馬換梅，高 波，鄭 葦，陳子璇，李 波

(中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074)

2012年，住建部發(fā)布的《餐廚垃圾處理技術(shù)規(guī)范》CJJ184—2012[1]規(guī)定，餐廚垃圾為餐飲垃圾和廚余垃圾的總稱(chēng)，是我國(guó)城市的一種主要固體廢棄物。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010年以來(lái)，我國(guó)開(kāi)展的“城市餐廚廢棄物資源化利用和無(wú)害化處理”試點(diǎn)城市，大部分城市以餐飲垃圾為主要處理對(duì)象，對(duì)于分類(lèi)產(chǎn)生的廚余垃圾處理工作，尚處于起步階段[2]。本文為了和引用參考文獻(xiàn)保持一致，采用了“餐廚垃圾”的說(shuō)法，所述“餐廚垃圾”，實(shí)際上來(lái)源為餐飲行業(yè)及單位食堂，也即餐飲垃圾[3]。

鑒于中國(guó)居民特有的生活習(xí)慣，餐廚垃圾的產(chǎn)生量非常大，且餐廚垃圾具有含水率高、有機(jī)質(zhì)含量高、易腐爛發(fā)臭，如不及時(shí)有效處理和處置，會(huì)給環(huán)境衛(wèi)生帶來(lái)極大的危害。同時(shí)，一些不法分子利用餐廚垃圾加工食用油，或者直接用于喂養(yǎng)禽畜，最終垃圾返回餐桌，嚴(yán)重威脅人民飲食安全和身體健康。我國(guó)餐廚垃圾占城市生活垃圾的30%～50%，并且逐年增加[4-5]。餐廚垃圾主要處理方式有填埋、厭氧消化、飼料化、肥料化以及作為原材料制備工業(yè)用材料等。目前，厭氧消化技術(shù)是我國(guó)處理餐廚垃圾的主流技術(shù)，可以產(chǎn)生甲烷、氫氣等生物質(zhì)能源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的減量化、資源化和無(wú)害化。但厭氧消化殘余物的處理方面存在一定的困難，消化殘余物產(chǎn)量大、有機(jī)物含量高、各種大、中、微量元素豐富，如果不加以妥善處置就會(huì)產(chǎn)生二次污染。我國(guó)餐廚垃圾厭氧消化后的沼渣大多數(shù)進(jìn)入了焚燒或填埋設(shè)施，沼液則是進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，處理后進(jìn)行回用或者達(dá)標(biāo)排放。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)餐廚垃圾厭氧消化后沼渣沼液資源化利用的研究報(bào)道較少，本文通過(guò)調(diào)研分析沼渣沼液的物理化學(xué)和生物特性，結(jié)合土壤利用的標(biāo)準(zhǔn)限值要求，探析更合理的資源化利用途徑，提高餐廚垃圾處理的經(jīng)濟(jì)效益。

1 厭氧消化技術(shù)在餐廚垃圾處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

厭氧消化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾資源化利用的主要途徑之一，根據(jù)發(fā)改委2011年發(fā)布的《關(guān)于組織開(kāi)展城市餐廚廢棄物資源化利用和無(wú)害化處理試點(diǎn)工作的通知》，截至2017年底，我國(guó)餐廚廢棄物資源化利用和無(wú)害化處理示范項(xiàng)目(包括籌集、在建和投產(chǎn)項(xiàng)目)達(dá)172座[6]，其中至少70%以上采用了厭氧消化技術(shù)，然后依次為好氧堆肥、飼料化、蚯蚓堆肥等工藝[7]。

厭氧消化是餐廚垃圾在無(wú)氧環(huán)境下，利用微生物的代謝作用，使有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，同時(shí)生產(chǎn)甲烷、二氧化碳的過(guò)程。除了沼氣，利用厭氧消化還可獲得各種有機(jī)酸、醇類(lèi)和氫氣等物質(zhì)，不同程度實(shí)現(xiàn)對(duì)餐廚垃圾的資源化及減量化處理[8]。

雖然厭氧消化在國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例較多、可靠性相對(duì)較高，順應(yīng)國(guó)家政策和行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向需求。隨著最新版《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》的執(zhí)行，餐廚垃圾厭氧消化工藝也面臨沼液、沼渣出路不通的問(wèn)題[9]。按照實(shí)際運(yùn)行工程的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一個(gè)100 t·d-1的餐廚垃圾處理項(xiàng)目，生產(chǎn)過(guò)程中需要外加5～6 t沖洗水，產(chǎn)出物中包括2～3 t生物柴油,8000 m3沼氣，還有10 t沼渣和83 t沼液。借鑒常州某餐廚垃圾處理工程運(yùn)行參數(shù)，厭氧消化殘余物的水質(zhì)CODcr為21300～86000(54763±13582)mg·L-1，氨氮為30～460(164±96)mg·L-1，總氮為482～1920(1171±291)mg·L-1，總磷為120～391(242±61)mg·L-1?？梢酝扑悖?00 t·d-1的餐廚垃圾處理項(xiàng)目，除了每天產(chǎn)生8000 m3沼氣作為再生能源之外，消化殘余物中還包含了8.76 t CODcr，26.24 kg氨氮，187.36 kg總氮，38.72 kg總磷。因此，如果沼液和沼渣不進(jìn)行合理的資源化利用，隨意排放會(huì)導(dǎo)致環(huán)境受到極大的威脅，沼渣和沼液中大量的營(yíng)養(yǎng)元素也會(huì)隨之流失(包括N,P,K,Ca,Mg等等)，制約了餐廚垃圾資源化與無(wú)害化處理的整體效率。

2 餐廚垃圾厭氧消化殘余物特性分析

2.1 物理化學(xué)特性

2.1.1 沼渣和沼液含固率

采用濕法厭氧消化工藝處理餐廚垃圾，由于原始物料特性、厭氧反應(yīng)器類(lèi)型以及工藝參數(shù)控制等因素的差異，消化殘余物中含固率也不同，但是一般均小于10%，約為3%左右[10-12]。一般地，厭氧消化殘余物進(jìn)行固液分離后，對(duì)沼渣和沼液分別進(jìn)行資源化利用。根據(jù)不同的資源化利用途徑，選擇合適的消化殘余物脫水技術(shù)[13-14]。

餐廚垃圾厭氧消化殘余物的固液分離方式有：帶式壓濾、螺桿擠壓、離心脫水和板框擠壓。工程實(shí)踐證明，食品廢物厭氧消化殘余物采用上述4種脫水方式獲得的沼渣含固率分別為8.7%～9.5%(wt)，12.9%～14.0%(wt)，22.3%～24.3%(wt)和25%～30%[9]。而國(guó)內(nèi)的餐廚垃圾處理工程中，采用較多的是離心脫水方式[15]。何品晶[16]等研究認(rèn)為，沼渣的脫水性能主要受厭氧消化時(shí)間的影響，隨著消化時(shí)間延長(zhǎng)，有機(jī)質(zhì)降解程度越來(lái)越高，沼渣中的含固率也會(huì)不斷降低。但是，因?yàn)槲锪媳旧硖匦圆煌?，?jīng)過(guò)預(yù)處理后固體顆粒大小不同，以及過(guò)程工藝參數(shù)控制不同等因素，沼渣的脫水性能也會(huì)有差異，最終導(dǎo)致沼渣中的含固率存在較大差異。只有沼渣經(jīng)過(guò)脫水，才有利于進(jìn)一步的資源化利用，例如作為農(nóng)肥、土壤改良劑、園林種植土以及制備活性碳材料等[17-18]。

2.1.2 沼渣和沼液pH值

在厭氧消化過(guò)程中，反應(yīng)體系pH值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，主要由于前期餐廚垃圾水解產(chǎn)生大量的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)濃度急劇增大，而后期逐漸被利用。同時(shí)，各類(lèi)微生物代謝產(chǎn)生的氨氮也會(huì)影響厭氧體系的pH值[19]。一般地，厭氧消化過(guò)程中體系pH值維持在6.7～8.4的中性偏弱堿性的環(huán)境下，此時(shí)體系內(nèi)微生物活性高，沼氣產(chǎn)量相對(duì)較大[20-21]。中性的消化殘余物適合在土壤中施用，因?yàn)閴A性的消化殘余物使土壤中氨氮隨著溫度升高而揮發(fā)，導(dǎo)致氮元素的損失，而酸性殘余物會(huì)使土壤酸化，加速重金屬離子遷移。因此，合理的pH值不僅對(duì)厭氧消化產(chǎn)沼量有重要的影響作用，而且對(duì)后續(xù)沼肥在土壤中施用也是關(guān)鍵的[22]。國(guó)外跟蹤研究土壤施用餐廚垃圾厭氧消化殘余物后的特性變化，土壤初始pH值為5.4～5.7，施用厭氧消化殘余物四年后，土壤pH值仍然維持在5.6～5.7，基本沒(méi)有發(fā)生變化[23]，可見(jiàn)，連續(xù)施用與土壤酸堿度相近的餐廚垃圾消化殘余物，基本不對(duì)土壤酸堿性造成影響。

對(duì)于沼渣而言，不同沼渣的pH值差異不大，在6.54～8.41范圍內(nèi)。根據(jù)《有機(jī)肥料》NY525-2012[24]規(guī)定，有機(jī)肥的pH值要求為5.5～8.5，可見(jiàn)，沼渣作為土壤肥料的制造原料，其酸堿度滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

對(duì)于沼液的資源化利用，如果施用于土壤，或者作為液態(tài)肥，或者浸種，又或者用于葉面施肥，其酸堿度均應(yīng)該滿(mǎn)足相關(guān)水溶肥料標(biāo)準(zhǔn)，否則會(huì)導(dǎo)致土壤酸、堿化。一般水溶肥料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的pH值要求在3～10范圍內(nèi)，而餐廚垃圾厭氧消化后的沼液酸堿度呈現(xiàn)偏中性，pH值在6～9之間[12,25]，可見(jiàn)，餐廚沼液的酸堿度符合土壤施用的要求。

2.1.3 沼渣和沼液含鹽量

餐廚垃圾中鹽分主要來(lái)源于烹飪食用鹽(NaCl)，由于全國(guó)各地飲食習(xí)慣的差異，不同地區(qū)餐廚垃圾的含鹽量稍有差異。一般地，大型餐廚垃圾含鹽量為1.26～2.62 wt%，設(shè)計(jì)值取1～2 wt%[9]。經(jīng)過(guò)厭氧消化后，殘余物中含鹽量基本與初始物料保持一致，在10000 mg·L-1～20000 mg·L-1(折NaCl含量：1～2 wt%)之間。研究表明[26]，適當(dāng)?shù)奶岣呦孜锏暮}量可以提高厭氧沼氣產(chǎn)量，但過(guò)多的鹽含量則會(huì)抑制產(chǎn)氣量。為了獲得含鹽量較低的餐廚垃圾原料，研究人員采用稀釋-離心脫水的方式處理原始餐廚垃圾，雖然降低了餐廚垃圾含鹽量，但是也產(chǎn)生了大量的含鹽有機(jī)廢水，存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)[27]。因此，在實(shí)際工程案例中幾乎不采納水洗法降低餐廚垃圾含鹽量，鹽分基本都進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)，然后隨消化殘余物排出，這也給后續(xù)殘余物的資源化利用帶來(lái)困擾。沼液沼渣直接土壤利用存在促進(jìn)土壤次生鹽漬化的潛在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)殁c離子和氯離子在土壤中會(huì)累積而導(dǎo)致的土壤鹽堿化，影響作物生長(zhǎng)。

一般地，餐廚垃圾厭氧消化殘余物經(jīng)過(guò)固液分離后，沼渣和沼液分別進(jìn)行資源化利用。也有學(xué)者將餐廚垃圾厭氧消化殘余物直接用于土壤施肥，由于鹽分含量過(guò)高，需要采用大量稀釋劑對(duì)消化產(chǎn)物進(jìn)行稀釋。結(jié)果表明，施用了餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)物的小白菜鮮重產(chǎn)量增加、葉綠素含量也增加，并且效果等同于無(wú)機(jī)化學(xué)肥料[28]。這類(lèi)研究多數(shù)并沒(méi)有將關(guān)注重點(diǎn)放在消化殘余物中鹽分對(duì)作物的累積影響作用[29]，而更多關(guān)注消化殘余物中營(yíng)養(yǎng)元素的回收利用[30～32]。當(dāng)沼渣和沼液分別進(jìn)行土壤利用時(shí)，需要明確沼渣和沼液中鹽分的分配比例，目前關(guān)于這方面的研究報(bào)道較少。

餐廚垃圾沼渣和沼液進(jìn)行土壤施用時(shí)，其中NaCl含量可按照表1中標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如《有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)混肥料》、《綠化用有機(jī)基質(zhì)》以及《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》等，否則一定會(huì)產(chǎn)生鹽分在土壤中累積的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于餐廚垃圾厭氧沼渣和沼液的土壤利用，含鹽量對(duì)于土壤鹽漬化和作物生長(zhǎng)發(fā)育影響機(jī)制是重點(diǎn)研究方向。

2.1.4 沼渣和沼液重金屬含量

餐廚垃圾厭氧消化沼渣和沼液中含有大量重金屬離子，主要源于兩方面，一是源自生物鏈富集食物；二是源自與餐廚垃圾混合的廢電池、廢燈管、廢舊電器及表面鍍金材料等生活垃圾的重金屬離子釋放[35]。

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研[39]，一般餐廚垃圾厭氧消化殘余物中重金屬離子的含量，如表2所示?？梢钥闯觯蛷N垃圾中部分重金屬離子也會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)的現(xiàn)象。餐廚垃圾經(jīng)過(guò)厭氧消化，其沼渣和沼液中重金屬分配情況，尚未見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道。根據(jù)對(duì)畜禽糞便厭氧沼渣沼液的研究，重金屬離子大多數(shù)存在于沼渣中，少量釋放于沼液中，因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行，液相中重金屬會(huì)逐漸吸附在固體表面或膠團(tuán)上，從而形成沉淀進(jìn)入沼渣，所以沼液中重金屬含量低于沼渣。當(dāng)沼渣用于堆肥或者土壤調(diào)理劑時(shí)，宜滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)農(nóng)村部相關(guān)肥料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)重金屬離子含量限值要求，如NY525-2012《有機(jī)肥料》，見(jiàn)表2。由于沼渣堆肥階段，大量揮發(fā)性有機(jī)物被降解，堆料明顯減容減重，產(chǎn)生“相對(duì)濃縮效應(yīng)”，重金屬離子所占比例會(huì)增加，帶來(lái)重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)[40]。類(lèi)似地，沼液在土壤施用方面也存在重金屬離子污染的問(wèn)題，尤其作為灌溉水施用于土壤時(shí)，需要滿(mǎn)足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，見(jiàn)表2。

表2 餐廚垃圾消化殘余物中重金屬含量及肥料、灌溉水標(biāo)準(zhǔn)要求

可見(jiàn)，沼渣沼液用于土壤前，有必要對(duì)沼肥中重金屬離子的含量、形態(tài)和遷移路徑進(jìn)行跟蹤研究，并且優(yōu)化最佳施用方案，保證不對(duì)土壤和地下水以及農(nóng)作物造成污染和毒害。目前，餐廚垃圾厭氧消化沼渣和沼液中重金屬離子存在的人類(lèi)毒性和土壤毒性方面的研究鮮有報(bào)道，是后續(xù)餐廚垃圾厭氧殘余物土壤安全施用的關(guān)鍵問(wèn)題。

2.1.5 沼液的理化特性

餐廚垃圾厭氧消化殘余物經(jīng)過(guò)固液分離產(chǎn)生大量的沼液，據(jù)統(tǒng)計(jì)，餐廚垃圾廠(chǎng)93%的污水來(lái)自于厭氧消化后的沼液。餐廚沼液具有成分復(fù)雜、有機(jī)物濃度高(COD濃度高)、鹽分含量高等特點(diǎn)[25]。

由于餐廚垃圾處理廠(chǎng)采用的厭氧消化反應(yīng)器類(lèi)型、工藝參數(shù)、原始餐廚垃圾組分、接種物及其混合比例差異較大，因此，厭氧消化沼液中的CODCr含量相差甚遠(yuǎn)[41]。表3中列出了不同餐廚垃圾厭氧消化沼液中CODCr含量，統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)沼液中CODCr含量分布在16000～100000 mg·L-1之間，而B(niǎo)/C值在0.35～0.40之間，說(shuō)明沼液中仍然存在大量可生物降解有機(jī)物。

表3 餐廚垃圾厭氧消化沼液理化指標(biāo)

目前，餐廚垃圾處理廠(chǎng)產(chǎn)生大量高濃度有機(jī)廢液，給污水處理系統(tǒng)帶來(lái)了不小的壓力，常年處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于氨氮的累積，若進(jìn)行脫氮處理則易降解有機(jī)物仍顯不足，導(dǎo)致餐廚廠(chǎng)污水處理成本居高不下，同時(shí)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)仍然十分困難。因此，餐廚垃圾厭氧沼液的資源化利用顯得尤為重要。沼液資源化利用方式很多，包括直接作為肥料、沼液生物農(nóng)藥、無(wú)土栽培基液、飼料摻拌劑等，目前主要以沼液還田為主，其工藝簡(jiǎn)單，消納量較大，適用性好[46-47]。通過(guò)添加合適的營(yíng)養(yǎng)元素和去毒處理，使其作為肥料或者土壤調(diào)理劑，不僅可以提供植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且可以防止病蟲(chóng)害的發(fā)生[48]。

2.2 營(yíng)養(yǎng)特性

2.2.1 沼渣和沼液有機(jī)質(zhì)含量

餐廚垃圾厭氧消化后，殘余物中保留了大量豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括有機(jī)質(zhì)和腐殖酸類(lèi)物質(zhì)，這些物質(zhì)有利于提高土壤中微生物活性、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)[49]。不同原料、不同類(lèi)型厭氧消化器和工藝參數(shù)的不同，導(dǎo)致厭氧消化殘余物中組分及含量差異較大。餐廚垃圾厭氧消化殘余物中有機(jī)質(zhì)含量為33%～73.3%(干基)[32]，經(jīng)過(guò)脫水的沼渣中有機(jī)質(zhì)含量在61.7%～73.6%(干基)[50]。

如果將沼渣進(jìn)行肥料化，可以使有機(jī)物在自然界形成可持續(xù)的循環(huán)利用模式，將會(huì)大大提升沼渣的利用價(jià)值。餐廚垃圾脫水沼渣中有機(jī)物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于《有機(jī)肥料》(NY 525-2012)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的45%限值。因此，餐廚垃圾厭氧沼渣用于制造肥料，有機(jī)質(zhì)含量滿(mǎn)足肥料標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 沼渣和沼液養(yǎng)分含量

餐廚垃圾厭氧消化沼渣沼液是一種較復(fù)雜的有機(jī)物復(fù)合系統(tǒng)，各種養(yǎng)分元素都保留在消化殘余物中，其中一部分水溶性物質(zhì)殘留在沼液中，另一部分不溶物或難分解的有機(jī)、無(wú)機(jī)固形物則殘留在沼渣中。沼渣沼液中各營(yíng)養(yǎng)元素的相對(duì)含量與餐廚垃圾原料中各元素相對(duì)含量趨勢(shì)保持一致，如表4所示。

表4 原始餐廚垃圾物料和厭氧消化殘余物中氮磷鉀元素的含量 (wt%,干基)

當(dāng)沼渣施用于土壤時(shí)，其中氮、磷、鉀元素的含量要符合《有機(jī)肥料》(NY525-2012)的要求，即有機(jī)肥料中氮、磷、鉀元素的總養(yǎng)分含量(以N+P2O5+K2O計(jì))≥5%(干基)。由表4中各元素平均含量可以推算，餐廚垃圾厭氧沼渣的氮、磷、鉀總養(yǎng)分含量(以N+P2O5+K2O計(jì))為5.73%(干基)，滿(mǎn)足《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢?jiàn)，沼渣肥料化可以滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)所需要的氮、磷、鉀元素含量要求。

對(duì)于沼液的土壤利用，其中營(yíng)養(yǎng)元素要滿(mǎn)足液態(tài)肥料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如《大量元素水溶肥料》(NY1107-2010)、《含腐殖酸水溶肥料》(NY1106-2010)均對(duì)氮、磷、鉀元素含量作出規(guī)定，液體肥料產(chǎn)品的大量元素含量(N，P2O5，K2O含量之和)至少200 g·L-1，單一大量元素含量不低于20 g·L-1。餐廚垃圾厭氧沼液中的營(yíng)養(yǎng)元素基本上是以速效養(yǎng)分形式存在的，包括氮(0.03%～0.08%)、磷(0.02%～0.07%)、鉀(0.05%～1.40%)等大量營(yíng)養(yǎng)元素和鈣、銅、鐵、鋅、錳等中、微量營(yíng)養(yǎng)元素，還含有17種氨基酸和活性酶[60]。李祎雯[56]等研究餐廚垃圾濕法厭氧消化沼液中養(yǎng)分含量變化，發(fā)現(xiàn)沼液中含水溶性氮0.124 wt%，磷0.0063 wt%，鉀0.026 wt%。顯然，沼液中大量元素養(yǎng)分遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的。因此，根據(jù)實(shí)際情況，沼液作為液態(tài)肥料需要適當(dāng)添加必要的營(yíng)養(yǎng)元素。目前，餐廚垃圾厭氧消化沼液作為肥料的應(yīng)用案例比較少。一方面，尚未出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定餐廚垃圾厭氧沼液進(jìn)行土壤施肥的通用技術(shù)條件。另一方面，餐廚沼液中重金屬元素對(duì)土壤環(huán)境的不利影響也備受關(guān)注。

2.2.3 沼渣和沼液土壤施用效果

餐廚垃圾厭氧消化殘余物要施用于土壤，最終表現(xiàn)形式為對(duì)植物生長(zhǎng)情況的影響作用。種子發(fā)芽指數(shù)是衡量堆肥腐熟程度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映了堆肥的植物毒性。汪洋[61-62]等通過(guò)對(duì)小白菜施用餐廚垃圾厭氧沼渣后的生長(zhǎng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。相比不施肥，施用沼渣后小白菜的出芽率提高了16.6%，證明了沼渣對(duì)提高小白菜出芽率和土壤肥效均有促進(jìn)作用。但在實(shí)際工程中，餐廚垃圾厭氧消化殘余物直接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的情況較為少見(jiàn)，主要是由于消化殘余物未經(jīng)過(guò)深度腐熟，其中可生化降解的有機(jī)物含量高且不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染；另一方面，沼渣儲(chǔ)存時(shí)間較短，不能適應(yīng)季節(jié)性施肥的方式。因此，沼渣只有經(jīng)過(guò)好氧堆肥，將有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成為大量腐殖質(zhì)，最終的堆肥產(chǎn)品要達(dá)到穩(wěn)定化和無(wú)害化，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求方可施用于土壤。研究也證明[63]，沼渣經(jīng)過(guò)高溫好氧堆肥后腐熟度大于原始沼渣，且采用前者的種子發(fā)芽率大于后者。

2.3 衛(wèi)生指標(biāo)要求

當(dāng)餐廚垃圾厭氧沼渣沼液作為基肥施用于土壤時(shí)，不僅考慮其理化特性和營(yíng)養(yǎng)特性的指標(biāo)要求，同時(shí)需要考慮其衛(wèi)生指標(biāo)。根據(jù)《沼肥施用技術(shù)規(guī)范》(NY/T2065-2011)，沼渣沼液衛(wèi)生指標(biāo)要求符合下表中規(guī)定，其中糞大腸桿菌和蛔蟲(chóng)卵、沙門(mén)氏菌等有害菌類(lèi)的指標(biāo)要求如下表5所示。

表5 沼渣沼液資源化利用衛(wèi)生指標(biāo)要求

目前，針對(duì)餐廚垃圾厭氧消化過(guò)程中病原微生物的研究較少見(jiàn)。一般餐廚垃圾處理工程中，采用中溫或者高溫厭氧消化工藝。有研究通過(guò)對(duì)城市有機(jī)生活垃圾厭氧消化殘余物中大腸桿菌進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)32天的高溫厭氧消化工藝，蛔蟲(chóng)卵死亡率達(dá)到100%，大腸桿菌死亡率達(dá)到10-3個(gè)·g-1，可以滿(mǎn)足有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)，而中溫和常溫厭氧消化工藝，蛔蟲(chóng)卵的死亡率僅僅為66.6%和30.8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于肥料標(biāo)準(zhǔn)[64]。

因此，厭氧消化殘余物的衛(wèi)生指標(biāo)情況依賴(lài)于厭氧消化工藝、時(shí)間和溫度等。沼渣沼液直接施用于土壤前，必須經(jīng)過(guò)衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)檢測(cè)，滿(mǎn)足無(wú)害化標(biāo)準(zhǔn)要求才能施用。如果不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，則須進(jìn)行必要的后續(xù)處理，防止消化殘余物直接用于土壤調(diào)節(jié)劑或作為肥料而引起的病原微生物傳染問(wèn)題。厭氧沼渣在好氧堆肥或者生物干化過(guò)程中，溫度可維持在55℃以上，從而殺死物料中的寄生蟲(chóng)卵和病原菌等，滿(mǎn)足《有機(jī)肥料》(NY525-2012)衛(wèi)生指標(biāo)要求[24]。因此，餐廚垃圾厭氧沼渣堆肥或者干化后進(jìn)行土壤利用，衛(wèi)生指標(biāo)并不是其限制性因素。當(dāng)沼液施用于土壤時(shí)，為了滿(mǎn)足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中衛(wèi)生指標(biāo)要求，需根據(jù)實(shí)際進(jìn)行必要的消毒處理，否則不宜進(jìn)行土壤施用。

表6 不同溫度下厭氧消化32天對(duì)病原微生物的殺滅效果

3 餐廚垃圾厭氧消化殘余物土壤利用適用性

目前，針對(duì)餐廚垃圾濕法厭氧消化殘余物土壤適用性以及作物影響機(jī)制等方面研究較少，缺乏餐廚垃圾厭氧消化殘余物資源化利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)以上特性分析，對(duì)餐廚垃圾濕法厭氧沼渣沼液的土壤利用適用性進(jìn)行初步判斷：

(1)餐廚垃圾厭氧沼渣沼液較高的有機(jī)質(zhì)含量，富含氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，并且酸堿度接近中性，較適宜土壤利用，增強(qiáng)土壤肥力，改善土壤環(huán)境。但同時(shí)考慮沼渣的腐熟度不高，不足以作為有機(jī)肥料直接施用，需要進(jìn)行腐熟處理消除其植物毒性和土壤毒性；沼液中速效養(yǎng)分含量高，土地對(duì)養(yǎng)分的吸收利用率高，但作為不同用途的液態(tài)肥料需要復(fù)配以不同的營(yíng)養(yǎng)成分，例如《含腐殖酸水溶肥料》標(biāo)準(zhǔn)要求腐殖酸含量不低于3%；此外，沼液中CODCr含量很高，需要經(jīng)過(guò)生化處理，是其中可降解有機(jī)物含量大大降低，滿(mǎn)足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。

(2)餐廚垃圾消化殘余物中含有較高的鹽分、重金屬離子，需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步除鹽、去重金屬處理之后才能進(jìn)行土壤利用。首先，沼渣沼液中的鹽分和重金屬含量不會(huì)因?yàn)閰捬跸^(guò)程而比餐廚垃圾本身的少，因此，高含鹽量對(duì)于土壤施用存在土壤鹽堿化的風(fēng)險(xiǎn)，而重金屬離子超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致重金屬離子在作物、土壤中不斷富集，威脅土壤生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)身體健康[65]。餐廚垃圾沼渣沼液的脫鹽、去毒工藝研究可能是未來(lái)沼渣沼液土壤利用領(lǐng)域的關(guān)鍵性問(wèn)題，也是比較容易被忽視的問(wèn)題。

(3)餐廚垃圾厭氧消化殘余物中的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)對(duì)其安全利用起到重要作用。餐廚垃圾沼渣沼液中有害病菌在高溫厭氧消化、好氧堆肥、生物干化等處理過(guò)程中基本可以被殺滅，如采用中溫厭氧消化工藝，有必要進(jìn)行二次殺菌消毒處理。因此，沼渣沼液進(jìn)行土壤施用，衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)相對(duì)容易滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論與建議

我國(guó)餐廚垃圾產(chǎn)生量巨大，具有較強(qiáng)的資源性。當(dāng)采用濕式厭氧消化進(jìn)行處理時(shí)，獲得生物質(zhì)能源的同時(shí)，產(chǎn)生了大量的沼渣和沼液。根據(jù)對(duì)沼渣和沼液特性的分析，認(rèn)為其同樣具有重要的資源特性。沼渣和沼液中富含有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素以及微量元素，其基本理化特性滿(mǎn)足有機(jī)肥料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，較適合土壤施用，或者作為原料加工肥料，或作為土壤調(diào)理劑，或者用作農(nóng)田灌溉水。沼渣沼液土壤施用的三點(diǎn)建議：首先，重點(diǎn)關(guān)注沼渣和沼液中重金屬離子含量，避免重金屬超標(biāo)對(duì)土壤、地下水和作物產(chǎn)生毒性；其次，作為肥料，需要對(duì)其肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)，避免營(yíng)養(yǎng)不足或者過(guò)剩，給作物生長(zhǎng)造成不利影響；再次，需要嚴(yán)格控制單位耕地面積沼液沼渣用量和施用時(shí)間，防止土壤中鹽分的累積。加強(qiáng)餐廚垃圾濕法厭氧消化殘余物土壤利用的研究，開(kāi)發(fā)沼肥相關(guān)產(chǎn)品，具有潛在的巨大經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會(huì)效益。