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(shè)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(huán)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(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程。用于判定堆肥產(chǎn)品是否達到穩(wěn)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(xué)穩(wěn)定度。其基本定義為：通過微生物的作用，堆肥產(chǎn)品達到穩(wěn)定化、無害化，不對環(huán)境產(chǎn)生不良影響；堆肥產(chǎn)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(dǎo)致氧缺乏，并產(chǎn)生有機酸、NH3、H2S等有毒的中間代謝產(chǎn)物，進而毒害植物根系，影響作物生長；還會散發(fā)臭味，給利用帶來不便。關(guān)于腐熟度評價指標，國內(nèi)外學(xué)者做了許多研究，主要從物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、光譜學(xué)和衛(wèi)生學(xué)方面考慮。

2 評價指標的選取

2.1 物理學(xué)指標

一般來說，腐熟堆肥呈黑褐色或黑色。堆肥原料在反應(yīng)過程中的惡臭氣味應(yīng)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(yīng)能維持較長的高溫期，且后期溫度基本與環(huán)境保持一致。

2.2 化學(xué)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(zhuǎn)化為CO2和腐殖質(zhì)；氮源作為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，除被同化利用外，或轉(zhuǎn)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(chǎn)品中。

固相C/N是最常用于評價堆肥腐熟度的參數(shù)。金香琴認為C/N由30∶1降為15～20∶1時，堆肥達到腐熟和穩(wěn)定[3]。Garcia提出腐熟堆肥的C/N在理論上應(yīng)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(shù)。

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(xué)指標

2.3.1 比耗氧速率和CO2產(chǎn)生速率

好氧微生物在分解有機物的同時消耗O2產(chǎn)生CO2。比耗氧速率(SOUR)和CO2產(chǎn)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(yīng)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(wěn)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(chǎn)生速率雖然受堆肥原料影響較小，但是受溫度、濕度和通風(fēng)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(fā)芽指數(shù)

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(zhì)，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(fā)芽指數(shù)(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(xué)指標

光譜掃描分析技術(shù)可以從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度，認知堆肥過程中有機質(zhì)的轉(zhuǎn)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(guān)的類蛋白質(zhì)物質(zhì)的光譜信息和堆肥過程中形成的腐殖質(zhì)類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。通過堆肥過程中有機質(zhì)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(tǒng)稱類蛋白峰，其產(chǎn)生與芳香族氨基酸有關(guān)，兩處熒光峰的激發(fā)/發(fā)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(zhì)降解，表現(xiàn)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(fā)/發(fā)射波長出現(xiàn)在230～250/380～430 nm附近。該峰的形成預(yù)示著堆肥過程中富里酸的形成，在有機質(zhì)腐熟過程中，該峰的強度會不斷上升。第4個熒光峰出現(xiàn)在激發(fā)波長大于250 nm，發(fā)射波長小于380 nm的區(qū)域，該峰不但與可溶性微生物降解副產(chǎn)物有關(guān)，而且還與苯酚類化合物等有關(guān)。在激發(fā)波長大于280 nm，發(fā)射波長大于380 nm區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的第5個熒光叫做類胡敏酸峰，該峰的形成預(yù)示著堆肥過程中胡敏酸類物質(zhì)的形成，隨著有機質(zhì)腐熟度的增加，該峰的熒光強度不斷增強。

2.5 衛(wèi)生學(xué)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(guān)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(wèi)生學(xué)評價指標。腐熟堆肥應(yīng)滿足：①堆肥溫度：55 ℃以上持續(xù)5 d以上或65 ℃以上持續(xù)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(chǔ)上，本文從化學(xué)、生物學(xué)和衛(wèi)生學(xué)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?；瘜W(xué)指標選取T值，生物學(xué)指標選取比好氧速率(SOUR)、種子發(fā)芽指數(shù)(GI)，衛(wèi)生學(xué)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(jié)語