林向宇，孟寒玉，王曉君，周挺進(jìn)，沈君煌，陳少華

（1.中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所中國(guó)科學(xué)院污染物轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)科學(xué)院城市固體廢棄物資源化工程實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361021；2.福建龍馬環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司，福建 廈門 361021；3.福龍馬集團(tuán)股份有限公司，福建 龍巖 364012）

1 引言

我國(guó)是全球蔬菜產(chǎn)量大國(guó)，產(chǎn)量多年穩(wěn)居世界第一。2021 年蔬菜產(chǎn)量達(dá)到7.5×108t［1］。但蔬菜廢棄物產(chǎn)生量約為蔬菜產(chǎn)量的一半，被遺棄后極易腐爛發(fā)臭，引發(fā)環(huán)境污染與衛(wèi)生安全等問題。在生產(chǎn)端產(chǎn)生的蔬菜廢棄物主要通過厭氧發(fā)酵和好氧堆肥進(jìn)行資源化利用，而在集貿(mào)市場(chǎng)和超市等銷售端產(chǎn)生的蔬菜廢棄物通常進(jìn)入城市垃圾收運(yùn)系統(tǒng)［2］。而蔬菜廢棄物的養(yǎng)分含量豐富，當(dāng)作垃圾填埋或焚燒是資源的極大浪費(fèi)。在垃圾分類和低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，集貿(mào)市場(chǎng)的蔬菜廢棄物就地堆肥處理是其減量化和資源化的適宜途徑。目前關(guān)于蔬菜廢棄物堆肥研究多集中于不同蔬菜廢棄物成分、微生物菌劑、輔料添加及堆肥條件的研究［3-5］。由于集貿(mào)市場(chǎng)普遍用地緊張，傳統(tǒng)堆肥方式顯然難以實(shí)施。通過堆肥設(shè)備快速完成蔬菜廢棄物的一次堆肥，得到減量率高、含水率低且性質(zhì)穩(wěn)定的堆肥產(chǎn)物，再在還田目的地進(jìn)行二次腐熟，可以很好地克服集貿(mào)市場(chǎng)用地緊張問題，同時(shí)避免了蔬菜廢棄物在集貿(mào)市場(chǎng)腐敗污染環(huán)境和直接運(yùn)輸帶來的成本高昂?jiǎn)栴}。隨著垃圾分類的開展，已有報(bào)道應(yīng)用分散式堆肥設(shè)備處理廚余、畜禽糞便和混合有機(jī)垃圾［6-9］。然而，與廚余或混合有機(jī)垃圾相比，蔬菜廢棄物雖然鹽和油脂含量低，但含水率高、纖維素含量高、碳氮比低［10］，利用堆肥設(shè)備對(duì)其處理的效果、能耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)有待深入研究。本研究應(yīng)用自行研制的分散式堆肥設(shè)備，對(duì)從集貿(mào)市場(chǎng)收集的實(shí)際蔬菜廢棄物開展連續(xù)堆肥試驗(yàn)，研究堆肥設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及處理效能，并對(duì)二次腐熟后的產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，特別是針對(duì)蔬菜廢棄物含水率高、設(shè)備運(yùn)行能耗高的問題，深入分析堆肥設(shè)備的能耗組成，通過理論分析，提出降低能耗的路徑。研究結(jié)果有望為蔬菜廢棄物的資源化處理提供可行的技術(shù)方案。

2 材料與方法

2.1 材料與設(shè)備

自行研制的連續(xù)進(jìn)料、間歇出料的好氧堆肥系統(tǒng)主要由預(yù)處理設(shè)備、堆肥設(shè)備和尾氣處理設(shè)備組成。預(yù)處理設(shè)備集成了液壓提升單元、人工分揀與水平輸送單元、破碎單元、螺旋擠壓脫水單元、垂直輸送單元。堆肥設(shè)備由2 個(gè)串聯(lián)的臥式圓柱型堆肥倉(cāng)組成，1#倉(cāng)位置比2#倉(cāng)略高，物料從1#倉(cāng)前端進(jìn)入，通過攪拌設(shè)備逐漸推移至后端，然后借重力進(jìn)入2#倉(cāng)前端，同樣通過攪拌設(shè)備逐漸推移至后端出料。堆肥倉(cāng)采用SUS304 不銹鋼加工，總?cè)莘e約7 m3，有效容積5.6 m3，內(nèi)置犁刀式攪拌槳，外部包裹加熱毯。尾氣處理設(shè)備包括酸洗塔和堿洗塔，外觀尺寸均為φ1.2 m×2.6 m、空床容積為2.3 m3、填料層有效容積為0.25 m3，設(shè)計(jì)氣液接觸時(shí)間不少于2 s、氣體停留不少于20 s。酸、堿吸收液儲(chǔ)存池位于吸收塔下方，吸收液由水泵提升后從塔頂噴淋而下，尾氣通過管道風(fēng)機(jī)由塔底部向上輸送。酸塔吸收液pH 控制在3.5 左右，堿塔吸收液pH 控制在10.5 左右。該設(shè)備工藝流程和裝置示意如圖1 所示。

圖1 蔬菜廢棄物分散式堆肥設(shè)備工藝流程和裝置示意Figure 1 Schematic of process flow and device of vegetable waste distributed composting equipment

本試驗(yàn)蔬菜廢棄物取自福建省龍巖市某集貿(mào)市場(chǎng)，主要有藕、蒜苗、蘑菇、筍殼、芥菜、青椒、苦瓜等。堆肥輔料為購(gòu)自木材加工廠的鋸末。添加菌種為市面上較為成熟的商用菌劑，其主要成分有霉菌、芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌、光合細(xì)菌、放線菌、固氮菌、解磷細(xì)菌、解鉀細(xì)菌等多種有益微生物，有效活菌數(shù)≥100 億個(gè)/g，1 kg菌劑可發(fā)酵5～10 t 物料。

2.2 試驗(yàn)方法

蔬菜廢棄物經(jīng)稱質(zhì)量后提升到分揀與輸送單元，由人工挑揀出塑料袋、尼龍繩和金屬制品等雜質(zhì)；經(jīng)破碎機(jī)破碎成10～15 mm 的顆粒，破碎后的物料直接進(jìn)行螺旋擠壓脫水，經(jīng)脫水后物料含水率約70%～80%；脫水后的物料由垂直輸送單元送入堆肥倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行堆肥，擠壓濾出水經(jīng)收集后送至附近分散式生活污水處理設(shè)施作為液體碳源進(jìn)行處理。

試驗(yàn)共進(jìn)行54 d。農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的蔬菜廢棄物每天來料量為300～1 100 kg，連續(xù)進(jìn)料（其中有6 d因預(yù)處理系統(tǒng)故障維修沒有進(jìn)料），第15 天起每天出料80～400 kg。試驗(yàn)過程中設(shè)定1#堆肥倉(cāng)的溫控啟、停溫度為55°C 和65°C，2#堆肥倉(cāng)的溫控啟、停溫度為45°C 和55°C。在調(diào)試運(yùn)行前期，2 個(gè)堆肥倉(cāng)的攪拌（額定轉(zhuǎn)速1～2 r/min）方式均為每間隔8 min 運(yùn)行2 min、正反轉(zhuǎn)交替進(jìn)行，穩(wěn)定運(yùn)行40 d 后調(diào)整為每間隔14 min 運(yùn)行1 min。風(fēng)機(jī)工作時(shí)間為每間隔130 s 工作50 s，理論上50 s 的時(shí)間可將頂空部分空氣全部抽出，完成1 次換氣。

本次試驗(yàn)在調(diào)試初期加入1.8 kg 菌劑進(jìn)行接種，在第13 天添加250 kg 輔料，穩(wěn)定運(yùn)行后不再額外添加菌劑和輔料。

2.3 分析方法

試驗(yàn)過程采用安裝在堆肥倉(cāng)內(nèi)部的紅外測(cè)溫計(jì)和PT100 鉑熱電阻溫度傳感器測(cè)量溫度；采用烘干減重法測(cè)定含水率［11］；采用元素分析儀（VarioMacro CHNS，德國(guó)）測(cè)定固體碳氮元素含量［11］；采用馬弗爐燃燒法（600 °C、4 h）測(cè)量揮發(fā)分含量，以此表征有機(jī)質(zhì)含量［11］；物料pH 則采用萃取法測(cè)定［12］；采用ICP-MS（7500，安捷倫）測(cè)定重金屬元素［11］；根據(jù)GB 7959—2012 糞便無害化衛(wèi)生要求中的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定糞大腸菌群數(shù)和蛔蟲卵死亡率［12］；根據(jù)CJJ 52—2014 生活垃圾堆肥處理技術(shù)規(guī)范中的方法測(cè)定堆肥產(chǎn)物種子發(fā)芽指數(shù)［13］。

3 結(jié)果與討論

3.1 堆肥過程參數(shù)分析

3.1.1 堆肥減量率

在持續(xù)54 d 的試驗(yàn)過程中，堆肥設(shè)備每天進(jìn)料300～1 100 kg，日均進(jìn)料量511 kg，物料在堆肥倉(cāng)內(nèi)實(shí)際停留時(shí)間＞7 d，第15 天起每天出料80～400 kg（圖2）。試驗(yàn)期間累計(jì)進(jìn)料量為27 614 kg，累計(jì)出料量為6 200 kg，倉(cāng)內(nèi)剩余物料為1 500 kg，總體減量率為72.1%。

圖2 好氧堆肥試驗(yàn)期間進(jìn)出料情況Figure 2 The feeding and discharging performance during aerobic compost test

3.1.2 物料含水率變化

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單組分蔬菜經(jīng)破碎和擠壓脫水后，含水率由初始的74.3%～93.3% 降低到52.7%～76.4%（表1），而混合蔬菜廢棄物經(jīng)破碎擠壓后進(jìn)入堆肥倉(cāng)時(shí)的含水率為68%～78%。好氧堆肥的適宜含水率范圍為50%～60%［14］，因此需調(diào)節(jié)進(jìn)料含水率至合適范圍。投加輔料可調(diào)節(jié)堆體孔隙率和含水率，對(duì)改善堆體內(nèi)部環(huán)境和促進(jìn)生物降解具有顯著作用［15］。為節(jié)約堆肥運(yùn)行成本，本研究?jī)H在運(yùn)行第13 天添加250 kg 輔料，之后不再額外添加輔料。本試驗(yàn)通過加強(qiáng)倉(cāng)體通風(fēng)換氣、強(qiáng)化攪拌復(fù)氧、提高加熱保溫效果［16］等方法優(yōu)化堆肥方式，達(dá)到高效低耗調(diào)節(jié)堆體含水率的目的。試驗(yàn)結(jié)果顯示，堆肥倉(cāng)內(nèi)物料沿程的平均含水率從倉(cāng)前部的69.5% 依次降低至66.8%、64.4%、59.1%和56.6%（圖3），達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

表1 蔬菜破碎擠壓脫水前后含水率變化Table 1 Moisture variations of vegetables before and after squeezing

圖3 堆肥倉(cāng)內(nèi)不同部位堆體的含水率Figure 3 Moisture content of different part of the composting pile

3.1.3 堆肥過程物料溫度的變化

堆體溫度是堆肥過程的重要運(yùn)行參數(shù)，溫度過低表示堆肥微生物活性較低，堆肥效果不佳，溫度過高也會(huì)抑制微生物活性。在試驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行的第47～54 天，每天對(duì)1#倉(cāng)的前、中、后部和2#倉(cāng)的前、后部堆體進(jìn)行測(cè)溫。采用探針型溫度計(jì)插入每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)表層下10～15 cm，測(cè)量3 次取平均值，結(jié)果如圖4 所示。盡管1#和2#倉(cāng)的溫控啟、停溫度分別設(shè)置為55、65 °C 和45、55 °C，但因?yàn)闇乜攸c(diǎn)測(cè)定的是堆肥倉(cāng)內(nèi)上部空氣溫度，所以與堆體內(nèi)部溫度并不直接關(guān)聯(lián)。堆體內(nèi)部溫度與物料自身發(fā)酵程度有關(guān)，主要來自有機(jī)質(zhì)降解和生物能量的積累［17］。1#倉(cāng)前、中和后部堆體的平均溫度分別為40.3、44.7、45.7°C，2#倉(cāng)前部和后部堆體的平均溫度分別為52.3 °C 和52.0 °C，呈現(xiàn)先升高后緩慢降低的趨勢(shì)。1#倉(cāng)前部物料含水率高，堆肥反應(yīng)速度較慢，而且臨近進(jìn)料口，與預(yù)處理系統(tǒng)之間的進(jìn)料通道沒有做物理隔離，熱量容易耗散。而隨著物料推進(jìn)，含水率逐步降低，堆肥反應(yīng)速率加快，自身產(chǎn)生熱量增多，堆體溫度逐漸升高［7,14］。但隨著易降解有機(jī)物消耗，堆肥反應(yīng)速率減緩，產(chǎn)生熱量變少，溫度緩慢降低。2#倉(cāng)堆體溫度保持在50°C 以上，滿足了堆體維持2 d 不小于50°C 的衛(wèi)生要求［12］。

圖4 堆肥倉(cāng)內(nèi)不同部位的堆體溫度Figure 4 Temperature of the different part of the composting pile

3.1.4 堆肥倉(cāng)溫控范圍對(duì)倉(cāng)內(nèi)水汽排出量的影響

在攪拌與風(fēng)機(jī)共同作用下將堆肥倉(cāng)內(nèi)的水汽及時(shí)排出有利于降低堆體含水率和提高堆體發(fā)酵效果。除臭單元酸堿塔的冷凝水收集量在一定程度上可以反映出水汽的排出量。在設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行期間，分別考察了3 組不同溫控范圍對(duì)水汽排出的效果，即a（第34～37 天，1#倉(cāng)45～55 ℃、2#倉(cāng)40～50 ℃）、b（第38～46 天，1#倉(cāng)50～60 ℃、2#倉(cāng)40～50 ℃）和c（第47～54 天，1#倉(cāng)55～65 ℃、2#倉(cāng)45～55 ℃）。a 工況運(yùn)行期間平均進(jìn)料量為547.5 kg，收集到的冷凝水體積為54.0～75.0 L，平均為60.5 L；b 工況運(yùn)行期間平均進(jìn)料量為573.8 kg，收集到的冷凝水體積為47.2～84.7 L，平均為63.3 L；c 工況運(yùn)行期間平均進(jìn)料量為659.1 kg，收集到的冷凝水體積為61.7～113.7 L，平均為91.6 L。b 工況與a 工況相比，僅1#倉(cāng)加熱毯?jiǎn)⑼囟雀? ℃，b 工況收集到冷凝水體積略高。然而，c 工況與b 工況相比，兩個(gè)堆肥倉(cāng)的啟停溫度均提升5 ℃，所收集到的冷凝水體積平均值由63.3 L 升至91.6 L，提高了44.7%。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，冷凝水產(chǎn)量與進(jìn)料量無顯著相關(guān)關(guān)系，而與發(fā)酵溫度之間的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)為0.842，二者顯著相關(guān)（p＜0.01），表明堆肥倉(cāng)溫度是影響水汽排出的重要因素之一。因此，后續(xù)運(yùn)行中設(shè)置1#倉(cāng)和2#倉(cāng)加熱毯的啟、停溫度分別為55、65 ℃和45、55 ℃。

3.1.5 尾氣處理

與其他有機(jī)垃圾一樣，蔬菜廢棄物在堆肥過程中會(huì)產(chǎn)生氨、小分子有機(jī)酸等臭氣。因此，本研究所研制的分散式好氧發(fā)酵設(shè)備配套了酸堿洗滌尾氣凈化單元，通過管道風(fēng)機(jī)將堆肥倉(cāng)頂空部分的空氣抽出，依次經(jīng)過酸洗滌塔和堿洗滌塔。由圖5 可知，在試驗(yàn)過程中，酸塔吸收液pH 不斷緩慢降低至2.9 左右，無需每日調(diào)節(jié)pH；而堿塔吸收液pH 在運(yùn)行24 h 后降至9.8 左右，需要每日重新用堿調(diào)節(jié)至10.5 以上。這表明蔬菜廢棄物在堆肥過程中產(chǎn)生了較多的揮發(fā)性有機(jī)酸。由表2可知各類蔬菜廢棄物的有機(jī)質(zhì)含量較高，平均可達(dá)79.7%，碳元素含量則占22.6%～45.0%、平均達(dá)34.2%，而氮元素含量?jī)H占1.3%～4.4%、平均為2.6%。因此，蔬菜廢棄物在堆肥過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)酸的量可能比氨氣的量更多，為確保尾氣除臭效果，應(yīng)該更加關(guān)注揮發(fā)性有機(jī)酸的處理［18］。

圖5 尾氣除臭系統(tǒng)酸堿吸收液的pH 變化Figure 5 pH variations in acid and absorption solution of tail gas deodorization system

表2 各類蔬菜廢棄物的有機(jī)質(zhì)和碳、氮含量Table 2 Organic matter,carbon and nitrogen contents of different vegetable wastes

3.2 堆肥過程能耗分析

3.2.1 各子系統(tǒng)運(yùn)行能耗

試驗(yàn)期間堆肥系統(tǒng)平均日處理蔬菜廢棄物511 kg。雖然在第14、16、20 和32 天因預(yù)處理設(shè)備故障沒有進(jìn)料，但設(shè)備總能耗仍維持在220 kWh左右（圖6）。進(jìn)料量與設(shè)備能耗無顯著相關(guān)關(guān)系（p＞0.05），有必要深入分析各子系統(tǒng)的能耗占比，以便有針對(duì)性地優(yōu)化運(yùn)行方式，降低能耗。

圖6 進(jìn)料量與處理能耗Figure 6 Waste feeding amounts and disposal energy consumption

試驗(yàn)所用的蔬菜廢棄物堆肥系統(tǒng)各單元的額定功率分別為：預(yù)處理系統(tǒng)（包含提升、破碎、螺旋擠壓和輸送設(shè)備）15 kW、通風(fēng)除臭系統(tǒng)（包含風(fēng)機(jī)和酸堿洗滌塔回流泵）1.5 kW、1#倉(cāng)加熱毯12 kW、2#倉(cāng)加熱毯12 kW、1#倉(cāng)攪拌電機(jī)13 kW（含2 臺(tái)輔助電機(jī)）、2#倉(cāng)攪拌電機(jī)9 kW（含2 臺(tái)輔助電機(jī)）。在試驗(yàn)期間預(yù)處理系統(tǒng)的每日工作時(shí)間約1 h，耗電15 kWh；設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行后堆肥倉(cāng)物料的攪拌頻率為正轉(zhuǎn)1 min、停止14 min、反轉(zhuǎn)1 min、停止14 min，2 個(gè)堆肥倉(cāng)每天工作1.6 h，能耗35 kWh；換氣與除臭系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)工作頻率為工作50 s、停止130 s，每天工作6.7 h，能耗10 kWh；由此可估算出試驗(yàn)期間2 個(gè)堆肥倉(cāng)加熱毯每天的平均能耗約為160 kWh，與實(shí)際統(tǒng)計(jì)加熱毯工作時(shí)間計(jì)算所得的170 kWh 的能耗大體吻合。預(yù)處理、攪拌和除臭子系統(tǒng)的能耗分別為6.8%、15.9%和4.6%（圖7）。保溫加熱是最為耗能的環(huán)節(jié)，占總能耗的72.7%，可見盡可能縮短加熱毯工作時(shí)長(zhǎng)，對(duì)于節(jié)約系統(tǒng)的運(yùn)行能耗具有重要的意義。

圖7 各子系統(tǒng)能耗占總能耗的比例Figure 7 Proportion of energy consumption of each subsystem in total energy consumption

3.2.2 有機(jī)物好氧堆肥過程的熱量平衡分析

過高的處理能耗將會(huì)嚴(yán)重阻礙堆肥設(shè)備的推廣應(yīng)用。為進(jìn)一步研究堆肥過程產(chǎn)熱與熱損失的情況，對(duì)堆肥過程所產(chǎn)生的能量Qprod與損失的能量Qloss進(jìn)行分析，具體計(jì)算公式如下：

式中：m為物質(zhì)質(zhì)量，kg；H為葡萄糖燃燒熱，15 633.2 kJ/kg；C為比熱容，C水=4.2 kJ/（kg·℃），C固=1.254 9 kJ/（kg·℃），C空=1.017 kJ/kg·℃；Δt為溫度差，℃；λ為汽化潛熱，2 358.1 kJ/kg；Q1、Q2、Q3分別為堆體水分、固相和腔內(nèi)空氣升溫所需能耗，kWh；Q4為水汽化所需能耗，kWh。

本次試驗(yàn)條件下，每天平均進(jìn)料量為511 kg，擠壓脫水后進(jìn)倉(cāng)物料平均為206 kg （含水率75%），出料量142.6 kg（含水率55%）。以90%（干基）作為果蔬垃圾的初始有機(jī)質(zhì)含量，并測(cè)得有機(jī)物的平均削減率為22%，以此計(jì)算出每日降解有機(jī)物量為12.6 kg。該有機(jī)物部分分解為H2O和CO2，部分轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)酸隨通風(fēng)換氣排出堆肥倉(cāng)。假設(shè)有50% 有機(jī)物完全礦化釋放熱量，根據(jù)公式（1） 計(jì)算堆體自身產(chǎn)能Qprod為27.4 kWh。

根據(jù)公式（2）計(jì)算每次加料中水相（Q1）和固相（Q2）從環(huán)境溫度（10 °C）上升到倉(cāng)內(nèi)溫度（60°C）所需的能耗分別約為9.0 kWh 和0.9 kWh，因此外加物料整體升溫所需能耗為9.9 kWh。此外由設(shè)備運(yùn)行可知，每日風(fēng)機(jī)工作時(shí)間為6.7 h，風(fēng)量2.88 m3/min，由此可知每日交換的空氣體積為1 157.76 m3。同樣根據(jù)公式（2），這部分空氣從10 °C 升溫至60 °C 所需能耗（Q3）為19.7 kWh。現(xiàn)行工況和運(yùn)行結(jié)果條件下，設(shè)備理論上每日排出堆肥倉(cāng)水汽為106.1 kg。根據(jù)公式（3），這部分水在倉(cāng)內(nèi)由60 °C 液態(tài)水汽化為水蒸氣所需能耗（Q4）為69.5 kWh。由公式（4）可知，堆體升溫和水分汽化所需能耗（Qloss）為99.1 kWh。

堆體自身產(chǎn)能27.4 kWh，堆體升溫和水分汽化所需能耗99.1 kWh，理論上僅需補(bǔ)充71.7 kWh能耗。然而，加熱毯每日工作耗能高達(dá)160 kWh。這表明，每日約有88.3 kWh 能耗用于堆肥倉(cāng)自身熱量耗散與補(bǔ)充，這也意味著設(shè)備每日220 kWh的平均運(yùn)行能耗中有約88.3 kWh，即40% 的降耗空間。這可以體現(xiàn)在做好堆肥倉(cāng)的保溫工作，避免加熱毯頻繁啟停帶來的能耗；做好通風(fēng)排氣工作，將水蒸氣及時(shí)排出倉(cāng)外，避免其在倉(cāng)內(nèi)不利條件下形成冷凝-汽化-冷凝的惡性循環(huán)，帶來額外的能量損失。此外，若能將高溫飽和蒸汽中的熱能加以回收再利用，對(duì)降低處理能耗具有重要意義［19］，這是將來設(shè)備優(yōu)化的重要改進(jìn)方向。

3.3 二次堆肥與堆肥產(chǎn)物評(píng)價(jià)

3.3.1 二次堆肥運(yùn)行情況

蔬菜廢棄物經(jīng)過一次堆肥后，易降解有機(jī)物和含水率大幅下降。將一次堆肥出料進(jìn)行二次堆肥，物料進(jìn)一步腐熟（圖8）。二次堆肥堆體溫度在第5 天上升至56 °C，但隨之緩慢下降，第10天降至45 °C 以下。含水率從初始的55% 減少到40% 左右，最后的含水率與周圍環(huán)境空氣濕度相關(guān)。由于在一次堆肥過程中大部分易降解有機(jī)物已經(jīng)穩(wěn)定化，因此在二次堆肥時(shí)50°C 以上的高溫持續(xù)時(shí)間較短。在一次堆肥階段，細(xì)菌和真菌分解有機(jī)物時(shí)，釋放出的乙酸、丙酮酸等有機(jī)酸的積累會(huì)導(dǎo)致pH 下降。堆體pH 偏酸，具有酸化水解作用的微生物仍有較強(qiáng)的活性，并不會(huì)抑制進(jìn)一步發(fā)酵。由于一次堆肥產(chǎn)品中殘存的小分子有機(jī)酸在二次堆肥過程進(jìn)一步降解生成CO2，以及含氮有機(jī)物進(jìn)一步降解生成氨類物質(zhì)［14］，堆體的pH則從初始的4.3 持續(xù)升高，最后穩(wěn)定在8.9 左右。

圖8 二次堆肥的含水率、溫度和pH 變化情況Figure 8 Variations of moisture content,temperature and pH of secondary compost

3.3.2 二次堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)

蔬菜廢棄物經(jīng)二次堆肥后產(chǎn)品的品質(zhì)基本滿足NY 525—2021 有機(jī)肥料的要求，見表3。蔬菜廢棄物經(jīng)過一次堆肥后，產(chǎn)物pH 偏低，含水率較高。二次堆肥能進(jìn)一步升高物料pH，降低含水率。如果輔助人工翻堆、鋪攤、晾曬或進(jìn)一步延長(zhǎng)二次堆肥時(shí)間，則能使物料含水率降低至30%以下［20］。此外，本研究的一次堆肥產(chǎn)物的種子發(fā)芽指數(shù)為60%，經(jīng)過二次堆肥腐熟后，產(chǎn)物的種子發(fā)芽指數(shù)提高至80%，而且檢測(cè)不出糞大腸菌群，蛔蟲卵死亡率也達(dá)到100%。盡管二次堆肥的產(chǎn)品因總質(zhì)量的進(jìn)一步減少而導(dǎo)致干基重金屬含量總體上略有升高（總鉻除外），但仍滿足NY 525—2021 的標(biāo)準(zhǔn)要求。以上結(jié)果說明蔬菜廢棄物的二次堆肥產(chǎn)品完全滿足衛(wèi)生要求，且進(jìn)一步提升了產(chǎn)品品質(zhì)。

表3 堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)Table 3 Quality of compost products

4 結(jié)論

1）對(duì)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的蔬菜廢棄物進(jìn)行分散式好氧堆肥處理，在堆肥時(shí)間大于7 d 時(shí)，減量率可達(dá)到70%以上。

2）對(duì)設(shè)備化堆肥產(chǎn)物進(jìn)行二次堆肥可進(jìn)一步降低堆肥產(chǎn)品的含水率，提高pH、總養(yǎng)分含量和種子發(fā)芽指數(shù)，產(chǎn)品滿足NY 525—2021 的要求。

3）堆肥倉(cāng)的保溫加熱是堆肥設(shè)備最大的耗能環(huán)節(jié)，主要用于堆肥倉(cāng)自身熱量耗散補(bǔ)充以及倉(cāng)內(nèi)水分汽化。若能進(jìn)一步強(qiáng)化堆肥倉(cāng)保溫效果、提高堆肥倉(cāng)內(nèi)水蒸氣排出效率，并將其所帶走的熱能加以回收利用，將會(huì)大幅降低處理能耗，這是下一步的研究重點(diǎn)。