彭牡丹，翟曉峰，李詩(shī)剛，張 英，嚴(yán)建平，王 慧，劉嘉俊，李化山，葉宇軒

(深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東深圳518040)

1 引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致人類不合理消費(fèi)的現(xiàn)象日漸嚴(yán)重，有機(jī)固體廢棄物的產(chǎn)生量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)［1］。據(jù)2006年統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)有機(jī)固體廢棄物的年產(chǎn)量約占全世界產(chǎn)量的30%左右，并以10%的速度增加。傳統(tǒng)的有機(jī)固廢處理方式在解決空間占用問(wèn)題的同時(shí)，產(chǎn)生了更大的環(huán)境問(wèn)題——空氣污染，有機(jī)固體廢棄物的正確處理已成為一個(gè)世界性難題［2］。

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市綠化覆蓋率不斷上升，城市綠地面積不斷擴(kuò)大。從綠化面積的不斷增加和綠化投資規(guī)模的不斷加大，隨之而來(lái)的園林植物廢棄物如枯枝落葉、樹(shù)枝修剪物、草坪修剪物、雜草、種子和殘花等的量也越來(lái)越大。如北京市2005年年產(chǎn)園林綠化廢棄物約195萬(wàn) t;2006年年產(chǎn)園林綠化廢棄物約204萬(wàn)t;2007年年產(chǎn)園林綠化廢棄物約236萬(wàn) t。據(jù)《2010～2015年中國(guó)化肥市場(chǎng)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，農(nóng)業(yè)化肥污染是世界上最大的污染之一［3］，由于長(zhǎng)期施用化肥，我國(guó)的東北黑土區(qū)已從開(kāi)始的富含有機(jī)質(zhì)土壤轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)質(zhì)貧瘠土壤。而且，由于傳統(tǒng)化肥的濫用，現(xiàn)在我國(guó)大約有1/6的耕地已受到重金屬污染，污染土壤面積高達(dá)2000萬(wàn) hm2以上。一方面隨著城市綠化面積增大，綠化投資規(guī)模增加必然使產(chǎn)生的綠化植物廢棄物增多，另一方面土壤的貧瘠化需要大量的有機(jī)肥［4］。可見(jiàn)，植物廢棄物堆肥是填埋和焚燒等處理方式中兼具生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的處理方式，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排的要求。

堆肥處理過(guò)程實(shí)質(zhì)上是微生物分解有機(jī)物的作用過(guò)程［5］，在微生物分泌酶的作用下，把有機(jī)物降解并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)［6］，根據(jù)反應(yīng)過(guò)程對(duì)氧氣量需求的不同，常將堆肥分為好氧和厭氧堆肥兩種［7～10］。好氧堆肥是使有機(jī)固體廢棄物在有氧條件下利用好氧微生物的作用達(dá)到有機(jī)物分解、腐殖質(zhì)形成、無(wú)害化，轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谕寥佬誀罡牧疾?duì)作物生長(zhǎng)有益和容易吸收利用的有機(jī)肥的方法;厭氧堆肥是使有機(jī)固體廢棄物在厭氧條件下利用厭氧微生物的作用達(dá)到穩(wěn)定化并得到有利用價(jià)值的產(chǎn)物。由于高溫堆肥可以最大限度的殺滅病原菌，同時(shí)對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解速度快，因此稱為現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的堆肥方法，好氧堆肥微生物發(fā)酵技術(shù)也是最前沿的堆肥發(fā)酵技術(shù)。

2 材料和方法

2.1 材料

堆肥原料為深圳市園林植物廢棄物。EM菌液為日本進(jìn)口。BEST公司的TM秸稈腐熟劑購(gòu)自BEST公司，大華酵素菌購(gòu)自淘寶，未知混料為不同堆肥產(chǎn)品的混合物。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 不同菌劑對(duì)堆肥升溫的影響

試驗(yàn)加對(duì)照共5個(gè)處理(表1)，原料為25 kg小試堆體。處理4為多溫度階段加菌處理，高溫階段及低溫階段。

表1 不同菌劑添加情況

2.2.2 TM及多階段加菌對(duì)堆肥的影響

將復(fù)合菌劑進(jìn)行添加BEST秸稈腐熟劑(TM)與不添加BEST秸稈腐熟劑的相關(guān)對(duì)照試驗(yàn)(表2)。原料25 kg+100 mL菌液+100g尿素+2 mLTM+100 mL營(yíng)養(yǎng)劑。

表2 TM及多階段加菌處理

2.2.3 園林植物廢棄物制堆方法及腐熟測(cè)定方法

稱取園林植物廢棄物750 kg，加入尿素0.5%，翻混制成堆高1m、頂部削平的發(fā)酵堆。用表頭式溫度計(jì)從發(fā)酵堆頂部垂直插入，深度30 cm，每天定時(shí)(上午9:00與下午5:00)測(cè)定堆溫兩次，測(cè)完溫度后均勻翻堆，翻堆后堆制成原形狀，再用三色油布蓋住。前一個(gè)星期每隔一天給條垛灑水，保持含水率在60%左右。每5d定時(shí)采樣一次，采樣方法:沿堆頂垂直切成剖面，取堆中20～30 cm堆層物料500 g，冷藏，待分析測(cè)定用。種子發(fā)芽率測(cè)定:新鮮堆肥樣品用去離子水按土水比1∶10(以干質(zhì)量計(jì))浸提1 h后，培養(yǎng)皿內(nèi)墊1張濾紙，均勻放入10顆種子，加入以上浸提濾液5 mL，在25℃黑暗的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后，計(jì)算發(fā)芽率每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)，同時(shí)以去離子水作空白試驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同菌劑對(duì)堆肥的影響

由圖1可知，無(wú)論是哪種菌劑處理，觀察堆肥整體的溫度趨勢(shì)，有一大一小兩個(gè)起降溫階段，處理1、2、4在堆肥開(kāi)始后的4 d，溫度持續(xù)升高，處理3相對(duì)升溫較慢，在第4 d時(shí)溫度達(dá)到最大，對(duì)比處理1與2可知處理1升溫速度比2快，綜合說(shuō)來(lái)，大華酵素菌升溫效果比EM菌液更好，而未知混料的添加對(duì)堆肥的整體效果平平，雖比對(duì)照的升溫效果好，但是仍比不上大華酵素菌和EM菌液。

圖1 不同處理對(duì)堆肥溫度的影響

圖2為5個(gè)處理在堆肥前兩個(gè)星期的pH值變化，由圖可知，處理1、2、3、4整體的pH值值在前4d都處于快速上升階段，然后趨向于平衡，對(duì)照處理5的pH值上升速度緩慢，可能因?yàn)闆](méi)有加菌劑，因此發(fā)酵相對(duì)于加了菌劑的滾筒要緩慢。但是在第5 d進(jìn)行曝氣時(shí)，堆體溫度驟降，停止曝氣溫度回升，由于園林植物廢棄物原料本身孔隙度較大，散熱較快，因此曝氣或者翻堆次數(shù)不宜太多，5～6 d翻一次較合適。

圖2 不同處理對(duì)堆肥pH值的影響

圖3 不同條件對(duì)滾筒堆肥溫度的影響

圖4為滾筒堆肥三個(gè)處理的pH值變化，因滾筒翻堆次數(shù)較多，pH值波動(dòng)也比較大，處理1和2添加TM發(fā)酵，pH值整體高于不添加TM的處理3，對(duì)比溫度變化圖看來(lái)，添加TM腐熟劑一定程度激活混合菌劑的活躍性，促進(jìn)了堆肥的發(fā)酵過(guò)程。處理1后期采取滾筒加熱的方式促進(jìn)發(fā)酵腐熟，最后的pH值相對(duì)處理2處理3下降較快，而且腐熟料的pH值在3個(gè)處理中達(dá)到最低，更利于有機(jī)肥的形成。

圖4 不同條件對(duì)滾筒堆肥pH值的影響

圖5為滾筒堆肥含水率的變化，前一個(gè)星期是高溫發(fā)酵階段，含水率下降速度較快，之后的發(fā)酵溫度基本處在50～40℃左右，因此含水率相對(duì)于前期較慢。處理1在后期加溫階段含水率下降較快。

圖5 不同條件對(duì)滾筒堆肥含水率的影響

3.2 TM及多條件控制對(duì)滾筒堆肥的影響

由圖3可知，處理2不僅升溫比處理3快，而且溫度也比處理3高，可見(jiàn)TM腐熟劑對(duì)于激活堆肥中微生物確實(shí)有一定的作用，但同時(shí)保溫效果沒(méi)有不加TM的處理好，有利有弊。滾筒1采用加熱以及曝氣等附加處理，令微生物活躍度大大高于不加熱曝氣的其它對(duì)照，

3.3 園林植物廢棄物大垛堆肥溫度含水率及pH值的變化

由圖6可知，大垛堆體升溫非?？?，前4 d即可達(dá)到70℃高溫，但因太高溫度不利于微生物發(fā)酵，所以該高溫階段勤翻堆，并且多灑水，保證含水率，從而令溫度保持在60℃以上長(zhǎng)達(dá)12 d。不同于小堆體和滾筒發(fā)酵，大垛堆肥降溫非常緩慢，而且翻堆以后用三色油布覆蓋能一定程度保證堆體內(nèi)外溫度的均衡，55℃以上的堆肥溫度持續(xù)了20 d左右，充分殺害病蟲(chóng)害及蟲(chóng)卵。

圖6 大垛堆肥的溫度變化

由圖7可知條剁自然堆肥的含水率是整體呈下降趨勢(shì)的，在前兩個(gè)星期中，為了延長(zhǎng)高溫期的持續(xù)時(shí)間，通過(guò)灑水保持含水率在50%以上，不再進(jìn)行水分補(bǔ)充后，堆體含水率降低速率大大增加，在一個(gè)月以后基本達(dá)到平衡，含水率保持在35%左右。

圖7 大垛堆肥含水率的變化

由圖8可知，前期堆體迅速升溫，高溫階段pH值都處于9.0以上，溫度降下來(lái)以后微生物群落更加活躍，微生物活動(dòng)會(huì)產(chǎn)酸，因此pH值開(kāi)始迅速下降，在25 d后降至最低，雖然之后仍有波動(dòng)，但基本趨于平衡。

圖8 大垛堆肥pH值的變化

3.4 發(fā)芽率檢測(cè)

大堆發(fā)酵15d以后，對(duì)照的種子發(fā)芽率為40%，發(fā)酵料浸提液發(fā)芽率為60%。大堆發(fā)酵30d以后，種子在25℃暗處培養(yǎng)48 h，對(duì)照的種子發(fā)芽率為60%，發(fā)酵料浸提液發(fā)芽率為90%。與15 d的種子發(fā)芽情況對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，堆肥30 d的種子發(fā)芽根長(zhǎng)都達(dá)到了3 cm以上，而堆肥15 d的種子發(fā)芽根長(zhǎng)普遍為1～2 cm，可見(jiàn)30 d堆肥原料已完全腐熟，可用于栽培基質(zhì)或者土壤改良劑等方面。

4 結(jié)語(yǔ)

因園林植物廢棄物原料木質(zhì)素及纖維素含量較高，木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以分解，所以園林植物廢棄物堆肥一直存在周期長(zhǎng)，腐熟不完全的問(wèn)題。本研究從基礎(chǔ)上得到了好氧堆肥中溫度、pH值和含水率的變化過(guò)程，為加速堆肥及保護(hù)堆肥產(chǎn)品養(yǎng)分方面有一定的作用。工藝參數(shù)得到好的控制，堆肥才能有效有序進(jìn)行，對(duì)比發(fā)酵后發(fā)現(xiàn)，微生物對(duì)堆肥有一定的促進(jìn)作用，但不同的原料應(yīng)選用合適的發(fā)酵菌劑，研究能針對(duì)性地降解園林植物廢棄物的復(fù)合型菌劑很有必要。

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