餐廚垃圾生物質炭優化堆肥技術初探

　　1 餐廚垃圾的特性及處理現狀

　　餐廚垃圾是人類生活生產中所產生的食品廢棄物，根據產生來源可分為餐飲垃圾和廚余垃圾[2]。它們極易腐敗變質，散發惡臭，傳播細菌和病毒，因此對其資源化處理處置十分有必要。

　　我國各地區餐廚垃圾的成分特性有所區別，但總體具備3個顯著的特點[3]。(1)含水率高，80％以上的含水率是餐廚垃圾難以處理的主要原因[4]。高含水率極大的提高了處理難度，一方面，餐廚垃圾會污染其他可回收垃圾，另一方面，餐廚垃圾形成的滲濾水在運輸、處理等過程中破壞了周邊水體。（2）餐廚垃圾含有豐富的有機物及各種微量元素，擁有很高的重復利用價值，若對其進行簡單處理，是一種資源浪費。(3)餐廚垃圾中有機質占到的比例高達95%以上[2]，易腐爛發臭，滋生蚊蟲，產生滲濾水，極大地影響周圍環境衛生，若處理不當而直接利用，會造成病原菌的傳播和感染[5]。

　　餐廚垃圾之前通常以填埋方式處理，占用大量的土地資源，且會導致大量的臭水臭氣排出 [7]。然而焚燒處理又會由于餐廚垃圾的水份高，發熱量低而無法直接進行焚燒發電，還需要額外添加助燃劑，且極易產生二噁英等致癌氣體 。此外，餐廚垃圾常被用作家禽飼料，其所含的有害物質、病原菌等在動物體內積累，然后通過食物鏈危及人類健康。綜上所述，傳統的餐廚垃圾處理方式不僅投資大，二次污染嚴重，造成有機物的浪費，且由于含有有害物質，不能用于制作飼料。

　　2 餐廚垃圾生物質炭制備

　　生物質炭不僅熱穩定性好，抗生物化學分解，同時具有巨大的比表面積和高孔隙率，其表面含有豐富的官能團，化學吸附能力強。吳琪琳等以板栗殼為原料，制備了固定碳含量為83%～91%，熱值為30～35MJ/kg的熱解炭；金桃等以餐廚垃圾為原料，制備出熱值為30.18 MJ/kg的水熱炭。研究表明，生物質炭可調節土壤pH，緩解污染物毒性，優化微生物生存環境，以利于污染物的降解。Xu等在土壤中添加生物質炭后，土壤由堿性改良為中性。張偉明等研究發現生物質炭可降低土壤容重，提高孔隙率，改善植被環境。生物質炭還可作為吸附劑，應用于各個方面。吳艷姣等]制成的炭球-活性炭吸附量是活性炭的數倍。馬東興制備的氮摻雜微孔炭材料，CO2吸附量達到11.77 wt%。

　　目前，利用餐廚垃圾制作生物質炭主要有熱解法與水熱炭化法兩種，熱解炭通過物理作用進行吸附，而水熱炭則是利用表面官能團與物質進行化學反應來達到吸附效果。

　　3 餐廚垃圾生物質炭回用優化堆肥

　　餐廚垃圾中豐富的微生物菌群及大量的營養成分使其具備做堆肥原料的良好條件，但餐廚垃圾的高含水率和酸性環境不利于微生物生存，從而影響堆肥的進行。因此，堆肥法由于餐廚垃圾本身因素的制約，若將餐廚垃圾制成生物質炭，再回用于堆肥，可以從而有效提升堆肥效率及堆肥質量。

　　3.1 減少堆肥中有害氣體的排放

　　堆肥過程中，堆體中的含氮物被微生物通過氨化作用被反應生成氨氣，進而形成銨態氮。堆體中因氨氣揮發導致的N損失占總量的一半甚至更多。生物質炭可通過物理吸附減少部分氨氣的排放；此外，生物質炭表面的酸性官能團與銨態氮反應，達到了減量的目的，同時抑制了銨態氮再次轉變成氨氣，達到保氮效果。好氧堆肥中產生的N2O及CH4是重要的溫室氣體，利用生物質炭強大的吸附能力等特性，將其加入堆體，既能保氮，又能去除和減少有害氣體的產生，一舉兩得。

　　3.2 調節pH值

　　pH值的變化嚴重影響著堆體內微生物生長繁殖，堆體有機質的分解速率受pH的影響很大，直接影響堆肥進程。生物質炭多呈堿性，且在制作過程中溫度越高，pH值則越高。因此，餐廚垃圾生物質炭可有效緩解其堆肥過程中pH過低的問題。

　　3.3 改善含水率

　　堆體中的水分起到了媒介作用，且可以通過蒸發作用將熱量吸收從而調節堆溫。將生物質炭提前加入堆體，使堆體的孔隙度增加，氧氣充足，從而使前期堆體含水率下降。同時，在堆肥后期，生物質炭的保水作用保證了微生物生長代謝所需的基本水分。因此，生物質炭在前期降低了堆體含水率，優化了通風供氧條件，使得有機質順利降解，又在后期保證了堆體的含水率優化了堆肥品質。

　　3.4 優化微生物環境

　　餐廚垃圾生物質炭巨大的比表面積、獨特的表面官能團、高孔隙率等特性，使得堆肥微生物可以較好的生存繁殖。在堆肥過程中，生物質炭表面的酸性官能團數量也隨生物氧化作用的增強而增多，保氮作用增強。餐廚垃圾生物質炭的特性、微生物種類與堆體接近，可更高效的促進微生物分解有機物，提高堆肥效率。

　　4 總結

　　本文主要探討了餐廚垃圾生物質炭優化堆肥技術的可行性。通過合理的優化處理及資源化利用，將餐廚垃圾變廢為寶，既降低了餐廚垃圾的產量，又提高了堆肥效率，具有很好的實際應用價值。