農業固體有機廢物的危害及堆肥化技術楊立貴（浙江育杭州英職業技術學院）摘要：該文分析了固體有機廢棄物對環境的危害，指出堆肥化處理固體有機廢棄物是符合我國國情的重要舉措，同時講述了當前堆肥產業化技術。關鍵詞：固體有機廢棄物堆肥化環境危害刖言隨著我國集約化農業和加工業的迅速發展，大量農業和加工業的固體有機廢棄物被浪費掉，如水稻、小麥、玉米、油菜等作物秸稈就地焚燒、規模化養殖后的畜禽糞便和加工業的下腳料等隨地棄置，這不僅嚴重污染了環境，也極大地浪費了有機肥產品的原料。同時造成大量的養分資源（C、N、P、K、S及微量元素）流失于土壤一植物系統之外，明顯地削弱了我國農業可持續發展的能力。自20世紀90年代中期以來，固體有機廢棄物已成為我國生態環境所面臨的嚴峻問題，并波及城鄉居民的生活環境。進入新世紀之后，問題更加突出。1、焚燒作物的環境危害我國是農業大國，據統計，每年產生各種農作物秸稈有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80年代以來，農村的能源結構、種植結構發生了較大變化，農作物秸稈大量剩余，焚燒農作物秸稈的現象屢禁不止，造成資源浪費、污染環境等不良后果。另外，露天焚燒秸稈還容易造成火災，燒傷人畜甚至致死。1.1損傷土地土壤中含有許多對農作物有益的微生物。其對促進土壤有機質的礦質化、加速養分釋放和改善植物養分供應起著重要作用。絕大多數土壤微生物在15?40°C范圍內活性最強。表層土壤過火以后，地下5cm處溫度可達65?90C，高溫抑制土壤中的微生物生長,從而影響農作物養分的轉化和供應，導致土壤肥力下降。1.2污染大氣農作物秸稈中含有氮、磷、鉀、碳、氫元素及有機硫等。特別是剛收割的秸稈尚未干透，經不完全燃燒會產生大量氮氧化物、二氧化硫、碳氫化合物及煙塵，氮氧化物和碳氫化合物在陽光作用下還會產生二次污染物臭氧等。在城市“熱島效應”的作用下，城郊四周產生的大氣污染物便自然向市區流動，造成嚴重的大氣污染.如2006年6月20日傍晚，北京部分地區突然被一股刺鼻的煙霧所籠罩，能見度急劇下降，煙霧從南向北逐漸擴散，南部城區污染物一度超標6?9倍。北京市環保局調查后認為，周邊河北地區大面積焚燒麥秸產生的煙霧被風吹到北京上空，造成了空氣嚴重污染。1.3影響交通我國耕地倒茬時間短、復種指數高，搶收、搶種約1周的時間，客觀上造成焚燒農作物秸稈的時間較為集中。燃燒秸稈形成的大量煙霧，使能見度大大降低，嚴重干擾了正常的交通運輸。在交通干線兩側和機場附近，這種影響尤為突出。在焚燒期間，空氣能見度遠低于機場運行最低標準，成都雙流機場和石家莊機場幾乎年年都要被迫關閉，每年造成數百萬元的經濟損失。.4資源浪費農作物秸稈中不僅含有大量纖維素、木質素還含有一定量的粗蛋白、粗脂肪、磷、鉀等營養成分和許多微量元素。6億t秸稈相當于300多萬t氮肥、700多萬t鉀肥和70多萬t磷肥，約為全國每年化肥施用量的1/4.在田間焚燒農作物秸稈，僅能利用所含鉀的40%，其余氮、磷、有機質和熱能則全部損失。2、排放畜禽糞便的環境危害在我國，除露天焚燒作物秸稈對環境造成嚴重污染外，另一種嚴重的環境公害是養殖場畜禽糞便的自然排放。改革開放以來，我國畜禽養殖業迅速發展，養殖規模越來越大，逐步發展成為一個獨立的產業。隨著畜禽養殖業集約化、規模化、工廠化的快速發展，畜禽養殖業糞便廢棄物的產生量也急劇增加，目前已成為我國農業有機固體廢棄物的主要生產源。根據2000年全國畜禽養殖統計資料，全國畜禽糞便年產生量已達到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.隨著我國畜禽養殖業的進一步發展，這一數字還將上升。生產的高度密集，使畜禽糞便量大大超過其周圍環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物、無機物、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，廄舍內混濁灰塵、糞便、霉變墊料及呼出的二氧化碳等散發出惡臭。據報道，一個年出欄10萬頭的豬場，每天可向大氣排放菌體360億個、氨氣381.6kg、硫化氫348kg、粉塵621.6kg，污染半徑可達4.5?5km。畜禽糞便自然排放在養殖場周邊，產生大量惡臭氣體，其中含有大量的氨、硫化氫等有毒、有害成分，嚴重影響了畜禽養殖場周圍的空氣質量，進而對養殖場的畜禽生長和周圍居民的健康構成嚴重威脅。2.2污染水體畜禽糞便能直接或間接進入地表水體，導致河流嚴重污染、水體富營養化、水質嚴重惡化，致使公共供水中的硝酸鹽含量及其他各項指標嚴重超標。畜禽污水排入魚塘和河流中，還會導致對有機物污染敏感的水生生物逐漸死亡，嚴重威脅著水產養殖業的發展。研究表明，養豬場排放的污水、固體糞污隨降水淋洗沖刷進入自然水體后，可使水中SS、CODCr、BOD5和微生物含量升高。進入水體的糞污中含有大量的有機物，一方面在水中微生物對其進行分解的過程中，消耗大量的溶解氧(DO)；另一方面水體富營養化產生大量水生植物殘體生物降解也消耗大量DO；最終導致水中的DO被耗盡，水體隨之變黑發臭，這時水體的原有生態系統將難以得到恢復。同時，畜禽糞尿淋溶性極強，可以通過地表徑流污染地下水，也可經過土壤滲透污染地下水。2.3危害土壤少量的畜禽糞便不經過無害化處理就直接施入到土壤中，其中的蛋白質、脂肪和糖及部分有機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了土壤的自凈能力，便會出現降解不完全和厭氧腐解，產生惡臭物質和亞硝酸鹽等有害物質，引起土壤的組成和性質發生改變，破壞其原來的基本功能。由此還會致使種植的作物徒長、倒伏、晚熟或不熟，造成減產，甚至毒害作物。直接施用不經處理的畜禽糞便常常會引起作物幼苗的大面積死亡。3、堆肥化技術目前，我國總有機固體廢棄物年排放量約為41.3億t,其中蘊含粗有機質為12.3億t,氮、磷、鉀總儲量約為0.873億t。在這些有機固體廢棄物中，從氮、磷、鉀養分資源來看，占主要地位的是畜禽糞便，產生量占固體廢棄物的一半左右，其氮、磷、鉀儲量分別相當于0.49億t尿素、1.19億t過磷酸鈣和0.34億t氯化鉀。作物秸稈則是當前我國第二大類農業固體有機廢棄物，其氮、磷、鉀總儲量約為H4萬t。從有機質養分資源來看，占主要地位的是農作物秸稈。作物秸稈和畜禽糞便就好象是農牧業生產中兩把雙刃劍，科學處理就會成為很好的、有利用價值的資源，處理不當就會造成環境危害。4.1作物秸稈的快速腐解技術農作物秸稈、植物殘枝及農產品加工廢棄物（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鍵。關于加快纖維素、木質素降解的研究，國內外已有大量文獻報道。主要有物理的方法，如a或B-射線輻照、微波處理等；化學的方法，如強酸或堿或氧化劑處理；生物的方法，如接種纖維降解細菌、放線菌、真菌或直接加酶進行處理等。也有將物理、化學及生物方法相結合進行處理。還有用化學-生物聯用技術進行處理，提高腐熟速度，并減少成本和勞力。從處理的經濟上的可行性和技術上的可操作性分析表明，秸稈的生物發酵腐解處理是研究的熱點。4.2堆肥過程中的廢氣污染防治技術在畜禽糞便的堆肥處理過程中，如果通氣條件良好、微生物活動旺盛，有機物質的分解比較徹底，則產生的臭氣物質濃度就相對較低。當通氣不良而導致堆肥內部出現嫌氣環境時，因有機物分解不徹底就會產生大量的低級脂肪酸和含硫化合物等臭氣物質。糞便處理中臭氣主要由氨和硫化氫的揮發引起的，有氧發酵中的局部厭氧環境是產生惡臭氣味的重要原因，所以，保證堆肥中充足的氧氣供應，從而控制硫化氫的形成和釋放以及氨的揮發，可以較顯著地減少臭氣。因此，堆肥過程中盡量保持堆肥內部處于良好的好氣狀態，特別是堆肥前應對材料的水分含量和通氣性進行調節。實行強制通風和定時攪拌是抑制堆肥過程中臭氣產生的關鍵措施。目前廢氣處理技術按照技術路線可分為3大類：物理方法、化學方法和生物方法。采用物理方法的主要技術有空氣稀釋法、活性碳吸附法和低溫冷凝法等；采用化學方法的主要技術有濕法化學吸收法、焚燒法、催化氧化法和臭氧法等。4.3畜禽糞便脫水技術畜禽糞便中的含水量一般為75%?85%,這個含水量難以進行堆肥（由于濕度大、使堆肥溫度上不來），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鍵技術。國外自20世紀30年代開始，就對固液分離的機械設備開展研發工作。經過數十年的發展，已經形成了技術成熟且系統化用于畜禽糞便固液分離的機械設備。如日本開發的擠壓式固液分離機，具有結構簡單、不堵塞等特點，該機器能將含水量80%以上新鮮畜禽糞便脫水至60%以下，且脫水能耗小、機械設備投資成本不高。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質，從而產生高溫，殺死其中的病原菌及雜草種子，使有機物達到穩定化根據處理過程中起作用的微生物對氧氣的不同要求，可以把有機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，同時對有機質的降解速度快，目前，大多都采用高溫好氧堆肥。2、 條垛式堆肥系統2.1條垛式系統的原理條垛式是堆肥系統中最簡單的一種。這是一種最古老的堆肥系統，即將堆肥物料以條垛狀堆置，垛的斷面可以是梯形、不規則四邊形或三角形。條垛式的堆肥特點是通過定期翻堆來實現堆體中的有氧狀態。翻堆可以采用人工方式或特有的機械設備，最普遍的條垛形狀是3?5米寬，2?3米高的梯形條垛。最佳的尺寸根據氣候條件、翻堆使用的設備、堆肥原料的性質而定。不管是為了便于操作和維持堆體形狀，還是為了周圍環境和滲漏問題，條垛式堆肥都應堆在瀝青、水泥或者其它堅固的地面上。2.2條垛式系統的優缺點條垛式系統也有許多優點：1.所需設備簡單，成本投資相對較低；2.翻堆會加快水分的散失，堆肥易于干燥;3.填充劑易于篩分和回用；4.因為堆腐時間相對較長，產品的穩定性相對較好。條垛式系統的缺點也很明顯：1.條垛式系統占地面積大（堆體本身占地面積大，又加之堆腐周期長）；2.需要翻動堆體進行通氣，因此，要有大量的翻堆機械及人力；3.相對于其他堆肥系統而言，條垛式堆肥系統需要更頻繁地監測，才能確保足夠的通氣量和溫的散失，特別是當堆腐生污泥或未經穩定化的污泥時情況更為嚴重，這會造成與公眾的關系問題；3、 通氣靜態垛堆肥系統3.1通氣靜態垛系統的原理相對于條垛式系統，能更有效地確保達到高溫、提供進行病原菌滅活的堆肥系統稱為Beltsiville（BARC）通氣快速堆肥法。通氣靜態垛系統就是根據BARC法發展起來的。通氣靜態垛與條垛式系統的不同之處:1.堆肥過程中不進行物料的翻堆；2.通過鼓風機通風使堆體保持好氧狀態。在靜態垛堆肥中，通氣系統包括一系列管路，這些管路位于堆體下部，與鼓風機連接。在這些管路上鋪一層木屑或者其他填充料，可以使通氣達到均勻，然后在這層填充料上堆放堆肥物料構成堆體，在最外層覆蓋上過篩或未過篩的堆肥產品進行隔熱保溫。整個堆體應在瀝青或水泥地面上進行，以防止滲濾液對土壤的污染或對地面的腐蝕。3.2通氣靜態垛系統的優缺點通氣靜態垛系統有許多優點：1.設備的投資相對較低；2.相對于條垛式系統，溫度及通氣條件得到更好地控制；產品穩定性好，能更有效地殺滅病原菌及控制臭味；3.由于條件控制較好，通氣靜態垛系統堆腐時間相對較短，一般為2-3周;4.由于堆腐期相對較短、填充料的用量少，因此占地也相對較少。通氣靜態垛系統的缺點也較明顯:堆肥易受氣候條件的影響。例如：雨天會破壞堆體的結構。這個問題可以通過加蓋棚頂來解決，但同時也會增加投資。4、 發酵倉系統4.1發酵倉系統的原理發酵倉系統是使物料在部分或全部封閉的容器內，控制通氣和水分條件，使物料進行生物降解和轉化。發酵倉系統與其它兩類系統的根本區別是該系統是:在一個或幾個容器內進行，是高程的度機械化和自動化。堆肥基本步驟與其它兩類系統相同。4.2發酵倉系統的優缺點該系統的優點是：1.結構簡單、發酵倉的單位體積利用率高，因此成本相對較低；2.設備占地面積小；3.可以進行連續的進料和出料操作;4.廢氣易于統一收集處理，減少對環境的二次污染；5.可以對廢氣和溫度進行動態監測，調整通氣量，可實現自動化操作。該系統的缺點：1.由于物料在發酵倉內沒有分隔，所以底部的物料有可能被壓實而不利于通氣；2.全部的物料重量要靠發酵倉底部承擔，對發酵倉底部的材料要求較高；整個發酵倉內不易達到均一的通氣條件。5、 結語堆肥化技術的發展到目前為止已經較為成熟，但是由于堆腐原料、技術條件、經濟條件及土地面積等各方面因素的差別，不同國家、不同城市對堆肥技術的選擇側重不同。堆肥化系統宜選擇建設及運行成本較低、技術要求較低同時占地面積較小的通氣靜態垛式系統，中小型污水廠對這樣的處理規模及其經濟、技術要求是可以承受的，同時不同污