張軍文　沈建

摘要介紹了果蔬垃圾的特性，闡述了城市果蔬垃圾的處理方式，包括焚燒、好氧堆肥、衛(wèi)生填埋、厭氧消化、固體發(fā)酵、生產(chǎn)飼料蛋白。鑒于幾種果蔬垃圾處理方式的優(yōu)點(diǎn)和不足，單一的堆肥化處理、厭氧發(fā)酵或固體發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白處理不符合城市果蔬垃圾處理需要的現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)計(jì)了一套以厭氧發(fā)酵、好氧堆肥和固體發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白技術(shù)處理果蔬垃圾系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中對(duì)果蔬垃圾減量化等作用顯著。

關(guān)鍵詞果蔬垃圾；資源化；減量化；蛋白飼料

中圖分類號(hào)X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）36-0041-03

AbstractThe characteristics of fruits and vegetables garbage were introduced.The treatment methods of urban fruits and vegetables garbage were described，including incineration， aerobic composting， sanitary landfill， anaerobic digestion， solid fermentation production of feed protein. In view of advantages and disadvantages of some fruit and vegetable waste disposal methods，single composting treatment，anaerobic fermentation and solid fermentation production of feed protein processing did not accord with the reality of city garbage disposal to fruits and vegetables， feeding protein production technology of fruit and vegetable waste treatment system by anaerobic fermentation and aerobic composting and solid fermentation were introduced. The system has a significant effect on reducing fruits and vegetables waste in practical use.

Key wordsFruit and vegetable garbage；Resource；Reduction；Protein feed

近年來，隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化和調(diào)整，我國果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，果蔬作物的種植在農(nóng)業(yè)中所占比例也逐年擴(kuò)大。2007年全國蔬菜播種面積占農(nóng)作物總播種面積的11.3%，達(dá)1.73億hm2，總產(chǎn)量約5.65億t，人均占有量420余kg[1]。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，2007年我國蔬菜播種面積和產(chǎn)量分別占世界的43%、49%，均居世界第一[2]。2013年全國果園面積為1 280萬hm2，同比增長4.1%，產(chǎn)量為1.50億t，同比增長3.7%[3]。果蔬加工中會(huì)產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，果蔬產(chǎn)量的龐大也就決定了加工副產(chǎn)物的增多[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年有1億余t的水果和蔬菜廢棄物被丟棄[4]。這種狀況每年都會(huì)繼續(xù)惡化，廢棄的果蔬垃圾均未得到很好的利用就被直接隨意丟棄或者填埋，給人們的生活環(huán)境帶來了風(fēng)險(xiǎn)[5]。因此，應(yīng)對(duì)果蔬垃圾的處理方式引起足夠的重視。國外發(fā)達(dá)國家城市果蔬垃圾收集、運(yùn)輸和處理技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展和沉淀，已經(jīng)走向成熟階段。在收集方面幾乎都采用分類收集；在運(yùn)輸方面都是密封壓縮運(yùn)輸；在

處理方面采用厭氧發(fā)酵技術(shù)、好氧堆肥、好氧-厭氧聯(lián)合處理法[6-7]。

解決果蔬垃圾的根本出路在于按照“減量化、無害化、資源化”的原則[8]，目前國內(nèi)城市幾乎都將果蔬垃圾當(dāng)作一般生活垃圾進(jìn)行處理，處置方法有焚燒、好氧堆肥和填埋等[9]。筆者分析了果蔬垃圾的特性，總結(jié)了國內(nèi)對(duì)果蔬垃圾的處理方式，以期為果蔬廢棄物的資源化和減量化利用提供借鑒。

1果蔬垃圾的特性

蔬菜廢棄物的含水率通常在90%左右，以干基計(jì)算含氮量為3%～4%，總磷含量為0.3%～0.5%，鉀含量為1.8%～5.3%，其營養(yǎng)成分與常用的天然有機(jī)肥料相當(dāng)[10]。果蔬廢棄物的固體含量為8%～19%，總揮發(fā)固體的含量占總固體的80%以上，其中包括75%的糖類和半纖維素，9%的纖維素及5%的木質(zhì)素[11]；正常種植的蔬菜廢棄物除了部分發(fā)生病蟲害的蔬菜組織之外，還含其他有毒有害物質(zhì)[12]。不同果蔬垃圾主要化學(xué)成分含量見表1。

果蔬垃圾的產(chǎn)地尤其集中在各類果園、蔬菜種植基地和一些菜市場，因此果蔬垃圾不易與生活垃圾等城市固體垃圾混合，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)收集處理[15]。但是目前國內(nèi)很多城市都是將果蔬垃圾和一般生活垃圾進(jìn)行混合處理，不僅成本高昂，且在某種程度上是對(duì)自然資源的一種浪費(fèi)。因此，需要針對(duì)果蔬垃圾的特性探索其污染的解決方案，以更低廉的成本達(dá)到較好的處理效果。

2城市果蔬垃圾的處理方式

2.1常用處置方法

2.1.1焚燒。

焚燒是一種對(duì)垃圾進(jìn)行高溫?zé)峄瘜W(xué)處理的技術(shù)，將垃圾作為固體燃料送入爐膛內(nèi)燃燒，在800～1 000 ℃的高溫條件下，垃圾中的可燃組分與氧氣進(jìn)行劇烈化學(xué)反應(yīng)，釋放出熱量并轉(zhuǎn)化為高溫燃燒和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固定殘?jiān)黐16]。熱量可回收利用發(fā)電，實(shí)現(xiàn)垃圾資源化，性質(zhì)穩(wěn)定的殘?jiān)芍苯犹盥襁M(jìn)行處理[9]。經(jīng)過焚燒處理，垃圾中的細(xì)菌、病菌等有害微生物能被徹底消滅，各種惡臭氣體被高溫分解，煙氣中的有害氣體處理達(dá)標(biāo)后排放[17]。目前很多國家都采用這種方法來處理果蔬垃圾等廢棄物。

焚燒處理垃圾有減量化、徹底化等優(yōu)點(diǎn)，但是易產(chǎn)生二次污染[15]。在焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生粒狀污染物，硫化物、NOx等致霾氣體和毒性有機(jī)氯化物，如二口惡英和多氯代二笨并呋喃[18-19]。除此之外，焚燒處理廢棄物不僅投資大，而且運(yùn)行費(fèi)用高，因此很難推廣實(shí)行。近年來，我國的垃圾焚燒已經(jīng)得到很大程度的發(fā)展，許多城市已經(jīng)開始用焚燒來處理垃圾，但由于焚燒不是資源化的方法，因此只有對(duì)沒有回收利用價(jià)值、可以回收具備熱值的廢物進(jìn)行焚燒比較合理[20]。

2.1.2好氧堆肥。

好氧堆肥是將用于堆肥的填充物料與有機(jī)物料按一定比例混合，在適宜的條件下使微生物（主要有細(xì)菌、真菌、放線菌、纖維素分解菌和木質(zhì)分解菌等）繁殖并使有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行降解，同時(shí)產(chǎn)生高溫[21]，殺死其中的有害物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)有機(jī)過程。好氧堆肥堆體溫度高，一般在50～65 ℃，故亦稱為高溫堆肥[22]。好氧堆肥產(chǎn)生的高溫用來殺死其中的病原體，對(duì)于處理果蔬廢棄物非常便捷。

同時(shí)由于果蔬垃圾含水量高達(dá)90%左右，若采取單一果蔬垃圾進(jìn)行好氧堆肥處理，易產(chǎn)生大量污水，從而造成堆肥體塌陷，物料黏連，容易導(dǎo)致厭氧狀態(tài)[23]。因此，添加相應(yīng)的膨松性填充物質(zhì)有助于調(diào)節(jié)堆體的含水量和孔隙度，從而增加好氧反應(yīng)的氧氣含量[23]。好氧堆肥還需要不斷地通氣和翻堆，除此之外還應(yīng)在初始物料中混入已經(jīng)腐熟的堆肥產(chǎn)品作為微生物接種劑，以加速高溫啟動(dòng)階段[10]。

由此可見，對(duì)果蔬垃圾進(jìn)行好氧堆肥處理是處理有機(jī)廢棄物的有效方法，所要求的設(shè)備也較簡單，經(jīng)堆肥產(chǎn)生的高溫（50～65 ℃）可有效去除病蟲害，產(chǎn)品是非常好的有機(jī)肥料。缺點(diǎn)就是單一的果蔬垃圾含水率較高（>90%），須添加相應(yīng)的膨松劑填充物來調(diào)節(jié)含水率，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，堆肥效率降低。堆肥處理難以解決不易腐爛的無機(jī)物和有機(jī)物，垃圾中的金屬、玻璃、石塊、塑料等廢棄物難以被微生物降解，這些垃圾必須分撿出來進(jìn)行處理，因此減量、減容及無害化程度不高[24]。堆肥周期長，衛(wèi)生條件差；堆肥處理后產(chǎn)生的肥料肥效低、成本高，與化肥比，銷售困難、經(jīng)濟(jì)效益差；許多有毒、有害物質(zhì)會(huì)進(jìn)入堆肥，農(nóng)田長期大量使用堆肥，可能會(huì)造成潛在污染[25]。

2.1.3衛(wèi)生填埋。

衛(wèi)生填埋是一種應(yīng)用廣泛的垃圾處理方式，即選定一定的場所，填埋一定厚度的廢棄物后，覆蓋一層材料使其經(jīng)歷一段時(shí)間的物化和生物作用，最終使有機(jī)物分解，以達(dá)到無害化目的[26]。

衛(wèi)生填埋是所有垃圾處理工藝剩余物的最終處理方式，也是目前我國現(xiàn)階段主要的垃圾處理方式，其工藝在城市生活垃圾處理上必不可少也至關(guān)重要[27]，其處理量大，運(yùn)行技術(shù)也相對(duì)較成熟，但這并非是一種無害的垃圾處理方式。這種處理方法存在著很多問題，如很多土地資源被占用；垃圾滲濾液難收集、難處理，會(huì)對(duì)土壤、地下水和周邊環(huán)境造成二次環(huán)境污染。

2.2其他處理方法

2.2.1厭氧消化。

厭氧消化是指在無氧或缺氧條件下，通過專性厭氧及兼性厭氧微生物分解生物質(zhì)中的有機(jī)成分，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定無機(jī)物的過程，與此同時(shí)合成微生物細(xì)胞物質(zhì)[28]。其最大的優(yōu)點(diǎn)之一就是能回收沼氣，減少溫室氣體的排放。對(duì)含水率高、易降解的果蔬垃圾而言，其符合一般厭氧處理的固體含量要求（10%左右）[29]。果蔬垃圾被消化后產(chǎn)生的殘?jiān)鼣?shù)量少，減量化效果明顯，使其后續(xù)處理成本也相對(duì)降低，還能得到高質(zhì)量的有機(jī)肥料和土壤改良劑[15]。此外，與好氧堆肥相比，厭氧消化過程幾乎不需要消耗氧氣便可以降低動(dòng)力消耗，成本也相應(yīng)地降低[15]。厭氧消化技術(shù)具有很大的優(yōu)越性，可有效實(shí)現(xiàn)垃圾處理的無害化、減量化和資源化[30]，因此，厭氧消化處理可能會(huì)成為果蔬垃圾處理的理想途徑。

2.2.2固體發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白。

隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，家畜必需的蛋白飼料越來越匱乏，據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)末，全球蛋白質(zhì)短缺量約為2 500萬 t[31]。果蔬垃圾經(jīng)微生物固體發(fā)酵產(chǎn)生的微生物蛋白飼料營養(yǎng)豐富，生物效益高，是動(dòng)物體所必需的各種氨基酸，特別是植物飼料中缺乏的賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸含量較高，生物學(xué)價(jià)值大大優(yōu)于植物蛋白飼料[32]。

張繼等[33]通過平板點(diǎn)種刺激圈及混合菌種發(fā)酵試驗(yàn)，利用高山娃娃菜廢棄物和麩皮（比例為85∶15），于27 ℃下發(fā)酵96 h，產(chǎn)物蛋白質(zhì)含量高達(dá)15.97%，營養(yǎng)成分平衡后，易作為飼料[34]。徐抗震等[35]通過單因素試驗(yàn)，獲得了蘋果渣混合菌發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白的適宜條件，即接種比4.5∶3∶1，接種量10%，發(fā)酵溫度30～34 ℃，發(fā)酵時(shí)間96 h，自然pH，尿素與無機(jī)鹽分2次添加，不滅菌。發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白含量由16.28%提高到28.43%，真蛋白含量由10.02%提高到26.59%，而粗纖維則由16.68%降低到10.84%[36]。

利用果蔬垃圾發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白可為處理城市廢棄物提供新的處理思路和發(fā)展方向，具有長遠(yuǎn)的開發(fā)利用價(jià)值。

3案例分析

果蔬垃圾的處理技術(shù)各有特點(diǎn)，如厭氧發(fā)酵工藝最大優(yōu)點(diǎn)的是能產(chǎn)生沼氣，但與此同時(shí)需要大量投資作保證，也存在最終廢水和廢渣的再處理問題；好氧堆肥需要降低其含水率，添加必要的膨松性填充物質(zhì)以增加孔隙率，同時(shí)也需要人工進(jìn)行不斷翻堆。厭氧發(fā)酵和好氧堆肥都需要一定的設(shè)施建設(shè)和人力成本，對(duì)于具體的操作和管理有相對(duì)應(yīng)的技術(shù)要求，但我國目前尚缺乏針對(duì)果蔬廢棄物處理的專門技術(shù)規(guī)范和要求，而且對(duì)于此類環(huán)境效益和社會(huì)效益大于經(jīng)濟(jì)效益的工程設(shè)施來說，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的推廣應(yīng)用還需要政府的扶持和相應(yīng)的資助[5]。在選擇處理果蔬廢棄物的方式時(shí)，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和需求選擇適合的處理技術(shù)，綜合考慮各方面因素才能夠有效實(shí)現(xiàn)消除污染和節(jié)約資源[5]。鑒于上述幾種果蔬垃圾處理方式都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，單一的堆肥化處理、厭氧發(fā)酵或固體發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白處理都不符合城市果蔬垃圾處理的需求。筆者采用厭氧發(fā)酵、好氧堆肥和固體發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白技術(shù)處理果蔬垃圾，具體方案流程如圖1所示。

先對(duì)果蔬垃圾進(jìn)行簡單的分揀，對(duì)初級(jí)廢棄物進(jìn)行粉碎和脫水處理，加工成脫水果蔬廢渣和果蔬廢液。對(duì)于初級(jí)果蔬垃圾生產(chǎn)的果蔬廢渣可以經(jīng)過簡單高溫好氧發(fā)酵處理后，送生物廠堆肥處理；也可以當(dāng)作產(chǎn)品賣給蚯蚓飼養(yǎng)廠家，蚯蚓無害化處理果蔬垃圾產(chǎn)生的蚯蚓糞作為一種高效有機(jī)肥料，營養(yǎng)成分全面，并且有利于土壤中的有益微生物繁殖生長，對(duì)于防止土壤板結(jié)，提高土壤的保肥保水能力，提高作物的抗病能力和營養(yǎng)利用率具有重要作用。更重要的是，施用后能提高果品、蔬菜的品質(zhì)和口感。果蔬廢液可以用于農(nóng)林澆灌，也可以經(jīng)過生物肥廠生產(chǎn)液體生物肥。對(duì)于次級(jí)果蔬垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣可以用作能源，沼泥亦可以用作生物有機(jī)肥料。

對(duì)于以果蔬種植地和果蔬垃圾較多的菜市場和大型超市，采用上述工藝，1.0 t果蔬垃圾（含水率90%左右）處理后變成0.2 t左右一級(jí)堆肥（含水率60%），這就大大減輕了后續(xù)處理（轉(zhuǎn)運(yùn)、處置）壓力與費(fèi)用。設(shè)計(jì)處理能力50～80 t/d（8 h計(jì)），產(chǎn)生的堆肥可在果蔬種植地循環(huán)使用，沼氣可以發(fā)電用于提供機(jī)械脫水動(dòng)力。 該方法經(jīng)實(shí)際使用后，客戶反映效果良好。

4結(jié)語

在國內(nèi)外低碳減排的生態(tài)發(fā)展需求下，尋求低投入、低能耗、無害化、高收益、高效能的果蔬垃圾資源化利用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)和廢棄物資源化循環(huán)利用的發(fā)展方向。果蔬垃圾的有效資源化循環(huán)利用既消除了農(nóng)業(yè)污染，又保護(hù)了環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶”[5]。我國城市果蔬垃圾產(chǎn)生量巨大，隨著人們生活水平的提高和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，果蔬垃圾產(chǎn)量還將繼續(xù)增大，筆者提出了適合我國城市果蔬垃圾處理利用方案，可為城市果蔬垃圾處理提供思路和參考。

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