調(diào)理劑對(duì)污泥堆肥中微生物影響的研究進(jìn)展

曹文勝　萬東錦　劉永德

摘要：指出了隨著污泥堆肥技術(shù)的發(fā)展，越來越多的調(diào)理劑應(yīng)用于污泥堆肥中，通過添加調(diào)理劑可以調(diào)節(jié)堆肥過程中各種參數(shù)變化，進(jìn)而影響堆肥中微生物群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變化。探討了調(diào)理劑對(duì)污泥堆肥中微生物的影響，并對(duì)調(diào)理劑的發(fā)展趨勢(shì)作了展望。

關(guān)鍵詞：污泥堆肥；調(diào)理劑；微生物；展望

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）12000302

1引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口的增加，工業(yè)廢水和城市生活污水的排放量日益增加，城市污水處理率逐年升高。同時(shí)，污泥的排放量也隨之增多，城市污泥的無害化處理迫在眉睫[1]。污泥堆肥法處理成本低廉，能夠除臭和有效地殺滅病原菌，且腐熟的堆肥產(chǎn)品可以提高作物的產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。因此污泥堆肥已成當(dāng)前污泥無害化和資源化的重要途徑之一[2]。而在堆肥過程中，調(diào)理劑作為加入堆肥物料中的有機(jī)物，因其能增加物料中可降解的有機(jī)物數(shù)量，改善堆肥物料結(jié)構(gòu)，增加堆體自由空域，調(diào)節(jié)整個(gè)堆肥過程中碳氮比和含水率，進(jìn)而影響堆體pH值變化，增加微生物種類和數(shù)量，促進(jìn)微生物的新陳代謝和有機(jī)質(zhì)的降解，加快堆肥過程，提高堆肥效率，成為調(diào)節(jié)及影響污泥堆肥微生物的主要因素之一[3，4]。

整個(gè)污泥堆肥產(chǎn)生的過程主要由微生物的參與來完成。而微生物的生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝受到多種因素的制約。制約因素主要包括堆肥物料的含水率；堆體自由空域；碳氮比；通風(fēng)量；pH值；堆肥過程中產(chǎn)生的微量元素和外來菌種。而添加調(diào)理劑能夠改善堆料的理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)微生物生長(zhǎng)環(huán)境。有的可生化調(diào)理劑可以直接增加堆體中微生物的數(shù)量和種類，使微生物的群落結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，微生物種類之間作用更加協(xié)調(diào)，從而縮短升溫階段，快速進(jìn)入高溫期，提高堆肥效率。現(xiàn)在大多數(shù)研究主要集中于調(diào)理劑對(duì)堆肥各種參數(shù)的影響，對(duì)微生物內(nèi)在作用機(jī)制卻鮮有報(bào)道。

2調(diào)理劑通過調(diào)節(jié)含水率和自由空域影響堆體微生物

堆肥中的含水率和自由空域直接影響著微生物的繁殖，是堆肥能否成功的關(guān)鍵因素。調(diào)理劑能夠有效地調(diào)節(jié)堆體的含水率和孔隙度，影響微生物的生長(zhǎng)繁殖和群落結(jié)構(gòu)。微生物從胞外攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和分泌代謝產(chǎn)物都必須以液相水為介質(zhì)[5，6]。含水率越高和自由空域越大，有機(jī)質(zhì)的溶解和擴(kuò)散越快，越有利于微生物的

生長(zhǎng)繁殖。在污泥堆肥過程中，微生物新陳代謝和自身繁殖的必要條件就是水分充足和適宜的自由空域[7]。但是，堆料含水率過高會(huì)造成孔隙率降低，堆體中O2難以完全擴(kuò)散至物料內(nèi)部，使得部分區(qū)域的微生物處于缺氧或厭氧環(huán)境，產(chǎn)生厭氧反應(yīng)，造成有害物質(zhì)的積累和臭氣的發(fā)生[8]。同樣自由空域過大，也不利于堆體保持必需溫度以及微生物與物料充分接觸，從而影響堆肥的順利進(jìn)行。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，污泥堆肥最佳初始含水率為50%～60%[9]。李承強(qiáng)等[10]將木片、麥殼、玉米芯和回流堆肥加入污泥中，調(diào)節(jié)物料含水率至54%～76%，大大降低了污泥自身的高含水率，使得物料既能保證微生物生長(zhǎng)繁殖所需的水分條件，又調(diào)節(jié)物料的孔隙率，使氧氣在堆體中自由的運(yùn)輸，保證堆肥過程順利進(jìn)行，大大提高了堆肥效率和堆肥質(zhì)量。這類通過調(diào)節(jié)堆料含水率和自由空域?qū)ξ⑸锷L(zhǎng)繁殖產(chǎn)生影響的調(diào)理劑雖然成本低廉，卻不好篩分和回收，且自身并沒有攜帶太多的微生物量，不能直接影響堆體土著微生物生長(zhǎng)繁殖，也不能很好地與污泥中土著微生物發(fā)生協(xié)調(diào)作用。

3調(diào)理劑通過調(diào)節(jié)碳氮比影響堆體微生物

碳氮比同樣是微生物生長(zhǎng)繁殖的必要條件之一。堆肥過程中，碳素一部分氧化分解生成二氧化碳，為微生物提供能量，一部分被微生物轉(zhuǎn)化為自身所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和腐殖質(zhì)，而氮素則以氨氣的形式釋放到大氣里散失或者被微生物同化吸收利用，微生物生長(zhǎng)繁殖需要大量的碳源，蛋白質(zhì)合成需要氮源，為使參與有機(jī)物分解的微生物營(yíng)養(yǎng)處于平衡狀態(tài)，碳氮比應(yīng)滿足微生物所需的最佳值[11]。Sommers等[12]研究表明碳氮比為20～30較好。若過高，影響細(xì)菌和其它微生物的氮素代謝，限制生長(zhǎng)繁殖，若過低，過量的氮將轉(zhuǎn)化為氨氣而散失掉，發(fā)出臭味導(dǎo)致氮素大量損失。

通常污泥C/N比低于12，所以，在污泥中加入C/N高的調(diào)理劑，常用的調(diào)理劑有稻稈、鋸末、樹葉等。姚天舉等[13]分別以刨花、葡萄糖、發(fā)酵草屑為調(diào)理劑進(jìn)行污泥堆肥對(duì)比試驗(yàn)，研究表明添加發(fā)酵草屑的污泥在強(qiáng)制通風(fēng)條件下進(jìn)行好氧堆肥，堆肥初期溫度上升較緩慢，之后溫度急劇上升高于 55℃并維持 3d以上。添加發(fā)酵草屑調(diào)理劑后污泥有機(jī)質(zhì)降解率從8.1%提高至36.0%，發(fā)酵草屑在堆肥中能有效調(diào)節(jié)堆料的C/N比，并為微生物提供初期碳源，縮短了微生物適應(yīng)期，改善了微生物的營(yíng)養(yǎng)成分，加快了高溫期來臨，大大提高了微生物呼吸速率和堆肥效率。張蔓等[14]研究木屑、花生殼對(duì)污泥堆肥過程的影響，研究表明添加木屑和花生殼的堆肥在前3 d溫度分別上升至55℃和50℃，并且高溫期分別維持7 d和5 d。添加木屑堆肥其纖維素降解菌在第2 d數(shù)量為1.1×104cfu/g，大于添加花生殼堆肥，說明添加木屑能夠明顯增加纖維降解菌的數(shù)量，縮短堆肥周期。

4調(diào)理劑通過人工接種菌劑影響堆體微生物

接種菌劑作為一種調(diào)理劑，近年來也被用于污泥堆肥。進(jìn)行人為接種微生物菌劑，能夠直接增加微生物數(shù)量和改善微生物群落結(jié)構(gòu)，加速堆體中有機(jī)質(zhì)的分解，提高堆肥效率和肥效[15，16]。吳海露[17]研究了接種復(fù)合微生物菌劑對(duì)污泥堆肥過程的影響。研究結(jié)果表明，復(fù)合微生物菌劑F12接種量為 5%時(shí)對(duì)堆肥快速升溫及維持高溫最有利，維持高溫期比空白組多3d，堆肥7d產(chǎn)物含水率比空白組低5%，有機(jī)質(zhì)降解率比空白組高2%。魯娟等[18]在污泥堆肥過程中接種了不同比例的白腐菌，研究表明接種白腐菌大大縮短堆肥時(shí)間，加快發(fā)酵速度，減少氮素?fù)p失，提高養(yǎng)分含量，提高污泥處理效率。

5展望

近年來隨著對(duì)堆肥調(diào)理劑的不斷研究，越來越多的堆肥調(diào)理劑被開發(fā)出。所開發(fā)的調(diào)理劑雖然種類繁多，但仍存在功能過于單一、篩分回收率不高、微生物群落變化較大和成本較高等問題。因此，研制一種可循環(huán)調(diào)理劑，并探討其在堆肥過程中對(duì)堆體微生物群落結(jié)構(gòu)的影響具有重要意義。

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