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SEH专栏｜英国贝尔法斯特女王大学Paul N. Williams团队：城市固体废物堆肥——全球趋势与生物地球化学循环

时间：2023-09-11 来源：浏览：

SEH专栏｜英国贝尔法斯特女王大学Paul N. Williams团队：城市固体废物堆肥——全球趋势与生物地球化学循环

Williams 等环境人Environmentor

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微信号 Environmentor2017

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小编按： 应Soil & Environmental Health（中文《土壤与环境健康》，英文SEH）编辑部提议，环境人Environmentor将与SEH期刊合作，推出“SEH专栏”，将期刊上的优质论文及时推送给各位读者，欢迎大家关注！ S EH 是由朱利中院士和朱永官院士担任主编、浙江大学主办、浙江大学环境与资源学院承办、国际知名出版集团Elsevier合作出版的全英文开放获取国际学术期刊。SEH欢迎并鼓励同“土壤与环境健康”相关的新颖原创综述、研究文章、研究简报等，特别是跨学科的土壤健康与环境健康研究，既欢迎从健康的视角讨论土壤与环境领域相关现象的研究，也欢迎从土壤与环境的视角探索绿色与再生农业、人体与星球健康以及全球可持续发展的研究。

导读

英国贝尔法斯特女王大学Paul N. Williams团队在 Soil & Environmental Health （SEH-《土壤与环境健康》）期刊发表题为“城市固体废物堆肥：全球趋势与生物地球化学循环（Municipal Solid Waste Compost: Global Trends and Biogeochemical Cycling；2023, 1(4): 100038）”的综述。

城市固体废物（Municipal solid waste，MSW）是城市和乡村社会产生的混合废弃物 ，其中包括厨房垃圾、花园杂物和包装等。随着全球城市化和人口增长，MSW的产量飞速上升，对环境和资源构成了巨大挑战。尽管MSW中蕴含有机养分，却仍有大量未被有效回收利用，导致养分的浪费和环境问题加剧。为了实现可持续发展，迫切需要采取措施，有效管理和回收MSW的养分。当前，MSW的处理方式主要包括填埋、焚烧、回收和堆肥。然而，传统的填埋方法不仅不可持续，还会导致土壤和水体的污染，而焚烧则可能引发温室气体排放。与此相比，堆肥作为一种环保的废物处理方法逐渐引起关注。 堆肥不仅可以有效地减少废物量，还能回收有机养分，为循环经济发展贡献力量 。然而，堆肥的应用在全球范围内仍面临挑战。不同地区的经济和基础设施差异导致了堆肥实践的不均衡，特别是在养分回收方面。因此，我们需要更深入的研究来探索堆肥在不同环境下的适用性和效益。本研究旨在深入分析全球MSW堆肥的现状和潜力，重点关注养分循环、环境影响和可持续发展。通过揭示堆肥的价值和挑战，我们可以为推动废物管理的创新和资源回收提供有力支持。通过促进废弃物从填埋和焚烧向堆肥的转变，我们有望为未来建设更可持续的环境做出贡献。

图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

MSW的堆肥处理在全球范围内逐渐崭露头角，图1呈现了不同国家MSW堆肥处理比例。在欧洲， MSW产生量和堆肥占比逐年攀升，如欧盟区域中的MSW产生量在18年内翻倍，堆肥占比提升至15%。然而，各国之间的堆肥活动存在差异，如奥地利、荷兰、列支敦士登等 在堆肥处理中的比例较高，而这些国家也是财富和国民收入中排名较高的国家 。与此同时，许多国家也在拓展堆肥处理范围，如意大利的285家堆肥厂不仅处理MSW，还涵盖更广泛的原料，部分涉及厌氧发酵。此外，一些地区在特定废物类别上制定了目标，如爱尔兰计划到2030年将70%的包装废物进行回收或堆肥处理。

图1 2020年全球 (a)和欧洲国家（不包括俄罗斯）(b)的堆肥比例分布以及匈牙利、日本、立陶宛、荷兰、斯洛文尼亚、英国、美国、中国、澳大利亚和捷克共和国2001年到2020年的堆肥趋势(c)

在欧洲以外，堆肥作为城市废物管理工具也取得了进展。例如，伊朗在12年内将堆肥处理的MSW比例从16%增加到24%。然而，由于废物产量不断增加，尤其是工业化、人口增长和城市化发展，中东地区整体面临着废物处理的挑战。在印度和中国等人口最多的国家中，堆肥处理仍然面临诸多障碍。其中印度的MSW堆肥处理仅占10%，而中国仅有约3%的MSW被堆肥处理， 这主要是因为对堆肥重金属富集和养分质量不佳的担忧 。与此相比，美国堆肥率稍高，堆肥占MSW产生量的约8.5%。全球范围内，只有澳大利亚与欧洲的堆肥处理率相当。非洲地区尤其是南非，仅有不到1%的MSW通过堆肥处理。因此，如何在不同地区平衡城市废物管理和环境保护成为未来研究的一个重要议题。

MSW堆肥参与了碳、氮和磷等元素的生物地球化学循环。堆肥中的酶能调节这些元素的活动，如碳的分解、氮的矿化和磷的释放。堆肥是一种高效的碳封存过程，可将不稳定碳转化为稳定有机基质，无需额外能源。 堆肥过程分为降解和腐殖化两阶段（图2），前者分解大分子为小分子，后者将代谢中间产物组合为稳定的腐殖质。 而MSW堆肥中的氮化合物可转化为易溶有机分子，最终形成稳定形式，减少氮矿化潜力。其中，氮的形态和碳氮比是释放无机氮的主要因素。高碳氮比的堆肥产物会导致氮快速矿化和挥发，造成氮损失。MSW堆肥中约70%的磷为无机磷，其余为有机磷。无机磷主要以磷酸钙的形式存在，可以是可溶性的磷酸盐，也可以是缓释形式的磷灰石。堆肥的有机物降解产生的酸性物质可以使无机磷更易溶，土壤中的有机质和微生物活动也促进了磷的释放。总的来说，MSW堆肥通过调节关键环境过程，对土壤的养分循环和植物生长产生着积极的影响。

图2 MSW堆肥转化过程

总结与展望

本篇综述展现了城市固体废物堆肥通过改善养分循环将城市废物管理与农业紧密地联系起来。正确使用城市固体废弃物堆肥，并了解关键的生物地球化学循环，可以带来一系列多功能的土壤健康益处，包括减缓气候变化和加速实现全球农业净零排放。然而，确保堆肥原料供应的质量和无污染仍是一项重大挑战，但收集、加工和测试方面的技术已经带来了巨大的好处。目前，城市生活垃圾堆肥仍在努力寻找其经济定位，使之成为一个完全独立、财政自给自足的行业。许多领先的城市垃圾堆肥者都来自最富裕、最发达的国家。因此，要在不同的环境和背景下利用这一资源，需要将环境管理与经济可行性和谐地结合起来，这样才能最终实现废物管理和农业提升的可持续发展。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.seh.2023.100038

作者简介

第一作者简介：

曹小霞 ，贝尔法斯特女王大学生命科学学院在读博士生，主要从事评估功能化介孔二氧化硅纳米材料和城市固体废物堆肥在农业领域的应用潜力的研究。

共同通讯作者简介：

Paul N. Williams ，全球食品安全研究所研究员，贝尔法斯特女王大学农业技术学位主任及土壤与环境生物地球化学高级讲师，英国皇家化学会北爱尔兰地方委员会成员，爱尔兰植物科学家协会会议2023年联合主席。主要从事研究环境/元素计量学、了解植物与土壤的相互作用以及改善土壤管理。现任 Exposure & Health高级编辑，ES&T编委，并担任Environmental Pollution编委长达 15 年以上。目前已发表论文110多篇，H指数为45。

徐颖键 ，金之键高科技材料有限公司董事长。中国科协海智计划特聘专家、英国皇家化学学会特许化学家、英国皇家化学会会士、英国华威大学化学系荣誉教授、英国牛津大学高级研究员。在过去20多年中，主要从事配体金属型催化材料包括以徐颖键姓氏命名的催化剂XuPHOS®、iMoLboX®-CCat，功能性配位新材料iMoLboX®-LMat以及相关工业应用技术的研究与开发。

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