曲 青，张 宁，胡 甜，赵 涛，崔广宇，3，4

（1.荣成市环境卫生服务中心，山东 威海 264399；2.同济大学固体废物处理与资源化研究所，上海 200092；3.上海污染控制与生态安全研究院，上海 200092；4.上海多源固废协同处理和能源化工程技术研究中心，上海 200092）

1 引言

随着我国垃圾分类工作的普遍推行，厨余（易腐）垃圾的资源化处理越来越受到关注。当前，厨余垃圾的资源化处理方法主要包括厌氧消化与高温堆肥，以及少部分的蚯蚓、蝇蛆/黑水虻生物转化［1-2］。相较于厌氧消化，堆肥具有操作简便、资源化效益好、易于推广应用的特点［3］。作为一种集约化程度高、减量化效果显著的堆肥技术，机器成肥近年来已在一些经济较发达的村镇地区（如江浙沪等）有不少应用案例。然而，许多人对机器成肥产物的品质普遍存疑［3-5］，正在阻碍其农业土地利用或园林绿化使用。

有学者考察了厨余（易腐）垃圾机器成肥产物的性质［5］，证实有机质、水分、重金属及营养物质等指标均达到了现行的NY/T 525—2021 有机肥料的要求，但大部分产物的种子发芽指数（GI）不到30%，说明机器成肥产物中依然含有大量有害物质，并未彻底腐熟。除上述指标外，NY/T 525—2021 也对机械杂物、氯离子两个指标做了要求。塑料碎片等杂物有可能影响受纳土壤性质，甚至危害动植物的生长［6-7］，因此，堆肥残余物中塑料被视为一种污染物，已纳入国家生态环境标准《生物质废物堆肥污染控制技术规范（征求意见稿）》（环办标征函〔2021〕32 号）中。此外，作为一种高油高盐的生物质废物，对餐厨垃圾堆肥产物中氯离子含量的评估也很重要，因为过量的氯离子可能会危害土壤微生物、动植物的生长［8-9］，然而，目前鲜有报道针对餐厨垃圾机器堆肥产物中杂物和氯离子含量的评估。进一步地，在评价堆肥产物性质时，除了参照农业部门的NY/T 525—2021，同样也有必要参照林业部门的GB/T 33891—2017 绿化用有机基质，以便因地制宜地扩展机器成肥产物的应用途径。

综上所述，本研究基于对多台餐厨垃圾机器成肥设备运行状况的实地调研及产物性质的分析，从农业、园林绿化及污染物控制的角度综合评判机器成肥技术实效，旨在为该技术的评估及推广提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 餐厨垃圾及机器成肥设备

餐厨垃圾取自荣成市某村镇街边的多家餐馆，混合后装入多个240 L 垃圾桶，用于后续机器生化处理。选用了5 家不同厂商的机器成肥设备处理餐厨垃圾（表1），A 组设备未添加菌剂，反应器内温度可达110 ℃，为减量型设备；B 组、C 组、D 组及E 组设备均投加了微生物菌剂，处理温度较低，可视为资源型设备，且除D 组处理周期为7 d，其他组均≤24 h。

表1 机器成肥设备的基本信息Table 1 Functional information of machine composting equipment

2.2 产物指标分析

2.2.1 取样方法

为使所取样品具有代表性，分别从3 个垃圾桶中各取50 kg 餐厨垃圾，充分混合，分取1 kg 作为初始餐厨垃圾。同时，取机器成肥设备正常出料后的第3～5 天（A 组、B 组、C 组及E 组）和第8～10 天（D 组）的物料用于理化性质分析。每台设备的取样量为5 kg，间隔时间为2 d，共取样两次，充分混合后，取其中的2 kg 作为该台设备的待测样品。按照类别，划分为基本理化指标（含水率、有机质、pH、营养物质、氯离子、机械杂物及重金属）、无害化指标（杂草种子活性、粪大肠菌群及蛔虫卵死亡率）及腐熟度指标（种子发芽指数、好氧呼吸指数）。同时，机器成肥设备的“三废”（噪声、废气、废水）排放状况也被评估。所有指标平行测试3 次，测试方法如下所述。

2.2.2 指标测试方法

含水率按照GB/T 8576—2010 复混肥料中游离水含量的测定真空烘箱法进行测定，即在105 ℃条件下将物料烘干至恒质量。有机质采用重铬酸钾容量法测定。pH 按照水土比为10∶1 方法测定。营养元素（NPK）、杂草种子活性、GI 及机械杂物按照NY/T 525—2021 的方法测定。氯离子含量按照GB/T 15063—2020 复合肥料的方法测定。重金属按照NY/T 1978—2010 肥料汞、砷、镉、铅、铬含量的测定进行测试。粪大肠菌群数和蛔虫卵死亡率分别按照GB/T 19524.1—2004 肥料中粪大肠菌群的测定和GB/T 19524.2—2004 肥料中蛔虫卵死亡率的测定进行测试。好氧呼吸指数（RA4）根据DB31/T 1208—2020 湿垃圾处理残余物的生物稳定性评价方法进行测定。

臭气浓度的测定方法为GB/T 14675—1993 空气质量恶臭的测定三点比较式臭袋法，监测点位于设备的排气筒出口处。噪声监测测定方法则依据GB 12348—2008 工业企业厂界环境噪声排放标准，监测点位于处理间。废水水质检测指标包括pH、化学需氧量（COD）、悬浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮、总磷和动植物油，针对各项的测定依据分别为：HJ 1147—2020 水质pH值的测定电极法、HJ 828—2017 水质化学需氧量的测定重铬酸盐法、GB/T 11901—1989 水质悬浮物的测定重量法、HJ 505—2009 水质五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法、HJ 535—2009 水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法、GB/T 11893—1989 水质 总磷的测定钼酸铵分光光度法和HJ 637—2018 水质石油类和动植物油类的测定红外分光光度法。

2.3 数据分析

采用SPSS（10.0）软件，通过单因素方差分析（ANOVA）对同一指标不同处理组进行显著性差异分析，显著性水平定义为p＜0.05。

3 结果与讨论

3.1 机器成肥产物性质

3.1.1 基本理化性质

由表2 可知，处理产物的含水率为1.9%～15.8%，有机质含量为60.6%～76.9%，营养成分（N+P2O5+K2O） 含量为4.6%～7.9%，均符合NY/T 525—2021 和GB/T 33891—2017 两个标准的要求。较低的含水率和较高的有机质含量表明餐厨垃圾并未发生明显的生物降解，仅仅是处理器内较高的温度（60～110 ℃）加快水分的损失，这与毕峰等［5］关于农村易腐垃圾机器成肥品质评估研究的结果类似。另外，各机器成肥产物中N 含量差异较大，与未添加菌剂组（A 组3.0%）相比，添加菌剂似乎提高了N 含量（B 组3.4%、C 组3.8%及E 组3.9%），而较长的处理时间则可能发生N 损失（D 组2.7%）。其他组的P 含量差异并不大（1.1%～2.5%），而C 组的含量最高（3.2%），这与其有机质损失最多有关［10］，可通过产物有机质含量最低（60.6%）看出。所有组的K 元素含量也并未呈现明显差异（0.5%～0.8%）。

表2 机器成肥产物的基本理化性质Table 2 Physicochemical properties of the machine composting product

通常，厨余（易腐）垃圾源的堆肥腐熟产物pH 呈中性偏碱［11］，而处理产物的pH 为4.9～5.7，表明餐厨垃圾中有机物的生物降解产酸（如乙酸）活动依然在进行［12］，所有机器堆肥产物均未达到腐熟。有报道指出［5］，通过强化通风可平抑因基质厌氧造成的酸积累，特别是在堆肥的初期阶段。餐厨垃圾及被处理后的产物在实际应用中氯离子是否超标备受关注［13］。由表2 可知，5 组处理产物的氯离子含量较低（1.1%～1.6%），均未超过GB/T 15063—2020 复合肥料中不同应用场景的最高限值（30%、15% 和3%）。事实上，餐厨垃圾原料的氯离子含量仅为1.7%，并且预处理阶段的压榨脱水也可能进一步降低原料中氯的含量。此外，有学者认为商品有机肥料中氯离子含量应控制在1%以下，如高于此限值，作物受害的风险会增加，因此应对有机肥的施用方法和施用量做出规定［14］。换言之，有关有机肥中氯离子含量的限定还需结合植物耐受力和受纳土壤的特点来综合判断。

就重金属而言，除了A 组和B 组的Cd 含量较高外（其原因可能是进料不均匀造成的），5 种重金属的含量均在两个标准的限值以下或未检出（表3），符合农用和园林绿化用基质对重金属含量的要求，说明机器成肥产物不大可能出现重金属超标的问题，这与其他学者［5,15］的研究结果一致。事实上，处理产物中重金属含量主要由餐厨垃圾的性质所决定，这有别于含有高重金属的畜禽粪便［16］。

表3 机器成肥产物中重金属的含量Table 3 Content of heavy metals in the machine composting product

5 组机器成肥产物的杂草种子活性和粪大肠菌群数均未检出，蛔虫卵死亡率均为100%，满足NY/T 525—2021 和GB/T 33891—2017 的要求（粪大肠菌群数≥0.01，蛔虫卵死亡率≥95%），反映了机器成肥可实现餐厨垃圾的无害化。其原因主要是生物处理机内较高的温度（60～110 ℃），致使杂草种子、大肠菌和蛔虫卵快速被灭活。依据CJJ 52—2014 生活垃圾堆肥处理技术规范，堆肥的无害化要求是55 ℃持续5 d 以上，因此，机器成肥在24 h 内达到无害化是其技术的优点。

3.1.2 腐熟度

参考DB31/T 1208—2020，RA4应当小于20 mg/g。如图1 所示，本研究中B、C、D 及E 组的RA4等于或超过20 mg/g，最高达到70 mg/g，表明餐厨垃圾机器成肥产物还不稳定甚至极不稳定，尚未达到污染控制的标准，需进一步处理［17］。值得注意的是，A 组的RA4极低，其原因可能是反应器内高温（110 ℃）导致了许多常、中温微生物的死亡。这种超高温堆肥工艺，实质上是对物料的烘干而已，因此，很难直接进行二次堆肥，如需启动，则需要投加额外的接种物和操作成本。

图1 机器成肥产物的腐熟度Figure 1 Maturity of the machine composting product

所有处理产物的GI 均小于10%，低于NY/T 525—2021 和GB/T 33891—2017 两个标准的限值（分别为70% 和65%）。并且，种子发芽率也未达到《生物质废物堆肥污染控制技术规范（征求意见稿）》的要求（≥70%），说明未腐熟的堆肥可能包含较多对种子发芽和植物生长有害的物质（如低分子量的有机酸、多酚等）［18］。综上，无论是从RA4还是GI 来看，机器成肥配合功能菌种在24 h（甚至7 d）内很难将餐厨垃圾转化为腐熟产物，故不能直接作为农用有机肥料和绿化用有机基质使用，还需要进一步的堆肥。

3.1.3 机械杂物

由图2 可知，除A 组外，其他组产物的机械杂物含量均超过NY/T 525—2021 与《生物质废物堆肥污染控制技术规范（征求意见稿）》的要求（≤0.5%）。产物中肉眼可分辨的杂物包括金属、织物、塑料等碎片。值得注意的是，塑料残余物可能是垃圾分类不彻底导致的，并通过预处理破碎变成更小的碎片，而这些碎片也被证实很难在高温堆肥过程中被降解［19］。本研究所得的杂物源自于4 mm 筛网的筛上物，并未分析筛下物中的杂物，尤其是其中的微塑料（即尺寸＜5 mm 的塑料碎片）。最近的研究发现，农村易腐垃圾好氧堆肥产物也是微塑料（种类以聚酯、聚乙烯和聚丙烯为主）的重要载体［19］，如产物施用于农用土壤或者园林土壤，可能会改变土壤的生物化学性质，甚至影响动、植物的生长［7,20］。考虑到微塑料的环境危害，应该在前段垃圾分类阶段尽可能减少塑料类杂物混入餐厨（易腐）垃圾中，同时还需加强预处理阶段塑料类杂物的分选和产物中杂物的筛分。

图2 机器成肥产物中的机械杂物含量Figure 2 Content of impurity substances in the machine composting product

3.2 污染物排放状况

由表4 可知，机器成肥设备的噪声测定值为59～68 dB，且波动不大，基本符合GB 3096—2008声环境质量标准的要求。而臭气浓度波动较大（18～676），并非完全低于GB 14554—1993 恶臭污染物排放标准的臭气限值。值得注意的是，B 组尽管也采取了喷淋塔和活性炭吸附集成技术来处理尾气，臭气排放浓度仍高过三级标准10 倍以上。对臭气的去除效果不佳，推测是废气处理技术或管理存在问题。

表4 机器成肥设备臭气排放浓度及噪声监测结果Table 4 Results of odor concentration and noise monitored from the machine composting equipment

就废水指标而言，A 组水质指标均达到了GB/T 31962—2015 污水排入城镇下水道水质指标的要求（B 级），故在研究所在区内可纳管排放。B 组、C 组、D 组和E 组的水质指标，如COD、SS、BOD5、氨氮、总磷及动植物油，存在不同程度的超标，特别是E 组的6 个水质指标（除pH）均超过标准限值的数倍至数百倍（表5）。因此，这些设备的废水均不符合纳管排放的要求。就废水处理方法而言，A 组采用的是SBR 处理工艺，处理效果佳，而B 组和D 组未采取任何处理措施，C组的生物法处理效果同样不达标。综上所述，机器成肥的主要二次污染问题为臭气和废水，且当前采用的污染控制措施效果不佳，需优化。

表5 机器成肥设备所排废水的特性Table 5 Properties of wastewater discharged from the machine composting equipment

4 结论

机器成肥是一种能耗较高的餐厨（易腐）垃圾处理技术，但被证实尚未达到资源化的要求。机器成肥产物含水率极低，意味着该技术的减量化效果显著，更适合于经济条件好但空间有限的区域。采用5 种处理方法于24 h 或7 d 内获得的机器成肥产物均未达到标准规定的腐熟度和生物稳定性，因此，需二次堆肥后才可作为农用有机肥料或者绿化用有机基质。氯离子和重金属超标现象几乎不存在，而机械杂物含量普遍超标，或对未来该技术的发展构成挑战，需加强预处理阶段的杂物分拣和产物的筛分，尽可能减少处理产物中杂物（特别是塑料类）的残留。除噪声外，餐厨垃圾机器成肥产生的废水、废气几乎都未达到污染物的排放标准，需优化相关污染控制技术并加强管理。