蘑菇渣與污泥堆肥實驗研究

趙秋利

（楊凌職業(yè)技術學院 陜西西安 712100）

引言

蘑菇渣是食用菌廢料，食用菌廢料又被稱作菌糠、下腳料，是栽培食用菌后的培養(yǎng)料。農業(yè)廢棄物中含有豐富蛋白質、氨基酸等含氮物質，食用菌菌渣（糠）中的粗蛋白含量為5.8%～15.4%。此外，為了堆肥過程中發(fā)酵反應能順利進行，也會添加一些無機氮來調節(jié)堆體的碳氮比(C/N)，包括尿素、硫酸銨等化學氮肥，這都會成為堆肥中的氮素來源。食用菌工廠化每天都會產生大量出過菇的菌糠，據(jù)統(tǒng)計，一個日產10噸鮮菇的工廠，一天要產生20噸（含水量55%）左右的廢料。這些廢料如果處理得當，不但能避免環(huán)境污染，也能產生很大的經濟效益。城市污水廠污泥是指城市生活污水、工業(yè)廢水處理過程中產生的固體廢物，是由多種微生物形成的菌膠團與其吸附的有機物和無機物組成的集合體。污水廠污泥數(shù)量占處理水量的0.3%～0.5%左右 (以含水率97%計)。污泥中主要含有大量的有機質和氮、磷等植物營養(yǎng)元素，但又含有害物質：如多種重金屬、病原微生物和寄生蟲卵、有機污染物等。隨著城市污水處理設施的增多和處理量的增加，污泥的產生量將會大幅度的增長，如何有效處置與利用污泥已成為社會經濟發(fā)展中迫切需要解決的問題。污泥和蘑菇渣類食用菌廢棄物高溫好氧堆肥是將二者有效資源化利用途徑之一。

1 實驗目的

通過測定堆肥試驗材料的含水量、總有機質、總碳、總氮及碳氮比，在堆肥過程中，采集具有代表性的樣品、試驗分析測定蘑菇渣等與污泥堆肥過程中氮素形態(tài)及含量變化，尋求最佳的養(yǎng)分保留配比。

2 材料和方法

2.1 實驗時間、試驗材料

堆肥實驗于2016年3月～2016年7月在校內環(huán)境工程試驗室進行，堆肥周期為120天。本試驗污泥取自城區(qū)內污水處理廠脫水污泥，蘑菇渣取自郊區(qū)大寨村，鮮蘑菇渣含水率約為20.31%，有機碳和總氮含量分別為388.61g·kg-1和7.42g·kg-1，pH約為7.90，蘑菇渣經晾曬備用。本研究小組對污水處理廠污泥中營養(yǎng)成分進行了為期9個月 (2015年7月～2016年3月)的連續(xù)監(jiān)測，其結果表明：含水率為75%～83%，有機碳和凱氏氮的含量分別為 350.15～535.30g·kg-1 和 21.05～36.72g·kg-1，pH 約為7.5，污泥呈中性或微堿性。

2.2 堆肥試驗方案設計

試驗設計中污泥與蘑菇渣均勻混合，使其初始含水量在65%左右。采用垛堆結構，堆肥初期，每3天翻堆一次，中期每7天翻堆一次，后期14天翻堆一次。

試驗裝置風量為0.06m·3min，滿足堆肥過程中氧氣量、降低含水率、降溫的要求。堆肥過程中分別于第0、3、7、14、21、35、49、63、84、120d取樣并混合均勻分析，根據(jù)每次取樣所測的含水率、堆體高度及堆料容重，布水調節(jié)堆體的水分，使其含水率在第Ⅰ階段保持在60%士3%,第II階段保持在40%士2%左右。在堆肥期間于每天的固定時間記錄周圍環(huán)境和堆體溫度。

2.3 試驗方法

堆肥溫度用水銀溫度計測定；鮮樣含水率105℃烘干用稱重法。具體堆肥分析指標及方法見表1。

表1 堆肥分析指標及方法

3 研究的技術路線

前期實驗原材料取樣及分析測定。每個堆肥實驗前，蘑菇渣隨機多次取樣，污泥取污水處理廠正常運行排放脫水污泥；實驗前嚴格分析原材料含水量、總有機質、總碳、總氮及碳氮比等指標，做好堆體攪拌堆肥前的原材料的分析測定數(shù)據(jù)處理，結合堆肥工藝參數(shù)要求設計原料配比。堆肥過程中的翻堆及采樣。一方面嚴格按國標進行采樣及樣品處理，另一方面利用增加采樣次數(shù)提高準確度。本實驗研究的技術路線如下圖所示。

圖1 實驗研究技術路線

4 好氧堆肥過程影響因素分析

污泥和蘑菇渣好氧堆肥過程是充分利用污泥中的好氧微生物菌群的作用，營養(yǎng)、水分、空氣、溫度和pH等因素都是能夠影響這些微生物菌群活性的因素，是決定其堆肥質量的因素。污泥中含有一定量的水分和有機、無機營養(yǎng)成分，影響污泥和蘑菇渣堆肥化的主要因素有：碳氮比、空氣的供應、溫度、pH、含水率等。

4.1 碳氮比(C/N)

在微生物分解所需的各種元素中，碳和氮是最重要的兩個營養(yǎng)元素。碳是微生物所需能量的來源，氮是主要影響微生物種群的增長速度。堆肥原料碳氮比高，碳素含量多，氮素養(yǎng)料相對缺乏，微生物的生長繁殖就受到限制，降低堆肥有機物的分解速度，發(fā)酵過程就長，當這種堆肥施用后，將奪取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饑餓”狀態(tài)，影響植物生長。但是堆體碳氮比過低，特別是低于20:1，碳素少，氮素養(yǎng)料相對較多，則氮素會以NH3的形式揮發(fā)而流失，導致大量的氮損失，進而降低堆肥的肥效。微生物所需 C/N 大致為 5～10：1，而污泥 C/N 值為 6～12：1，不能滿足發(fā)酵需要，需添加秸稈、菌糠等C/N高的輔料，一般而言，好氧堆肥過程中，堆體的碳氮比應滿足微生物生長平衡狀態(tài)所需的最佳值 25～35：1。

4.2 空氣的供應

污泥和蘑菇渣好氧堆肥過程中氧的供應量限制發(fā)酵速率的主要因素。堆肥物料中有機物含量決定堆肥需氧量，堆肥物料中的有機碳越多，需要的氧量越多。堆肥初期3～7d，堆體通氣的主要目的是提供足夠氧氣量，快速提高堆體溫度。當堆肥溫度升到最高值后，供氣的目的主要是控制堆體溫度。因此堆肥工藝系統(tǒng)設計的關鍵問題是設計好供氧方式。一般主要兩種方法來保證氧的供應。一是通過定期攪動，維持堆肥物料間的孔隙，使堆體維持一定的透氣性，保證堆體有足夠的氧量。二是強制通入空氣，利用鼓風或者增加翻動堆頻率的方式保證足夠的氧氣量。堆肥過程中合適的氧氣濃度一般為18%。氧氣供應量不足，如果低于18%，堆肥微生物生命活動將受到限制，會形成局部厭氧狀態(tài)而產生惡臭，也會延長堆肥化過程。相反，如果供氧量過多，會因增大排氣量而降低堆體的溫度，發(fā)酵過程不夠徹底。綜合大多數(shù)研究結果，普遍認為發(fā)酵溫度在 55℃時，氧氣濃度以 5%～15%為宜，而強制通風量應控制在 1.5～2.0m3/min·t(干泥)左右。

4.3 溫度控制

對污泥和蘑菇渣好氧堆肥過程而言，溫度是反應堆肥化效果的綜合指標。溫度即影響微生物分解有機物的速度，還要維持較高溫度殺滅污泥中的病原菌等。堆肥初期，經過中溫菌1～3天的作用，堆體溫度便能達到高溫菌的理想溫度50～65℃，維持這樣的高溫，一般只要5～6天即可達到堆肥無害化要求。如果堆體溫度大于70℃，則會抑制微生物分解有機物的速率，導致堆肥產品質量降低；如果堆體溫度過低，將大幅度延長腐熟時間。一般認為堆肥化的最佳溫度范圍為55℃～65℃時，堆肥化綜合效果最好。

4.4 pH

堆肥過程中，pH值也是微生物的生長的重要影響因素之一。一般微生物最適宜的PH值是中性或弱堿性。由于在中性或微堿性條件下，好氧堆肥微生物生長最適宜，所以污泥堆肥化的pH應控制在6～9的范圍內進行，且最佳pH在8.0左右。在堆肥過程中，好氧微生物能自動調節(jié)堆體的pH值。堆體pH值在7.0以上時，氮以氨的形式揮發(fā)，造成氮的損失。

4.5 含水率

污泥好氧發(fā)酵不可缺少的物質就是水，而當堆體水分過多會時，若含水率超過60%，水分就會擠走空氣，致使堆體氧氣含量降低，降低堆肥發(fā)酵速度，堆肥就會朝厭氧方向發(fā)展，導致產生臭氣。反之當含水率太低(＜30%)時會影響生物的活性，更低微生物將停止活動，使分解速度減慢。因此，堆肥原料的最佳含水率通常是在50%～60%左右，污水處理廠脫水后的污泥含水率一般為75%～80%，須通過添加輔料來降低含水率。

結語

污泥與與蘑菇渣等調理劑耗氧堆肥過程中控制好堆肥質量的影響參數(shù)，可以有效的提高堆肥效果。污泥堆肥技術在縮短堆肥周期、降低能耗，提高堆肥質量等方面都有一定的進步，如通過加入微生物菌劑加快發(fā)酵過程，提高堆肥效率等方面應用已較為廣泛。目前，我國應逐步健全污泥堆肥產品質量、污泥堆肥工藝等方面標準法規(guī)，嚴格控制好污泥堆肥產品質量關，加快推動污泥堆肥產業(yè)化的進程。