尾菜协同农业废弃物高温好氧堆肥工艺研究

摘要 ［目的］研究利用竖式好氧堆肥设备就地处理尾菜协同农业废弃物对尾菜堆肥效果的影响，建立尾菜就地好氧堆肥工艺体系。［方法］设立 4 组试验对尾菜协同稻壳、蘑菇渣 2 种辅料进行好氧堆肥处理，对物料无害化指标、减量化性质进行分析。［结果］经间歇动态堆肥处理 4 d，堆体减重率为 20.31%～29.08% ，高温期（T≥55 ℃）的持续时间基本超过 3 d ，粪大肠菌群数和蛔虫卵死亡率符合无害化要求，添加稻壳的堆肥减量化、无害化效果优于添加蘑菇渣的堆肥。［结论］尾菜协同农业废弃物经就地好氧堆肥处理可有效实现减量化和无害化处理。

关键词 尾菜；农业废弃物；好氧堆肥；减量化；无害化

中图分类号 X 71  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）16-0201-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.16.047

Study on the Aerobic Composting of Agricultural Wastes with the Cooperation of Vegetable Waste

LIAN Meng-yun， GUAN Wen-yi， WU Yan et al

（Anhui Guozhen Environmental Sanitation Technology Co.， Ltd.， Hefei， Anhui 230000）

Abstract ［Objective］The aim was to investigate the composting effect of vegetable waste and agricultural waste with vertical aerobic composting equipment， establish aerobic composting technology for vegetable waste.［Method］Four groups of experiments were set up for aerobic composting of vegetable waste with two auxiliary materials， rice husk and mushroom residue， and the harmless indexes and reduction properties of the materials were analyzed.［Result］The results showed that after four days of intermittent dynamic composting treatment， the weight loss rate of the pile was 20.31% to 29.08%， the duration of the high temperature period （T≥55 ℃） was more than three days， the number of faecal coliform and the mortality rate of larvae eggs met the requirements of harmless， and the reduction and harmless effect of rice husk compost was better than that of mushroom residue compost.［Conclusion］In situ aerobic composting can effectively reduce and treat agricultural waste without harmful effects.

Key words Vegetable waste;Agricultural waste;Aerobic compost;Reduction;Harmless

基金项目 安徽省自然科学基金项目（2108085QC126）。

作者简介 廉梦云（1995—），女，安徽阜阳人，助理工程师，硕士，从事有机废弃物资源化处置研究。通信作者，高级工程师，从事固废污染控制工程研究。

收稿日期 2023-01-06

随着农村地区经济迅速发展，我国农业正朝着集成化、规模化、精细化方向发展，蔬菜大棚、蔬菜种植基地迅速扩张，有效解决了居民的“菜篮子”问题［1］。同时，在农业生产、加工、销售过程中产生的残次蔬菜、瓜果叶、根茎等残余量急剧增加［2］。研究表明，尾菜的产生量约占蔬菜总量的30%，产量巨大［3］。尾菜的含水率高，氮、磷、钾等养分含量丰富［4-5］，极易腐败变质。如何将尾菜的“危害性”变为“资源性”已成为研究热点。目前，尾菜资源化处理包括生物质能回收［4］、饲料化［6］、好氧堆肥［7］等技术，考虑到尾菜的生产、成分及性质受季节性、地域性的影响，具有生产非连续性、产地分散性的特点［8］，不宜采用集中大规模处理方式，探索一种适合于农村的小型、就地尾菜资源化处理技术是迫切所需。好氧堆肥处理技术是目前处理有机废弃物的有效技术之一，其因经济适用性和技术可行性在农村地区具有一定的应用场景，可依据当地环境对堆肥工艺进行调整，通过添加调理剂来解决物料含水率高和碳氮比低的问题，例如畜禽粪便［9］、农业废弃物［10］（玉米秸秆、稻壳等）等，使其达到堆肥条件标准。好氧堆肥工艺类型分为静态堆肥和动态堆肥，动态堆肥常以反应器为堆肥场所，通过机械搅拌的方式实现动态翻堆，又因反应器保温性好，避免翻堆造成的热量损失，适合于多数物料的好氧堆肥处理［11］。

因此，笔者以农村产生的尾菜为原料，协同当地的农业废弃物，利用研发的竖式好氧堆肥设备，研究尾菜与不同农业废弃物就地好氧堆肥技术，分析评估尾菜就地处理减量化效果、好氧堆肥短时间内无害化程度以及不同农业废弃物的堆肥质量，形成尾菜就地减量化、无害化处置技术方案，实现尾菜的初级堆肥及后续的资源化利用，在此基础上为广大农村地区的尾菜处理提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点 试验地点位于安徽省合肥市庐江县台创园南圩新村安徽国祯环卫科技有限公司庐江示范基地。

1.2 试验原料 尾菜以种植大棚残余韭菜、农贸市场产生的瓜果菜叶、根块类等作为原料，来源于安徽省合肥市庐江县韭菜种植大棚以及郭河镇农贸市场，由收集员分拣后运送至堆肥中心。稻壳、蘑菇渣来自南圩新村，稻壳是水稻脱粒后的外壳，蘑菇渣为平菇菇渣，收集后放置在大棚中长时间晾晒。堆肥原料的基本理化性质见表1。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计。试验将尾菜与稻壳、蘑菇渣2种农业废弃物进行不同配比，共 4 组试验，试验时间是 2022年8—9月。尾菜收集量出现波动与环境有关，环境温度低，蔬菜损耗少，故堆体 3 和堆体 4 的尾菜收集量少。由于农业废弃物性质不同，为达到合适的堆肥效果，不同农业废弃物的添加比例有所差异，具体配比及混合物料性质见表 2。

1.3.2 堆肥装置及技术工艺。好氧处理设备为竖式结构，根据物料量和堆肥周期设置不同的仓体数量，该研究中设备为三仓结构，内部设有搅拌装置、自然通风装置、强制通风装置、渗滤液内循环装置、温度传感器等，尽可能保证物料的氧气供应。物料通过自动提升装置上料，下料和出料通过2块活动的翻板实现，达到单仓堆肥时间后开启翻板物料进入下一仓，堆肥结束后由最底仓出料。

将新鲜尾菜分拣后经破碎机破碎，破碎时按照比例分别加入稻壳、蘑菇渣，得到长度为 2～3 cm、混合均匀的物料；物料在设备中进行高温好氧堆肥，物料在第1仓、第2仓各堆肥 1 d，第3仓堆肥 2 d，累计堆肥 4 d，堆肥结束后由出料口出料，得到堆肥产物，设 3 组重复。

1.3.3 样品的采集与保存。在堆肥过程，分别取混合物料、堆肥 1 d、堆肥产物样品，多点多层次取样后混合均匀，放置于取样袋中，粘贴好标签，用于样品检测。

1.3.4 堆肥理化指标检测。

1.3.4.1 减重率的测定。记录混合物料质量（M1）和出料质量（M2）。减重率计算公式：

减重率=（1-M2/M1）×100%（1）

1.3.4.2 温度的测定。利用设备上的温度传感器，每间隔4 h记录堆体中心点温度和环境温度。

1.3.4.3 关键理化指标的测定。含水率、有机质、总养分（N、P2O5、K2O）、pH、重金属（镉、铬、铅、汞、砷）的检测方法参考标准NY/T 525—2021［12］。

1.3.4.4 无害化指标的测定。以粪大肠菌群数和蛔虫卵死亡率作为无害化参考指标。粪大肠菌群数和蛔虫卵死亡率参考标准GB/T 19524.1、GB/T 19524.2［13］中的检测方法。

1.4 数据分析 使用Microsoft Excel TM对数据进行统计，使用Origin8.5对数据进行统计分析，用SPSS软件进行单因素方差分析（ANOVA）样本之间的差异。

2 结果与分析

2.1 物料减量化 尾菜以韭菜、根茎、玉米须等为主要成分，含水率为98.63%，有机质481 g/kg，与王哲［14］研究中以番茄残株为原料的尾菜有机质含量552 g/kg、含水率70.4%性质相似。魏泉源等［15］指出，一般家庭、餐馆厨余垃圾含水率为70%～85%、有机质含量为 80%～95%，尾菜需要添加更多含水率较低、有机质含量高的辅料调整其性质以满足好氧堆肥的条件。由表3可知，尾菜与稻壳协同减量化较尾菜与蘑菇渣协同堆肥减量化效果好，堆体2减重率最大，为29.08%;堆体 3减重率最小，为20.31%。随着农业废弃物添加量的增加，物料减重率增加，可能是农业废弃物的添加，改变了物料的孔隙度，使物料内部结构疏松，能接触更多的空气，加快了物料的降解速度。

2.2 堆肥过程中温度的变化 温度是判断好氧堆肥进程的参数之一，堆肥中温度的变化对堆肥产物腐熟度具有重要作用，堆肥应在 55 ℃以上保持 3 d以上或者在 50 ℃以上保持 7 d以上，以达到无害化处理目的［11］。

由图 1 可以看出，不同堆体升温速度有一定的差异，堆体 3和堆体 4较堆体 1、2 进入高温期（T≥50 ℃）的时间缩短，堆体 3 和堆体 4 分别在堆肥 10、6 h后进入高温期；而堆体 1 在进料 16 h以后进入高温期，起温速度缓慢，但堆体 1 和堆体 2 在后续发酵过程中一直保持在较高温度，最高温度分别为 75.0、73.3 ℃，≥ 55 ℃的时间均超过 3 d，堆肥结束时物料温度仍在65 ℃以上，达到无害化温度要求。而堆体 3 和堆体 4 在连续发酵过程中温度偏低，最高温度分别为 58.9、65.4 ℃，堆体 3 的≥55 ℃的维持 2.5 d左右，随着堆肥反应的进行，堆体温度缓慢降低，出料时温度在50 ℃左右，保温效果差。这可能是因为堆体 3 和 4 的含水率高，加上破碎后的蘑菇渣吸附性强，紧紧吸附在尾菜表面，随着堆肥进行，物料逐渐压实，物料内部氧气流通效果差，好氧微生物生长受到抑制，有机质不能被充分降解转化为热量使堆体保持高温。陈海滨等［16］研究表明，物料含水率高，以及添加的辅料粒径小，辅料容易吸附在物料上阻隔氧气进入，使物料局部厌氧影响堆体温度。林向宇等［17］研究发现，蔬菜废弃物在堆肥时，随着有机质降解，并在设备保温系统作用下，堆体温度在高温期维持 2 d，达到温度卫生要求。

2.3 堆肥过程中含水率的变化 物料含水率的高低对设备通风供氧能力的要求有所不同，当物料含水率高时，可很好地检测本设备的包容能力和极限处理能力。由图 2 可以看出，堆肥产物的含水率与混合物料相比有所升高，与牛德真［8］的研究结果相似，因为设备的密闭，堆肥产生的水汽不能及时排出，水分集中在物料表面，使物料含水率升高，蘑菇渣的强吸水性和吸附性，能够封存更多水分在堆体表面，通风阻力大，进一步导致物料进行厌氧发酵，减缓了发酵进程。