农村有机生活垃圾和秸秆快速好氧发酵技术参数研究

摘要：近年来，中国农村有机生活垃圾和农作物秸秆废弃资源引发的环境问题日益严重，在现有农业废弃物资源化利用技术中，好氧发酵堆肥技术由于运行成本低、操作简便成为农村有机生活垃圾和秸秆的首选处理技术。该文通过正交试验方法分析通风量、含水率和碳氮比3因素对快速好氧发酵效果的影响。结果表明：通风量是首要影响因素，其次是含水率和碳氮比；适宜的通风量参数为0.148～0.173m3/d，含水率为60%，C/N为25︰1。本研究将为开展北方寒冷地区冬季好氧发酵设施增温保温技术研究提供理论依据。
关键词：农村有机生活垃圾；秸秆；好氧发酵；工艺参数
0引言
中国农作物秸秆资源拥有量居世界首位，年产秸秆6亿t[1]，其中20％约1.2亿t剩余秸秆未被利用。据调查，中国农村每天产生的生活垃圾量达到16万t[2]。受经济条件和技术水平的限制，大部分生活垃圾未经处理，引发的环境问题日益严重；另一方面，秸秆和垃圾也是物质和能量的载体，是一种特殊形态的农业资源，应考虑加以利用。目前国际上农作物秸秆和农村生活垃圾的资源化利用技术主要是能源化、燃料化和材料化[3,4]，中国除以上利用外，还有肥料化和饲料化利用[5-7]等。
中国农业废弃物资源化利用技术方法多样，其中好氧堆肥技术由于其运行周期短、成本低、操作简便等特点被广泛应用。但由于好氧发酵技术需要适宜的起始发酵温度而在北方寒冷地区冬季受到限制。根据李海青、王宝良、章北平、冯明谦等对好氧发酵技术工艺参数的研究结果表明，进料C/N、含水率和通风量是影响发酵效果的最主要因素。其中C/N范围为25︰1～35︰1[8-11]，含水率为55％～65％[8,9,12]，通风量则与风机选择、管道设计、物料堆高、发酵初始温度、堆肥目的[13,14]等有关。
由此，农业部规划设计研究院申请并承担了农业部“农业结构调整重大技术研究专项”-农业有机废弃物资源化处理与综合利用技术及农业循环经济发展模式研究[15]。采用正交试验方法，研究农村有机生活垃圾和农作物秸秆在不同通风量、含水率和碳氮比（C/N）参数条件下快速好氧发酵最佳工艺参数组合，为下一步开展中国北方寒冷地区冬季垃圾好氧发酵设施持续运行试验研究提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验原料、仪器设备
1.1.1试验原料
试验原料：农村有机生活垃圾、玉米秸秆，辅料为猪粪。其中农村有机生活垃圾来源于北京双桥农场农户日常生活垃圾的有机组分，秸秆来源于北京通县农户青贮饲料；试验时间为8～9月。
对3种试验原料的C/N和含水率进行测试，作为质量配比混合物料的依据，具体数据如表1所示。
表1试验原料C/N和含水率

1.1.2仪器设备
1）自制有机玻璃罐（试验发酵罐）9个：高度1.2m，内径60cm，底面积0.28m2；
2）鼓风机（功率750W，最大流量10m3/h，型号：HG180）；
3）风速仪（测量通风风速，型号：ZRQF智能风速，精度：±4％风速）；
4）数字温度计（用于连续测试自制有机玻璃罐中好氧发酵混合物温度，每天在相同时间读数，记录发酵温度的变化。型号：JM222L，精度：±0.5°C）；
5）电插定时器（用于通风控制时间）；
6）管道系统（用于连接发酵罐与鼓风机，每组由1个鼓风机和3个发酵罐组成）；
7）鼓风干燥器（用于烘干物料测试含水率，型号：BGX-9003B）；
8）电子分析天平（用于测量含水率前后物料的称量，型号：FA2104；精度：0.1mg）。
1．2试验方案
1.2.1试验设计
为进一步分析不同碳氮比、含水率和通风量参数对农村有机生活垃圾和玉米秸秆的发酵效果影响情况，本研究选取L9（34）正交表[16]，试验因素、水平表如表2所示。
表2正交试验设计