復合菌劑對城市生活污泥好氧發酵的影響

摘要:選擇5種復合發酵菌劑添加到城市污泥中進行好氧發酵試驗。結果表明:除添加菌劑1外的其它發酵物料溫度保持在55 ℃以上的時間都滿足堆肥國家衛生標準要求;接種復合菌劑的物料升溫速率和溫度最高值均大于未接種菌劑的處理，接種復合菌劑有利于加快堆體水分散失率，加快物料有機質降解速度，其中以菌劑2表現得最為明顯。

關鍵詞:微生物菌劑;城市污泥;好氧發酵

中圖分類號:X172文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.05.003

Effect of Microbial Inoculants on Aeration Compositing Sewage Sludge

LIN Jin-bao1， ZHAO Li-wei1， YU Jing2， ZHANG Li-li2， SU Ya-xun2， WEI Jian1， LIAN Yan2， XU Yue2

(1.Tianjin Ecological Sscience and Technology Institute of Northern Gardening， Tianjin 300300， China;2. Tianjin Port Safety Guaranty Administration Center， Tianjin 300456， China)

Abstract:The effects of 5 microbial inoculants on aeration composting of sewage sludge were conducted. The results showed that the duration of high temperature above 55 ℃ almost conformed to the sanitary standard of the aerobic composting， except the microbial inoculant 2. The temperatures of those treatments with inoculation were higher than that of the treatment without inoculation and the inoculation treatments was proved to be effective in the reduction of the moisture， accelerating the decomposition of organic matters， decreasing the nitrogen loss and improvement of the composting maturity. Through the composting， we can find that the microbial inoculant 2 may be one of the best candidates as microbe inoculants.

Key words: microbial inoculants; sewage sludge; aeration compositing

城市生活污泥是指處理生活污水所產生的固態廢物，生活污泥中既含有大量的有毒有害物質 [1]，又含有植物生長發育所需的 NPK、微量元素以及能改良土壤結構的有機物質[2]。因此，生活污泥通過好氧發酵處理，既可以為園林植物開辟一個新肥源，又可為降低污染、改善城市生態環境發揮重要作用。

好氧發酵工藝是城市污泥資源化處理常用的技術。好氧發酵是一種生物學工藝過程[3-5]，這個過程是由群落結構演替非常迅速的多個微生物群體共同作用而實現的動態過程，在該過程中每一個微生物群體都在相對較短時間內尋找適合自身生長繁殖的環境條件[1， 6]。由于好氧發酵具有發酵周期短、高溫發酵快、無害化程度高、衛生條件好、易于實現產業化操作等特點，故國內外對污泥、垃圾、人畜糞便等有機廢物處理多采用好氧發酵[1]。接種菌劑是加快好氧發酵速度和改善產品質量的有效方法，但接種菌劑對好氧發酵過程乃至整個堆肥過程的作用歷來眾說紛紜[7-12]。本試驗擬通過接種5種復合菌劑，在自行建造的好氧發酵槽內進行污泥好氧發酵試驗，研究菌劑在污泥好氧發酵階段作用，為優選復合菌劑以及提高污泥好氧發酵工藝提供科學依據。

1材料和方法

1.1供試材料

好氧發酵試驗在本所的有機肥試驗廠內進行。復合菌劑分別來源于北京、天津、上海等有關單位;城市污泥為取自天津市紀莊子污水處理廠的消化污泥;調理劑為粉碎的棉花秸稈，由靜海縣良種場提供，見表1。

1.2發酵裝置

由北方園林研究所自建的好氧發酵水泥槽(1.2 m×1.0 m×1.0 m)，在發酵槽一側開門，槽底裝有通風裝置，采用鼓風機和數控裝置定時對槽內堆體進行通風。

1.3試驗設計

將城市污泥和棉花秸稈按6∶4的干質量比例進行混合，需要混合物料的總量為6 m3。本試驗設6個處理:菌劑1為ETS復合菌劑(固態，購于ETS天津生物科技有限公司)，菌劑2為EM復合菌群(固態，購于北京EM生物菌劑有限公司)，菌劑3為TM有機肥發酵腐熟劑(固態，購于天津市農業科學院資源與環境研究所)，菌劑4為SA有機肥腐熟劑(固態，購于上海四季生物有限公司)，菌劑5為VT-1000微生物菌劑(液態，購于北京沃土天地生物科技有限公司)，以不添加菌劑為對照。混合物料與菌劑重量比為1 000∶3。

1.4試驗方法及測定指標

每個處理取用1 m3混合物料，裝槽時添加發酵菌劑，混合均勻。在發酵物料中心位置預埋溫度感應探頭，每天早中晚分別采集不同處理的溫度數據，同時記錄發酵室內外環境溫度;發酵物料采用鼓風機通風，每隔3 h通風1 h;定期翻倒，翻倒時在發酵堆體內多點均勻取樣，取樣重量為500 g，按照農業部行業標準NY 525-2002中所規定的方法。

2結果與分析

2.1好氧發酵過程中含水率變化趨勢

物料含水率是直接影響堆體發酵升溫的關鍵條件，好氧發酵時含水率以50%~60% 為佳 [1]。本試驗混合物料裝槽時平均含水率為54%，各處理間差異系數為0.018。前3次測量含水率下降最快的是菌劑3，為12.67個百分點;其次是菌劑1，下降12.18個百分點;下降最慢的是菌劑5，只下降3.33個百分點。在整個好氧發酵期間，菌劑處理含水率下降大的是菌劑4，下降了33.99個百分點;其次為菌劑1，為32.09個百分點，下降幅度最小的是菌劑3，為30.61個百分點，下降幅度均高于對照(表2)。

2.2不同復合菌劑對發酵溫度的影響

對于堆肥系統而言，溫度是堆料中微生物生命活動的重要標志，能快速達到高溫并維持一定時間是比較理想的狀態。依據溫度的變化可將堆肥分為3個階段即升溫階段、高溫階段和降溫階段。

混合物料裝入發酵槽，添加發酵菌劑后初始溫度為17.5℃，各處理間差異小于0.5 ℃，差異系數為0.03。發酵進行到2 d時，在平均氣溫15℃條件下(棚內平均溫度為23℃)，各處理溫度均呈顯著升高趨勢，其表現如表3所示:菌劑1～4四個處理，發酵第2天，堆溫均升至55 ℃以上，比無菌劑對照堆體溫度提高10～23 ℃，其中以菌劑2升溫最高達到73.5 ℃;只有菌劑5堆體溫度為44 ℃，比對照還低。堆體溫度55 ℃以上的維持時間除菌劑1外均在6 d以上。其中菌劑2～4三個處理堆體溫度55 ℃以上維持8 d，完全達到國家衛生標準要求。翻倒對堆體溫度影響與前3 d升溫高低關系密切，凡前3 d堆體溫度升至55 ℃以上處理，如菌劑1～4，翻倒后堆體溫度迅速下降6～9 ℃，但6 h內即可快速回升到55 ℃以上;只有堆體溫度50℃以下的處理，如菌劑5和對照，翻倒后堆體溫度不但沒有降低，反而上升2～8 ℃。綜上所述，5個符合菌劑中，以菌劑2升溫效果最好;菌劑3次之;菌劑1升溫效果最差，55 ℃以上堆體溫度維持時間只有3 d，未達到國家衛生標準要求。

2.3 不同菌劑對堆內pH變化的影響

pH值也是揭示物料分解過程的一個標志，適宜的pH值利于微生物生長繁殖，而過高或過低的pH值都會對好氧發酵的速率產生影響 [13]。從圖1可以看出，不同處理間pH值變化幅度較小，好氧發酵初期，各處理pH值都在6.9左右，呈弱酸性。發酵6 d取樣測定發現，各處理pH值都有所下降，其中下降幅度最大的是菌劑4，下降了0.56，下降幅度最小的處理是菌劑1，下降了0.31;隨后各處理pH值均大幅度升高，升至7.0以上，升幅最大的是菌劑4，升高了0.74，最小的處理是菌劑5，升高了0.41。發酵11 d取樣測定，各處理均呈現緩慢下降的趨勢，至好氧發酵結束時，pH值均降至6.8左右。

綜上可以看出，在好氧發酵過程中物料的pH值呈現先降后升再降的變化趨勢。呈現這一變化的原因主要是，在好氧發酵初期，發酵物料中產生有機酸多，致使pH值呈下降趨勢;隨后由于微生物的活動，產生的有機酸會被進一步分解為CO2和H2O，并伴隨著氨的產生而使pH上升;當pH值達到最高之后，由于氨的揮發及硝化的共同作用致使NH-N的含量降低，pH值開始下降。從整個堆肥過程來看，pH值的變化在各個處理之間雖不是很明顯，但是與微生物活動強弱有密切關系，凡是微生物活動強，溫度上升快的處理，其開始pH值下降的也快，如菌劑2、4處理，而溫度上升慢的處理，其pH值下降也慢，如菌劑1、5處理。

2.4 好氧發酵過程中有機質含量變化

好氧發酵是在有氧的條件下，借助好氧微生物的作用而進行的。微生物通過自身的活動，把一部分有機質氧化成簡單的無機物，釋放出生物生長活動所需要的能量[1]。隨著有機質的分解，能量的釋放，必然導致好氧發酵過程中總有機質的減少。有機質降低幅度可以反映有機物料發酵的腐熟程度。

從表4可以看出，各處理的有機質含量都隨好氧發酵的進行而逐漸下降。好氧發酵開始時，物料平均有機質含量為32.51%，在整個好氧發酵過程中各處理有機質含量均有不同程度的降低，添加菌劑的處理降低的幅度更大，平均比對照多降低3.36個百分點，其中以菌劑2有機質含量降低幅度最大，達到9.46個百分點，比對照多降低4.88個百分點，這說明該處理發酵腐熟程度最高。

3結論

(1)以城市生活污水處理廠產生的消化污泥為主要原料，添加作物秸稈，接種不同復合菌劑在發酵槽內進行好氧發酵，除菌劑1外，其它各處理發酵溫度超過55 ℃的都達到6 d以上，滿足了行業規定有機肥發酵溫度標準。

(2)添加復合菌劑的處理，其升溫速率和溫度最高值均大于不添加菌劑的對照，同時接種菌劑的處理水分散失率和有機質降解速度均有不同程度的增加，明顯提高了有機物的分解速度。

(3)綜合考慮，添加不同復合菌劑對城市污泥發酵腐熟度均有明顯的促進作用，其中以菌劑2表現最為顯著，其為EM復合菌群，主要由光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、革蘭氏陽性放線菌群組成，他們對難分解的物質，如木質素、纖維素、甲殼素等具有降解作用，同時還可以消除發酵產生的惡臭。它在提高堆體溫度、降低水分和降解有機質方面均優于其它菌劑處理，是理想的城市污泥發酵復合菌劑。

參考文獻:

[1] 王紹文， 秦華. 城市污泥資源利用與污水土地處理技術[M]. 北京:中國建筑工業出版社，2007.

[2] 許曉英， 李季. 復合微生物菌劑在污泥高溫好氧堆肥中的應用[J]. 中國生態農業學報， 2006， 14(3): 64-66.

[3] 馮宏，李華興. 菌劑對堆肥的作用及其應用[J]. 生態環境， 2004， 13(3): 439-441.

[4]李艷霞，王敏健，王菊思，等.城市固體廢棄物堆肥化處理的影響因素[J].土壤與環境， 1999， 8(1): 61-65.

[5] HAUG R T. The Practical Handbook of Compost Engineering[M]. Boca Raton， FL: Lewis Publishers， 1993.

[6] 李國學. 固體廢棄物堆肥化及堆肥添加劑研究進展[J]. 農業環境科學學報， 2003(2):252-256.

[7] 李國學， 張福鎖. 固體廢物堆肥化與有機復混肥生產[M]. 北京: 化學工業出版社， 2000: 75， 87.

[8] 席北斗， 劉鴻亮， 黃國和，等. 復合微生物菌劑強化堆肥技術研究[J]. 環境污染與防治， 2003， 25( 5) : 262-264.

[9] 劉克鋒， 劉悅秋， 雷增譜，等. 不同微生物處理對豬糞堆肥質量的影響[J]. 農業環境科學學報， 2003， 22(3):311-314.

[10] 龐金華， 程平宏， 余廷園，等. 兩種微生物制劑對豬糞堆肥的效果[J]. 農業環境保護， 1998， 17(2): 72-73.

[11] 沈根祥， 袁大偉， 凌霞芬，等. Hsp菌劑在牛糞堆肥中的試驗應用[J]. 農業環境保護， 1999，18(2): 62-64.

[12] 李國學， 黃懿梅， 姜華. 不同堆肥材料及引入外源微生物對高溫堆肥腐熟度影響的研究[J]. 應用與環境生物學報， 1999， 5(增刊):139-142.

[13] 柴曉利， 張華， 趙由才. 固體廢物堆肥原理與技術[M]. 北京:化學工業出版社，2005:7.