生活垃圾好氧堆肥腐熟度評價標準

張思夢，劉 暢，蒲志紅

(中國城市建設研究院有限公司，北京 100120)

1 引言

生活垃圾好氧堆肥處理是指在人工控制的環境下，依靠自然界中廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物人為地促進可生物降解的有機物向穩定的腐殖質轉化的微生物學過程。用于判定堆肥產品是否達到穩定化的標準是腐熟度。堆肥腐熟度可以反映有機物的降解和生物化學穩定度。其基本定義為：通過微生物的作用，堆肥產品達到穩定化、無害化，不對環境產生不良影響；堆肥產品的使用不會影響作物的生長和土壤耕作能力[1]。未腐熟的堆肥施用到土壤中，會提高微生物活性導致氧缺乏，并產生有機酸、NH3、H2S等有毒的中間代謝產物，進而毒害植物根系，影響作物生長；還會散發臭味，給利用帶來不便。關于腐熟度評價指標，國內外學者做了許多研究，主要從物理學、化學、生物學、光譜學和衛生學方面考慮。

2 評價指標的選取

2.1 物理學指標

一般來說，腐熟堆肥呈黑褐色或黑色。堆肥原料在反應過程中的惡臭氣味應隨著好氧堆肥過程的進行逐漸減弱乃至消失，腐熟堆肥具有潮濕泥土的氣味。在堆肥過程中應能維持較長的高溫期，且后期溫度基本與環境保持一致。

2.2 化學指標

2.2.1 pH值

在好氧堆肥過程中，pH值隨著時間和溫度而變化，適宜的pH值可以促進微生物生長，加快有機物的降解，過高或過低的pH值均會影響堆肥速率。一般認為，可獲得最大堆肥速率的pH值在7.5～8.5之間，腐熟堆肥的pH值在8.0～9.0之間[2]。但pH值易受堆肥原料和堆肥條件的影響，不能作為堆肥腐熟的充分條件。

2.2.2 C/N及T值

在生活垃圾的好氧堆肥過程中，碳源作為微生物的能源，被吸收利用轉化為CO2和腐殖質；氮源作為微生物的營養物質，除被同化利用外，或轉化為氨氣釋放出來，或形成亞硝酸鹽和硝酸鹽存在于堆肥產品中。

固相C/N是最常用于評價堆肥腐熟度的參數。金香琴認為C/N由30∶1降為15～20∶1時，堆肥達到腐熟和穩定[3]。Garcia提出腐熟堆肥的C/N在理論上應趨于微生物菌體的C/N(16∶1)[4]。但對一些堆肥原料(如污泥)來說，其本身的C/N就不足15∶1。所以，C/N為16∶1左右不能作為腐熟度評價參數。

Morel建議采用T=(終點C/N)/(初始C/N)來評價生活垃圾堆肥的腐熟度，并提出當T值小于0.6時，堆肥達到腐熟[5]。不同物料腐熟堆肥的T值在0.5～0.7之間，變化不大，可用于堆肥的腐熟度評價。

2.2.3 氮化合物

2.3 生物學指標

2.3.1 比耗氧速率和CO2產生速率

好氧微生物在分解有機物的同時消耗O2產生CO2。比耗氧速率(SOUR)和CO2產生速率可以作為堆肥腐熟度的評價指標，因為其能夠表征有機物的分解程度和堆肥反應的進行程度。一般認為腐熟堆肥的比耗氧速率<0.5 mg O2/(g VS·h)。國外研究者提出堆肥達到相對穩定和腐熟程度時，釋放CO2分別為<5 mg C/g 堆肥碳和<2 mg C/g 堆肥碳[1]。比耗氧速率和CO2產生速率雖然受堆肥原料影響較小，但是受溫度、濕度和通風量等堆肥條件影響較大。所以，只有控制好操作條件，才能使這2個評價指標具有可靠性。

2.3.2 種子發芽指數

未腐熟的堆肥含有乙酸等低分子量有機酸和大量的NH3、多酚等毒性物質，抑制植物的生長。而腐熟的堆肥促進植物生長。通常采用種子發芽指數(GI)來評價堆肥的腐熟程度，當GI>50%時認為堆肥基本腐熟并達到了可接受的程度；當GI達到80%～85%時認為堆肥完全腐熟[9]。

2.4 光譜學指標

光譜掃描分析技術可以從物質結構的角度，認知堆肥過程中有機質的轉化進程[10]。三維熒光光譜可以直觀地給出與微生物活動有關的類蛋白質物質的光譜信息和堆肥過程中形成的腐殖質類物質的結構信息。通過堆肥過程中有機質的三維熒光光譜，一般可觀察到5處熒光峰。

類酪氨酸峰和類色氨酸峰統稱類蛋白峰，其產生與芳香族氨基酸有關，兩處熒光峰的激發/發射波長大約在220～230/300～320 nm和220～230/320～350 nm。在堆肥過程中類蛋白物質降解，表現為類酪氨酸峰和類色氨酸峰熒光強度下降。第3個熒光峰為類富里酸峰，其激發/發射波長出現在230～250/380～430 nm附近。該峰的形成預示著堆肥過程中富里酸的形成，在有機質腐熟過程中，該峰的強度會不斷上升。第4個熒光峰出現在激發波長大于250 nm，發射波長小于380 nm的區域，該峰不但與可溶性微生物降解副產物有關，而且還與苯酚類化合物等有關。在激發波長大于280 nm，發射波長大于380 nm區域內出現的第5個熒光叫做類胡敏酸峰，該峰的形成預示著堆肥過程中胡敏酸類物質的形成，隨著有機質腐熟度的增加，該峰的熒光強度不斷增強。

2.5 衛生學指標

生活垃圾中含有大量致病細菌、霉菌、病毒及寄生蟲和草種等，它們都會直接影響堆肥的安全性。我國堆肥相關標準(CJJ 52-2014和GB 7959-2012)明確了無害化堆肥的溫度、蛔蟲卵死亡率和糞大腸菌值等衛生學評價指標。腐熟堆肥應滿足：①堆肥溫度：55 ℃以上持續5 d以上或65 ℃以上持續4 d以上；②蛔蟲卵死亡率：95%～100%；③糞大腸菌值：0.01～0.1。

3 評價標準的建立

在參考以上研究成果的基礎上，本文從化學、生物學和衛生學3個方面選取腐熟度評價指標，建立了堆肥腐熟度評價標準。化學指標選取T值，生物學指標選取比好氧速率(SOUR)、種子發芽指數(GI)，衛生學指標選取蛔蟲卵死亡率和糞大腸菌值，具體見表1。

表1 堆肥腐熟度評價標準

4 結語