園林廢棄物與污泥協(xié)同堆肥的綠化應(yīng)用

鞏瀟，韋依伶，趙方瑩、2

（1.北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，北京 100083；2.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083）

園林廢棄物與污泥協(xié)同堆肥的綠化應(yīng)用

鞏瀟1，韋依伶1，趙方瑩1、2

（1.北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，北京 100083；2.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083）

通過在園林廢棄物堆肥中添加不同比例污泥進(jìn)行混合堆肥實(shí)驗(yàn)，研究堆肥過程中溫度、pH值等指標(biāo)變化情況，探究堆肥產(chǎn)物應(yīng)用于綠化行業(yè)的可行性。研究發(fā)現(xiàn)：園林廢棄物堆肥中添加一定量的污泥，能優(yōu)化堆肥環(huán)境，堆肥效果較好；比例適宜的混合堆肥表現(xiàn)出升溫速度、高溫期時(shí)間、腐熟效率、安全性等方面具有一定優(yōu)勢(shì)；目前我國園林廢棄物資源化比例較低，混合堆肥產(chǎn)物可作為土壤改良基質(zhì)進(jìn)行土地利用，實(shí)現(xiàn)資源化利用，促進(jìn)園林綠化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

園林廢棄物；污泥；堆肥處理；產(chǎn)物應(yīng)用；土壤改良

近年來，我國園林綠化產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，園林廢棄物產(chǎn)生量隨之快速增長[1]。國內(nèi)外園林廢棄物的資源化處理手段主要有好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、焚燒發(fā)電等。其中堆肥法簡單易行，投資成本較低，堆肥產(chǎn)品保留了園林廢棄物中大量的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)成分，作為土壤改良基質(zhì)施用于土壤可部分替代草炭土和無機(jī)肥料[2、3]，在安全、經(jīng)濟(jì)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[4]。園林廢棄物的碳含量較高，碳氮比高于堆肥過程中最佳碳氮比（25 : 1~35 : 1）[5]，可使用含氮量較高的污泥作為添加劑與調(diào)理劑提高堆肥綜合利用效果[6]。本文將園林廢棄物與污泥以不同比例進(jìn)行混合，通過混合堆肥實(shí)驗(yàn)，研究了園林廢棄物的堆肥特性，并探究了堆肥產(chǎn)品在工程綠化中的應(yīng)用效果。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用園林廢棄物取自北京市園林綠化植物，實(shí)驗(yàn)前已粉碎至粒徑約2mm的碎片狀態(tài)，污泥取自北京市排水集團(tuán)運(yùn)至龐各莊污水處理廠的生活污泥，其基本理化性質(zhì)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)材料理化性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)園林廢棄物（以下圖中簡稱：園林）與污泥（以下圖中簡稱：泥）的不同混合比例共設(shè)置了3組實(shí)驗(yàn)，混合物料配比見表2。3組實(shí)驗(yàn)中添加等量微生物菌劑，調(diào)節(jié)堆體濕度在60%左右，在內(nèi)徑30cm的花盆內(nèi)，采用垛堆結(jié)構(gòu)堆肥?；ㄅ枰运芰夏し饪?，置于溫室大棚內(nèi)。

表2 混合物料配比

溫度測(cè)量：5d/次；采樣：7d/次，多點(diǎn)采樣混合；翻堆頻率：17d/次，同時(shí)適當(dāng)添加水分；實(shí)驗(yàn)周期：50d。每一個(gè)樣品分析設(shè)3個(gè)重復(fù)組，數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值。

1.3 分析方法

（1）理化指標(biāo)：溫度、pH、全碳、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮采用常規(guī)理化分析法。

（2）生物指標(biāo)：種子發(fā)芽指數(shù)（GI）=（樣品的發(fā)芽率×樣品根長）/（對(duì)照的發(fā)芽率×對(duì)照根長）×100%

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS數(shù)據(jù)分析軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆體溫度隨堆肥天數(shù)的變化

堆體溫度變化情況是判斷堆肥發(fā)酵程度的重要指標(biāo)之一，一般認(rèn)為堆肥溫度高于45℃進(jìn)入高溫期[7]。堆肥高溫期堆體中的微生物代謝旺盛并迅速繁殖，能快速分解堆料中的有毒物質(zhì)，降低堆肥的毒性。實(shí)踐表明，堆肥溫度超過60℃并保持3天，堆體中的寄生蟲卵、病原微生物和雜草種子即被殺滅[8、9]。

如圖1所示，堆肥5d后，實(shí)驗(yàn)1的堆體溫度快速上升至63℃，并保持55℃以上高溫長達(dá)30天；實(shí)驗(yàn)2的升高較快，5天后堆體溫度超過了53℃，50℃以上維持了30天；實(shí)驗(yàn)3的升溫幅度較小，且持續(xù)時(shí)間短，第5天后開始緩慢降低，最高溫僅為40℃左右，沒有高溫階段。

堆體溫度變化情況說明在園林廢棄物與污泥合理配比可改善堆肥條件，堆體升溫漲幅增大、高溫期持續(xù)時(shí)間延長。在翻堆過程中，堆體熱量散失，溫度有小幅降低，隨后又重新上升。由于堆肥過程中需要進(jìn)行數(shù)次翻堆以保證堆體均勻腐熟，因此堆肥周期中的堆體溫度變化呈現(xiàn)一段連續(xù)性的小幅度升溫、降溫交替，并在堆肥發(fā)酵后期底物逐漸腐熟時(shí)逐漸降溫，堆體溫度在發(fā)酵周期中表現(xiàn)為先升高后下降。

自然狀態(tài)下堆肥腐熟速率較慢、周期較長：1）因?yàn)槲⑸镌诠腆w發(fā)酵條件下生長，移動(dòng)性差，當(dāng)菌群生長點(diǎn)及附近的底物被分解，有機(jī)物含量減少時(shí)微生物活性隨之降低；2）堆肥過程中會(huì)產(chǎn)生一些含脂肪酸、胺類、芳香烴和硫化物及氨的臭氣，這些氣體蓄積在堆體中，對(duì)微生物活性有一定抑制作用[10]；3）堆體中心的底料不與空氣接觸，易形成缺氧環(huán)境不利于好氧微生物生長。為提高堆肥效率及效果，通常采用人工翻堆、強(qiáng)制通風(fēng)等方式調(diào)節(jié)、優(yōu)化堆肥工藝幫助縮短堆肥的周期[11]。翻堆后，微生物菌群發(fā)生轉(zhuǎn)移，分解底物得到了重新分配，大部分臭氣被排出，氧含量得到補(bǔ)充，微生物活性得以提高，產(chǎn)熱量增多[12]。經(jīng)過數(shù)次翻堆后，溫度不再有明顯的回升，主要由于高溫階段底物中易于分解的有機(jī)物被大量消耗，大量微生物因此死亡、休眠、分解活動(dòng)減弱，產(chǎn)熱量減少[13]。

2.2 堆肥過程中pH值的變化

堆體pH值是影響微生物生長的重要環(huán)境因素，通常情況下，在中性或弱堿性的pH值環(huán)境中，微生物生長繁殖最旺盛[14]。圖2反映了3組實(shí)驗(yàn)堆體pH值在堆肥周期內(nèi)的變化趨勢(shì)。

圖2 堆肥pH值隨堆肥天數(shù)的變化

圖1 堆體溫度隨堆肥天數(shù)的變化

堆肥前3組實(shí)驗(yàn)的pH值相近，均為接近中性，堆肥過程中pH值在6至8的弱酸性至弱堿性區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，堆肥結(jié)束后，pH值較之堆肥前略有下降，實(shí)驗(yàn)1、2的pH值仍接近中性，實(shí)驗(yàn)3的pH值稍低，呈弱酸性。堆肥周期中，堆體pH值變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為先升高后降低，推測(cè)是由于在堆肥初期，污泥中易于分解的含氮有機(jī)物在微生物的作用下發(fā)生氨化反應(yīng)，反應(yīng)生成氨氣并溶解于堆體水分中，堿性的氨水導(dǎo)致堆體pH值上升呈弱堿性，隨著發(fā)酵繼續(xù)，堆體中的氨氣釋放和在微生物作用下的硝化反應(yīng)，堆體中氨含量降低，pH值又下降。

對(duì)pH和和NH4+含量進(jìn)行相關(guān)性分析，實(shí)驗(yàn)1、2、3達(dá)到了極顯著水平（P<0.05），其相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.808、0.756、0.882。

2.3 堆肥過程中TOC（總有機(jī)碳）的變化

堆肥過程中，微生物首先利用易于被分解的有機(jī)物進(jìn)行新陳代謝和礦化[15]。圖3為3個(gè)處理堆肥過程中總有機(jī)碳含量及其變化趨勢(shì)。

圖3 堆肥有機(jī)碳隨堆肥天數(shù)的變化

由圖3可知，實(shí)驗(yàn)1、2、3的有機(jī)碳含量在前10d都快速降低，分別降低了38.9%、39.9%和46.6%。實(shí)驗(yàn)2在35d時(shí)已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)1、3在40d后也趨于穩(wěn)定。

在前期總有機(jī)碳迅速下降的過程中，微生物主要消耗堆肥中易于分解的有機(jī)物，主要包括可溶性醣、淀粉、有機(jī)酸和蛋白質(zhì)類，堆肥TOC快速降低，然后微生物開始降解半纖維素、纖維素和木質(zhì)素等難于降解物質(zhì)[16]，堆肥TOC降低速度放緩，并最終趨于穩(wěn)定?？傆袡C(jī)碳趨于穩(wěn)定可作為堆肥腐熟度判定條件之一[17]，實(shí)驗(yàn)3的TOC值前10d下降最多，實(shí)驗(yàn)2的TOC值最早趨于穩(wěn)定，說明適當(dāng)比例的污泥對(duì)堆肥腐熟效率有促進(jìn)作用，但含量過高的污泥會(huì)對(duì)堆肥腐熟效率產(chǎn)生一定阻礙，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)控制污泥的用量，避免對(duì)堆肥中的微生物產(chǎn)生抑制作用。

2.4 堆肥過程中TN（總氮）的變化

圖4反映了堆肥中全氮含量的變化情況，在堆肥前15d快速降低，實(shí)驗(yàn)1、2、3的全氮含量分別下降了24.7%、33.3%和22.8%，實(shí)驗(yàn)1、2、3的全氮含量與有機(jī)碳相似，其相關(guān)性分別為0.765、0.851和0.753，混合堆肥達(dá)到了極顯著相關(guān)（P<0.05）。

圖4 堆肥全氮隨堆肥天數(shù)的變化

2.5 堆肥過程中-N的變化

圖5 堆肥銨化氮隨堆肥天數(shù)的變化

圖6 堆肥硝化氮隨堆肥天數(shù)的變化

2.6 堆肥種子發(fā)芽指數(shù)的變化

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）是堆肥腐熟的一個(gè)非常重要的生物指標(biāo)，GI是植物對(duì)于堆肥低毒性（植物根長）和高毒性（發(fā)芽率）的綜合反映[19]。當(dāng)GI>0.6時(shí)，表明堆肥已基本腐熟；當(dāng)GI>0.8時(shí)，表明堆肥已完全腐熟[20]。

圖7曲線反映了3個(gè)處理的高羊茅發(fā)芽指數(shù)變化情況，高羊茅在10d前的發(fā)芽指數(shù)均為零，可見這一階段的堆肥中含有危害植物的毒性物質(zhì)，10d后實(shí)驗(yàn)1的GI升高較快，并在14天就達(dá)到0.15，明顯快于另外實(shí)驗(yàn)2、3。記錄過程中，實(shí)驗(yàn)1、2的GI在30天后都達(dá)到了0.6，實(shí)驗(yàn)3的種子發(fā)芽指數(shù)則上升緩慢，且一直未達(dá)到0.6，實(shí)驗(yàn)2的高羊茅種子發(fā)芽指數(shù)最高達(dá)到了0.9，說明在園林廢棄物中添加適量污泥，獲得的堆肥產(chǎn)品的安全性、利用價(jià)值較高，但污泥釋放的潛在有毒物質(zhì)較多，在實(shí)際應(yīng)用中要考慮土壤容納量等因素適量混合。

（3）實(shí)驗(yàn)中，園林廢棄物與污泥2∶3的質(zhì)量比體現(xiàn)的堆肥效果較好。該配比下相對(duì)而言總有機(jī)碳、總氮的變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定，中期種子發(fā)芽率較高，生長周期較短。

（4）通過調(diào)節(jié)工藝可實(shí)現(xiàn)縮短堆肥周期。例如通過翻堆可增強(qiáng)微生物菌群的移動(dòng)性，排走對(duì)微生物有抑制作用的脂肪酸、胺類、芳香烴和硫化物及氨等化合物氣體，減少堆肥中對(duì)微生物產(chǎn)生抑制的物質(zhì)，并能避免堆體內(nèi)部缺氧，促進(jìn)好氧微生物的活性。

（5）通過對(duì)NH4+-N和NO3--N含量測(cè)定，腐熟堆肥中速效氮主要為NO3--N，NH4+-N含量較少，甚至在堆肥腐熟后含量低于堆肥前，可單獨(dú)將NO3--N含量作為考量園林廢棄物堆肥中速效氮含量的指標(biāo)。

圖7 發(fā)芽率與堆肥天數(shù)的關(guān)系

3 結(jié)論與分析

（1）通過對(duì)堆肥溫度、pH、總有機(jī)碳、總氮、發(fā)芽率等的理化指標(biāo)分析，從安全性、高效性、產(chǎn)品利用價(jià)值上看，園林廢棄物與污泥合成堆肥應(yīng)用是可行的。堆肥的原材料（園林廢棄物、污泥）具有產(chǎn)量大、易獲取的特點(diǎn)，將其混合堆肥并應(yīng)用于工程綠化具有較好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）園林廢棄物與污泥混合堆肥具有升溫快、高溫維持時(shí)間長、腐熟快、安全性高（種子發(fā)芽指數(shù)很快達(dá)到0.6）的優(yōu)點(diǎn)。

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Greening Application of Garden Wastes and Sludge Compost

GONG Xiao1, WEI Yi-ling1, ZHAO Fang-ying1,2

(1.Beijing Shenghailin Ecological & Environmental Technologies Co., Ltd, Beijing 100083;2.Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

In order to solve the increasing problem of garden wastes year by year, the different proportion mixing compost experiments in garden wastes and sludge are conducted to study the changes of temperature and PH targets in the garden waste composting process and the feasibility of compost products applied in greening industry. The result shows that a certain quantitative sludge in the garden wastes compost can optimize the compost conditions and achieve the better compost result.The proportion appropriate mixing composts have the advantages of warming speed, high temperature period, rotten ef ficiency and high security. At the present, the resource proportions of garden wastes in our country are relatively lower. The garden wastes can use the mixing compost products as a sample of soil ameliorations to carry out the land use and realize the utilization of resource and promote the development of garden greening industry.

garden waste; sludge; compost treatment; product application; soil improvement

X705

A

1006-5377（2017）10-0062-05

北京市科委《農(nóng)村有機(jī)廢棄物中小型資源化處理裝置研發(fā)與示范應(yīng)用》（Z161100001316008）。