5种好氧发酵调理剂对污泥发酵效果的影响

　　污泥堆肥化技术是 20 世纪 60 年代后期迅速发展起来的一项生物技术。它通过借助各种微生物在特定的环境中对有机物进行分解，将污泥改良成稳定的腐殖质，用于改良土壤或肥田，在实际应用中可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，经济、实用、不需要外加能源，因此，该技术成为世界环保领域的研究热点。

　　好氧发酵是在有氧的条件下，借助好氧微生物进行高温发酵，具有处理时间短、无害化比较彻底等特点。

　　在高温好氧堆肥工艺中，堆料通常不能满足堆肥过程所需的理化条件，尤其是污泥又具有细腻、粘稠等不良特性，需要添加调理剂来调节物料的松散性、w(C)/w(N)比、含水率、堆肥养分等，以保证堆肥的快速高效进行。因此，选择一种或几种来源广泛、价格低廉、调节效果较好的调理剂，是促进污泥好氧发酵的有效途径。

　　本研究以城市生活污泥为原材料，分别添加不同性质的 5 种调理剂，进行好氧发酵，以检测其对发酵效果的影响，从而选择出适用于天津地区的好氧发酵调理剂。

　　1 材料和方法

　　1.1 试验材料

　　好氧发酵试验在北方园林研究所的有机肥试验厂内进行，EM 菌剂购于北京 EM 生物菌剂有限公司，调理剂均来源于天津郊县各有关单位；城市污泥取自天津市纪庄子污水处理厂的消化污泥，污泥的理化性质见表1。

　　1.2试验方法及测定指标

　　本试验设 6 个处理，不设重复，调理剂分别为：调理剂1、调理剂 2、调理剂 3、调理剂 4、调理剂 5 和对照。

　　将污泥与调理剂按照 7∶3（干质量比）比例混合，添加 EM 复合菌剂，搅拌均匀，取 1 m3混合物料装入水泥发酵槽。发酵物料中心预埋温度感应探头，每天早中晚分别采集不同处理的温度数据，同时记录发酵室内外环境温度；发酵物料通风采用鼓风机方式，每隔 3 h 通风 1 h；定期翻倒，翻倒时在发酵堆体内多点均匀取样，取样质量为 500g，检测水分、有机质和 pH 值等指标，测定方法按照农业部行业标准 NY 525-2002 执行。

　　1.3 试验装置

　　北方园林研究所自建的好氧发酵水泥槽，其规格为：1.2 m×1.0 m×1.0 m，发酵槽一侧开门，槽底装有通风装置，采用鼓风机和数控装置定时对槽内堆体进行通风。

　　

　　2 结果与分析

　　2.1不同的调理剂对发酵温度的影响

　　堆体温度变化是评价好氧发酵过程的重要评价指标之一，能够快速达到高温并维持一定时间是好氧发酵得以顺利进行的重要因素。

　　一般来说，发酵过程中维持 55 ℃以上高温 5 d 以上，就能杀灭蛔虫卵和致病菌，达到国家卫生标准。

　　在整个发酵过程中，1～4 处理组发酵温度高于 55 ℃以上的天数均超过 5 d（表 2），分别为调理剂 1(10 d)>调理剂 3(9 d)>调理剂 2、调理剂 4（5 d），且最高温度均超过 60 ℃，满足好氧发酵对温度的要求；调理剂 5 与对照处理组的发酵温度超过 55 ℃的天数只有 3 天，最高温度只分别为55.7 ℃、55.9 ℃，由于温度低，高温时间短，堆肥既不能充分腐熟，又达不到国家卫生标准，这充分说明污泥发酵添加调理剂的重要性。

　　图1 中可以看出，调理剂 1 处理组的升温速度明显快于其他处理组，第3 天温度升至 55.3 ℃，第 5 天达到最高温度 64.7 ℃；其他处理组升温缓慢，在第一次翻倒后，温度下降，随后温度快速上升，明显高于翻倒前温度。从整个曲线图来看，每次翻倒，都会使升温速率明显加快，因为翻倒能够改善堆体中微生物群周围的分解底物和通气状况，使微生物活动更加旺盛，导致温度升高。故在发酵的过程中，要定期进行翻倒，加快腐熟速率，缩短发酵时间。

　　整体来看，调理剂 5 在发酵过程中对温度无促进作用，与对照比无明显差异。调理剂 1～4 处理组均起到了促进温度升高的作用，在最高温度、55 ℃ 以上高温天数等方面均显著高于对照，其中，以调理剂 1 最为显著。

　　

　　2.2好氧发酵过程中含水率变化趋势

　　保持适宜的水分含量是好氧发酵的关键技术，有利于有机物的分解和微生物的生长和繁殖，并在蒸发时带走热量，起到调节堆体温度的作用。大量研究结果表明，好氧发酵时含水率以 50%～60%为最佳。

　　本试验混合物料装槽时平均含水率为66.38%，这样的含水率对发酵是不利的。发酵前期，含水率迅速下降，到发酵盛期 1～4 处理组的含水率基本降到适宜水平，第 4 次测量时，含水率平均下降15.02 个百分点，调理剂 1 处理组下降最快，为19.43%，与对照比具有显著差异；发酵后期，调理剂 5 组含水率下降最为缓慢，到最后取样其含水率为最高，达到49% ；其次为对照组48.4%；其他处理组：调理剂 4（47.38%）> 调理剂3（47.24%）>调理剂 2 (45.96%)>调理剂 1(45.62%)。

　　调理剂 5 在发酵后期表现出了较好的保水能力。

　　整体看来，含水率降低最多的为调理剂 1，降低32.73 个百分点，与对照差异最为显著。

　　好氧发酵过程中由于高温和通气作用，伴随着热量和气体的排放，水分也大量损失，为了使发酵后期含水量保持在适宜的范围，可以添加适当配比的调理剂 5 来保持堆体的水分含量。

　　

　　2.3好氧发酵过程中有机质含量变化

　　在氧气充足的条件下，微生物通过自身的活动，把一部分有机质氧化成简单的无机物，放出生物生长活动所需要的能量。随着发酵过程的进行，总有机质含量必然会减少，而有机质含量与全氮含量成正比关系，有机质含量的变化在一定程度上能够反应出堆体全氮含量的变化。

　　由图 3 可以看出，在好氧发酵过程中，有机质的含量随着发酵过程的继续呈逐渐下降趋势，前15 d左右下降快，以后变慢，其中 1～4 处理发酵到1 个月后，有机质含量有所回升；而到发酵后期，对照组与调理剂5 的有机质的含量仅为20.43%和 19.77%，比 1～4 处理组平均值 28.8%分别减少8.9 个百分点和 9.0 个百分点。1～4 处理组间无明显差异，差值小于±0.5%；降解率最高为时照 43.78%，其次为调理剂 5 组 41.08%，而 1～4 处理组有机质最后降解率平均值为 16.78%，与对照具有显著差异，处理间差异不显著。由此可以看出，添加调理剂 1、调理剂 2、调理剂 3、调理剂 4四种富含有机物的调理剂，在发酵过程中能起到缓解有机质作用从而达到保氮的效果，其中以调理剂 4 效果最显著。

　　

　　2.4 不同调理剂对 pH 值变化的影响许多研究学者提出，pH 值可以作为评价好氧发酵腐熟度的一个指标。

　　适宜的 pH 值可使微生物有效地发挥其作用，而过高或过低的 pH 值都会对好氧发酵的速率产生影响，一般认为，pH值呈中性或弱碱性时，最适宜微生物的生长和繁殖，可获得最大好氧发酵速率。

　　从图 4 可以看出，发酵前期各处理组的 pH 值总体变化均呈上升趋势，以后缓慢下降至稳定范围，不同处理间变化幅度较小。

　　发酵开始时，pH 值为弱酸性到中性，第 2 次调查时（10 d），各处理组的 pH 值均升至最高值，其中调理剂2 处理组最高，达到 7.84，其余处理组均在 7.2～7.4 之间，差异不明显。第 3 次取样之后，各处理均呈现缓慢下降的趋势，发酵结束后，pH 值降至 7.1 左右。

　　发酵初期，各处理组堆体温度升高，加快了微生物的生长和繁殖，含氮有机质剧烈分解，产生大量氨态氮，同时一部分有机酸氧化分解和挥发而使 pH 值升高较快；随着发酵过程的继续，氨释放量减少，同时有机物分解产生的有机酸又起中和作用，使pH 值逐渐减小；发酵后期，有机物的分解趋近完全，在好氧发酵结束时，各处理组的 pH值在 7.1 左右，达到好氧发酵呈中性或弱碱性的标准。由图 4 可以看出，在整个发酵过程中，调理剂 2 组的 pH 值曲线变化幅度最大，证明发酵过程中堆体的反应最为剧烈，有利于有机质的快速分解，从而加快好氧发酵的进程。

　

　　3 结 论

　　（1）试验结果表明：添加 1～4 四种调理剂，明显地促进了温度的升高，并具有较好的保氮效果，其有机肥质量均达到国家颁布的行业标准。这充分表明，在污泥发酵中，添加适宜调理剂是非常重要的，具有不可替代的作用。

　　（2）调理剂 1 处理组升温速率最快，比对照提前 7 d 升至 55 ℃，与对照及其它处理比较具有显著差异，55 ℃以上温度达到 10 d，水分含量、有机质含量、pH 值等均保持在好氧发酵的最适宜范围内，优于其他处理，为优选调理剂；调理剂 3 处理组维持 55 ℃以上温度 9 d，最高温度高于对照4.8 ℃，是较好的调理剂；调理剂 4 和调理剂 2 处理组维持55 ℃以上温度 5 d，达到国家卫生标准。

　　（3）试验过程中，调理剂 5 在发酵后期表现出了较好的水分保持能力，好氧发酵时可以按照适当的配比添加，保持堆体的含水率，使发酵中后期仍能够满足微生物对水分的要求，加快发酵速率。