王　鵬　王　璐　吳傳鑫

（德州市環(huán)境保護科學研究所有限公司山東德州253000）

固體廢棄物堆肥技術研究

王鵬王璐吳傳鑫

（德州市環(huán)境保護科學研究所有限公司山東德州253000）

堆肥技術是處置固體廢棄物的有效方法，可將一部分固體廢棄物進行有效的利用。本文對幾種常見的固體廢棄物資源化處置技術的特點及存在的問題進行了分析和討論，以及未來的發(fā)展方向。

固體廢棄物；堆肥；技術

1　引言

固體廢棄物的種類繁多，成分復雜，是造成環(huán)境污染的重要影響因素。隨著居民生活水平不斷的提高，固體廢棄物的產(chǎn)量也在不斷增加，而且其危害性也在不斷提高。目前對固體廢棄物進行處理主要方法有投棄海洋、焚燒、填埋和堆肥等。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，堆肥技術是一種有效的處理固體廢棄物的手段。能適合堆肥處理技術的固體廢棄物主要有城市生活垃圾、生活污水污泥、家畜糞便等[1]。堆肥技術是在微生物的作用下，將固體廢棄物中不穩(wěn)定的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的有機質(zhì)，將其中的揮發(fā)性物質(zhì)含量降低，同時降低其臭味。此外，堆肥技術還能夠殺滅廢棄物中含有的一些病原菌、蟲卵等。堆肥是一個復雜的過程，需要控制的因素很多，最為關鍵的因素是保持微生物的正常繁衍，使其能夠進行穩(wěn)定的生長和代謝，此外還需控制pH、溫度、濕度等。

2　堆肥的影響因素

2.1原料

原料是堆肥處置過程中的主要部分，能作為堆肥技術原料的固體廢棄物主要有生活污水處理廠污泥、城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢物、畜禽糞便、餐廚垃圾等。不同的原料組成對堆肥的效果有著不同的影響。研究表明，生活污水廠污泥同甜高粱型農(nóng)業(yè)廢物進行混合堆肥，該組合產(chǎn)生的肥料質(zhì)量最佳[2]。

2.2水分

不同的原料組成和堆體系統(tǒng)，所需的水分不同。例如采用條垛系統(tǒng)和反應器系統(tǒng)，堆肥過程中水分不易大于65%；而對于強制通風靜態(tài)堆垛其水分不宜大于60%，但水分也不能太低，一般情況下不宜低于40%，否則會抑制微生物的生長；水分太高的缺點是會堵塞堆料的空隙，進而變成厭氧發(fā)酵。

2.3氧含量

氧含量是進行堆肥的主要影響因素，研究表明在堆體中空氣氧的體積比例保持在5%～15%最佳，低于5%將會變成厭氧發(fā)酵，影響肥效；而高于15%會使堆體中大量的病原菌存活。

2.4碳氮比

堆體中碳和氮的比例是堆肥過程變化的顯著特征。在堆肥過程中，碳源會轉(zhuǎn)化為CO2和一些腐殖質(zhì)；堆體中的含氮物質(zhì)會以氨氣的形式逸散或者轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}等，或者被生物吸收。一般情況下，堆肥中C/N比保持在20:1到30:1為最佳。其過高或者過低都會影響堆肥的效果[3]。

2.5溫度

堆肥過程中最佳的溫度范圍為45℃～65℃；溫度大于65℃時就會抑制堆體中微生物的生長。堆肥是一個進行放熱的過程，如不妥善進行控制溫度將會增加到75℃～80℃，大量的有機物將會被消耗，進而降低了堆肥的質(zhì)量。

3　堆肥技術的種類及特點

堆肥技術是一項古老傳統(tǒng)的固體廢棄物處理技術，來源于人類對其和畜禽糞便的處置。堆肥主要是利用微生物對有機物的降解，以使有機物轉(zhuǎn)化為無機物，此過程中微生物自身也得到增殖。在這個過程的同時微生物的新陳代謝活動，將一部分有機物同化，另一部分有機物被轉(zhuǎn)化為無機物，釋放出能量。微生物在此過程中進行了物理、化學和生物等轉(zhuǎn)化。逐漸穩(wěn)固，并形成腐殖酸，而后形成最終產(chǎn)品-肥料[3]。

按照堆肥過程中含有氧氣的多少可分為好氧堆肥、厭氧堆肥和兼性堆肥三類。而根據(jù)堆肥技術的復雜程度，可分為條垛式堆肥系統(tǒng)、靜態(tài)強制通風垛式堆肥系統(tǒng)和發(fā)酵倉式系統(tǒng)。

3.1厭氧、好氧堆肥技術

3.1.1厭氧堆肥技術

厭氧堆肥技術是利用微生物在厭氧或缺氧條件下對有機固體廢棄物進行分解的過程，堆肥過程中有機物不能夠完全被分解，而且還伴隨著惡臭氣體的溢出。

厭氧堆肥技術的原理：有機固體廢棄物在厭氧條件下，利用微生物的分解作用將有機物分解的過程。這個過程是有機固體廢棄物無害化資源化的過程。分解過程中主要的產(chǎn)物為甲烷和二氧化碳，甲烷是一種可利用的能源，二氧化碳是相對污染較低的物質(zhì)。這個能源轉(zhuǎn)化的過程中，大部分的能源轉(zhuǎn)化到甲烷中，而只有一小部分轉(zhuǎn)移到二氧化碳中。由于厭氧發(fā)酵過程中物質(zhì)的代謝、轉(zhuǎn)化以及生物群落之間的作用相當復雜，對其有機物轉(zhuǎn)化的過程說法不一，主要有兩階段理論、三階段理論和四階段理論[4]。

厭氧堆肥的優(yōu)點是在反應過程中能耗低，但是其缺點也是相當顯著，就是有機物分解不徹底，還伴有惡臭氣體，因此在實際中應用較少。

3.1.2好氧堆肥技術

好氧堆肥技術是指在有氧條件下利用好氧微生物對有機物進行氧化分解的過程。在該過程中有機物分解徹底，無惡臭氣體產(chǎn)生，而且好氧堆肥化具有發(fā)酵周期短，無害化程度高，衛(wèi)生條件好，易于機械化操作等特點，故國內(nèi)外用垃圾、污泥、人畜糞尿等有機廢物制造堆肥的工廠，絕大多數(shù)都采用好氧堆肥化。好氧堆肥過程中，有機固體廢棄物中可溶性有機物可透過堆體中微生物的細胞壁和細胞膜進入微生物的體內(nèi)被吸收，其中不能被直接吸收的有機固體廢棄物吸附在微生物的體外，然后在微生物產(chǎn)生的胞外酶的作用下繼續(xù)被分解，再被微生物所利用[5]。

好氧堆肥技術是一個復雜的微生物氧化分解過程，可分為三個階段完成堆肥過程。（1）中溫階段：該階段是好氧堆肥的初級階段，堆體中基本保持中溫的狀態(tài)，其中嗜溫型細菌最為活躍，且能夠利用可溶性有機物大量的繁殖。（2）高溫階段：在嗜溫型細菌的作用下，堆體的溫度不斷上升。當堆體的問題上升到45℃時，進入了下一個堆肥階段，即高溫階段。（3）腐熟階段：腐熟階段屬于堆肥的后期，大部分的可溶性有機物已被分解，堆體中只剩下難降解的有機物和一些新形成的腐殖質(zhì)。這個時期微生物的活動頻率較低，發(fā)熱量開始減少，堆體的問題開始降低。

好氧堆肥技術中根據(jù)不同的供氧方式分為強制通風好氧堆肥和自然通風好氧堆肥。強制通風好氧堆肥是需要在外力的作用下，借助空壓機或空氣泵等的作用，是整個堆體保持在好氧的環(huán)境條件下，該方法能夠有效的防止堆體內(nèi)部出現(xiàn)缺氧或厭氧的環(huán)境，確保有機物的充分分解，其缺點是能耗高。自然通風好氧堆肥是利用自然的條件來保證堆體中的氧氣含量，但是該技術會出現(xiàn)堆體內(nèi)部供養(yǎng)不足的現(xiàn)象，使得有機物不能充分分解，影響堆肥效果，但其相比強制通風好氧堆肥能耗較低。

3.2條垛式、通氣靜態(tài)垛式、發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)

3.2.1條垛式堆肥

條躲式堆肥技術被認識距今最為古老的堆肥方式，即將堆肥物料以條垛狀堆置,垛的斷面可以是梯形、不規(guī)則四邊形或三角形。它的填充量巨大，在運行時需要大量的人力和機械裝置來給堆體進行供養(yǎng)[6]。一般條垛的形狀是3m～5m寬,2m～3m高的梯形條垛。而最佳的條垛尺寸需要根據(jù)氣候條件、翻堆的設備以及堆肥原料等一些條件而定。為了保證更好的堆肥效果，和對周圍環(huán)境的保護，一般情況下條垛式堆肥都應堆在瀝青、水泥或者其它堅固的地面上。

優(yōu)點:（1）使用的設備簡單，投資少；（2）水分散失快，堆肥易干燥；（3）填充劑易于篩分和回用；（4）堆腐時間相對較長,產(chǎn)品的穩(wěn)定性好；

缺點：（1）條垛式系統(tǒng)占地面積大；（2）需要翻動堆體進行通氣,耗費大量的翻堆機械及人力；（3）相對于其他堆肥系統(tǒng),條垛式堆肥系統(tǒng)需要更頻繁地監(jiān)測,才能確保足夠的通氣量和溫度；（4）翻堆會造成臭味的散失,污染大氣環(huán)境；（5）條垛式在不利的氣候條件下不能進行操作,受環(huán)境影響較大；（6）為了保證良好的通氣條件,條垛式系統(tǒng)所需的填充劑比例相對較大。

3.2.2通氣靜態(tài)垛式堆肥

相比條垛式堆肥系統(tǒng)，通氣靜態(tài)垛式堆肥系統(tǒng)能夠有效的保證溫度。在堆肥過程中不需要物料的翻堆，是利用鼓風設備以及通氣管路來保證堆體中的氧含量[7]。堆肥時在管路上鋪設一層木屑或者其他物料，確保氣體可以均勻的輸送到堆體中，然后在填充物上堆放肥料進行堆肥。為了最大限度的減少對周圍環(huán)境的影響，一般堆肥應設在瀝青或水泥地面上進行,以防止?jié)B濾液對土壤的污染或?qū)Φ孛娴母g。

優(yōu)點：（1）投資相對較低；（2）溫度能夠得到更好的控制，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，堆肥時間較短；（3）占地面積小。

缺點：受氣候條件影響大，例如在雨天會破壞堆體的結構；而相對條垛式堆肥冬季所受影響較小。

3.2.3發(fā)酵倉堆肥

發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)是一種自動化、機械化很高的堆肥方式。該堆肥技術是在部分或者全封閉的容器中，在一定的空氣和水分條件下使物料進行生物降解和轉(zhuǎn)化的堆肥技術。根據(jù)容器中物料流向的不同，可分為水平流向反應器和豎直流向反應器。在堆肥的整個周期中，堆肥的原料調(diào)理劑和膨脹劑，初始含水量和碳氮比，通氣狀況和溫度均需要進行嚴格的控制，只有在最佳的工藝條件下才能最終達到提高發(fā)酵效率，這樣才能保證堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量[8]。

優(yōu)點：（1）占地面積??；（2）堆肥條件易控制；（3）堆肥過程不受外界氣候的影響；堆肥過程中能夠?qū)U氣進行收集，減少了對環(huán)境的二次污染；（4）發(fā)酵倉中的余熱能夠進行回收利用；

缺點：（1）設備要求高，投資大；（2）堆肥周期短，產(chǎn)品具有潛在的不穩(wěn)定性；（3）依賴機械化設備的程度高，設備一旦出問題，直接影響堆肥的效果。

4　結語

堆肥技術是固體廢棄物無害化、資源化利用的重要措施。大量的實踐表明有機質(zhì)能夠從根本上改變土壤的性質(zhì)，能夠為農(nóng)作物的生長提供必要的N、P、K等元素，有效的調(diào)節(jié)植物的生長。但是我國目前的堆肥質(zhì)量不高，堆肥中有大量的玻璃、砂石等雜質(zhì)，直接影響堆肥的效果。因此應加大力度改善前期的垃圾收集、分類等設施和技術。同時不斷的發(fā)展新型的堆肥技術，提高堆肥的利用效率。

[1]李影,焦素芝.怎樣用酵素菌制秸稈堆肥[J].新農(nóng)業(yè),2003,(3):1.

[2]黃得揚,陸文靜,王洪濤.有機固體廢物堆肥化處理的微生物學機理研究[J].環(huán)境污染治理技術與設備,2004,5(1):12-18.

[3]梁麗,趙秀蘭.污水廠污泥堆肥前后養(yǎng)分及重金屬的變化[J].環(huán)境科學與管理,2006,31(31):63-65.

[4]張榮成,李秀金.作物秸稈能源轉(zhuǎn)化技術研究進展[J].現(xiàn)代化工, 2005,25(6):14-17.

[5]Naina N T.Evaluation of animal waste composting[J].Biological Wastes,2006,26(2):89-93.

[6]Haug T.The practical handbood of composting engineering[M]．NewYork：CRCPress Inc,2004:91-135．

[7]曾光明,黃國和,袁興中,等.堆肥環(huán)境生物與控制[M].北京:科學出版社,2006.

[8]李健,張崢嶸,黃少斌,等.固體廢物堆肥化研究進展[J].廣東化工, 2008,1(35):93-96.

王鵬（1987—），男，山東青州人，本科學歷，主要從事環(huán)境影響評價工作。