运行费用，10 t/d及以下处理规模的处理费用约为 155240 元/t。堆肥工艺主要运用在城镇，通常费用在 100200 元/t，可见，堆肥技术小型化应用时，处理费用会增长 1.3 倍。表 1 堆肥处理设施建设与运行费用估算Tab.1 Construction and operation cost estimation of compost treatment facilities设施类型处理能力（t/d）建设费用（万元/吨）运行费用（元/吨）总费用（元/吨）土建 设备菌剂+灭蝇二次污控电费人工费简易堆肥0.55/5单村阳光房 0.510305503030155联村阳光房1 520205254040150机械堆肥2 10257053070402403.3 适用条件分析堆肥技术是适合于农村厨余垃圾的处理方式，不论是简易的堆肥设施、阳光堆肥房，还是机械堆肥机，都可以将厨余垃圾留在农村地区或镇区进行处理，堆肥后产物也可以回到农村地区进行利用。这不仅降低了垃圾“出村进城”处理成本，也提高了垃圾的资源化利用水平，所以在有条件的农村应优先采用堆肥技术。堆肥设施也具有一定的规模效应。技术上来说，堆肥发酵过程要符合生活垃圾堆肥处理技术规范（CJJ 522014）无害化要求，产物作为产品外售要定期送专业机构抽检，且需达到有机肥料标准要求；产生污水可纳管处理的，需达到污水排入城镇下水道水质标准（GB/T 319622015）预处理要求；若直接排放，则需达到地方标准要求。适用区域：适用于实行垃圾分类的农村地区，根据当地垃圾产生特性与经济条件因地制宜合理布局厨余垃圾堆肥设施建设。对于经济欠发达、地处偏远、交通不便的自然村，可采用简易堆肥设施或单村建阳光堆肥房达到就地处理厨余垃圾的目的；而在人口密集、交通便利的农村地区，在经济条件允许的情况下，鼓励采用多村联建方式新建阳光堆肥房或采用机械堆肥技术，并且要求尽量将阳光堆肥房或机械堆肥设施和乡镇垃圾中转站进行一体化建设。这一举措一方面可以提高堆肥房利用率，另一方面可以降低各村在垃圾设施投入、清运、分类、人员配备等各方面的费用。4 讨论与展望尽管我国农村生活垃圾堆肥应用水平较低，但随着生态文明、绿色发展、乡村振兴等战略要求的深入实施，堆肥应用是未来农村生活垃圾长效治理与发展的重要方向之一。4.1 加强政策机制建设，引导垃圾分类实施厨余垃圾等有机垃圾的堆肥处理离不开前期的垃圾分类工作，应开展政策引导、标准编制，因地制宜建立农村生活垃圾分类方式与模式，为后续厨余垃圾、植物废弃物等的就地、就近堆肥处理做准备。4.2 科学规划，鼓励就近、就地处理具体项目具体分析，根据当地社会经济水平开展农村生活垃圾治理规划，完善垃圾分类、处理设施等建设。如边远山村，距离县城较远，宜建设小型末端处理设施，就近、就地处理；以县或乡镇为单位，统筹布局收运、堆肥应用设施建设；根据各类堆肥处理技术特征与试用条件，合理选择处理方式。4.3 综合借鉴东部发达地区经验，加强宣传引导针对农村管理者和当地村民目前参与意识不强、技术水平薄弱等问题，开展环保理念、知识、技能、政策制度、标准等教育与宣传，通过广播、电视、新闻等宣传手段，正确引导村民参与到垃圾分类、农村生活垃圾的堆肥应用中。8 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期3456789会.农村生活垃圾处理导则：GB/T 370662018 S .北京：中国标准出版社，2018.迟迅.农村生活垃圾分类收集技术与堆肥化设施研究 D .泰安：山东农业大学，2019.蔡传钰.农村生活垃圾分类与资源化处理技术研究 D .杭州：浙江大学，2012.闫骏，王则武，周雨珺，等.我国农村生活垃圾的产生现状及处理模式 J .中国环保产业，2014（12）：49-53.李清飞，何新生，孙震宇，等.农村生活垃圾好氧堆肥技术探讨 J .农机化研究，2011，33（6）：186-189.迟迅，王宝杰，孙成军，等.农村生活有机垃圾堆肥处理模式研究 J .山东农业大学学报：自然科学版，2017，48（5）：749-751.何品晶，张春燕，杨娜，等.我国村镇生活垃圾处理现状与技术路线探讨 J .农业环境科学学报，2010，29（11）：2049-2054.刘渊.农村生活垃圾处理现状及优化探讨 J .资源节约与环保，2022（5）：84-87.10 11 12 13 14 15 16 17 靳琪，岳波，王琪，等.我国不同区域农村生活垃圾的产生、管理现状基于抽样的村镇调查研究 J .环境工程，2018，36（10）：97-101，107.聂二旗，郑国砥，高定，等.中国西部农村生活垃圾处理现状及对策分析 J .生态与农村环境学报，2017，33（10）：882-889.Li X，Bi F，Han Z，et al.Garbage source classification performance，impact factor，and management strategy in rural areas of China：A case study in Hangzhou J.Waste Management，2019，89（4）：313-321.农业农村部.有机肥料：NY/T 5252021 S .2021.住房和城乡建设部.生活垃圾堆肥处理技术规范：CJJ 522014 S .2014.农业农村部.生物有机肥：NY5252012 S .2012.住房和城乡建设部.污水排入城镇下水道水质标准：GB/T319622015 S .2015.浙江省人民政府.农村生活污水处理设施水污染排放标准：DB 33/9732015 S .2015.上接第 3 页机构，是一种学术性的群众团体，所以高校科协在职能界定方面具有独特的定位和作用，与工会、共青团等群团组织具有差异；在工作方式与工作重点方面，与科技处、学生处等行政部门也有显著区别。因此，基于其特有的身份定位，高校科协融入高校人才培养将更便于形成协同联动、优势互补的良好格局。如前所述，高校科协在担负科普工作的同时，其特有的开阔视野和广阔平台，以及其自身的专业积奠和身份的特质性，都显示出了其助力高校人才培养的丰富潜力和现实意义。所以应该充分发掘高校科协所拥有的独特资源在高校内部的共享建设，并充分应用其第三方身份的特质融入高校管理、建设，特别是人才培养的具体环节。上述特点和优势恰恰是高校内其他部门或组织所不具备的。高校科协可以搭建形式多样的合作交流平台，发挥校园各部门协同管理的作用，如自媒体平台、科技发展论坛、专题学术交流会议、科协科普志愿团队等。显而易见，高校科协和高校内各部门间的协同共进有助于实现各类资源的整体效益，有助于开拓人才培养的思路，更加有助于对接实践需要及各方面要求，进而切实提升学生的综合素质培养。综上而言，高校科协既是高校的一个重要组成部分，同时又具备显著的特质性；既有责任携手高校的各类软硬件资源，推进科普工作的繁荣发展，又有义务结合其自身的特点全面助力于高校科技人才的全面培养。高校科协在助力高校人才培养方面已经取得了一些成功并积累了宝贵经验，体现出了非常巨大的潜力。对其价值和意义进一步发掘和研究，将切实为高校人才培养做出积极有益的长远贡献。参考文献刘海燕，韩祥宗.高校科协的属性、职能、面临困境及组织建设探讨 J .科技创新导报，2013（33）：234.冯豪杰，刘晓宏，程建敏，等.新形势下高校科协工作的归属和服务理念 J .教育教学论坛，2016（42）：210-211.佚名.关于加强高等学校科协工作的意见 J .科协论坛，2015（1）：12-13.韩祥宗，刘畅.科教融合背景下的高校科普工作与高校科协责任 J 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