《Waste Management》：Evaluation of mechanical pretreatments and mineral amendments on the degradation of municipal solid waste using digestive bales
编辑推荐：
•消化包堆技术在热带地区对城市有机固体废物进行了稳定化处理，全程87天无需翻堆。•经灰分校正后，添加岩粉的消化包堆堆体中，挥发性固体/总固体损失率最高达46.6%。•在各评价指标中，减小粒径对降解效果的改善最为一致。•除100%含水率处理组外，所有消化包堆在未通风条件下温度均
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消化包堆技术在热带地区对城市有机固体废物进行了稳定化处理，全程87天无需翻堆。
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经灰分校正后，添加岩粉的消化包堆堆体中，挥发性固体/总固体损失率最高达46.6%。
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在各评价指标中，减小粒径对降解效果的改善最为一致。
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除100%含水率处理组外，所有消化包堆在未通风条件下温度均超过50°C。
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堆体高度下降反映的是沉降而非降解，两者之间不存在相关性。
引言
根据联合国数据，2022年全球人口已达80亿，预计到2030年将增至85亿（联合国经济和社会事务部，2022）。人口增长带来了关键资源需求的扩大以及固体废弃物的相应增加。据世界银行统计，2016年全球城市固体废弃物产生量约为20.1亿吨，预计到2050年可能增长70%（Kaza等，2018）。此外，超过50%的城市固体废弃物被估计为有机组分，主要由碳水化合物、蛋白质和脂质组成，这些物质易受生物降解（Chew等，2019；Vian-Pérez等，2023）。根据Escamilla García等（2024）的研究，这些废弃物管理不当会对人类健康和环境产生负面影响，影响土壤、水和空气等资源。
固体废弃物的传统处理方法包括填埋处置、热解和气化（Ferronato和Torretta，2019；Vian-Pérez等，2023）。其中，卫生填埋场需要大面积的围合区域，并会产生渗滤液和温室气体，主要是CO2和CH4，对气候和含水层水质均有影响（Renou等，2008；Shukla等，2022）。与这些传统方法不同，有机组分的生物处理提供了一种资源化途径，在此过程中，大型动物、微生物和真菌利用有机质作为能量来源，将其分解为更简单的化合物，这些化合物成为稳定化基质的一部分，即有机肥料，可供植物在代谢过程中利用（Pajura，2024）。通过这一循环，营养物质重新进入食物链，有助于循环经济的发展（Chew等，2019）。
有机废弃物的生物转化过程涵盖了一个连续的技术谱系，依据其供氧方式和固体含量有所不同。在这一谱系的一端是堆肥，这是一种嗜热固态过程，需要主动通风和定期翻堆（Bi等，2025），但其应用受限于缺乏技术基础设施或适当空间的社区环境（Lin等，2018；Vian-Pérez等，2023）。在另一端，湿式厌氧消化在总固体含量低于15%且无氧的条件下运行，能量效率较高，但投资和运营成本高昂（Rocamora等，2020）。在这两个极端之间是固态生物转化系统，在微好氧或兼性条件下运行，包括以有效微生物驱动的加速发酵——博卡西，以及通过乳酸发酵进行厌氧保存生物质——青贮。这些系统共同的特点是不采用强制通风、通过压实基质以限制氧气进入，以及好氧和厌氧微生物群落的共存（Sheets等，2015）。
在这一技术谱系中，有一种所谓的消化包堆，这是一种新兴的低成本技术，通过将城市有机固体废物压实成密集结构来运作，无需翻堆或主动通风（Ossa-Carrasquilla等，2020）。高度压实产生的内部氧化还原梯度有利于兼性发酵，而外围区域因氧气可用量较高而活跃，有助于堆体自加热。与严格厌氧系统不同，消化包堆中记录了具有好氧行为的大型动物的活跃存在——如陆生等足目动物和鞘翅目幼虫；这些生物作为基质的初级破碎者，增加了可供微生物活动的接触表面积，并有助于物料的均质化。通过在压实基质中打洞，这些生物还开辟了连接包堆内部与大气之间的通道，因此大型动物主动改变了氧气环境，而非仅仅指示它（Lavelle等，2006）。这种大型动物活动使消化包堆区别于传统堆肥和湿式厌氧消化。综合来看，内部氧化还原梯度、外围好氧活动、嗜热自加热以及大型动物造成的生物扰动均表明，该系统不应被描述为厌氧消化器，而应视为一种静态、压实的固态系统，其中好氧、微好氧和厌氧区域共存。与此一致，Liset等（2015）在包堆分解过程中未检测到甲烷或硫化氢，并将该过程表征为生物好氧过程；而Ossa-Carrasquilla等（2020）指出，由于分解在户外进行，包堆并非在严格厌氧条件下运行。因此，本工作中"消化包堆"这一术语的使用不加氧气环境限定词（Lin等，2018；Sheets等，2015）。
尽管消化包堆在社区和机构场所中的采用日益增长，特别是在拉丁美洲，但关于其性能的科学文献仍然稀少。Ossa-Carrasquilla等（2020）的文献计量综述仅发现12项关于该技术的研究报告，其中4篇为期刊论文，8篇为存放在机构数据库中的本科或研究生学位论文，其中大多数以西班牙语撰写。目前已发表的实验工作通过改变进料来源而保持构建程序不变：Ardila等（2015）监测了由修剪残余物和稳定粪肥建造的包堆，报告pH在6.11至8.9之间，内部温度高达57°C，未检测到甲烷或硫化氢；Velázquez Cigarroa等（2017）比较了在麦德林和特克斯科建造的包堆，并将所得材料与哥伦比亚研究所的标准进行了对比；2022年和Pulgarín-Mu?oz与Wills-Betancur（2019）评估了含0%、50%、75%和100%生物污泥的4个包堆，其温度从未超过50°C。也报告了与堆肥的比较研究。然而，尚未被考察的是相反的问题：当进料来源保持不变而操作条件变化时，包堆的表现如何。Ossa-Carrasquilla等（2020）明确指出了这一空白，指出缺乏能够在包堆密度、残留物类型或环境条件发生变化时预测性能的标准化程序。本研究正是针对这一空白展开的。据我们所知，这是首次在同一种统一基质上比较多种包堆构型的，也是首次对过程拟合动力学模型的（Pulgarín-Mu?oz和Wills-Betancur，2019）。研究目的是在热带田间条件下，比较这些构型在有机质降解以及所得材料的理化特性方面的表现。
章节摘要
基质
在消化包堆的建造和启动过程中，使用了修剪残余物、落叶和食物垃圾（果皮菜叶、咖啡渣和食物残渣），按1:1:2的比例混合（果蔬:咖啡渣:落叶）。所有残余物均收集于安蒂奥基亚大学中央校区，每天有数以千计的人员在此共存——行政人员、学生、教职员工和访客。残余物采用源头分类，通过选择性路线收集至
基质特性
表1展示了理化表征结果，这对于确定基质是否适用于生物降解过程至关重要。
总固体（TS）含量为168.33 ± 3.40 g/kg，而挥发性固体（VS）达到146.72 ± 5.89 g/kg，对应的VS/TS比值为0.87。如此高的可生物降解有机质比例是新鲜城市废弃物的特征，与Peces等（2014）和Campuzano报告的值一致
结论
消化包堆被证明是热带条件下对城市固体废弃物有机组分进行生物稳定化的有效方法。所有构型在87天内均降低了其VS/TS比，七组中有六组持续保持温度在50°C以上足够长的时间以实现卫生化，所有所得材料均满足哥伦比亚标准对pH、可氧化有机碳、阳离子交换容量和总氮的要求。该系统在无需翻堆的情况下
资金来源
本工作由安蒂奥基亚大学的"Giro Sostenible"项目资助。
生成式AI及AI辅助技术在稿件撰写过程中的声明
在本文的撰写过程中，作者使用了ChatGPT进行语言编辑和翻译支持，并使用Graphical Lab改善了图形摘要。所有输出结果均由作者进行了审阅和验证，作者对本文的全部内容承担全部责任。
CRediT作者贡献声明
Carlos Esteven Pulgarín-Mu?oz：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，指导，项目管理，调查研究，形式分析，概念化。Johan Camilo Castro-Valencia：软件，数据整理。Laura Linares Rodríguez：验证，调查研究，形式分析。Paula Andrea Quiceno-Cuartas：验证，写作——初稿撰写，写作——审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
Carlos Esteven Pulgarín-Mu?oz|Johan Camilo Castro-Valencia|Laura Linares-Rodríguez|Paula Andrea Quiceno-Cuartas
