木屑、秸稈、米糠等調理劑對污泥堆肥影響*

謝細竹，宋書巧，陳冠海，王鑫宇，趙志娟，曾海琪

(南寧師范大學 a.地理科學與規劃學院，b.環境與生命科學學院，廣西 南寧 530100)

0 引言

隨著城鎮化進程加快，城市污水的處理量逐年上升，截至2019年底，全國城市污水處理廠處理能力1.77億m3/d，累計處理污水量532億m3。預估2020—2025年的污水處理量將達6000萬～9000萬t。城市生活污水基本已達到“全收集，全處理”，同時生活污水的處理也產生大量的污泥。目前我國大部分污泥處置廠采用好氧堆肥工藝處理污泥。好氧堆肥是傳統的污泥處理方式之一，具有資源化、穩定化、減量化的特點，但在處理過程中由于重金屬污染、堆肥時間長、有機物含量低等限制因素，使得污泥堆肥的推廣使用成為難題。

由于污泥含水率高，自由空域小，碳氮比低，選用調理劑對污泥的理化性質進行調理，能使之達到堆肥要求[1]；木屑是一種活性調理劑[2]，有機質含量高，能改善碳氮比，且含有堆肥需要的自由空域[3]和微生物生長的附著點；玉米秸稈也是一種較為常見的調理劑[4]，玉米秸稈更容易獲取、經濟成本更低，在孟云姣[5]的研究中，玉米秸稈的堆肥效果比木屑更優；有研究人員[6]提到米糠里大量存在枯草芽孢桿菌、酵母、乳酸菌等有益微生物，可分解蛋白質、脂肪及有機物，產生氨類、低分子化合物。在網上的其他論文中很少見到米糠與污泥混合堆肥的案例，米糠混合堆肥的研究具有重大現實意義。

除了使用調理劑，還可適當添加含有纖維素酶、蛋白酶的微生物菌劑，可作用于堆肥前期有機物礦化分解時期，提高秸稈的降解率，加快有機物的礦化速度[7]。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本研究的實驗采用的主要材料：污泥、杉木木屑、米糠、玉米秸稈、兩種微生物菌劑。

污泥是取自南寧市明陽污水處理廠的脫水污泥，含水率約為80%。玉米秸稈，粗略粉碎后大部分長度小于5cm，寬度小于1cm。米糠粒徑在0～5 mm之間，微生物菌劑其中一種是污泥發酵菌劑，主要成分是假單胞桿菌屬、放線菌屬等，適用于污泥堆肥腐熟；另一種是秸稈腐熟劑，主要有產生蛋白酶、纖維素酶能力強的高溫好氧菌種復合而成。

實驗所采用的堆肥桶有2種規格，桶(1)S/V=2.35；桶(2)S/V=9.75。

腐殖質的測定方法參考《森林土壤腐殖質組成的測定LY/T1238-1999》，含水率采用重量法，有機質采用灼燒減量法，全氮采用凱氏定氮法，全磷采用偏鉬酸銨分光光度法，全鉀采用電感耦合等離子體發射光譜法，陽離子交換量采用三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法，pH值采用電位法。汞、鉻、鎳、銅、鋅、砷、鉛重金屬總量采用電感耦合等離子體發射光譜法。

表1 實驗材料基本理化性質

1.2 污泥堆肥方法

表2 污泥堆肥比例(kg)

A、B桶作為最初的試驗設計，從C、D組驗證菌劑的必要性，將E組與F組對比，除輔料本身的理化性質外，秸稈具有更好的支撐性和結構性，更容易提高堆體的自由空域。將E組與G組相比，則可以對比米糠與木屑對堆體調理效果誰更優越。

每次堆肥時先稱取一定質量污泥，然后將事先準備好的木屑/秸稈/米糠，進行攪拌混勻；為保證曝氣，設計在堆肥桶下端鋪一層鵝卵石或者輕質陶粒，用透氣透水的材料隔開，然后在堆體中每隔10～20 cm插入直徑25 mm的PVC管輔助通氣，PVC管每隔3～5 cm用電鉆打兩個直徑7 mm的孔，在堆肥桶側面及表面覆蓋保溫膜，以隔絕外界溫度，達到保溫效果。

堆體每天分上中下三層測溫，每日至少測量2次。高溫期每3天翻堆一次，中低溫期適當延長；污泥堆肥結束之后用隨機取樣法在上中下三層取樣，送入實驗室檢測其成分,見表3。

表3 堆肥結束堆體數據

2 數據與分析

圖1 各比例輔料堆肥溫度變化折線圖

2.1 堆肥各組的升溫變化

溫度是好氧堆肥中衡量污泥堆體無害化的重要指標，一般堆體溫度維持在55 ℃以上3天高溫，可以達到糞便無害化要求。研究表明，有機物的分解多發生在50℃以上的高溫期，這一時期多是好氧微生物主導的有機物礦化過程，而在高溫期之后的降溫期，則是由分泌如硝酸還原酶、脫氫酶和過氧化氫酶等的微生物主導的腐殖化過程[10]。

由于明陽污水處理廠污泥的有機成分較高，堆體通常在第0天就進入快速升溫階段，在第1天就達到55℃以上的高溫，第2天達到40.7 ℃、58 ℃、59 ℃、63 ℃、68.8 ℃、64 ℃、70.8 ℃，除A、F組外都已經達到了最高溫，F組在第6天到達最高溫，A組和B組未達到無害化要求，B組比A組溫度更高，但溫度下降更快，推斷原因是因為可能是由于(2)號桶S/V過大，導致熱量損失過多。

添加菌劑的D組比起不加菌劑的C組，在第1天時溫度高8℃左右，在第2天達到最高溫度，D組高于C組5℃左右，表明微生物菌劑的使用可以加快微生物對有機物的分解速率，提高污泥的最高溫度。

E、F、G組3組在55 ℃以上的高溫期分別達到了14天、8天、8天。其中E組的高溫期最長，有機物分解得更為徹底。E組(米糠+秸稈)與F組(純米糠)相比，E組的高溫期多了6天，最高溫度高了4℃左右，且升溫期更快，可能是由于秸稈支撐性好，供氧較為充分，使得有機物分解速度更快。

2.2 堆肥各組結束后各項理化性質

2.2.1 不同調理劑對有機質和腐殖質的影響

有機質包括腐殖質和沒有分解和沒有完全分解的有機物質，如動植物殘體。腐殖質是指已經腐殖化的有機物質，屬于土壤中比較穩定的有機物質。

各組都滿足了園林綠化和有機肥料標準的要求。其中D組的有機質含量最高，達到了68.6，比C組的有機質含量高出了23.6%，且D組的有機質含量相比于C組的腐殖質含量高出了10.4%。說明添加含有蛋白酶、和纖維素酶能力強的菌劑，能有效提高堆體中的有機質和腐殖質含量，提高堆肥的腐殖化程度。

但從E、F、G組對比來看，E組的有機質和腐殖質含量較低，50℃以上的高溫期主要是堆肥化的第一階段，由于E組水解礦化階段過長，導致污泥中的有機質含量下降。而C組的含水率過高，且腐殖質含量較低，可能是因為堆肥時間過短，有機物分解不徹底導致腐殖化程度不高。

2.2.2 不同調理劑對pH和總養分的影響

從pH來看，各組都滿足了園林綠化標準的要求。而F組pH低于其他組，值得引起注意。一般在堆肥前期，植物性輔料被微生物分解時，釋放出H2O和CO2，通常會導致堆體pH值的下降[11]，除此之外，pH也受到堆肥的原料的pH影響；以及與銨態氮、硝態氮的產生和轉化有關。胡偉[12]的研究中也發現，氨化作用較強時，銨態氮上升，pH值上升，硝化作用較強時，銨態氮轉變為硝態氮，pH值下降。

結合總養分來看，除F組外，各組均達到了園林綠化標準的要求。E、F組中的N元素量偏低，除了輔料本底值中氮元素偏低的原因，還有C/N過低也可能導致污泥堆肥中的氮素損失過多的原因。適宜好氧堆肥的C/N比通常在25，而E、F組的C/N比為18.66、19.07，除此之外可能是米糠中的有機酸高于秸稈，所以使得F組氮素損失過多。

賀琪[13]的自然靜態堆肥實驗中，氮素的快速損失發生在堆肥前期的前3～7天，這與F組的溫度曲線符合，說明F組中由于堆肥C/N比低，是由于在堆肥前期氮素被微生物利用，以氨氣的形式大量揮發，在溫度升高的同時導致堆體中的全氮含量損失過多。

2.2.3 不同調理劑對陽離子交換量的影響

土壤有機質和陽離子交換量是土壤肥力的重要組成基礎之一，是土壤保肥、供肥和緩沖能力的重要標志，對提高肥力、改良土壤及治理土壤污染有重要作用[14]。各組的CEC都大于20 cmol+/L，保肥能力為強。

2.2.4 不同調理劑對含水率的影響

各組含水率均出現了明顯下降，E、F組含水率下降較多，但G組未達到有機肥料要求。

2.3 污泥添加調理劑后重金屬總量的變化

為了考察堆肥的重金屬危害性，從《NY/T 525-2021》和《GB/T23486-2009》中選取有代表性的8種重金屬，汞、鉻、鎳、銅、鋅、砷、鎘、鉛，對其元素總量進行探究。通過計算后得到堆肥后各組中的重金屬含量。

由于原料中污泥的重金屬砷、鉛含量超標，在添加調理劑后，堆體的總鉛含量降低到了50mg/kg以下，砷含量由22.7下降到17～19mg/kg，滿足園林綠化標準(<75mg/kg)，但不滿足有機肥料的標準(<15mg/kg)。

3 結 語

在小堆體自然通風堆肥裝置中，體量、堆肥桶比表面積、菌劑、輔料等都會影響堆體的升溫速率，在體量和堆肥桶比表面積兩者確定的情況下，添加菌劑和更改輔料配比會對堆體的升溫造成影響。添加菌劑的D組比起不加菌劑的C組，在第1d時溫度高8℃左右，在第2d達到最高溫度，D組高于C組5℃左右，表明微生物菌劑的使用可以加快升溫，提高污泥的最高溫度。其中最高溫G組>E組>F組，最為推薦的是其他條件是60kg體量+添加菌劑+小體積比堆肥桶，從氮素損失的情況看，其輔料的推薦優先級是木屑+秸稈>秸稈+米糠>米糠。

研究發現，通過污泥與各種輔料調理堆肥后，有機質基本都能達到園林綠化和有機肥料標準，除C組和E組外含水率都能達到要求，除E、F組外總養分都能達到兩組要求，且陽離子交換量和腐殖質兩項指標都表現得很優秀，pH都在合理范圍內，但原料中重金屬砷、和鉛較高，使得從C、D、E、F、G各組的重金屬含量超標，不能達到有機肥料的標準。

因此推薦污泥堆肥作為園林綠化使用，不推薦作為有機肥料農業利用。