市政污泥復(fù)合有機(jī)廢棄物堆肥的研究進(jìn)展

＊譚艷霞 郭茵 李柏村 楊照坤 李冬麗

（昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)校環(huán)境與化工學(xué)院 云南 650033）

1.市政污泥特征

生化處理法處理市政污水主要是將污水中的有機(jī)物和某些無(wú)機(jī)毒物氧化為無(wú)害的無(wú)機(jī)物，處理后得到了副產(chǎn)物—市政污泥。市政污泥中含有有機(jī)物、重金屬、病原菌等成分，直接丟棄不僅會(huì)污染環(huán)境，而且占用土地，甚至傳播疾病，對(duì)環(huán)境造成危害[1]，因此市政污泥資源化利用就顯得尤為必需和重要了，這也是市政污泥今后發(fā)展的主要方向。

市政污泥中含有氮、磷及有機(jī)質(zhì)等，是植物生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)元素，因此市政污泥可作為農(nóng)肥。作為農(nóng)肥時(shí)不能直接進(jìn)行施用，不加任何處理的污泥中含有的沒(méi)被鈍化的重金屬不穩(wěn)定，而且一些病原物和致病蟲(chóng)卵不能被消滅，直接施用對(duì)土壤環(huán)境和作物品質(zhì)造成危害的風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，市政污泥必須經(jīng)過(guò)堆肥化處理制成有機(jī)肥才能施用。

2.有機(jī)肥堆制的原理和影響因素

(1)有機(jī)肥的堆制原理

有機(jī)肥是經(jīng)過(guò)植物和（或）動(dòng)物發(fā)酵腐熟后的含碳有機(jī)物料，其為褐色或灰褐色，粒狀或粉末，無(wú)機(jī)械雜質(zhì)、無(wú)惡臭。含有豐富的有機(jī)質(zhì)，能改善土壤肥力、為植物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)[2-3]。目前主要采用好氧堆肥，它是制造有機(jī)肥的主要途徑[4]。在堆制過(guò)程中，好氧微生物在有氧的情況下進(jìn)行發(fā)酵，堆體溫度高，能最大限度地殺滅病原菌，有機(jī)質(zhì)的降解速度也快、臭味小、安全穩(wěn)定、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高等優(yōu)良特點(diǎn)[5]，是實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢棄物減量化、資源化和無(wú)害化處理的途徑之一[6]。堆肥技術(shù)沒(méi)有特別說(shuō)明一般都指的是好氧堆肥。其制備方法如圖1。

圖1 好氧堆肥反應(yīng)過(guò)程[1]Fig.1 Basic principIe diagram of aerobic composting

有機(jī)物是維持微生物生命活動(dòng)的重要物質(zhì)。在微生物的生命活動(dòng)過(guò)程中，有機(jī)物先以礦質(zhì)化為主，后以腐殖化為主，最后得以腐熟[7]。整個(gè)堆肥過(guò)程中微生物通過(guò)自身的生命活動(dòng)完成能量及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。可溶性的小分子有機(jī)物可直接被微生物吸收和利用，而吸附在體外的一些不溶性大分子有機(jī)物需通過(guò)微生物分泌一系列胞外酶逐步分解，待分解成可溶性的小分子物質(zhì)后再被吸收利用[8-9]，微生物通過(guò)此種方式獲得生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)，并產(chǎn)生更多的微生物，不斷將一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成利于作物吸收的簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，并釋放出CO2、O2和能量[10]，最終形成穩(wěn)定的高肥力腐殖質(zhì)。

(2)有機(jī)肥堆制過(guò)程的影響因素

多種微生物的協(xié)同作用是堆肥順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。一旦微生物的生命活動(dòng)受到影響，產(chǎn)物質(zhì)量會(huì)受到影響，影響微生物生命活動(dòng)的因素主要有溫度、碳氮比、水分、有機(jī)質(zhì)含量等。

①溫度

堆肥過(guò)程中根據(jù)溫度的變化，可分為升溫階段、高溫階段、降溫階段和腐熟階段。微生物在不同的溫度下活躍度不同引起溫度變化，因此溫度可直接反應(yīng)堆制過(guò)程的進(jìn)展，也是評(píng)價(jià)堆肥腐熟的重要指標(biāo)。

②碳氮比

微生物的代謝活動(dòng)需要碳源和氮源作為營(yíng)養(yǎng)。碳氮比不僅影響堆肥進(jìn)程，也影響堆制產(chǎn)物的應(yīng)用效果。若碳氮比較低，有機(jī)質(zhì)分解速度快，堆體溫度上升快，雖然堆肥周期縮短，但是堆體中的氮會(huì)以氨態(tài)氮的形式大量揮發(fā)，導(dǎo)致最后的產(chǎn)物中氮的含量偏低；若碳氮比較高，有機(jī)物質(zhì)分解速度慢，堆體溫度升高，不僅堆肥周期長(zhǎng)[11]，而且導(dǎo)致產(chǎn)物中的碳氮比偏高，施與土壤后會(huì)奪取土壤中的氮素，使土壤缺氮，不利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)[12]。

③水分

在堆制過(guò)程中水分可溶解有機(jī)物，利于微生物的吸收利用，同時(shí)水分蒸發(fā)利于堆體的降溫。若水分過(guò)多，堆體的通氣會(huì)受到影響，造成堆體氧氣供應(yīng)量減少，使得堆肥時(shí)間延長(zhǎng)[13]，若水分過(guò)少，限制了微生物活動(dòng)，使得堆體溫度難以上升，影響木質(zhì)素的降解及高溫殺菌等。因此，堆肥過(guò)程中原料水分一般調(diào)節(jié)為50%-60%[14]。

④有機(jī)質(zhì)含量

原料中有機(jī)質(zhì)是微生物生存的必需條件，但原料有機(jī)質(zhì)含量過(guò)低或過(guò)高都會(huì)對(duì)堆制過(guò)程產(chǎn)生影響。原料中有機(jī)質(zhì)含量高，微生物需氧量大，為保證堆肥過(guò)程順利進(jìn)行，就得提供足量氧氣，否則易產(chǎn)生厭氧發(fā)酵；若原料中有機(jī)物質(zhì)含量低，則不能提供給微生物足夠的生長(zhǎng)物料。

3.有機(jī)固體廢棄物的種類(lèi)及研究情況

(1)有機(jī)固體廢棄物的種類(lèi)

市政污泥堆肥時(shí)，物料的含水量大，堆制溫度難以達(dá)到50度以上。絕大部分有機(jī)廢棄物的吸水率可達(dá)到300%-400%，往其中添加一些有機(jī)廢棄物可以幫助減少污泥物料的含水量，有助于升溫，另外絕大多數(shù)有機(jī)廢棄物均具有90%-100%的自由空域，利于通氧。有機(jī)廢棄物種類(lèi)多，按其來(lái)源不同可分為直接生產(chǎn)性廢棄物（如秸稈、園林廢棄物等）和間接生產(chǎn)性廢棄物（如中藥渣、菌渣等）。

①農(nóng)作物秸稈

農(nóng)作物秸稈是作物籽實(shí)收獲后剩下莖葉部分。通常指水稻、小麥、玉米等農(nóng)作物收籽實(shí)后的剩余部分[15]。農(nóng)作物秸稈的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富，還含有Cu、Mn、Fe、Ze等，可作為植物的補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)。農(nóng)作物秸稈如果直接還田可能因其高碳低氮而導(dǎo)致微生物與植物爭(zhēng)奪氮源，最終影響作物的產(chǎn)量[16]。若經(jīng)合理堆制后可加速土壤有機(jī)物分解，促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化以及維持土壤養(yǎng)分的平衡具有很重要作用[17-19]。

②中藥渣

中藥渣是生產(chǎn)中藥產(chǎn)品產(chǎn)生的副產(chǎn)物，含水量大，易腐敗發(fā)臭，直接填埋或焚燒易對(duì)環(huán)境造成污染。中藥渣中含有大量有機(jī)質(zhì)和植物生長(zhǎng)所需多種營(yíng)養(yǎng)元素[20]，相比于其他有機(jī)固體廢料，其最大的優(yōu)勢(shì)是含有一定的生物活性物質(zhì)，如多糖、黃酮、苷類(lèi)、生物堿等，有助于抑制土壤中的病菌[21]，是良好的堆肥原料。

③園林廢棄物

園林廢棄物是繼生活垃圾之后的第二大城市固體廢棄物[22]。園林廢棄物是一種很好的“取之于土、用之于土”的物料，經(jīng)堆肥化處理，可提高土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[23-24]。

(2)污泥復(fù)合有機(jī)固體廢棄物的研究情況

①污泥復(fù)合農(nóng)作物秸稈堆肥的研究情況

污泥復(fù)合農(nóng)作物秸稈堆肥的研究是適應(yīng)目前秸稈還田應(yīng)用的政策需求，相較于秸稈直接粉碎還田來(lái)說(shuō)，此種應(yīng)用不僅改善土壤肥力，而且不會(huì)造成后續(xù)問(wèn)題。張琳等[25]通過(guò)研究為污泥復(fù)合小麥秸稈共堆肥的科學(xué)配比提供參考依據(jù)。陳博儒等[26]探討得出污泥堆肥用量不宜超過(guò)50%，需根據(jù)基質(zhì)重金屬含量選擇適宜的品種，盡量減少植物對(duì)重金屬的富集，為合理應(yīng)用污泥堆肥提供依據(jù)。

②污泥復(fù)合中藥渣堆肥的研究情況

中醫(yī)藥在我國(guó)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，中藥渣中含有大量的活性物質(zhì)，與污泥復(fù)合堆肥，可發(fā)揮中藥渣的抗菌等優(yōu)勢(shì)，在改善土壤環(huán)境、防治病蟲(chóng)害方面起到一定的作用。黃順[27]通過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選出對(duì)發(fā)酵最有利的優(yōu)勢(shì)菌劑和最為合理的物料配比，探索出發(fā)酵對(duì)重金屬的鈍化機(jī)制，為污泥復(fù)合中藥渣堆制有機(jī)肥施用于農(nóng)用提供理論依據(jù)。

③污泥復(fù)合園林廢棄物堆肥的研究情況

園林廢棄物產(chǎn)量大，其合理利用是保護(hù)環(huán)境的有效舉措之一。韋依伶等[28]發(fā)現(xiàn)污泥復(fù)合園林廢棄物堆制的有機(jī)肥有助于香水百合的生長(zhǎng)和開(kāi)花，也有助于改善土壤pH值。孟國(guó)欣等[29]探討了堆制過(guò)程參數(shù)變化，為評(píng)價(jià)堆制過(guò)程腐熟度的判定提供科學(xué)依據(jù)。

4.結(jié)語(yǔ)

污泥肥料化是其有效利用的重要途徑，加入有機(jī)廢棄物不但可以改善其理化性質(zhì)，而且可以利用污泥與有機(jī)廢棄物所含營(yíng)養(yǎng)元素的差別來(lái)豐富產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)元素種類(lèi)，更全面地為植物提供營(yíng)養(yǎng)。污泥復(fù)合有機(jī)廢棄物堆制的有機(jī)肥要有合理的理論依據(jù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括有機(jī)肥的腐熟度的評(píng)價(jià)及其中含有的重金屬是否對(duì)土壤造成污染等，合理評(píng)價(jià)堆制產(chǎn)物安全性是有機(jī)肥農(nóng)用的前提。