陳腐垃圾填埋場腐殖土好氧堆肥-浸提技術工藝研究

韓 鳳，邵 樂，史學峰，李昌武

（航天凱天環保科技股份有限公司，湖南長沙 410010）

陳腐垃圾，也叫礦物垃圾，是指填埋場或堆放多年的城市生活垃圾。自20世紀70年代以來，我國逐漸開始采用填埋方法處理處置城市生活垃圾。近年隨著大規模土地開發，這些填埋場地已成為稀缺資源，具有巨大的開發價值。但是由于非正規填埋場在運轉期內未采取有效的防護措施，產生的水、氣及臭味等污染，不僅對周邊居民的生活造成了嚴重影響，還對地下水造成了危害。陳腐垃圾資源化處置是填埋場治理面臨的最為重要的問題，尤其是含量最高的腐殖土處置尤為關鍵，開挖后的陳腐垃圾中50%～70%為篩下物腐殖土［1］。腐殖土富含有機質可作為綠化用地用土［2，3］，但是其利用作為綠化種植土壤或綠化養護用土需滿足《綠化種植土壤》（CJ／T 340-2016）標準，其主要包括pH、有機質、含鹽量等5項主控指標，CEC、有效磷等14項肥力指標，總鎘、總汞等8項重金屬含量指標［4］，而一般的腐殖土中主要超標指標為含鹽量、有機質、重金屬等。

目前，針對陳腐垃圾填埋場腐殖土的處理相關報道較少，常規的腐殖土處理技術包括回轉窯協同技術、好氧堆肥技術等。而回轉窯協同處置技術不僅能耗大、成本高，而且針對腐殖土中含鹽量和部分重金屬處理效果不佳［5，6］；好氧堆肥技術能降低腐殖土中有機質含量，對土壤中重金屬含量處理效果不佳，無法作為綠化用地，需要后續處理處置［7～9］。針對現有工藝存在的缺陷，本研究結合項目經驗，經過不斷試驗研究，研發出“好氧堆肥-浸提技術”，并馴化培養出好氧產酸微生物。通過好氧堆肥-浸提技術聯用處理陳腐垃圾填埋場腐殖土，主要解決腐殖土含鹽量、有機質、重金屬超標的問題。首先將腐殖土通過好氧堆肥，能充分利用微生物來降解腐殖土中有機質，再利用特殊的浸提劑將腐殖土中可溶性的鹽類和重金屬離子轉移至液相，從而使腐殖土中有機質、含鹽量和重金屬含量同時有效降低，通過控制過程參數可達到《綠化種植土壤》（CJ／T 340-2016）標準，實現腐殖土有效資源利用，適合推廣使用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

在某生活垃圾填埋場隨機采集陳腐垃圾，每個點位分層采集3個樣品，每個樣品重約50 kg。樣品經風干后混合均勻，篩分得到粒徑≤2 cm篩下腐殖土，密封保存。腐殖土污染指標及性能見表1。

表1 腐殖土污染指標及性能

1.2 試驗方法及對比試驗設計

1.2.1 試驗方法

微生物菌劑制備：將陳腐垃圾中提取分離的青霉屬、曲霉屬真菌接種于斜面上，28～35℃培養6 d。搖瓶培養液采用去離子水中加入15%蔗糖、0.2%硝酸鹽、0.1%磷酸二氫鉀、0.25%七水硫酸鎂，搖動容器直至溶質溶解，高溫滅菌。用無菌水沖洗斜面微生物接種到搖瓶培養液中，置于恒溫振蕩培養箱中，培養6 d。經擴大培養后混合菌液中青霉屬、曲霉屬數量達到106 cfu／mL，最終分批接種到腐殖土中。

應用試驗：腐殖土中加入糞尿+草木灰，調節腐殖土中C／N比。將腐殖土堆放成條垛形（寬∶高＝2∶1）后，往腐殖土中撒播微生物菌液，采用動態攪拌、靜態通風相結合的方式，堆肥前3 d每天攪拌一次，后每2 d攪拌一次，實時監測好氧堆肥過程各項指標，控制好氧堆肥的溫度為30～55℃，堆肥時間為10 d。

將腐熟的腐殖土轉入固定池體中堆放后，腐殖酸配制成質量濃度為5%的浸提液，以一定體積比加入腐殖土中，浸提一段時間后，浸提廢液排出；用腐殖酸浸提2次后再用清水浸提1次，浸提時間為8 h，浸提廢水排出并統一收集后處理或回灌填埋場。腐殖土自然晾曬、脫水干化，測定腐殖土中有機質、含鹽量、重金屬含量。

腐殖土好氧堆肥-浸提工藝流程圖如圖1所示。

圖1 腐殖土好氧堆肥-浸提工藝流程圖

1.2.2 對比試驗設計

設置四組對比試驗，每組設置三組對比數據，確定好氧堆肥-浸提工藝中最優C／N比、微生物菌液添加量、浸提劑添加比例、浸提時間。對比試驗設計見表2。

1.3 測定指標及方法

根據表1可知，本項目腐殖土主要污染指標為含鹽量、有機質、銅、鋅、鎘。其中有機質采用《森林土壤有機質的測定及碳氮比的計算》（LY／T1237）［10］測定；含鹽量采用《森林土壤水溶性鹽分分析》（Y／T 1251）［11］測定；銅、鋅采用《土壤質量銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法標準》（GB／T 17138）［12］測定；鎘采用《土壤質量鉛、鎘的測定 KIMIBK萃取火焰原子吸收分光光度法》（GB／T17140）［13］測定。

表2 對比試驗設計

2 結果與分析

2.1 C／N比對腐殖土處理效果的影響分析

本組對比試驗為單因子變量試驗，調節腐殖土中 C／N比分別為15∶1、25∶1、35∶1，C／N比對腐殖土處理效果的影響如圖2所示，從圖2可以看出，隨著腐殖土中C／N比例增大，有機質降減率隨之減少，可溶性鹽和重金屬降減率有少量減幅。其中腐殖土中C／N比例為15∶1和25∶1時，有機質降減率均超過標準降減率34%。綜合考慮腐殖土C／N比調節難度和操作成本，確定調節腐殖土中最優C／N比為25∶1。

圖2 C／N比對腐殖土處理效果的影響

適當的碳氮比例，有助于微生物發酵分解。當腐殖土中C／N大于25∶1時，微生物不能大量繁殖，而且從有機物中釋放同的氮素全部為微生物自身生長所利用。當腐殖土中C／N小于25∶1時，微生物繁殖快，堆肥材料分解也快，而且有多余的氮素釋放，施到土壤后供作物利用，也有利于腐殖質形成［14］。本項目選用糞尿+草木灰調節腐殖土中C／N比。

2.2 微生物菌液添加量對腐殖土處理效果的影響分析

本組對比試驗為單因子變量試驗，分別添加20 L、45 L、60 L微生物菌液，微生物菌液添加量對腐殖土處理效果的影響如圖3所示，從圖3可以看出，隨著微生物菌液添加量的增大，有機質、可溶性鹽、重金屬降減率也隨之增加。其中腐殖土微生物菌液添加量為45 L時，有機質降減率超過標準降減率34%，而當微生物菌液添加量繼續增大時有機質降減率仍有少量增幅。綜合考慮操作成本及處理效率，確定微生物菌液最優添加量為45 L。

圖3 微生物菌液添加量對腐殖土處理效果的影響

本項目微生物菌液中主要為青霉屬、曲霉屬真菌，在好氧堆肥過程中溶解性的有機物可透過微生物的細胞壁和細胞膜被微生物直接吸收；不溶膠體和固體有機物，先附著在微生物體外，依靠微生物分泌的胞外酶分解為可溶性物質，再滲入細胞［15］。在通過微生物的自身合成和氧化分解后，可實現有機質的有效降解。

好氧產酸微生物不但可以降解腐殖土中的有機質，而且可以產生有機酸物質，如在好氧堆肥過程中好氧產酸微生物將糖轉化成多種有機酸，再使草酰醋酸和乙酰輔酶A縮合成檸檬酸等，這些有機酸物質可以活化腐殖土中的重金屬及鹽類，有利于后續的浸提過程金屬離子的溶出，從而可有效提高重金屬、鹽類浸提效率，且降低浸提劑的消耗量。

2.3 浸提劑添加比對腐殖土處理效果的影響分析

本組對比試驗為單因子變量試驗，分別添加1∶1、2∶1、3∶1（腐殖土∶浸提液體積比）腐殖酸浸提劑，浸提劑添加比對腐殖土處理效果的影響如圖4所示，從圖4可以看出，隨著浸提劑添加比例的減小，腐殖土中可溶性鹽和重金屬降減率也隨之降低。其中腐殖酸浸提劑添加比為1∶1時，可溶性鹽、重金屬降減率均超過標準降減率。因此，確定腐殖酸浸提劑最優添加比為1∶1。

圖4 浸提劑添加比對腐殖土處理效果的影響

本項目浸提劑為腐殖酸，腐殖酸作為有機酸具有絡合增溶作用，能提高土壤中鈣、鎂鹽的溶解度，鈣、鎂離子與土壤膠體中金屬陽離子鹽置換，置換出的陽離子鹽溶于水中，隨浸提廢液排出，可實現可溶性鹽和重金屬的有效浸出。

2.4 浸提時間對腐殖土處理效果的影響分析

本組對比試驗為單因子變量試驗，分別保持腐殖酸浸提液的浸提時間為4 h、8 h、10 h，浸提時間對腐殖土處理效果的影響如圖5所示，從圖5可以看出，隨著浸提時間的增加，腐殖土中可溶性鹽和重金屬降減率也隨之增大。其中腐殖酸浸提時間為8 h和10h時，可溶性鹽、重金屬降減率均超過標準降減率。綜合考慮處理效率及時間成本，確定腐殖酸最優浸提時間為8 h。

圖5 浸提時間對腐殖土處理效果的影響

隨著浸提時間的增加，腐殖酸將腐殖土中可溶性鹽和重金屬置換出來，隨浸提廢液排出，有效降低腐殖土中可溶性鹽和重金屬含量。

3 結 論

1.本項目采用好氧堆肥+浸提聯合處理方法，協同增效作用明顯，能滿足腐殖土中有機質、含鹽量、重金屬的有效降低，處理后的腐殖土能滿足《綠化種植土壤》（CJ／T 340-2016）標準，可作為綠化用地使用。

2.微生物好氧堆肥過程可產生較多的有機酸、活化腐殖土中重金屬溶出，結合浸提技術可有效提高重金屬、鹽類浸提效率，降低浸提劑的使用量。

3.C／N比、微生物菌液添加量、浸提劑添加比例、浸提時間都是腐殖土中有機質、可溶性鹽和重金屬降減的重要因素，腐殖土處理的最佳條件為：調節C／N為25∶1后，添加45 L微生物菌液，保持好氧堆肥條件后，以1∶1（腐殖土∶腐殖酸體積比）添加比例加入浸提劑，浸提8 h，反復兩次后，再用清水浸提一次，處理后腐殖土能滿足《綠化種植土壤》（CJ／T 340-2016）標準。