調理劑對污泥堆肥中微生物影響的研究進展

曹文勝　萬東錦　劉永德

摘要：指出了隨著污泥堆肥技術的發(fā)展，越來越多的調理劑應用于污泥堆肥中，通過添加調理劑可以調節(jié)堆肥過程中各種參數(shù)變化，進而影響堆肥中微生物群落結構和數(shù)量的變化。探討了調理劑對污泥堆肥中微生物的影響，并對調理劑的發(fā)展趨勢作了展望。

關鍵詞：污泥堆肥；調理劑；微生物；展望

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）12000302

1引言

隨著社會經濟的發(fā)展和城市人口的增加，工業(yè)廢水和城市生活污水的排放量日益增加，城市污水處理率逐年升高。同時，污泥的排放量也隨之增多，城市污泥的無害化處理迫在眉睫[1]。污泥堆肥法處理成本低廉，能夠除臭和有效地殺滅病原菌，且腐熟的堆肥產品可以提高作物的產量，改善農產品的品質。因此污泥堆肥已成當前污泥無害化和資源化的重要途徑之一[2]。而在堆肥過程中，調理劑作為加入堆肥物料中的有機物，因其能增加物料中可降解的有機物數(shù)量，改善堆肥物料結構，增加堆體自由空域，調節(jié)整個堆肥過程中碳氮比和含水率，進而影響堆體pH值變化，增加微生物種類和數(shù)量，促進微生物的新陳代謝和有機質的降解，加快堆肥過程，提高堆肥效率，成為調節(jié)及影響污泥堆肥微生物的主要因素之一[3，4]。

整個污泥堆肥產生的過程主要由微生物的參與來完成。而微生物的生長繁殖和新陳代謝受到多種因素的制約。制約因素主要包括堆肥物料的含水率；堆體自由空域；碳氮比；通風量；pH值；堆肥過程中產生的微量元素和外來菌種。而添加調理劑能夠改善堆料的理化性質，調節(jié)微生物生長環(huán)境。有的可生化調理劑可以直接增加堆體中微生物的數(shù)量和種類，使微生物的群落結構更加穩(wěn)定，微生物種類之間作用更加協(xié)調，從而縮短升溫階段，快速進入高溫期，提高堆肥效率。現(xiàn)在大多數(shù)研究主要集中于調理劑對堆肥各種參數(shù)的影響，對微生物內在作用機制卻鮮有報道。

2調理劑通過調節(jié)含水率和自由空域影響堆體微生物

堆肥中的含水率和自由空域直接影響著微生物的繁殖，是堆肥能否成功的關鍵因素。調理劑能夠有效地調節(jié)堆體的含水率和孔隙度，影響微生物的生長繁殖和群落結構。微生物從胞外攝取營養(yǎng)物質和分泌代謝產物都必須以液相水為介質[5，6]。含水率越高和自由空域越大，有機質的溶解和擴散越快，越有利于微生物的

生長繁殖。在污泥堆肥過程中，微生物新陳代謝和自身繁殖的必要條件就是水分充足和適宜的自由空域[7]。但是，堆料含水率過高會造成孔隙率降低，堆體中O2難以完全擴散至物料內部，使得部分區(qū)域的微生物處于缺氧或厭氧環(huán)境，產生厭氧反應，造成有害物質的積累和臭氣的發(fā)生[8]。同樣自由空域過大，也不利于堆體保持必需溫度以及微生物與物料充分接觸，從而影響堆肥的順利進行。經研究發(fā)現(xiàn)，污泥堆肥最佳初始含水率為50%～60%[9]。李承強等[10]將木片、麥殼、玉米芯和回流堆肥加入污泥中，調節(jié)物料含水率至54%～76%，大大降低了污泥自身的高含水率，使得物料既能保證微生物生長繁殖所需的水分條件，又調節(jié)物料的孔隙率，使氧氣在堆體中自由的運輸，保證堆肥過程順利進行，大大提高了堆肥效率和堆肥質量。這類通過調節(jié)堆料含水率和自由空域對微生物生長繁殖產生影響的調理劑雖然成本低廉，卻不好篩分和回收，且自身并沒有攜帶太多的微生物量，不能直接影響堆體土著微生物生長繁殖，也不能很好地與污泥中土著微生物發(fā)生協(xié)調作用。

3調理劑通過調節(jié)碳氮比影響堆體微生物

碳氮比同樣是微生物生長繁殖的必要條件之一。堆肥過程中，碳素一部分氧化分解生成二氧化碳，為微生物提供能量，一部分被微生物轉化為自身所需要的營養(yǎng)物質和腐殖質，而氮素則以氨氣的形式釋放到大氣里散失或者被微生物同化吸收利用，微生物生長繁殖需要大量的碳源，蛋白質合成需要氮源，為使參與有機物分解的微生物營養(yǎng)處于平衡狀態(tài)，碳氮比應滿足微生物所需的最佳值[11]。Sommers等[12]研究表明碳氮比為20～30較好。若過高，影響細菌和其它微生物的氮素代謝，限制生長繁殖，若過低，過量的氮將轉化為氨氣而散失掉，發(fā)出臭味導致氮素大量損失。

通常污泥C/N比低于12，所以，在污泥中加入C/N高的調理劑，常用的調理劑有稻稈、鋸末、樹葉等。姚天舉等[13]分別以刨花、葡萄糖、發(fā)酵草屑為調理劑進行污泥堆肥對比試驗，研究表明添加發(fā)酵草屑的污泥在強制通風條件下進行好氧堆肥，堆肥初期溫度上升較緩慢，之后溫度急劇上升高于 55℃并維持 3d以上。添加發(fā)酵草屑調理劑后污泥有機質降解率從8.1%提高至36.0%，發(fā)酵草屑在堆肥中能有效調節(jié)堆料的C/N比，并為微生物提供初期碳源，縮短了微生物適應期，改善了微生物的營養(yǎng)成分，加快了高溫期來臨，大大提高了微生物呼吸速率和堆肥效率。張蔓等[14]研究木屑、花生殼對污泥堆肥過程的影響，研究表明添加木屑和花生殼的堆肥在前3 d溫度分別上升至55℃和50℃，并且高溫期分別維持7 d和5 d。添加木屑堆肥其纖維素降解菌在第2 d數(shù)量為1.1×104cfu/g，大于添加花生殼堆肥，說明添加木屑能夠明顯增加纖維降解菌的數(shù)量，縮短堆肥周期。

4調理劑通過人工接種菌劑影響堆體微生物

接種菌劑作為一種調理劑，近年來也被用于污泥堆肥。進行人為接種微生物菌劑，能夠直接增加微生物數(shù)量和改善微生物群落結構，加速堆體中有機質的分解，提高堆肥效率和肥效[15，16]。吳海露[17]研究了接種復合微生物菌劑對污泥堆肥過程的影響。研究結果表明，復合微生物菌劑F12接種量為 5%時對堆肥快速升溫及維持高溫最有利，維持高溫期比空白組多3d，堆肥7d產物含水率比空白組低5%，有機質降解率比空白組高2%。魯娟等[18]在污泥堆肥過程中接種了不同比例的白腐菌，研究表明接種白腐菌大大縮短堆肥時間，加快發(fā)酵速度，減少氮素損失，提高養(yǎng)分含量，提高污泥處理效率。

5展望

近年來隨著對堆肥調理劑的不斷研究，越來越多的堆肥調理劑被開發(fā)出。所開發(fā)的調理劑雖然種類繁多，但仍存在功能過于單一、篩分回收率不高、微生物群落變化較大和成本較高等問題。因此，研制一種可循環(huán)調理劑，并探討其在堆肥過程中對堆體微生物群落結構的影響具有重要意義。

參考文獻：

[1]

譚啟玲， 胡承孝， 趙斌，等. 城市污泥的特性及其農業(yè)利用現(xiàn)狀[J]. 華中農業(yè)大學學報， 2002， 21（6）：587～592.

[2]李必瓊. 作物秸稈與城市污泥高溫好氧堆肥過程中碳氮磷及重金屬轉化研究[D]. 重慶：西南大學， 2010.

[3]劉衛(wèi)， 袁興中， 歐陽建新，等. 利用污泥熟肥作為高含水率污泥堆肥調理劑[J]. 環(huán)境工程學報， 2013， 7（6）：2349～2355.

[4]Lei F， Vandergheynst J S. The effect of microbial inoculation and pH on microbial community structure changes during composting[J]. Process Biochemistry， 2000， 35（9）：923～929.

[5]羅維， 陳同斌. 濕度對堆肥理化性質的影響[J]. 生態(tài)學報， 2004， 24（11）：2656～2663.

[6]Robert R. Monitoring Moisture In Composting Systems[J]. Biocycle， 2000， 41（10）：53～57.

[7]Hamoda M F， Qdais H A， Newham J. Evaluation of municipal solid waste composting kinetics[J]. Resources Conservation & Recycling， 1998， 23（4）：209～223.

[8]Miller F C. Matric water potential as an ecological determinant in compost， a substrate dense system.[J]. Microbial Ecology， 1989， 18（1）：59～71.

[9]劉衛(wèi). 調理劑在高含水率污泥堆肥中的作用研究[D]. 長沙： 湖南大學， 2013.

[10]李承強， 魏源送， 樊耀波，等. 不同填充料污泥好氧堆肥的性質變化及腐熟度[J]. 環(huán)境科學， 2001， 22（3）：60～65.

[11]晁陽. 生物表面活性劑對城市污泥好氧堆肥過程的影響[D]. 長沙： 湖南大學， 2011.

[12]Sommers L E， Nelson D W， Silviera D J. Transformations of Carbon， Nitrogen， and Metals in Soils Treated with Waste Materials[J]. Journal of Environmental Quality， 1979， 8（3）：287～294.

[13]姚天舉， 李紀周， 趙芳，等. 發(fā)酵草屑在低有機質污泥堆肥中的作用[J]. 安徽農業(yè)科學， 2007， 35（32）：10388～10389.

[14]張蔓， 魏明寶， 馬闖，等. 不同調理劑對污泥好氧堆肥的影響[J]. 河南農業(yè)科學， 2014， 43（1）：48～53.

[15]黃丹蓮， 曾光明， 黃國和，等. 微生物接種技術應用于堆肥化中的研究進展[J]. 微生物學雜志， 2005， 25（2）：60～64.

[16]李群嶺， 耿富卿. 好氧堆肥接種微生物的效果研究進展[J]. 作物研究， 2014（s1）：867～870.

[17]吳海露. 復合微生物菌劑研制及在污泥堆肥中的應用[D]. 鄭州： 河南工業(yè)大學， 2013.

[18]魯娟. 接種白腐菌對城市污泥堆肥腐熟度及養(yǎng)分轉化的影響[D]. 武漢： 華中農業(yè)大學， 2009.