市政污泥復合有機廢棄物堆肥的研究進展

＊譚艷霞 郭茵 李柏村 楊照坤 李冬麗

（昆明冶金高等專科學校環境與化工學院 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物和某些無機毒物氧化為無害的無機物，處理后得到了副產物—市政污泥。市政污泥中含有有機物、重金屬、病原菌等成分，直接丟棄不僅會污染環境，而且占用土地，甚至傳播疾病，對環境造成危害[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展的主要方向。

市政污泥中含有氮、磷及有機質等，是植物生長必須的營養元素，因此市政污泥可作為農肥。作為農肥時不能直接進行施用，不加任何處理的污泥中含有的沒被鈍化的重金屬不穩定，而且一些病原物和致病蟲卵不能被消滅，直接施用對土壤環境和作物品質造成危害的風險較大。因此，市政污泥必須經過堆肥化處理制成有機肥才能施用。

2.有機肥堆制的原理和影響因素

(1)有機肥的堆制原理

有機肥是經過植物和（或）動物發酵腐熟后的含碳有機物料，其為褐色或灰褐色，粒狀或粉末，無機械雜質、無惡臭。含有豐富的有機質，能改善土壤肥力、為植物生長提供營養[2-3]。目前主要采用好氧堆肥，它是制造有機肥的主要途徑[4]。在堆制過程中，好氧微生物在有氧的情況下進行發酵，堆體溫度高，能最大限度地殺滅病原菌，有機質的降解速度也快、臭味小、安全穩定、營養物質含量高等優良特點[5]，是實現有機固體廢棄物減量化、資源化和無害化處理的途徑之一[6]。堆肥技術沒有特別說明一般都指的是好氧堆肥。其制備方法如圖1。

圖1 好氧堆肥反應過程[1]Fig.1 Basic principIe diagram of aerobic composting

有機物是維持微生物生命活動的重要物質。在微生物的生命活動過程中，有機物先以礦質化為主，后以腐殖化為主，最后得以腐熟[7]。整個堆肥過程中微生物通過自身的生命活動完成能量及物質的轉化。可溶性的小分子有機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物需通過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后再被吸收利用[8-9]，微生物通過此種方式獲得生長所需的營養，并產生更多的微生物，不斷將一部分有機物轉化成利于作物吸收的簡單的無機物，并釋放出CO2、O2和能量[10]，最終形成穩定的高肥力腐殖質。

(2)有機肥堆制過程的影響因素

多種微生物的協同作用是堆肥順利進行的基礎。一旦微生物的生命活動受到影響，產物質量會受到影響，影響微生物生命活動的因素主要有溫度、碳氮比、水分、有機質含量等。

①溫度

堆肥過程中根據溫度的變化，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堆制過程的進展，也是評價堆肥腐熟的重要指標。

②碳氮比

微生物的代謝活動需要碳源和氮源作為營養。碳氮比不僅影響堆肥進程，也影響堆制產物的應用效果。若碳氮比較低，有機質分解速度快，堆體溫度上升快，雖然堆肥周期縮短，但是堆體中的氮會以氨態氮的形式大量揮發，導致最后的產物中氮的含量偏低；若碳氮比較高，有機物質分解速度慢，堆體溫度升高，不僅堆肥周期長[11]，而且導致產物中的碳氮比偏高，施與土壤后會奪取土壤中的氮素，使土壤缺氮，不利于農作物的生長[12]。

③水分

在堆制過程中水分可溶解有機物，利于微生物的吸收利用，同時水分蒸發利于堆體的降溫。若水分過多，堆體的通氣會受到影響，造成堆體氧氣供應量減少，使得堆肥時間延長[13]，若水分過少，限制了微生物活動，使得堆體溫度難以上升，影響木質素的降解及高溫殺菌等。因此，堆肥過程中原料水分一般調節為50%-60%[14]。

④有機質含量

原料中有機質是微生物生存的必需條件，但原料有機質含量過低或過高都會對堆制過程產生影響。原料中有機質含量高，微生物需氧量大，為保證堆肥過程順利進行，就得提供足量氧氣，否則易產生厭氧發酵；若原料中有機物質含量低，則不能提供給微生物足夠的生長物料。

3.有機固體廢棄物的種類及研究情況

(1)有機固體廢棄物的種類

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

①農作物秸稈

農作物秸稈是作物籽實收獲后剩下莖葉部分。通常指水稻、小麥、玉米等農作物收籽實后的剩余部分[15]。農作物秸稈的有機質和礦物質營養豐富，還含有Cu、Mn、Fe、Ze等，可作為植物的補充營養。農作物秸稈如果直接還田可能因其高碳低氮而導致微生物與植物爭奪氮源，最終影響作物的產量[16]。若經合理堆制后可加速土壤有機物分解，促進土壤養分轉化以及維持土壤養分的平衡具有很重要作用[17-19]。

②中藥渣

中藥渣是生產中藥產品產生的副產物，含水量大，易腐敗發臭，直接填埋或焚燒易對環境造成污染。中藥渣中含有大量有機質和植物生長所需多種營養元素[20]，相比于其他有機固體廢料，其最大的優勢是含有一定的生物活性物質，如多糖、黃酮、苷類、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，經堆肥化處理，可提高土壤肥力、改善土壤結構，促進植物生長[23-24]。

(2)污泥復合有機固體廢棄物的研究情況

①污泥復合農作物秸稈堆肥的研究情況

污泥復合農作物秸稈堆肥的研究是適應目前秸稈還田應用的政策需求，相較于秸稈直接粉碎還田來說，此種應用不僅改善土壤肥力，而且不會造成后續問題。張琳等[25]通過研究為污泥復合小麥秸稈共堆肥的科學配比提供參考依據。陳博儒等[26]探討得出污泥堆肥用量不宜超過50%，需根據基質重金屬含量選擇適宜的品種，盡量減少植物對重金屬的富集，為合理應用污泥堆肥提供依據。

②污泥復合中藥渣堆肥的研究情況

中醫藥在我國源遠流長，中藥渣中含有大量的活性物質，與污泥復合堆肥，可發揮中藥渣的抗菌等優勢，在改善土壤環境、防治病蟲害方面起到一定的作用。黃順[27]通過實驗篩選出對發酵最有利的優勢菌劑和最為合理的物料配比，探索出發酵對重金屬的鈍化機制，為污泥復合中藥渣堆制有機肥施用于農用提供理論依據。

③污泥復合園林廢棄物堆肥的研究情況

園林廢棄物產量大，其合理利用是保護環境的有效舉措之一。韋依伶等[28]發現污泥復合園林廢棄物堆制的有機肥有助于香水百合的生長和開花，也有助于改善土壤pH值。孟國欣等[29]探討了堆制過程參數變化，為評價堆制過程腐熟度的判定提供科學依據。

4.結語

污泥肥料化是其有效利用的重要途徑，加入有機廢棄物不但可以改善其理化性質，而且可以利用污泥與有機廢棄物所含營養元素的差別來豐富產品營養元素種類，更全面地為植物提供營養。污泥復合有機廢棄物堆制的有機肥要有合理的理論依據和評價指標，包括有機肥的腐熟度的評價及其中含有的重金屬是否對土壤造成污染等，合理評價堆制產物安全性是有機肥農用的前提。