農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物的危害及堆肥化技術(shù)

農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物的危害及堆肥化技術(shù)楊立貴（浙江育杭州英職業(yè)技術(shù)學(xué)院）摘要：該文分析了固體有機(jī)廢棄物對(duì)環(huán)境的危害，指出堆肥化處理固體有機(jī)廢棄物是符合我國(guó)國(guó)情的重要舉措，同時(shí)講述了當(dāng)前堆肥產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。關(guān)鍵詞：固體有機(jī)廢棄物堆肥化環(huán)境危害刖言隨著我國(guó)集約化農(nóng)業(yè)和加工業(yè)的迅速發(fā)展，大量農(nóng)業(yè)和加工業(yè)的固體有機(jī)廢棄物被浪費(fèi)掉，如水稻、小麥、玉米、油菜等作物秸稈就地焚燒、規(guī)?；B(yǎng)殖后的畜禽糞便和加工業(yè)的下腳料等隨地棄置，這不僅嚴(yán)重污染了環(huán)境，也極大地浪費(fèi)了有機(jī)肥產(chǎn)品的原料。同時(shí)造成大量的養(yǎng)分資源（C、N、P、K、S及微量元素）流失于土壤一植物系統(tǒng)之外，明顯地削弱了我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力。自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，固體有機(jī)廢棄物已成為我國(guó)生態(tài)環(huán)境所面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，并波及城鄉(xiāng)居民的生活環(huán)境。進(jìn)入新世紀(jì)之后，問(wèn)題更加突出。1、焚燒作物的環(huán)境危害我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年產(chǎn)生各種農(nóng)作物秸稈有6億多t。其中水稻1.68億t、小麥1.06億t、玉米1.21億t、20世紀(jì)80年代以來(lái)，農(nóng)村的能源結(jié)構(gòu)、種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，農(nóng)作物秸稈大量剩余，焚燒農(nóng)作物秸稈的現(xiàn)象屢禁不止，造成資源浪費(fèi)、污染環(huán)境等不良后果。另外，露天焚燒秸稈還容易造成火災(zāi)，燒傷人畜甚至致死。1.1損傷土地土壤中含有許多對(duì)農(nóng)作物有益的微生物。其對(duì)促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化、加速養(yǎng)分釋放和改善植物養(yǎng)分供應(yīng)起著重要作用。絕大多數(shù)土壤微生物在15?40°C范圍內(nèi)活性最強(qiáng)。表層土壤過(guò)火以后，地下5cm處溫度可達(dá)65?90C，高溫抑制土壤中的微生物生長(zhǎng),從而影響農(nóng)作物養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)，導(dǎo)致土壤肥力下降。1.2污染大氣農(nóng)作物秸稈中含有氮、磷、鉀、碳、氫元素及有機(jī)硫等。特別是剛收割的秸稈尚未干透，經(jīng)不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物、二氧化硫、碳?xì)浠衔锛盁焿m，氮氧化物和碳?xì)浠衔镌陉?yáng)光作用下還會(huì)產(chǎn)生二次污染物臭氧等。在城市“熱島效應(yīng)”的作用下，城郊四周產(chǎn)生的大氣污染物便自然向市區(qū)流動(dòng)，造成嚴(yán)重的大氣污染.如2006年6月20日傍晚，北京部分地區(qū)突然被一股刺鼻的煙霧所籠罩，能見(jiàn)度急劇下降，煙霧從南向北逐漸擴(kuò)散，南部城區(qū)污染物一度超標(biāo)6?9倍。北京市環(huán)保局調(diào)查后認(rèn)為，周邊河北地區(qū)大面積焚燒麥秸產(chǎn)生的煙霧被風(fēng)吹到北京上空，造成了空氣嚴(yán)重污染。1.3影響交通我國(guó)耕地倒茬時(shí)間短、復(fù)種指數(shù)高，搶收、搶種約1周的時(shí)間，客觀上造成焚燒農(nóng)作物秸稈的時(shí)間較為集中。燃燒秸稈形成的大量煙霧，使能見(jiàn)度大大降低，嚴(yán)重干擾了正常的交通運(yùn)輸。在交通干線兩側(cè)和機(jī)場(chǎng)附近，這種影響尤為突出。在焚燒期間，空氣能見(jiàn)度遠(yuǎn)低于機(jī)場(chǎng)運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)，成都雙流機(jī)場(chǎng)和石家莊機(jī)場(chǎng)幾乎年年都要被迫關(guān)閉，每年造成數(shù)百萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失。.4資源浪費(fèi)農(nóng)作物秸稈中不僅含有大量纖維素、木質(zhì)素還含有一定量的粗蛋白、粗脂肪、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)成分和許多微量元素。6億t秸稈相當(dāng)于300多萬(wàn)t氮肥、700多萬(wàn)t鉀肥和70多萬(wàn)t磷肥，約為全國(guó)每年化肥施用量的1/4.在田間焚燒農(nóng)作物秸稈，僅能利用所含鉀的40%，其余氮、磷、有機(jī)質(zhì)和熱能則全部損失。2、排放畜禽糞便的環(huán)境危害在我國(guó)，除露天焚燒作物秸稈對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染外，另一種嚴(yán)重的環(huán)境公害是養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便的自然排放。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模越來(lái)越大，逐步發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)?；⒐S化的快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便廢棄物的產(chǎn)生量也急劇增加，目前已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)有機(jī)固體廢棄物的主要生產(chǎn)源。根據(jù)2000年全國(guó)畜禽養(yǎng)殖統(tǒng)計(jì)資料，全國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)生量已達(dá)到20.1億t，其中豬4.83億t、牛糞10.9億t、羊糞2.29億t、禽糞2.01億t.各種污染成分的年產(chǎn)生量分別是，氮約0.114億t、磷約0.047億t、CODCr約0.694億t、BOD5約0.65億t.隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，這一數(shù)字還將上升。生產(chǎn)的高度密集，使畜禽糞便量大大超過(guò)其周?chē)h(huán)境的處理和合理使用的能力。畜禽糞便含有大量未被消化吸收的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、病菌等，能造成大氣、水體、土壤、生物等多方面的污染。.1污染大氣由于畜禽高度密集，廄舍內(nèi)混濁灰塵、糞便、霉變墊料及呼出的二氧化碳等散發(fā)出惡臭。據(jù)報(bào)道，一個(gè)年出欄10萬(wàn)頭的豬場(chǎng)，每天可向大氣排放菌體360億個(gè)、氨氣381.6kg、硫化氫348kg、粉塵621.6kg，污染半徑可達(dá)4.5?5km。畜禽糞便自然排放在養(yǎng)殖場(chǎng)周邊，產(chǎn)生大量惡臭氣體，其中含有大量的氨、硫化氫等有毒、有害成分，嚴(yán)重影響了畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周?chē)目諝赓|(zhì)量，進(jìn)而對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽生長(zhǎng)和周?chē)用竦慕】禈?gòu)成嚴(yán)重威脅。2.2污染水體畜禽糞便能直接或間接進(jìn)入地表水體，導(dǎo)致河流嚴(yán)重污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化、水質(zhì)嚴(yán)重惡化，致使公共供水中的硝酸鹽含量及其他各項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。畜禽污水排入魚(yú)塘和河流中，還會(huì)導(dǎo)致對(duì)有機(jī)物污染敏感的水生生物逐漸死亡，嚴(yán)重威脅著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。研究表明，養(yǎng)豬場(chǎng)排放的污水、固體糞污隨降水淋洗沖刷進(jìn)入自然水體后，可使水中SS、CODCr、BOD5和微生物含量升高。進(jìn)入水體的糞污中含有大量的有機(jī)物，一方面在水中微生物對(duì)其進(jìn)行分解的過(guò)程中，消耗大量的溶解氧(DO)；另一方面水體富營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生大量水生植物殘?bào)w生物降解也消耗大量DO；最終導(dǎo)致水中的DO被耗盡，水體隨之變黑發(fā)臭，這時(shí)水體的原有生態(tài)系統(tǒng)將難以得到恢復(fù)。同時(shí)，畜禽糞尿淋溶性極強(qiáng)，可以通過(guò)地表徑流污染地下水，也可經(jīng)過(guò)土壤滲透污染地下水。2.3危害土壤少量的畜禽糞便不經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理就直接施入到土壤中，其中的蛋白質(zhì)、脂肪和糖及部分有機(jī)污染物在土壤中可以較快地被分解而得到凈化。但是，如果污染物排放量超過(guò)了土壤的自凈能力，便會(huì)出現(xiàn)降解不完全和厭氧腐解，產(chǎn)生惡臭物質(zhì)和亞硝酸鹽等有害物質(zhì)，引起土壤的組成和性質(zhì)發(fā)生改變，破壞其原來(lái)的基本功能。由此還會(huì)致使種植的作物徒長(zhǎng)、倒伏、晚熟或不熟，造成減產(chǎn)，甚至毒害作物。直接施用不經(jīng)處理的畜禽糞便常常會(huì)引起作物幼苗的大面積死亡。3、堆肥化技術(shù)目前，我國(guó)總有機(jī)固體廢棄物年排放量約為41.3億t,其中蘊(yùn)含粗有機(jī)質(zhì)為12.3億t,氮、磷、鉀總儲(chǔ)量約為0.873億t。在這些有機(jī)固體廢棄物中，從氮、磷、鉀養(yǎng)分資源來(lái)看，占主要地位的是畜禽糞便，產(chǎn)生量占固體廢棄物的一半左右，其氮、磷、鉀儲(chǔ)量分別相當(dāng)于0.49億t尿素、1.19億t過(guò)磷酸鈣和0.34億t氯化鉀。作物秸稈則是當(dāng)前我國(guó)第二大類(lèi)農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物，其氮、磷、鉀總儲(chǔ)量約為H4萬(wàn)t。從有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分資源來(lái)看，占主要地位的是農(nóng)作物秸稈。作物秸稈和畜禽糞便就好象是農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中兩把雙刃劍，科學(xué)處理就會(huì)成為很好的、有利用價(jià)值的資源，處理不當(dāng)就會(huì)造成環(huán)境危害。4.1作物秸稈的快速腐解技術(shù)農(nóng)作物秸稈、植物殘枝及農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物（酒糟、醋糟、中藥渣等材料）中除粗纖維外，其他組分都較易降解，因此，粗纖維降解速度是決定秸稈腐熟快慢的關(guān)鍵。關(guān)于加快纖維素、木質(zhì)素降解的研究，國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)報(bào)道。主要有物理的方法，如a或B-射線輻照、微波處理等；化學(xué)的方法，如強(qiáng)酸或堿或氧化劑處理；生物的方法，如接種纖維降解細(xì)菌、放線菌、真菌或直接加酶進(jìn)行處理等。也有將物理、化學(xué)及生物方法相結(jié)合進(jìn)行處理。還有用化學(xué)-生物聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行處理，提高腐熟速度，并減少成本和勞力。從處理的經(jīng)濟(jì)上的可行性和技術(shù)上的可操作性分析表明，秸稈的生物發(fā)酵腐解處理是研究的熱點(diǎn)。4.2堆肥過(guò)程中的廢氣污染防治技術(shù)在畜禽糞便的堆肥處理過(guò)程中，如果通氣條件良好、微生物活動(dòng)旺盛，有機(jī)物質(zhì)的分解比較徹底，則產(chǎn)生的臭氣物質(zhì)濃度就相對(duì)較低。當(dāng)通氣不良而導(dǎo)致堆肥內(nèi)部出現(xiàn)嫌氣環(huán)境時(shí)，因有機(jī)物分解不徹底就會(huì)產(chǎn)生大量的低級(jí)脂肪酸和含硫化合物等臭氣物質(zhì)。糞便處理中臭氣主要由氨和硫化氫的揮發(fā)引起的，有氧發(fā)酵中的局部厭氧環(huán)境是產(chǎn)生惡臭氣味的重要原因，所以，保證堆肥中充足的氧氣供應(yīng)，從而控制硫化氫的形成和釋放以及氨的揮發(fā)，可以較顯著地減少臭氣。因此，堆肥過(guò)程中盡量保持堆肥內(nèi)部處于良好的好氣狀態(tài)，特別是堆肥前應(yīng)對(duì)材料的水分含量和通氣性進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)行強(qiáng)制通風(fēng)和定時(shí)攪拌是抑制堆肥過(guò)程中臭氣產(chǎn)生的關(guān)鍵措施。目前廢氣處理技術(shù)按照技術(shù)路線可分為3大類(lèi)：物理方法、化學(xué)方法和生物方法。采用物理方法的主要技術(shù)有空氣稀釋法、活性碳吸附法和低溫冷凝法等；采用化學(xué)方法的主要技術(shù)有濕法化學(xué)吸收法、焚燒法、催化氧化法和臭氧法等。4.3畜禽糞便脫水技術(shù)畜禽糞便中的含水量一般為75%?85%,這個(gè)含水量難以進(jìn)行堆肥（由于濕度大、使堆肥溫度上不來(lái)），從而大大限制了畜禽糞便的資源化利用，因此，畜禽糞便的脫水和堆肥干燥是堆肥的關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)外自20世紀(jì)30年代開(kāi)始，就對(duì)固液分離的機(jī)械設(shè)備開(kāi)展研發(fā)工作。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了技術(shù)成熟且系統(tǒng)化用于畜禽糞便固液分離的機(jī)械設(shè)備。如日本開(kāi)發(fā)的擠壓式固液分離機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不堵塞等特點(diǎn)，該機(jī)器能將含水量80%以上新鮮畜禽糞便脫水至60%以下，且脫水能耗小、機(jī)械設(shè)備投資成本不高。1、 堆肥化的基本原理堆肥化是將要堆腐的有機(jī)物料與填充料按一定的比例混合，在合適的水份、通氣條件下，使微生物繁殖并降解有機(jī)質(zhì)，從而產(chǎn)生高溫，殺死其中的病原菌及雜草種子，使有機(jī)物達(dá)到穩(wěn)定化根據(jù)處理過(guò)程中起作用的微生物對(duì)氧氣的不同要求，可以把有機(jī)廢棄物堆肥處理分為好氧堆肥和厭氧堆肥。好氧堆肥堆體溫度高，一般在50?65°C，故亦稱(chēng)為高溫堆肥。由于高溫堆肥可以最大限度地殺滅病原菌，同時(shí)對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解速度快，目前，大多都采用高溫好氧堆肥。2、 條垛式堆肥系統(tǒng)2.1條垛式系統(tǒng)的原理?xiàng)l垛式是堆肥系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的一種。這是一種最古老的堆肥系統(tǒng)，即將堆肥物料以條垛狀堆置，垛的斷面可以是梯形、不規(guī)則四邊形或三角形。條垛式的堆肥特點(diǎn)是通過(guò)定期翻堆來(lái)實(shí)現(xiàn)堆體中的有氧狀態(tài)。翻堆可以采用人工方式或特有的機(jī)械設(shè)備，最普遍的條垛形狀是3?5米寬，2?3米高的梯形條垛。最佳的尺寸根據(jù)氣候條件、翻堆使用的設(shè)備、堆肥原料的性質(zhì)而定。不管是為了便于操作和維持堆體形狀，還是為了周?chē)h(huán)境和滲漏問(wèn)題，條垛式堆肥都應(yīng)堆在瀝青、水泥或者其它堅(jiān)固的地面上。2.2條垛式系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)條垛式系統(tǒng)也有許多優(yōu)點(diǎn)：1.所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本投資相對(duì)較低；2.翻堆會(huì)加快水分的散失，堆肥易于干燥;3.填充劑易于篩分和回用；4.因?yàn)槎迅瘯r(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，產(chǎn)品的穩(wěn)定性相對(duì)較好。條垛式系統(tǒng)的缺點(diǎn)也很明顯：1.條垛式系統(tǒng)占地面積大（堆體本身占地面積大，又加之堆腐周期長(zhǎng)）；2.需要翻動(dòng)堆體進(jìn)行通氣，因此，要有大量的翻堆機(jī)械及人力；3.相對(duì)于其他堆肥系統(tǒng)而言，條垛式堆肥系統(tǒng)需要更頻繁地監(jiān)測(cè)，才能確保足夠的通氣量和溫的散失，特別是當(dāng)堆腐生污泥或未經(jīng)穩(wěn)定化的污泥時(shí)情況更為嚴(yán)重，這會(huì)造成與公眾的關(guān)系問(wèn)題；3、 通氣靜態(tài)垛堆肥系統(tǒng)3.1通氣靜態(tài)垛系統(tǒng)的原理相對(duì)于條垛式系統(tǒng)，能更有效地確保達(dá)到高溫、提供進(jìn)行病原菌滅活的堆肥系統(tǒng)稱(chēng)為Beltsiville（BARC）通氣快速堆肥法。通氣靜態(tài)垛系統(tǒng)就是根據(jù)BARC法發(fā)展起來(lái)的。通氣靜態(tài)垛與條垛式系統(tǒng)的不同之處:1.堆肥過(guò)程中不進(jìn)行物料的翻堆；2.通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)使堆體保持好氧狀態(tài)。在靜態(tài)垛堆肥中，通氣系統(tǒng)包括一系列管路，這些管路位于堆體下部，與鼓風(fēng)機(jī)連接。在這些管路上鋪一層木屑或者其他填充料，可以使通氣達(dá)到均勻，然后在這層填充料上堆放堆肥物料構(gòu)成堆體，在最外層覆蓋上過(guò)篩或未過(guò)篩的堆肥產(chǎn)品進(jìn)行隔熱保溫。整個(gè)堆體應(yīng)在瀝青或水泥地面上進(jìn)行，以防止?jié)B濾液對(duì)土壤的污染或?qū)Φ孛娴母g。3.2通氣靜態(tài)垛系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)通氣靜態(tài)垛系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)：1.設(shè)備的投資相對(duì)較低；2.相對(duì)于條垛式系統(tǒng)，溫度及通氣條件得到更好地控制；產(chǎn)品穩(wěn)定性好，能更有效地殺滅病原菌及控制臭味；3.由于條件控制較好，通氣靜態(tài)垛系統(tǒng)堆腐時(shí)間相對(duì)較短，一般為2-3周;4.由于堆腐期相對(duì)較短、填充料的用量少，因此占地也相對(duì)較少。通氣靜態(tài)垛系統(tǒng)的缺點(diǎn)也較明顯:堆肥易受氣候條件的影響。例如：雨天會(huì)破壞堆體的結(jié)構(gòu)。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)加蓋棚頂來(lái)解決，但同時(shí)也會(huì)增加投資。4、 發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)4.1發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)的原理發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)是使物料在部分或全部封閉的容器內(nèi)，控制通氣和水分條件，使物料進(jìn)行生物降解和轉(zhuǎn)化。發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)與其它兩類(lèi)系統(tǒng)的根本區(qū)別是該系統(tǒng)是:在一個(gè)或幾個(gè)容器內(nèi)進(jìn)行，是高程的度機(jī)械化和自動(dòng)化。堆肥基本步驟與其它兩類(lèi)系統(tǒng)相同。4.2發(fā)酵倉(cāng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)酵倉(cāng)的單位體積利用率高，因此成本相對(duì)較低；2.設(shè)備占地面積?。?.可以進(jìn)行連續(xù)的進(jìn)料和出料操作;4.廢氣易于統(tǒng)一收集處理，減少對(duì)環(huán)境的二次污染；5.可以對(duì)廢氣和溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，調(diào)整通氣量，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)：1.由于物料在發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)沒(méi)有分隔，所以底部的物料有可能被壓實(shí)而不利于通氣；2.全部的物料重量要靠發(fā)酵倉(cāng)底部承擔(dān)，對(duì)發(fā)酵倉(cāng)底部的材料要求較高；整個(gè)發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)不易達(dá)到均一的通氣條件。5、 結(jié)語(yǔ)堆肥化技術(shù)的發(fā)展到目前為止已經(jīng)較為成熟，但是由于堆腐原料、技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件及土地面積等各方面因素的差別，不同國(guó)家、不同城市對(duì)堆肥技術(shù)的選擇側(cè)重不同。堆肥化系統(tǒng)宜選擇建設(shè)及運(yùn)行成本較低、技術(shù)要求較低同時(shí)占地面積較小的通氣靜態(tài)垛式系統(tǒng)，中小型污水廠對(duì)這樣的處理規(guī)模及其經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求是可以承受的，同時(shí)不同污