发布时间： 2009-03-19 浏览次数：420 字体：[大] [中] [小]
随着人口的增长、工业及经济的发展，城市固体废弃物(污泥、垃圾)的产量急剧增加。据报道，目前中国城市垃圾产量为1亿t/a，同时还在以10%的速度递增[1]。除了要处理这些新产生的垃圾外，还有历年来累积的垃圾90亿t，许多城市已逐渐被周边所堆放的垃圾包围。中国的污水处理事业也在迅速地发展，1990年统计，40个城市建有78家污水处理厂，到1995年，全国共建有122座污水处理厂，5年增长了56.4%[2]。目前的污水处理量是污水产量的7%，根据国家计划，2000年全国的污水处理率将达到20%~30%，2010年达到40%~50%[3]。届时，将有大量的污泥产生，如不加以妥善的处理，必将引起严重的二次污染。城市固体废弃物的处理问题已成为中国各城市发展的重要问题。
固体废弃物的处置方法有：投海、焚烧、填埋和土地利用[4,5]。城市固体废弃物中含有大量的有机物质、植物生长必需的营养物质，可以进行土地利用[6,7]。但城市固体废弃物中还含有大量的病原菌、杂草种子、重金属及其它污染物质，同时废弃物中的有机质具有不稳定和易降解的特点，必须经过妥善的处理后方可施用，否则会对环境和作物造成危害。其中有效的处理方法是堆肥化处理。
1堆肥化的基本技术和原理
堆肥化是在合适的水、气条件下，利用微生物降解有机质而产生高温，杀死有机固体废弃物中的病原菌及杂草种子，使其达到稳定化和无害化[8]。
堆肥化有好氧和厌氧之分，由于好氧堆肥的高温可以杀死废弃物中的病原菌，同时高温菌对有机质的降解速度快，因此目前大多数堆肥采用的是高温好氧堆肥[10]。好氧堆肥是在有氧的条件下，籍好氧微生物的作用来进行有机物质的降解，堆肥的温度高，一般在50~65℃，亦称为高温堆肥[10,11]。
2堆肥的基本材料
堆肥的基本材料是堆肥原料及填充料。适用于堆肥的原料相当广泛，污泥、城市垃圾、农业废弃物占主要部分，它们的品质特性决定着堆肥的方法[12,13]。
2.1堆肥的原料
堆肥原料应满足：含有足够的有机质以利于代谢热的产生；有足够量的原料来贮热，以弥补向周围环境散失热量；有足够的自由空域，以利于气体的交换，为微生物提供氧气。所以，堆肥化物料本身是一个滋生地、营养源、热源、物料代谢的发酵池以及气体和热量交换的底物。
原料的种类对堆肥有影响。例如生污泥和消化污泥都可以成功地堆腐，而生污泥堆肥时会造成更大的臭味、通常需要更多的氧气、可以更快的达到高温[9]。污泥、垃圾等废弃物本身有足够的细菌，所以堆肥时不用再接种微生物[14]。
2.2堆肥的填充料
填充料可以起到提供碳源、提高堆体的孔隙度、调节物料的湿度含量等作用[9,15]。污泥由于在脱水过程中加入了絮凝剂，容易结块，堆肥过程中不利于通气供氧，而且污泥的c/n比低，不利于微生物的生长，堆肥时需加入碳源调节。垃圾堆肥一般需经过破碎，所以颗粒较为细密，不利于通气供氧。这些不利的状况可以通过加入填充料来改善。
理想的填充料应该是干燥的、疏松的、比较轻的有机物，能够增加堆料中碳源的数量、改善堆体的结构、利于堆体通气[9]。木屑、锯末、树皮、稻壳等为常用的填充料，这种填充料又可称为调理剂；橡胶轮胎、发酵过的堆肥也可以部分的用作填充料，但是由于其只起到改善堆肥孔隙的作用，故又可称为膨胀剂[9,16]；在美国，许多堆肥厂用废纸作为填充剂[16]。
费用问题是影响填充料使用的问题之一，木屑、锯末等很贵而且需要场地贮存，还要求使用前的破碎处理。在美国，一个通气静态垛式堆肥厂，木屑的费用大约占去整个堆肥系统操作费用的40%[17,18]。如果选用回流堆肥用作填充剂，堆肥的成本将会大大降低。
3堆肥的过程参数
堆肥化过程是复杂的。物料经混匀后，受营养平衡、水分含量和物理结构等的影响。工艺过程中要控制的各种参数，就是那些对堆肥过程有影响的物理、化学和生物因素。它们决定微生物活动的程度，从而影响堆肥的速度与质量。
3.1水分含量
在堆肥过程中，水分是一个重要的物理因素[19]。水分含量是指整个堆体的含水量。水分的主要作用在于：（1）溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；（2）水分蒸发时带走热量，起调节堆肥温度的作用。水分的多少，直接影响好氧堆肥反应速度的快慢，影响堆肥的质量，甚至关系到好氧堆肥工艺的成败，因此，水分的控制十分重要。在堆肥期间，如果水分含量低于10%~15%，细菌的代谢作用会普遍停止；含水量太高，会使堆体内自由空间少，通气性差，形成微生物发酵的厌氧状态，产生臭味，减慢降解速度，延长堆腐时间[19]。
大量的研究结果表明，堆肥的起始含水率一般为50%~60%[14,19]。在堆肥的后熟期阶段，堆体的湿度也应保持在一定的水平，以利于细菌和放线菌的生长而加快后熟，同时减少灰尘污染。
3.2通气量
供气是好氧堆肥成功的重要因素之一。供气的作用主要有三个方面。(1)为堆体内的微生物提供氧气。如果堆体内的氧气含量不足，微生物处于厌氧状态，使降解速度减缓，产生h2s等臭气，同时使堆体温度下降[14,17,20]。(2)调节温度[17]。堆肥需要微生物反应而产生的高温，但是，对于快速堆肥来讲，必须避免长时间的高温[17]，温度控制的问题就要靠强制通风来解决。(3)散除水分[21]。污泥堆肥的一个目的是降低其水分含量。在堆肥的前期，通气主要是提供微生物o2以降解有机物，在堆肥的后期，则应加大通气量，以冷却堆肥及带走水分，达到堆肥体积、重量减少的目的[21]。
通气可以采取鼓风或抽气方式，两种方式各有利弊：抽气的优势在于可将堆体中的废气在排入大气前统一进行处理，减少二次污染；鼓风的优势是利于水分及热量散失。最好的办法是在堆肥的前期采用抽气方式以处理产生的臭气，在堆肥后期采用鼓风方式以利于减少水分[14,20]。
3.3有机质含量
有机物是微生物赖以生存和繁殖的重要因素。堆肥反应的特性是它需要一个合适的有机物范围。大量的研究工作表明，在高温好氧堆肥中，适合堆肥的有机物含量范围为20%~80%[10]。当有机物含量低于20%时，堆肥过程产生的热量不足以提高堆层的温度而达到堆肥的无害化，也不利于堆体中高温分解微生物的繁殖，无法提高堆体中微生物的活性，最后导致堆肥工艺的失败。当堆体有机物含量高于80%时，由于高含量的有机物在堆肥过程中对氧气的需求很大，而实际供气量难以达到要求，往往使堆体中达不到好氧状态而产生恶臭，也不能使好氧堆肥顺利进行[10]。有研究者曾用城市垃圾和污泥混合堆肥，这样既可以利用垃圾提高堆体中的孔隙率，又可以利用污泥提高堆体中的有机质含量，同时为垃圾和污泥___现代城市的两大问题找到出路[22,23]。
3.4c/n比
c/n比是堆肥原料与填充料混合物的c/n比。微生物生长需要碳源，蛋白质合成需要氮源，微生物合成一份蛋白质大约需要30份碳，对于堆肥来讲，c/n比为30看起来是理想的[24]。
c/n比低、特别是当ph值和温度高时，使废弃物中的氮以nh3的形成挥发损失，散发出臭味[17]。用c/n比低的原料(15.7∶1)进行堆肥实验，结果是微生物对有机物的生物氧化过程中显示了严重的氮素损失。但是，当c/n比高于35时，微生物必须经过多次生命循环，氧化掉过量的碳，直到达到一个合适的c/n比供其进行新陈代谢[17]，因而c/n比高会降低降解速度[17]。
3.5ph值
在堆肥过程中，ph值是一个重要的因素。一般来讲，ph值在3~12之间都可以进行堆肥[9,17]。但是有研究发现，在堆肥初期堆体的ph值降低，低的ph值有时会严重地抑制堆肥反应的进行[25]。在堆腐垃圾时，ph值控制在8左右可以显著提高堆肥初期的反应速度，可以极大地缩短堆肥达到高温所要求的时间，可以避免由于堆肥反应延缓所造成的臭味问题，但当ph值控制在5时，葡萄糖和蛋白质的降解停止[25]。污泥堆肥的ph值范围一般应在6~9之间最为合适[9]。
3.6温度
温度是堆肥系统微生物活动的反映，是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素。堆肥中微生物分解有机物而释放出热量，这些热量使堆肥温度上升。堆肥初期，堆层基本呈中温，嗜温菌较为活跃，大量繁殖。它们在利用有机物的过程中，有一部分转化成热量，堆层温度不断上升，1~2天后可以达到50~60℃。在这个温度下，嗜温菌生长受到抑制，大量死亡，而嗜热菌的繁殖进入激发状态[26]（见表 1）。嗜热菌的大量繁殖和温度的明显提高，使堆肥发酵直接由中温进入高温，并在高温度范围内稳定一段时间。正是在这一温度范围内，堆肥中的寄生虫和病原菌被杀死。
表1堆肥温度与微生物生长关系[26]
堆肥作为一种生物系统，反应进行的温度是有限定范围的，温度过高或过低都会减缓反应速度。不同种类微生物的生长对温度具有不同的要求。一般而言，嗜温菌最适合的温度为30~40℃，嗜热菌发酵最适合温度是45~60℃[17,20,24]。高温堆肥时，温度上升超过65℃即进入孢子形成阶段，这个阶段对堆肥是不利的，因为孢子呈不活动状态，使分解速度相应变慢。此外，在此温度范围内，形成的孢子再发芽繁殖的可能性也很小，因此，高温堆肥温度最好在45~60℃左右[17,27]。基于上述原因，堆肥过程中温度控制是十分必要的。在好氧堆肥中，温度一般是通过控制供气量来调节。
4结语
堆肥化是复杂的生物学过程，为实现快速、好氧堆肥，必须进行各种工艺条件的优化和控制。对于我国高速的工农业发展、快速的人口增长所产生的固体废弃物，堆肥化处理后的再利用应是今后重要的发展方向。
