壽光市蔬菜垃圾高溫好氧堆肥處理技術(shù)研究

張衛(wèi)，崔鑫

（濰坊科技學(xué)院，山東壽光262700）

壽光市蔬菜垃圾高溫好氧堆肥處理技術(shù)研究

張衛(wèi)，崔鑫

（濰坊科技學(xué)院，山東壽光262700）

以壽光市蔬菜垃圾作為研究對象，對其高溫好氧的堆肥技術(shù)進(jìn)行研究，歸納了蔬菜垃圾堆肥過程中的物質(zhì)變化，并從物理學(xué)、化學(xué)、生物活性以及植物毒性指標(biāo)等方面,對堆肥的穩(wěn)定度及腐熟度評價加以總結(jié)。

蔬菜垃圾；高溫好氧；堆肥；理化指標(biāo)

壽光市作為我國著名的“中國蔬菜之鄉(xiāng)”，蔬菜大棚面積已達(dá)5.33萬hm2，成品菜年產(chǎn)量達(dá)400萬t，蔬菜垃圾產(chǎn)生量約為150萬t，占蔬菜產(chǎn)量的35%左右，并且呈現(xiàn)出逐年增加的態(tài)勢。由于蔬菜垃圾產(chǎn)生地較為分散，且品種十分復(fù)雜，難以集中、科學(xué)處置，農(nóng)民多將其堆積在田間地頭，任其腐爛，這種處理處置方式對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時極易造成蔬菜病蟲害的大面積傳播和爆發(fā)。

目前，國內(nèi)處理垃圾的方法主要有填埋、焚燒、堆肥等，由于傳統(tǒng)方法存在著種種缺陷，比如填埋法會產(chǎn)生滲漏液進(jìn)而污染地下水，焚燒會產(chǎn)生二惡英等有毒有害氣體，并且焚燒后的灰燼對土壤有巨大的毒害作用。所以，堆肥法成為一種極具潛力的方法。在無害化處理生活垃圾和城市有毒有害有機垃圾的同時，可以生產(chǎn)出無污染肥料以取代化學(xué)肥料[1]。而蔬菜垃圾的有機物含量高，占干重90%以上，是一種巨大的潛在財富，因此，對蔬菜垃圾的好氧堆肥處理具有十分重要的意義。目前，國內(nèi)的高溫好氧堆肥研究多是關(guān)于城市生活垃圾[2]、牲畜糞便[3]和二沉池污泥[4]方面，而對大量蔬菜垃圾的高溫好氧堆肥的研究卻鮮見。

由于堆肥的腐熟度受很多因素的綜合制約，其評價指標(biāo)因此也多種多樣。因此，歸納了不同堆肥條件堆肥過程中的物質(zhì)變化，并從物理學(xué)、化學(xué)、生物活性以及植物毒性指標(biāo)等方面，對堆肥的穩(wěn)定度及腐熟度評價加以總結(jié)。

調(diào)研地區(qū)選擇壽光洛城街道，洛城街道是著名的蔬菜主產(chǎn)區(qū)，蔬菜品種全，產(chǎn)量大，能夠代表壽光的蔬菜產(chǎn)業(yè)模式。壽光洛城街道蔬菜年產(chǎn)量約為50萬t，蔬菜垃圾總量約為18萬t。

1 蔬菜垃圾堆肥腐熟度的質(zhì)量控制

堆肥化過程是一個復(fù)雜的過程，要達(dá)到良好的堆制效果，必須控制一些主要影響因素。例如水分、溫度、碳氮比（C/N）、有機質(zhì)含量等因素，這些影響因素由于微生物活動強度的不同影響著堆肥的品質(zhì)，同樣，這些因素也是判斷堆肥腐熟的重要指標(biāo)。

1.1 蔬菜垃圾堆肥腐熟度的物理指標(biāo)

1.1.1 溫度

溫度是衡量堆肥質(zhì)量的重要指標(biāo)。在堆肥的過程中，堆肥的溫度呈現(xiàn)一定的規(guī)律性[5]。很多文獻(xiàn)表明，無論何種物料的堆肥，其溫度通常在最開始的3～5 d迅速地從環(huán)境溫度上升到60～70℃的高溫，并在這一高溫下持續(xù)一段時間，后逐漸下降。一般來說，堆肥的最高溫度為60～70℃，當(dāng)其趨近于環(huán)境溫度時，表明有機質(zhì)的分解接近完全。郭占英[6]從微生物相的差異上得出，高溫（50±1℃）有利于細(xì)菌數(shù)量的增長，中溫（37±1℃）有利于放線菌數(shù)量的增長。

1.1.2 pH值

在堆肥的整個過程中，pH值也是呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。Ishii等[7]研究表明，常溫階段，堆肥物料中有高濃度的有機酸；在高溫階段，隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)出現(xiàn)了水解產(chǎn)生氨，所以pH值的增加可能由氨引起，隨著溫度的升高，水解蛋白和產(chǎn)氨的細(xì)菌增加，pH值開始下降；在冷卻階段，pH值繼續(xù)下降，可能是由于出現(xiàn)了一些專性厭氧菌的緣故。一般情況下，堆體有足夠的緩沖作用，使pH值穩(wěn)定在可以好氧分解的酸堿度水平。但WONG[8]等研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥過程中，若pH值過低，可適當(dāng)添加生石灰或熟石灰；若pH值過高，可以多加入些蔬菜垃圾，使其中的有機酸中和部分pH值。

1.1.3 氣味和色度

堆肥初期，堆肥的原材料具有令人不快的氣味，隨著堆肥的運行，這種氣味隨之減退，直至消失。Keller[9]指出成熟堆肥的顏色呈褐色或黑色，并帶有濕潤的泥土氣味。Becker[10]等指出堆肥的泥土氣味是由土臭味素和2－甲基異冰片兩種物質(zhì)引起，他們是真菌和放線菌的副產(chǎn)物，他還認(rèn)為堆肥中存在這些物質(zhì)時，表明堆肥已經(jīng)腐熟。所以，當(dāng)堆肥的氣味和顏色達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)時，即可認(rèn)為堆肥已達(dá)到腐熟狀態(tài)。

1.1.4 電導(dǎo)率

電導(dǎo)率（EC）反映了堆肥浸提液中的離子總濃度。堆肥中的可溶性鹽主要是由有機酸鹽類和無機鹽等組成，聶永豐[11]認(rèn)為，當(dāng)堆肥電導(dǎo)率值小于9.0 ms·cm－1時，對種子發(fā)芽沒有抑制作用，即沒有毒性，因此，電導(dǎo)率也是堆肥腐熟的一個必要條件。

1.1.5 含水率

水分是影響堆肥效果的另一個重要參數(shù)，一般認(rèn)為，堆肥過程中的含水率會逐漸下降并達(dá)到一個值。堆肥過程中含水率的下降，一方面與堆體溫度和高溫維持時間有關(guān)，另一方面也與秸稈的添加量有關(guān)，秸稈所占比例越大，透氣性越好，越有利于氣體的蒸發(fā)和散失。一般地，堆肥原料起始含水率都在60%～70%，而堆肥產(chǎn)品的含水率要低于30%。

總體來說，堆肥腐熟的物理指標(biāo)比較簡便、直觀，但是難以定量表征堆肥過程成分的變化。

1.2 蔬菜垃圾堆肥腐熟度的化學(xué)指標(biāo)

1.2.1 C/N比和氮成分的變化

碳源是微生物利用的能源，氮源是微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。在堆肥過程中，碳源被轉(zhuǎn)化成二氧化碳和腐殖質(zhì)物質(zhì)，而氮則以氨氣的形式散失，或變?yōu)閬喯跛猁}和硝酸鹽，或是由生物體同化吸收。因此，碳和氮的變化是堆肥的基本特征之一。

C/N（固相中全碳/全氮）是評價堆肥腐熟度比較直觀的化學(xué)指標(biāo)，其變化可以代表大多數(shù)化學(xué)指標(biāo)的變化。堆肥過程中C/N不斷下降，理論上應(yīng)趨于微生物菌體的C/N，即16左右，一般地，當(dāng)C/N小于20時，即認(rèn)為堆肥基本腐熟[12]。Hirai等[13]認(rèn)為C/N小于20只是堆肥腐熟的必要條件，建議采用：T=（終點C/N）/（初始C/N）來評價堆肥的腐熟度。他們認(rèn)為當(dāng)T值小于0.6時，堆肥即達(dá)到腐熟狀態(tài)。

另一個重要參數(shù)是水溶性有機碳氮比，Herrman[14]等認(rèn)為水溶性有機碳/有機氮（WSC/N－org）在5～6時，可認(rèn)為堆肥已經(jīng)腐熟。Hoitink[15]等提出有機碳/總有機氮（WSC/TN）小于0.70作為腐熟度參考標(biāo)準(zhǔn)。

在堆肥的過程中，含氮的組分發(fā)生了降解產(chǎn)生氨氣，產(chǎn)生的氨氣或被微生物同化吸收，或由固氮微生物轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或硝酸鹽。Raffaldi[16]等用造紙工業(yè)污水污泥進(jìn)行的堆肥試驗發(fā)現(xiàn)，堆料中的氨氮占總氮的比率從3.9%下降至0.6%；Inbar[17]等論證了硝酸鹽隨時間變化的趨勢，他認(rèn)為硝酸鹽氮是評價堆肥腐熟度的簡單而有力的參數(shù)。也有專家提出將NH4+－N/NO3－N作為堆肥腐熟度的評價指標(biāo)[18]。加拿大政府規(guī)定，當(dāng)NH4+－N/NO3－N比值小于0.5時，即可認(rèn)為堆肥腐熟。

1.2.2 有機質(zhì)含量

物料的有機質(zhì)含量在堆肥過程中的變化也是很顯著的。代表參數(shù)有化學(xué)耗氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、揮發(fā)性成分含量（VS）。Lossin[19]對畜禽糞便進(jìn)行的堆肥實驗中提出，當(dāng)堆料的COD小于70 mg/g干堆肥時，堆肥即可認(rèn)為達(dá)到腐熟狀態(tài)。Kasper等認(rèn)為BOD5值小于5 mg/g干堆肥時，堆肥腐熟。揮發(fā)性成分含量（VS）基本上反應(yīng)了堆肥原料中有機質(zhì)的含量，研究表明，VS在不同的堆肥過程中變化的幅度比較大，因為所測得的揮發(fā)性物質(zhì)中含有難降解物，從而一定程度上影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

堆肥物料中還有不易被微生物降解的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，其最終轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)是提高堆肥效率和堆肥質(zhì)量的關(guān)鍵。席北斗[20]等研究了利用微生物分解木質(zhì)素和纖維素的降解機理，重點討論了白腐菌降解木質(zhì)素的機理。

1.2.3 腐殖化程度

堆肥中的腐殖質(zhì)可劃分為：腐殖質(zhì)（HS）、胡敏酸（HA）、富里酸（FA）、富里酸部分（FF）及非腐殖質(zhì)成分（NHF），它們的含量通常以含碳量表示。腐殖酸物質(zhì)含量可以作為堆肥腐熟度的重要指標(biāo)。一般的，用腐殖化指數(shù)（HI=HA/FA）來表示有機質(zhì)的腐殖化程度。Inbar[21]在牛糞的堆肥過程中總結(jié)了各腐殖化參數(shù)的變化，其HS/有機質(zhì)的含量從377 g/kg提高到710 g/kg有機質(zhì)，HA從184 g/kg增加到457 g/kg有機質(zhì)，F(xiàn)A則維持在80～100 g/kg有機質(zhì)，HI從初始時的0.49下降到0.29。但也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，堆肥腐植酸在波長465 nm和665 nm處，吸光度比值即E4/E6比，可以用來描述堆肥腐殖化作用的大小，E4/E6比可以感應(yīng)堆肥過程中腐殖質(zhì)縮合和芳構(gòu)化的程度[22]，隨著堆肥時間的延長，E4/E6比值呈降低趨勢。

1.3 蔬菜垃圾堆肥腐熟度的生物指標(biāo)

1.3.1 微生物數(shù)量

在好氧堆肥的過程中，微生物的作用是將有機物轉(zhuǎn)化為CO2、熱量和腐殖質(zhì)。細(xì)菌憑借巨大的比表面積，快速地將可溶性底物吸收到細(xì)胞中；放線菌可以分解纖維素，并溶解木質(zhì)素。Hankin[23]等研究樹葉堆肥時發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌數(shù)量從堆肥開始的108·g－1，到第10 d增加到1010·g－1，之后細(xì)菌數(shù)量在107～109·g－1，這是因為部分嗜溫細(xì)菌在高溫階段被殺死。真菌的數(shù)量較少，大約在106·g－1,在高溫階段之后明顯減少。放線菌在高溫階段仍維持較大數(shù)量，大約在108·g－1,之后數(shù)量明顯減少。

1.3.2 酶活

堆肥過程中，多種氧化還原酶和水解酶的活性與C，N，P等基礎(chǔ)物質(zhì)代謝密切相關(guān)。Fang[24]等采用污泥和煤灰進(jìn)行堆肥試驗，發(fā)現(xiàn)糖酶、磷酸酶和脲酶之間具有較高的相關(guān)關(guān)系。Breimer[25]等分析了污泥堆肥中脲酶、磷酸酶、蛋白酶、酪蛋白水解酶的活性變化。

1.3.3 種子發(fā)芽率

大量研究表明,未腐熟堆肥中小分子的有機酸和大量NH3、多酚等物質(zhì)，他們能夠引起植物的毒性，而某些大分子量組分反而對植物生長有刺激作用。因此,堆肥腐熟度可以通過堆肥對花粉培養(yǎng)、種子發(fā)芽的抑制程度進(jìn)行評價，并且植物生長實驗應(yīng)是評價堆肥腐熟度的最終和最具說服力的方法[26]。加拿大政府以種子發(fā)芽率（Germination ratio，GR）作為評價堆肥腐熟程度的指標(biāo)，Zucconi[27]等認(rèn)為，用種子的發(fā)芽系數(shù)（Germination index，GI）用于堆肥腐熟度評價，更能有效地反應(yīng)堆肥的毒性大小。從理論上說，GI＜100%，就判斷有植物毒性，一般地，如果GI達(dá)到80%～85%，即可認(rèn)為堆肥己腐熟并達(dá)到了可接受的程度，即沒有毒性。

1.3.4 蛔蟲死亡率和大腸桿菌數(shù)

城市生活垃圾和糞便中含有大量的致病細(xì)菌、霉菌、寄生蟲等，當(dāng)堆肥的溫度高于55℃，并保持3 d以上時，即可殺死絕大多數(shù)的致病微生物。在本項目中為了調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)腃/N比，應(yīng)該會有一些氮素的補充，比如可以選取雞糞、牛糞等補充氮元素，不可避免地引入了一些病原菌。因此，大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率就是反應(yīng)畜禽糞便無害化處理的一個特征指標(biāo)，我國糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB7959－87）中規(guī)定，畜禽糞便堆肥后的大腸桿菌值為10－1～10－2,蛔蟲卵死亡率為95%～100%時，達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)語

高溫好氧堆肥對蔬菜產(chǎn)業(yè)固體廢物的處理具有廣泛的潛力，尤其是對于作為“中國蔬菜之鄉(xiāng)”的壽光市，可以作為高溫好氧堆肥處理蔬菜固體垃圾的科研陣地。并且堆肥的腐熟度影響因素眾多，找到具有代表性的表征堆肥腐熟指標(biāo)，是下一步探討研究的重點。

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京津冀及周邊地區(qū)秸稈綜合利用和禁燒工作方案印發(fā)

2014年10月10日，發(fā)改委印發(fā)《京津冀及周邊地區(qū)秸稈綜合利用和禁燒工作方案（2014—2015年）》的通知。

通知指出，到2015年，京津冀及周邊地區(qū)秸稈綜合利用率平均達(dá)到88%以上，新增秸稈綜合利用能力2 000萬t以上；基本建立農(nóng)民和企業(yè)“雙贏”，價格穩(wěn)定的秸稈收儲運體系，初步形成布局合理、多元利用的秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)化格局；建立并落實秸稈禁燒考核機制，及時公布并向地方政府通報秸稈焚燒情況，不斷強化秸稈禁燒監(jiān)管。

到2015年，北京市力爭全部實現(xiàn)秸稈綜合利用；天津市秸稈綜合利用率90%；河北省秸稈綜合利用率95%；山西省秸稈綜合利用率85%；內(nèi)蒙古自治區(qū)秸稈綜合利用率86.5%；山東省秸稈綜合利用率85%。

Review of the research on high-temperature aerobic composting of Shouguang Vegetable Waste

ZHANG Wei,CUI Xin,
（Weifang University of Science and Technology,Shouguang 2627001，China）

Using vegetable waste from Shouguang as testing materials，it studied the composting technology of high-temperature aerobic，and summarized the material changing in the vegetable waste composting process，and summarized the indicators ofcomposting stability and maturity from physics,chemistry,biologicalactivity and phytotoxicity evaluation.

vegetable waste;high-temperature aerobic;composting;physical and chemical index

X799.3

A

1674－0912（2014）10－0036－04

2014－06－11）

張衛(wèi)（1984－），女，山東濟(jì)南人，碩士研究生，講師，研究方向：植物生理；通訊作者：崔鑫，研究方向：有機化學(xué)。