木屑、秸秆、米糠等调理剂对污泥堆肥影响*

谢细竹，宋书巧，陈冠海，王鑫宇，赵志娟，曾海琪

(南宁师范大学 a.地理科学与规划学院，b.环境与生命科学学院，广西 南宁 530100)

0 引言

随着城镇化进程加快，城市污水的处理量逐年上升，截至2019年底，全国城市污水处理厂处理能力1.77亿m3/d，累计处理污水量532亿m3。预估2020—2025年的污水处理量将达6000万～9000万t。城市生活污水基本已达到“全收集，全处理”，同时生活污水的处理也产生大量的污泥。目前我国大部分污泥处置厂采用好氧堆肥工艺处理污泥。好氧堆肥是传统的污泥处理方式之一，具有资源化、稳定化、减量化的特点，但在处理过程中由于重金属污染、堆肥时间长、有机物含量低等限制因素，使得污泥堆肥的推广使用成为难题。

由于污泥含水率高，自由空域小，碳氮比低，选用调理剂对污泥的理化性质进行调理，能使之达到堆肥要求[1]；木屑是一种活性调理剂[2]，有机质含量高，能改善碳氮比，且含有堆肥需要的自由空域[3]和微生物生长的附着点；玉米秸秆也是一种较为常见的调理剂[4]，玉米秸秆更容易获取、经济成本更低，在孟云姣[5]的研究中，玉米秸秆的堆肥效果比木屑更优；有研究人员[6]提到米糠里大量存在枯草芽孢杆菌、酵母、乳酸菌等有益微生物，可分解蛋白质、脂肪及有机物，产生氨类、低分子化合物。在网上的其他论文中很少见到米糠与污泥混合堆肥的案例，米糠混合堆肥的研究具有重大现实意义。

除了使用调理剂，还可适当添加含有纤维素酶、蛋白酶的微生物菌剂，可作用于堆肥前期有机物矿化分解时期，提高秸秆的降解率，加快有机物的矿化速度[7]。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究的实验采用的主要材料：污泥、杉木木屑、米糠、玉米秸秆、两种微生物菌剂。

污泥是取自南宁市明阳污水处理厂的脱水污泥，含水率约为80%。玉米秸秆，粗略粉碎后大部分长度小于5cm，宽度小于1cm。米糠粒径在0～5 mm之间，微生物菌剂其中一种是污泥发酵菌剂，主要成分是假单胞杆菌属、放线菌属等，适用于污泥堆肥腐熟；另一种是秸秆腐熟剂，主要有产生蛋白酶、纤维素酶能力强的高温好氧菌种复合而成。

实验所采用的堆肥桶有2种规格，桶(1)S/V=2.35；桶(2)S/V=9.75。

腐殖质的测定方法参考《森林土壤腐殖质组成的测定LY/T1238-1999》，含水率采用重量法，有机质采用灼烧减量法，全氮采用凯氏定氮法，全磷采用偏钼酸铵分光光度法，全钾采用电感耦合等离子体发射光谱法，阳离子交换量采用三氯化六氨合钴浸提-分光光度法，pH值采用电位法。汞、铬、镍、铜、锌、砷、铅重金属总量采用电感耦合等离子体发射光谱法。

表1 实验材料基本理化性质

1.2 污泥堆肥方法

表2 污泥堆肥比例(kg)

A、B桶作为最初的试验设计，从C、D组验证菌剂的必要性，将E组与F组对比，除辅料本身的理化性质外，秸秆具有更好的支撑性和结构性，更容易提高堆体的自由空域。将E组与G组相比，则可以对比米糠与木屑对堆体调理效果谁更优越。

每次堆肥时先称取一定质量污泥，然后将事先准备好的木屑/秸秆/米糠，进行搅拌混匀；为保证曝气，设计在堆肥桶下端铺一层鹅卵石或者轻质陶粒，用透气透水的材料隔开，然后在堆体中每隔10～20 cm插入直径25 mm的PVC管辅助通气，PVC管每隔3～5 cm用电钻打两个直径7 mm的孔，在堆肥桶侧面及表面覆盖保温膜，以隔绝外界温度，达到保温效果。

堆体每天分上中下三层测温，每日至少测量2次。高温期每3天翻堆一次，中低温期适当延长；污泥堆肥结束之后用随机取样法在上中下三层取样，送入实验室检测其成分,见表3。

表3 堆肥结束堆体数据

2 数据与分析

图1 各比例辅料堆肥温度变化折线图

2.1 堆肥各组的升温变化

温度是好氧堆肥中衡量污泥堆体无害化的重要指标，一般堆体温度维持在55 ℃以上3天高温，可以达到粪便无害化要求。研究表明，有机物的分解多发生在50℃以上的高温期，这一时期多是好氧微生物主导的有机物矿化过程，而在高温期之后的降温期，则是由分泌如硝酸还原酶、脱氢酶和过氧化氢酶等的微生物主导的腐殖化过程[10]。

由于明阳污水处理厂污泥的有机成分较高，堆体通常在第0天就进入快速升温阶段，在第1天就达到55℃以上的高温，第2天达到40.7 ℃、58 ℃、59 ℃、63 ℃、68.8 ℃、64 ℃、70.8 ℃，除A、F组外都已经达到了最高温，F组在第6天到达最高温，A组和B组未达到无害化要求，B组比A组温度更高，但温度下降更快，推断原因是因为可能是由于(2)号桶S/V过大，导致热量损失过多。

添加菌剂的D组比起不加菌剂的C组，在第1天时温度高8℃左右，在第2天达到最高温度，D组高于C组5℃左右，表明微生物菌剂的使用可以加快微生物对有机物的分解速率，提高污泥的最高温度。

E、F、G组3组在55 ℃以上的高温期分别达到了14天、8天、8天。其中E组的高温期最长，有机物分解得更为彻底。E组(米糠+秸秆)与F组(纯米糠)相比，E组的高温期多了6天，最高温度高了4℃左右，且升温期更快，可能是由于秸秆支撑性好，供氧较为充分，使得有机物分解速度更快。

2.2 堆肥各组结束后各项理化性质

2.2.1 不同调理剂对有机质和腐殖质的影响

有机质包括腐殖质和没有分解和没有完全分解的有机物质，如动植物残体。腐殖质是指已经腐殖化的有机物质，属于土壤中比较稳定的有机物质。

各组都满足了园林绿化和有机肥料标准的要求。其中D组的有机质含量最高，达到了68.6，比C组的有机质含量高出了23.6%，且D组的有机质含量相比于C组的腐殖质含量高出了10.4%。说明添加含有蛋白酶、和纤维素酶能力强的菌剂，能有效提高堆体中的有机质和腐殖质含量，提高堆肥的腐殖化程度。

但从E、F、G组对比来看，E组的有机质和腐殖质含量较低，50℃以上的高温期主要是堆肥化的第一阶段，由于E组水解矿化阶段过长，导致污泥中的有机质含量下降。而C组的含水率过高，且腐殖质含量较低，可能是因为堆肥时间过短，有机物分解不彻底导致腐殖化程度不高。

2.2.2 不同调理剂对pH和总养分的影响

从pH来看，各组都满足了园林绿化标准的要求。而F组pH低于其他组，值得引起注意。一般在堆肥前期，植物性辅料被微生物分解时，释放出H2O和CO2，通常会导致堆体pH值的下降[11]，除此之外，pH也受到堆肥的原料的pH影响；以及与铵态氮、硝态氮的产生和转化有关。胡伟[12]的研究中也发现，氨化作用较强时，铵态氮上升，pH值上升，硝化作用较强时，铵态氮转变为硝态氮，pH值下降。

结合总养分来看，除F组外，各组均达到了园林绿化标准的要求。E、F组中的N元素量偏低，除了辅料本底值中氮元素偏低的原因，还有C/N过低也可能导致污泥堆肥中的氮素损失过多的原因。适宜好氧堆肥的C/N比通常在25，而E、F组的C/N比为18.66、19.07，除此之外可能是米糠中的有机酸高于秸秆，所以使得F组氮素损失过多。

贺琪[13]的自然静态堆肥实验中，氮素的快速损失发生在堆肥前期的前3～7天，这与F组的温度曲线符合，说明F组中由于堆肥C/N比低，是由于在堆肥前期氮素被微生物利用，以氨气的形式大量挥发，在温度升高的同时导致堆体中的全氮含量损失过多。

2.2.3 不同调理剂对阳离子交换量的影响

土壤有机质和阳离子交换量是土壤肥力的重要组成基础之一，是土壤保肥、供肥和缓冲能力的重要标志，对提高肥力、改良土壤及治理土壤污染有重要作用[14]。各组的CEC都大于20 cmol+/L，保肥能力为强。

2.2.4 不同调理剂对含水率的影响

各组含水率均出现了明显下降，E、F组含水率下降较多，但G组未达到有机肥料要求。

2.3 污泥添加调理剂后重金属总量的变化

为了考察堆肥的重金属危害性，从《NY/T 525-2021》和《GB/T23486-2009》中选取有代表性的8种重金属，汞、铬、镍、铜、锌、砷、镉、铅，对其元素总量进行探究。通过计算后得到堆肥后各组中的重金属含量。

由于原料中污泥的重金属砷、铅含量超标，在添加调理剂后，堆体的总铅含量降低到了50mg/kg以下，砷含量由22.7下降到17～19mg/kg，满足园林绿化标准(<75mg/kg)，但不满足有机肥料的标准(<15mg/kg)。

3 结 语

在小堆体自然通风堆肥装置中，体量、堆肥桶比表面积、菌剂、辅料等都会影响堆体的升温速率，在体量和堆肥桶比表面积两者确定的情况下，添加菌剂和更改辅料配比会对堆体的升温造成影响。添加菌剂的D组比起不加菌剂的C组，在第1d时温度高8℃左右，在第2d达到最高温度，D组高于C组5℃左右，表明微生物菌剂的使用可以加快升温，提高污泥的最高温度。其中最高温G组>E组>F组，最为推荐的是其他条件是60kg体量+添加菌剂+小体积比堆肥桶，从氮素损失的情况看，其辅料的推荐优先级是木屑+秸秆>秸秆+米糠>米糠。

研究发现，通过污泥与各种辅料调理堆肥后，有机质基本都能达到园林绿化和有机肥料标准，除C组和E组外含水率都能达到要求，除E、F组外总养分都能达到两组要求，且阳离子交换量和腐殖质两项指标都表现得很优秀，pH都在合理范围内，但原料中重金属砷、和铅较高，使得从C、D、E、F、G各组的重金属含量超标，不能达到有机肥料的标准。

因此推荐污泥堆肥作为园林绿化使用，不推荐作为有机肥料农业利用。