农村易腐垃圾静态堆肥初步研究＊
——以福建省明溪县胡坊镇为例

陈海滨，谢宗汉，肖可可，苗 雨，王习平，汪俊时，杨家宽

（1. 华中科技大学，湖北 武汉 430074；2. 中国城市建设研究院有限公司福建分院，福建 福州350001；3.武汉华曦科技发展有限公司，湖北 武汉 430074）

1 工程背景概述

随着我国农村经济的快速发展，农村生活状况得到极大改善，但随之而来的农村生活垃圾问题却没有得到足够的重视，各地农村饱受“垃圾围村”之困。据国家统计年鉴2020 年统计数据，我国目前农村人口总数为5.1 亿人，每年生活垃圾产生量约3.0×108t ，农村垃圾产生量大，影响人口众多［1］。我国农村生活垃圾产生量正以每年5%的速度增长，并处在库兹涅茨曲线（Kuznets Curve）的上升阶段［2］。虽然随着经济的发展、农村生活垃圾分类的推进以及居民环保意识的不断提高，生活垃圾产生量增速会有所降低，但在未来相当长的一段时间，农村生活垃圾的妥善处理处置依然是建设美丽乡村的重中之重［3］。农村生活垃圾产生量大、影响人口多、收运处理设施落后、无害化程度低已经成为改善农村人居环境的最大挑战［4］。随着农村消费结构的改变，农村生活垃圾成分愈加复杂，传统简易处理方式带来的二次污染隐患正在凸显［5］。部分地区虽推行了“村收、镇转运、县处理”模式，但产生源分散导致的高昂费用耗费了大量的人力物力［6］。有研究表明农村地区生活垃圾收运成本可达到总成本的80% 及以上，如何降低收运、处理成本成为解决农村生活垃圾问题的关键［7］。

农村生活垃圾中易腐垃圾占比较大（约50%），以往的农村易腐垃圾（包括禽畜粪便等）经过简单沤肥处理后便可被广大农村土地消纳，其他垃圾大多采用露天焚烧或者简易填埋进行处理。一方面，大量农村生活垃圾的涌入使县属填埋场、焚烧厂不堪重负；另一方面，农村垃圾含水率较高，不宜直接焚烧，且直接填埋会产生大量高浓度渗滤液、臭气和温室气体（CH4、CO2、N2O 等）［8］。此外，易腐垃圾直接填埋和焚烧会不可避免地造成资源浪费［9］。传统的填埋与焚烧在处理农村垃圾问题上存在的弊端不可忽视。将这部分易腐垃圾分离出来就地处理处置，可以很大程度降低生活垃圾的收运处理成本，就地堆肥处理是实现农村易腐垃圾“三化”的有效措施［10］。Liu 等［11］利用生命周期清单法对填埋、焚烧、堆肥3 种处理方法的综合效益（包括减量化、稳定化、能源回收与温室气体等多个方面）进行了评估，发现填埋的综合效益最低，干垃圾使用焚烧处理具有明显优势，在堆肥产品能够资源化回田利用的前提下湿垃圾堆肥处理表现出巨大竞争力。欧盟利用生命周期评价将生物废弃物管理分为5 级，即预防、重复使用、循环利用（堆肥或厌氧消化）、回收（焚烧）、处置（填埋）［12］。堆肥处理作为一种优于焚烧与填埋的有机物资源化利用方式在欧洲得到推广。20 世纪末生活垃圾堆肥处理在我国掀起巨大的研究热潮，在科学研究方面取得诸多成果，但能在实践中成功运用甚至商业化运作的例子却为数不多［13］。其原因在于20 世纪90 年代我国经济相对落后，生活垃圾中不可堆肥物（渣土、无机物等）较多，且尚未推行垃圾分类，堆肥处理难以大规模推广。如今在全国垃圾分类的大背景下，就地堆肥处理有望使农村易腐垃圾问题从根本上得到解决，将分类后的易腐垃圾就地堆肥处理，一方面可以降低农村生活垃圾的收运成本，另一方面可以减轻末端焚烧、填埋处理的压力［14］。然而目前关于农村易腐垃圾示范工程规模的研究较少。好氧堆肥处理根据其物料流动状态可分为静态堆肥和间歇性动态堆肥［12］，其中静态堆肥因其操作简单常用于易腐垃圾堆肥处理［15］。然而，目前关于静态堆肥工艺在示范工程规模农村易腐垃圾堆肥过程中的适用性尚不清楚。探究示范工程规模农村易腐垃圾静态堆肥过程关键参数的变化规律及影响，对解决农村易腐垃圾处理问题具有重要意义。

福建省明溪县胡坊镇地处丘陵地带，四面环山，下辖10 个行政村，镇上常住人口4 000 人左右，镇区常住人口2 500 人左右。目前该镇尚未开展垃圾分类，生活垃圾统一收运至瀚仙镇填埋场进行填埋处置，运距约30 km，最远的眉溪村转运1车生活垃圾运费在800 元左右，转运费用非常高昂，此外由于乡镇生活垃圾大量涌入，县属填埋场早已超负荷运行，使用年限严重缩短。基于此，本研究拟在明溪县胡坊镇设计建设静态堆肥设施进行农村易腐垃圾好氧堆肥试验，服务人口为镇区常住人口约2 500 人，旨在实现易腐垃圾就地减量化与资源化，以此降低高昂的转运成本并减轻末端填埋压力，最终探索形成可复制推广的山地农村易腐垃圾就地堆肥处理模式。因此，本研究将侧重于研究示范工程规模农村易腐垃圾静态堆肥过程中含水率、有机物含量及温度、通风量等关键参数的变化规律及影响。

2 工艺流程与设计参数

2.1 农村易腐垃圾特性分析

考虑到胡坊镇尚未实现生活垃圾分类，堆肥试验所需餐厨垃圾、果蔬垃圾主要从胡坊镇收运而来，农业废弃物由周边农村供给，堆肥辅料以当地作物秸秆、镇上锯木厂产生的木屑为主。由于堆肥原料理化性质随季节变化较大且试验现场缺乏有效的测量设备，堆肥物料C/N、N 含量等理化性质以文献中常见平均值计算，原料含水率通过含水率测定仪现场实测所得，相关理化性质见表1。

表1 堆肥物料理化性质Table 1 The physico-chemical characteristics of compost

2.2 试验地点概况及垃圾量估算

胡坊镇垃圾堆肥站地理位置及服务范围如图1所示。采用人均产生量法对胡坊镇生活垃圾产生量进行计算：

图1 胡坊堆肥站位置及服务范围Figure 1 Location and service area of Hufang composting station

Q=K×M×q（1）

式中：Q为预测垃圾产生量，kg/d；M为服务范围内人口数，人；q为人均垃圾产生量，kg/（人·d）；K为变化系数，受季节、人口流动、气候等因素影响。

根据李一玲［16］对福建农村垃圾管理的研究以及胡坊镇的调研数据，当地人均生活垃圾产生量可取0.85 kg/（人·d），服务人口取2 500 人，由于胡坊镇人口流动较小，变化系数取1.1，得出胡坊镇垃圾产生量为2.3 t/d，这与实地调研的数据2 t/d基本吻合。由于缺少系统调查与专业测试，本研究参考韩智勇等［17］对我国农村垃圾特性及成分的调研结果，再综合考虑胡坊镇实际情况，当地厨余垃圾占比以55% 计。考虑到胡坊镇尚未实现垃圾分类，以生活垃圾“干湿”两分类且取得较好成果计（分类率达60%），得出胡坊镇每天可分类收集到易腐垃圾0.76 t。

2.3 静态堆肥装置及操作工艺

2.3.1 静态堆肥装置

仓式静态堆肥装置为二次性好氧堆肥装置，其单体结构如图2 所示，该装置利用“烟囱效应”实现强化引风达到好氧堆肥目的，发酵仓主体由进料段、堆肥段、出料段3 部分组成。进料口设置在堆肥装置上部，与进料口相连处设计有抽风罩与引风管，用于形成“烟囱效应”实现强化通风，引风管上设有节流阀，可根据堆体升温情况及时调节通风量以保证足够的氧气供应。堆肥段与出料段之间通过两块活动翻板隔开，为强化通风供氧效果，两块活动翻板与发酵仓壁之间留有5 cm 间距，此外翻板上均匀打有直径20 mm 的进风口，开孔率为20%。进料时将上部抽风罩移开，物料从进料口均匀倒入，进料结束将进料口关闭开始初级发酵。物料在堆肥段稳定发酵，当堆体温度在55 ℃以上保持5 d，堆肥原料基本实现无害化，初级发酵阶段结束，通过翻转下部卸料翻板进行卸料，此后将物料运往二次堆场进行次级发酵。可根据初级发酵周期（发酵天数）建设数量相等的静态发酵仓，每天进料1 仓，初级发酵结束后立即出料，保证堆肥设施能够连续批次进料，同时及时消纳当地厨余垃圾。

图2 仓式静态堆肥设施Figure 2 Static composting facility

2.3.2 操作工艺

2.3.2.1 原料预处理及进料

堆肥原料预处理操作主要包括堆肥物料分选和分拣、破碎、混合等过程。分选和分拣将原料中不可堆肥物（金属、渣土、其他粗大垃圾）悉数挑出，保证肉眼不能发现其他明显杂物，严禁留有废旧电池、农药瓶等有毒有害垃圾。使用破碎机进行破碎处理，其他易破碎的厨余垃圾（瓜果蔬菜等）直接用铁铲等工具破碎即可（破碎机，6 刀-4.8 kW），保证物料粒径在3～5 cm 内，对于起支撑作用的堆肥辅料可适当放宽要求。混合后物料含水率在65%左右（含水率测定仪，XFSFY-120A），根据计算结果称取堆肥原料及辅料进行混合，并至少反复翻拌3 次以保证物料完全混合均匀（搅拌机，JW750）。物料混合均匀后等待2 h 左右开始进料（确保堆体内水分均化），进料时使用240 L 标准垃圾桶装载物料，称质量后（磅秤，YD-0916A）将物料托运至进料口，缓慢倒入发酵仓内。进料结束后用卷尺测量出堆体表面与进料口之间的距离，为保证堆体上部有足够的氧气供应，该距离不应小于30 cm，并计算堆体高度。

2.3.2.2 初级发酵

初级发酵期间需每天8：00、12：00、18：00进行温度测量，发酵仓上从左向右设计3 个测温孔（高度方向呈对角线分布），测温孔高度分别为20、40、60 cm，测温时将温度计（T 150）插入堆体深度80 cm 处，待温度计稳定后读取数据并做好记录，具体通风操作如表2 所示。

表2 静态堆肥节流阀开闭情况Table 2 Opening and closing of static composting throttle valve

2.3.2.3 次级发酵

卸料完成后需将物料运往二次堆场进行次级发酵，并将数根侧边开孔的通风塑料管插入堆体内强化通风，次级发酵阶段需每天中午12：00 进行温度监测，将温度计插入堆体中部，待读数稳定后读取温度并做好记录。物料在二次堆场自然发酵至堆体温度与环境温度相近时表明次级发酵已经完成。

2.4 取样时间和频次

仓式静态堆肥试验地点为福建省明溪县胡坊堆肥站，从2019 年12 月起共开展了5 批堆肥试验，每批试验的编号分别为H1、H2、H3、H4、H5。表3 对几次堆肥试验情况进行了简单汇总。

表3 静态堆肥试验情况Table 3 Conditions of static composting test

2019 年12 月开展了第1 批堆肥试验，目的是对堆肥设施进行调试，验证堆肥装置可行性，试验原料为从镇上收集来的果蔬垃圾和餐饮垃圾，由于胡坊镇尚未实现垃圾分类，收集的易腐垃圾量远不足1 t，且含水率过高，堆肥试验效果不理想。为此在2020 年1 月继续开展了第2 批堆肥试验，此次试验进料两仓，分别进行二次性堆肥（发酵仓内进行初级发酵、二次堆场进行次级发酵）与一次性堆肥（整个发酵过程均在发酵仓内进行，发酵期间不进行卸料操作），以便做对比研究，试验原料为餐饮垃圾及木屑，堆肥试验得以顺利进行，但堆肥产品含水率较高。前两次试验均在冬季进行，为形成对比，在2020 年6 月开展了第3 批堆肥试验，本次试验同样进料两仓，分别为一次性堆肥与二次性堆肥，试验效果较好，但堆肥产品含水率过高的问题依然未得到解决。为有效降低堆肥产品含水率，于2020 年8 月开展了第4 批堆肥试验，此次试验材料以农业废弃物、餐饮垃圾、厨余垃圾为主，准备了大量干物料，原料的含水率得到有效控制，堆肥产品含水率明显降低，但种子发芽指数不理想。为进一步优化工艺参数并检验发酵仓的满荷载运行能力，于2021 年3 月开展了第5 批堆肥试验，试验材料为胡坊镇果蔬垃圾、厨余垃圾、餐饮垃圾、木屑等，取得较好温度数据，目前正在进行二次发酵。经现场计量测算，所有批次堆肥试验进料信息如表4 所示。

表4 静态堆肥试验进料信息Table 4 Feed information of static composting test

从原料含水率角度看，进料原料含水率普遍偏高，这是由于农村易腐垃圾含水率极高（90% 左右），在农村干物料较为缺乏的条件下，将堆肥原料含水率降到CJJ 52—2014 生活垃圾堆肥处理技术规范要求的40%～60% 较为困难。C/N 基本都保持在合理范围内（20～30），物料堆高也满足工艺要求（物料体积应小于发酵仓容积的80%，即堆高应保持在1.36 m 以下），前4 批堆肥试验进料量均未达到设计要求的1.1 t，第5 批试验增加了进料量（1 165 kg），对发酵仓的满荷载运行能力进行了检验。H2、H3 批次均进料两仓，分别对一次性堆肥与二次性堆肥进行了对比研究，H2 批次1 号仓为一次性堆肥，对比试验命名为H21，H3 批次2 号仓为一次性堆肥，对比试验命名为H32。

3 测试指标与分析方法

初级发酵和次级发酵后物料进行总养分（N+P2O5+K2O）、有机物含量、汞、砷、酸碱度pH、含水率、粪大肠菌群数、蛔虫卵死亡率、种子发芽指数等9 项指标检测，相关指标要求及检测方法如表5 所示。其中汞、砷、粪大肠菌群数、蛔虫卵死亡率等4 个指标作为无害化检测指标；总养分（N+P2O5+K2O）、有机物含量、含水率、种子发芽指数、pH 等作为资源化检测指标。有必要指出，评价堆肥产品腐熟的指标众多，但大多是间接指标（如C/N、比好氧速率、CO2产生率等），考虑到农村易腐垃圾堆肥的最终目的是就地回田利用，采用种子发芽指数来评价堆肥产品的资源化利用价值比较合理且有较强说服力。

表5 堆肥产品检测指标Table 5 Test indexes of compost products

初级和次级发酵完成后打开卸料翻板进行卸料，卸料完成后使用取样袋取样检测，所用取样工具需干净整洁，必要时可进行消毒灭菌操作。分别取上层、中层、下层堆肥产品各1 kg 左右，混合均匀后将大块物料剔除（主要是木块等填料），采用四分法取500 g 样品于取样袋中，粘贴好标签，密封保存，带回做无害化检测，无害化检测需重点关注蛔虫卵死亡率、粪大肠菌群数、重金属含量等指标。

4 运行效果分析

4.1 堆肥过程理化参数变化

H1 批次堆肥试验温度变化如图3 所示。由图3（a）可以看出H1 堆体升温较慢，进料将近72 h才升至55 ℃，且只在55 ℃以上保持了2 d 时间，未达到无害化温度要求，考虑是由3 个因素所致：①物料含水率过高（83.48%），在试验现场发生了较为严重的渗滤液滴漏问题，高含水率严重阻碍氧气进入堆体内部与微生物充分接触，形成较严重的厌氧环境，好氧微生物难以生长繁殖，致使堆体升温较慢且难以达到高温；②物料太少、堆高不够（0.80 m），堆高过低导致堆体保温效果较差，加之环境温度很低（夜间接近0 ℃），堆肥发酵产生的热量损失严重；③调节物料含水率使用了大量粉末状锯末，由于锯末粒径太小，遇水便紧紧吸附在物料上，严重阻碍了空气流通，加剧了堆体内厌氧状况。

图3 H1 批次堆肥试验温度变化Figure 3 Temperature changes of H1 batch composting test

H2 批次堆肥试验温度变化如图4 所示。由图4（a）可知H21 与H22 升温效果较好，特别是H21 在进料24 h 左右便达到了55 ℃，并在55 ℃以上保持了5.5 d，最高温度超过了70 ℃，初级发酵后期有一定降温，表明进料7 d 后有机物被大量降解，初级发酵阶段基本完成。相比来看H22 升温比较缓慢，但在升温至60 ℃时可以长时间保持在高温阶段，好氧发酵至第7 天才表现出轻微降温趋势。对比来看，推测是H21 含水率相对较小（69.70%）、堆高较低（0.83 m），氧气容易进入堆体内部从而升温较快，而堆高偏低、有机物含量较少使其保温效果不如H22，在进料140 h 后便开始明显降温。

图4 H2 批次堆肥试验温度变化Figure 4 Temperature changes of H2 batch composting test

分析图3（b）可以得出，H1 批次试验初级发酵完成后进行出料时，堆体热量散失严重，堆体显著降温，但在出料2 d 后堆体又开始升温，考虑是初级发酵出料过程起到了翻堆的作用，使物料与空气充分接触，堆体内好氧微生物得以迅速繁殖，好氧微生物降解有机物产热使堆体升温，堆肥后期温度持续下降，表明堆肥发酵已进入腐熟期。从图4（b）可以看出，H22 在初级发酵完成卸料后有短暂降温，之后又出现明显升温现象，这是由于出料过程也兼具翻堆作用，出料使堆体热量大量散失，堆体温度降低，但堆肥物料与空气充分接触后，有机物降解产生大量热量使堆体再次升温，H22 在次级发酵阶段保持了近15 d 的高温，推测是H22 堆高较高、有机物充足、堆体保温效果较好且有机物持续分解所致。H21 在初级发酵完成后（以堆体持续降温且温度降至55 ℃为时间节点），次级发酵过程一直保持降温直到好氧发酵30 d 后堆体温度等于环境温度，这符合一次性静态好氧堆肥温度变化规律，因为堆肥过程没有强制通风也没有翻堆操作，堆体内氧气浓度始终保持同等水平，微生物活性不会有太大变化，随着易降解有机物消耗殆尽，堆体温度自然稳步下降，再者就是H21 堆高较低，保温效果不如H22，在好氧发酵后期降温明显。

H3 批次堆肥试验温度变化如图5 所示。H3批次的两仓物料在整个堆肥过程（初级发酵与次级发酵）的温度变化趋势都较为相似，几乎是同步升温同步降温，这源于H31、H32 两仓堆肥物料理化性质比较接近（含水率分别是76.86%、73.54%，堆高分别是1.30、1.25 m，C/N 分别是21.3、22.6），均表现出较强的保温能力，能在60 ℃以上保持至初级发酵结束。H31 在初级发酵结束进行出料后的温度变化情况与H1、H22 类似，都是出现短暂降温又开始快速升温，在次级发酵阶段H31 与H32 虽保持了同步的温度变化趋势，但是H31 的堆温始终低于H32，推测是出料过程热量散失严重所致。

图5 H3 批次堆肥试验温度变化Figure 5 Temperature changes of H3 batch composting test

开展H4 批次堆肥试验的目的是降低堆肥产品含水率，进料原料含水率为59.80%，H4 批次堆肥试验温度变化如图6 所示。从升温效果来看，H4有很强的升温能力、在进料12 h 内便升温至55 ℃以上，微生物分解反应较为剧烈。在进料84 h 左右堆体出现短暂的降温，考虑是通风量过大所致，在关小通风阀门后堆体明显升温，进料120 h 堆体开始降温，说明堆体中易降解有机物已经大量分解，初级发酵进入降温期。初级发酵结束出料后出现与H1、H22、H31 类似的现象，在出现短暂降温后堆体再次进入高温期继续好氧发酵，经过短暂的“二次高温”后，堆体开始稳步降温，降温至30 ℃左右时好氧发酵基本结束。

图6 H4 批次堆肥试验温度变化Figure 6 Temperature changes of H4 batch composting test

H5 批次初级发酵升温情况如图7 所示。

图7 H5 批次堆肥试验温度变化Figure 7 Temperature changes of H5 batch composting test

H5 批次堆肥试验含水率相对较高（73.25%），进料量较大（1.2 t 左右）。从温度变化情况来看，H5 批次堆体升温较慢，进料36 h 左右才升高至55 ℃以上，不过堆体在初级发酵后期一直能保持高温（65 ℃以上），直到初级发酵结束仍有66.2 ℃的高温，已达到无害化温度要求且初级发酵效果较好，结合前面的分析，考虑是H5 批次进料量较大、有机物含量高、堆高较高所致。从全过程温度变化情况来看，H5 批次与前面二次性堆肥试验类似，初级发酵结束出料后温度短暂下降，之后温度快速升高至72 ℃左右，最后缓慢降温，直到好氧发酵30 d 后仍有40 ℃左右温度。

4.2 堆肥效果分析

4.2.1 减量化

初级发酵减量化数据如表6 所示。由于初级发酵过程均在发酵仓内进行，可直接通过堆体高度的变化情况来反映堆体减容率。从减容率来看，经过7 d 的初级发酵过程，能实现24.00%～36.30%的减容率，有较好的减容效果，减容率最高的H5达到了36.30%；由于一次性堆肥在初级发酵结束后没有进行出料，无法称质量进行减重分析，从其他批次质量数据来看，初级发酵结束后具有较为理想的减重效果，保持在25.15%～38.03%，减重率最高的H5 达到38.03%。由于受疫情影响且堆肥试验地点距学校较远，无法对H2 批次堆肥试验次级堆肥产品进行计量，此外H5 批次堆肥试验次级发酵尚未完成，这里仅对H1、H3、H4 批次进行全过程减量化率分析，相关数据罗列于表7中。从表7 可以看出，静态堆肥全过程减容率差异较大，可能与物料粒径、含水率等因素有关，减容率最低的是H32，仅有32.00%，最高是H4，达到了53.96%；减重率相对集中，除H1 外，全过程减重率均能达到53% 以上，H4 减重率最高，为61.23%，从减容减重效果来看，次级发酵结束后堆体具有良好的减重效果。

表6 初级发酵减量化分析Table 6 Mass reduction analysis of primary fermentation

表7 全过程减量化分析Table 7 Mass reduction analysis of the whole process

由于试验现场难以提供仪器设备对堆肥原料有机质含量进行测定，其次考虑到堆肥原料主要以农业废弃物、果蔬垃圾及餐饮垃圾为主，有机物含量较高，原料有机物含量取93%，计算得各阶段有机质降解率如表8 所示。从初级发酵过程有机质降解率来看，初级发酵过程有机质降解率变化较大（22.00%～84.86%），这与堆体升温情况、原料组成有较大关系，H31、H4、H5 批次均达到50% 以上，特别是H5 初级发酵过程有机质降解率达84.86%，有机物降解较为充分，从原料上看，H5批次堆肥原料以果蔬垃圾为主，易腐有机物含量较高，经7 d 初级发酵后降解较为充分。从全过程有机质降解率来看，经过30 d 的好氧发酵，有机质降解率基本可以达到51% 以上，最高可达到72.52%，不过从有机质含量来看，次级发酵结束后有机质含量依然较高。H31 次级发酵过程有机质降解率只有1.69%，而H31 次级发酵过程减重达265 kg，含水率从73.94% 降低至60.87%，水分减量达242 kg，推测是H31 次级发酵过程主要进行难降解有机物的分解及水汽蒸发，有机物矿化率较低，从温度变化情况来看，好氧发酵30 d 后堆体温度仍有44.8 ℃，表明好氧发酵仍未结束，有机物分解还在继续。

表8 堆肥各阶段有机质降解率Table 8 Degradation rate of organic matter in each stage of composting

各阶段脱水效率如表9 所示。从表9 可以看出堆肥物料在经过7 d 的初级发酵后有较好的脱水效果，脱水效率最高的H4 达到48.73%；次级发酵过程脱水效果差别较大，H1 仅有12.86%，推测是由于H1 含水率过高，次级发酵过程升温效果不好，水汽难以有效去除，H31 脱水效率达到50.53%，H4 则达到了68.96%，次级发酵过程脱水效果良好。全过程脱水率基本能达到50% 以上，特别是H4 达到了84.08%，H3 批次全过程脱水效率也在63%以上，脱水效果良好。

表9 静态堆肥脱水效率分析Table 9 Analysis of dewatering efficiency of static composting

4.2.2 资源化

初级发酵完成后，对发酵产品进行取样并检测，其资源化指标检测结果如表10 所示。从表中数据可知，初级堆肥产品有机物含量远高于NY/T 525—2021 有机肥料的要求值（45%），总养分（N+P2O5+K2O）达到GB/T 23486—2009 城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质的要求，堆肥产品具有良好的资源化利用潜力。从pH 来看，初级发酵结束后堆体大多偏碱性，H1 的pH 较低，偏酸性，这是由于H1 堆体含水率过高形成较为严重的厌氧环境，产生大量有机酸，造成酸性环境，不利于好氧微生物生长发酵，这与前面分析所得的结论一致。从含水率来看，初级发酵产品含水率普遍较高，这是由于进料物料含水率较高且发酵仓密闭性较好，在自然通风条件下难以达到很好的水汽去除效果，不过H4 从原料上控制了较低的含水率，初级发酵产品含水率只有45.69%，再经过23 d 的次级发酵便可使堆体含水率降到有机肥标准要求的30% 以下，达到H4 批次试验控制含水率的目的。种子发芽指数是评价堆肥产品能否直接农用的关键指标，整体来看，经过7 d 的初级发酵，堆肥产品难以实现资源化，堆肥产品具有较强的植物毒性，无法直接回田农用，需经过次级发酵过程方能实现资源化；不过种子发芽指数最高的H31 可达47.15%，有学者研究指出种子发芽指数达到50%说明发酵产品具有较小的植物毒性［18］，由此可知，如果升温效果较好，经过7 d 的初级发酵能够有效降低堆肥产品的植物毒性。从前3 次初级堆肥产品的种子发芽指数来看，通过初级发酵难以使种子发芽指数达到70%，其次初级发酵的目的是实现无害化与初步减量化，故H4、H5 批次初级发酵产品没有继续测定种子发芽指数。

次级发酵产品资源化检测结果如表10 所示。所有批次堆肥试验中总养分（N+P2O5+K2O）、有机物含量等资源化指标均能达到NY /T 525—2021 的指标要求（分别为≥5%、≥45%），经过30 d 好氧发酵后，产品pH 基本呈碱性或者微碱性，能满足相关指标要求，堆肥产品具有较强的资源化利用潜力，可作为有机肥回田施用。对比初级发酵产品检测结果，经过23 d 的次级发酵后，堆肥产品中的K2O、P2O5含量均有所增加，这是由于有机物被大量分解所致；堆体中N 含量变化受含水率、pH、发酵温度、通风量等多个因素影响，从N 含量及有机物含量来看，次级发酵过程堆体内有一定N 损失，其中H22 的N 损失最为严重，而H22 的pH 也最高（8.9），推测是碱性环境导致堆体内N 素以NH3形式大量流失所致。

表10 初级发酵和次级发酵产品化验结果Table 10 Test results of primary and secondary fermentation products

从数次堆肥经验来看，经过30 d 的好氧堆肥，很难直接将堆肥产品含水率降低至30%以下，但是对于农村地区就地资源化利用的目的而言，含水率高低不会影响堆肥产品的质量，只要堆肥产品满足无害化及资源化指标要求，便可直接当作有机肥回田施用；如果堆肥产品定位于商业化，可按工艺要求进行破碎、筛分、晾晒、烘干等后处理加工，以保证堆肥产品满足NY/T 525—2021 相关指标要求。

种子发芽指数是评价堆肥产品毒性、腐熟度、是否可直接回田农用最直接有用的指标，研究表明，当种子发芽指数达到80% 时，堆肥产品完全没有植物毒性，对植物生长以及种子生根发芽有很好的促进作用［18］。国家行业标准CJJ 52—2014 也对堆肥产品种子发芽指数做出了规定，要求堆肥产品种子发芽指数不得小于60%，种子发芽指数越高，堆肥产品越能促进种子发芽与生根，回田农用效果越好。H1 批次试验从升温效果和含水率看都是不成功的，种子发芽指数只有8.27%，对植物种子有较强毒害作用，H21、H22、H31、H32 批次的种子发芽指数均较为理想（97%以上），对植物种子发芽生根有很强的促进作用，最高的H22 达到了160.00%，堆肥产品已实现资源化且肥效较强。H4 批次堆肥试验所有指标都达到了无害化与资源化要求，但是种子发芽指数只有34.20%，推测是由两个因素导致：①H4 批次初级发酵后含水率降低至45.69%，次级发酵后期堆体含水率已经降低至30% 以下，有研究表明过低的含水率会严重抑制微生物活动［19-20］，这可能导致部分有机物未完全腐熟，有机酸大量残留，对植物种子有较强生物毒性；②由于H4 批次堆肥原料中加入了大量餐饮垃圾，餐饮垃圾盐分含量较高，不利于种子发芽生根，为此使用WZJ-021 型电导率仪对H4 次级发酵产品进行了电导率测试，检测结果为6.25 mS/cm，而国家行业标准NY/T 2118—2012 蔬菜育苗基质对电导率的要求是0.1～0.2 mS/cm，此次检测结果已远高出标准规定的电导率范围，过量的盐分严重抑制了种子发芽生根。

4.2.3 无害化

汞、砷、蛔虫卵死亡率、粪大肠菌群数等4 个指标为堆肥产品的无害化指标，从表10 可以看出，所有初级发酵产品中的汞、砷、蛔虫卵死亡率等3个指标检测结果均满足要求。蛔虫卵未检出说明初级发酵产生的高温对蛔虫卵有很理想的灭活效果。重金属含量理应达标，因为堆肥原料主要是餐饮垃圾、果蔬垃圾及农业废弃物等，这些易腐垃圾在不受污染的情况下检测不出重金属离子。初级堆肥产品H1、H22、H31、H4 的粪大肠菌群数不是阴性，未达标，粪大肠菌群不是指一种或一类细菌，而是指具有某些特征且与粪便污染相关的细菌，细菌种类繁多，其中难免存在一些耐高温细菌在发酵温度不高的堆体边缘存活下来；其次考虑到堆肥站位于胡坊垃圾转运站旁，不排除取样过程中被粪便污染的可能。整体来看，经过7 d 初级发酵以后，初级发酵产品基本可以实现无害化；从资源化指标分析，农村易腐垃圾经过好氧堆肥后具有很高的农用价值。

初级发酵完成后将堆肥产品运往二次堆场进行次级发酵，次级发酵23 d 后堆体温度与环境温度相当，好氧发酵基本完成，堆肥物料形成稳定腐殖质。由于H5 批次堆肥二次发酵尚未结束，这里仅对其余批次二次堆肥产品检测结果进行分析，无害化指标检测结果如表10 所示，汞和砷等重金属在初级堆肥产品中显示未检出，在次级堆肥产品中有微量存在，主要是由于经过二次发酵后有机物被大量分解，相当于对重金属进行了浓缩，但是含量极低，远低于相关指标要求。蛔虫卵死亡率和粪大肠菌群数经过初级发酵与次级发酵后均能达到无害化卫生要求，H31 粪大肠菌群数没有达到指标要求，从其他次级发酵产品检测结果对比及升温情况来看，理应实现无害化，考虑是取样过程中样品受到粪便污染所致，由此知堆肥物料在经初级发酵与次级发酵后已完全实现无害化，静态堆肥的无害化效果显著。

4.3 经济成本分析

基于前期对福建省明溪县胡坊镇的情况考察，在明溪县胡坊镇设计建设了静态堆肥设施进行农村易腐垃圾好氧堆肥试验。本研究初步实现了易腐垃圾就地减量化与资源化，降低了高昂的转运成本并减轻末端填埋压力，为我国其他镇级生活垃圾处理处置探索形成了可复制推广的农村易腐垃圾就地堆肥处理模式。

5 存在问题与展望

静态堆肥装置存在引风管冷凝回流现象，影响仓体局部堆肥效果，需做相应改进。从数次堆肥结果看，仓式静态堆肥工艺已相对成熟，对堆肥设施进行适当改进后可进一步推广使用。此外，本研究只是初步探索了示范工程规模农村易腐垃圾静态堆肥后堆肥产品的理化指标（有机物含量、种子发芽指数等）和堆肥效果（减量化程度、有机质降解率和脱水效果），但并未深入探究仓式静态堆肥的适宜工艺参数。在未来研究中可改进试验设计、指标选择、数据分析等内容，实现仓式静态堆肥工艺的应用推广。

6 结论

1）通过静态好氧堆肥开展的5 批7 仓试验可知，原料含水率范围从59.80%到83.48%，C/N 保持在20 左右，堆高为0.80～1.39 m，单仓进料量基本保持在600 kg 以上，最大进料量约为1.2 t。堆体堆高和物料含水率能够影响静态堆肥升温效果，一定条件下（堆高0.8～1.4 m，含水率50%～78%），堆高越高，堆体升温越慢、保温效果越好；含水率越高，堆体升温越慢，但越容易得到更高发酵温度且维持高温时间更长，反之，含水率越低，堆体升温越快，但不利于高温的保持。

2）从减量化程度上看，初级发酵完成后可实现30% 左右的减量化（减容率与减重率均能达到），次级发酵完成后全过程减容率在40% 左右，全过程减重率在50%左右，最高可达61.23%，减量化效果显著。从有机质降解情况来看，初级发酵过程有机质降解率变化较大（22.00%～84.86%），不过全过程有机质降解率均能达到50% 以上，有机质降解效果良好。静态堆肥初级发酵过程脱水效果差异较大（22.12%～48.73%），这主要与原料成分及升温效果有关，全过程脱水效率基本能达到50%以上，脱水效果良好。

3）经30 d 的静态堆肥后，堆肥产品总养分（N+P2O5+K2O）含量较高（> 5%），种子发芽指数最高可达160.00%（其余批次基本能保持在90%以上），有较强的资源化利用潜力，可就地回田利用。从堆肥产品检测结果来看，经过7 d 的初级发酵后，可有效实现无害化（4 项无害化指标均达标）。

致谢：感谢国家重点研发计划项目（2018YFD 1100600）、福建省农村有机易腐垃圾堆肥课题研究采购项目（［3500］RWZB［GK］2018098-1）以及福建省明溪县城市管理局和胡坊镇的支持。