趙秋利

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西西安 712100）

引言

蘑菇渣是食用菌廢料，食用菌廢料又被稱(chēng)作菌糠、下腳料，是栽培食用菌后的培養(yǎng)料。農(nóng)業(yè)廢棄物中含有豐富蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮物質(zhì)，食用菌菌渣（糠）中的粗蛋白含量為5.8%～15.4%。此外，為了堆肥過(guò)程中發(fā)酵反應(yīng)能順利進(jìn)行，也會(huì)添加一些無(wú)機(jī)氮來(lái)調(diào)節(jié)堆體的碳氮比(C/N)，包括尿素、硫酸銨等化學(xué)氮肥，這都會(huì)成為堆肥中的氮素來(lái)源。食用菌工廠化每天都會(huì)產(chǎn)生大量出過(guò)菇的菌糠，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)日產(chǎn)10噸鮮菇的工廠，一天要產(chǎn)生20噸（含水量55%）左右的廢料。這些廢料如果處理得當(dāng)，不但能避免環(huán)境污染，也能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。城市污水廠污泥是指城市生活污水、工業(yè)廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物，是由多種微生物形成的菌膠團(tuán)與其吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的集合體。污水廠污泥數(shù)量占處理水量的0.3%～0.5%左右 (以含水率97%計(jì))。污泥中主要含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)元素，但又含有害物質(zhì)：如多種重金屬、病原微生物和寄生蟲(chóng)卵、有機(jī)污染物等。隨著城市污水處理設(shè)施的增多和處理量的增加，污泥的產(chǎn)生量將會(huì)大幅度的增長(zhǎng)，如何有效處置與利用污泥已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中迫切需要解決的問(wèn)題。污泥和蘑菇渣類(lèi)食用菌廢棄物高溫好氧堆肥是將二者有效資源化利用途徑之一。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過(guò)測(cè)定堆肥試驗(yàn)材料的含水量、總有機(jī)質(zhì)、總碳、總氮及碳氮比，在堆肥過(guò)程中，采集具有代表性的樣品、試驗(yàn)分析測(cè)定蘑菇渣等與污泥堆肥過(guò)程中氮素形態(tài)及含量變化，尋求最佳的養(yǎng)分保留配比。

2 材料和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)材料

堆肥實(shí)驗(yàn)于2016年3月～2016年7月在校內(nèi)環(huán)境工程試驗(yàn)室進(jìn)行，堆肥周期為120天。本試驗(yàn)污泥取自城區(qū)內(nèi)污水處理廠脫水污泥，蘑菇渣取自郊區(qū)大寨村，鮮蘑菇渣含水率約為20.31%，有機(jī)碳和總氮含量分別為388.61g·kg-1和7.42g·kg-1，pH約為7.90，蘑菇渣經(jīng)晾曬備用。本研究小組對(duì)污水處理廠污泥中營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了為期9個(gè)月 (2015年7月～2016年3月)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，其結(jié)果表明：含水率為75%～83%，有機(jī)碳和凱氏氮的含量分別為 350.15～535.30g·kg-1 和 21.05～36.72g·kg-1，pH 約為7.5，污泥呈中性或微堿性。

2.2 堆肥試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)中污泥與蘑菇渣均勻混合，使其初始含水量在65%左右。采用垛堆結(jié)構(gòu)，堆肥初期，每3天翻堆一次，中期每7天翻堆一次，后期14天翻堆一次。

試驗(yàn)裝置風(fēng)量為0.06m·3min，滿(mǎn)足堆肥過(guò)程中氧氣量、降低含水率、降溫的要求。堆肥過(guò)程中分別于第0、3、7、14、21、35、49、63、84、120d取樣并混合均勻分析，根據(jù)每次取樣所測(cè)的含水率、堆體高度及堆料容重，布水調(diào)節(jié)堆體的水分，使其含水率在第Ⅰ階段保持在60%士3%,第II階段保持在40%士2%左右。在堆肥期間于每天的固定時(shí)間記錄周?chē)h(huán)境和堆體溫度。

2.3 試驗(yàn)方法

堆肥溫度用水銀溫度計(jì)測(cè)定；鮮樣含水率105℃烘干用稱(chēng)重法。具體堆肥分析指標(biāo)及方法見(jiàn)表1。

表1 堆肥分析指標(biāo)及方法

3 研究的技術(shù)路線

前期實(shí)驗(yàn)原材料取樣及分析測(cè)定。每個(gè)堆肥實(shí)驗(yàn)前，蘑菇渣隨機(jī)多次取樣，污泥取污水處理廠正常運(yùn)行排放脫水污泥；實(shí)驗(yàn)前嚴(yán)格分析原材料含水量、總有機(jī)質(zhì)、總碳、總氮及碳氮比等指標(biāo)，做好堆體攪拌堆肥前的原材料的分析測(cè)定數(shù)據(jù)處理，結(jié)合堆肥工藝參數(shù)要求設(shè)計(jì)原料配比。堆肥過(guò)程中的翻堆及采樣。一方面嚴(yán)格按國(guó)標(biāo)進(jìn)行采樣及樣品處理，另一方面利用增加采樣次數(shù)提高準(zhǔn)確度。本實(shí)驗(yàn)研究的技術(shù)路線如下圖所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)路線

4 好氧堆肥過(guò)程影響因素分析

污泥和蘑菇渣好氧堆肥過(guò)程是充分利用污泥中的好氧微生物菌群的作用，營(yíng)養(yǎng)、水分、空氣、溫度和pH等因素都是能夠影響這些微生物菌群活性的因素，是決定其堆肥質(zhì)量的因素。污泥中含有一定量的水分和有機(jī)、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，影響污泥和蘑菇渣堆肥化的主要因素有：碳氮比、空氣的供應(yīng)、溫度、pH、含水率等。

4.1 碳氮比(C/N)

在微生物分解所需的各種元素中，碳和氮是最重要的兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)元素。碳是微生物所需能量的來(lái)源，氮是主要影響微生物種群的增長(zhǎng)速度。堆肥原料碳氮比高，碳素含量多，氮素養(yǎng)料相對(duì)缺乏，微生物的生長(zhǎng)繁殖就受到限制，降低堆肥有機(jī)物的分解速度，發(fā)酵過(guò)程就長(zhǎng)，當(dāng)這種堆肥施用后，將奪取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饑餓”狀態(tài)，影響植物生長(zhǎng)。但是堆體碳氮比過(guò)低，特別是低于20:1，碳素少，氮素養(yǎng)料相對(duì)較多，則氮素會(huì)以NH3的形式揮發(fā)而流失，導(dǎo)致大量的氮損失，進(jìn)而降低堆肥的肥效。微生物所需 C/N 大致為 5～10：1，而污泥 C/N 值為 6～12：1，不能滿(mǎn)足發(fā)酵需要，需添加秸稈、菌糠等C/N高的輔料，一般而言，好氧堆肥過(guò)程中，堆體的碳氮比應(yīng)滿(mǎn)足微生物生長(zhǎng)平衡狀態(tài)所需的最佳值 25～35：1。

4.2 空氣的供應(yīng)

污泥和蘑菇渣好氧堆肥過(guò)程中氧的供應(yīng)量限制發(fā)酵速率的主要因素。堆肥物料中有機(jī)物含量決定堆肥需氧量，堆肥物料中的有機(jī)碳越多，需要的氧量越多。堆肥初期3～7d，堆體通氣的主要目的是提供足夠氧氣量，快速提高堆體溫度。當(dāng)堆肥溫度升到最高值后，供氣的目的主要是控制堆體溫度。因此堆肥工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是設(shè)計(jì)好供氧方式。一般主要兩種方法來(lái)保證氧的供應(yīng)。一是通過(guò)定期攪動(dòng)，維持堆肥物料間的孔隙，使堆體維持一定的透氣性，保證堆體有足夠的氧量。二是強(qiáng)制通入空氣，利用鼓風(fēng)或者增加翻動(dòng)堆頻率的方式保證足夠的氧氣量。堆肥過(guò)程中合適的氧氣濃度一般為18%。氧氣供應(yīng)量不足，如果低于18%，堆肥微生物生命活動(dòng)將受到限制，會(huì)形成局部厭氧狀態(tài)而產(chǎn)生惡臭，也會(huì)延長(zhǎng)堆肥化過(guò)程。相反，如果供氧量過(guò)多，會(huì)因增大排氣量而降低堆體的溫度，發(fā)酵過(guò)程不夠徹底。綜合大多數(shù)研究結(jié)果，普遍認(rèn)為發(fā)酵溫度在 55℃時(shí)，氧氣濃度以 5%～15%為宜，而強(qiáng)制通風(fēng)量應(yīng)控制在 1.5～2.0m3/min·t(干泥)左右。

4.3 溫度控制

對(duì)污泥和蘑菇渣好氧堆肥過(guò)程而言，溫度是反應(yīng)堆肥化效果的綜合指標(biāo)。溫度即影響微生物分解有機(jī)物的速度，還要維持較高溫度殺滅污泥中的病原菌等。堆肥初期，經(jīng)過(guò)中溫菌1～3天的作用，堆體溫度便能達(dá)到高溫菌的理想溫度50～65℃，維持這樣的高溫，一般只要5～6天即可達(dá)到堆肥無(wú)害化要求。如果堆體溫度大于70℃，則會(huì)抑制微生物分解有機(jī)物的速率，導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品質(zhì)量降低；如果堆體溫度過(guò)低，將大幅度延長(zhǎng)腐熟時(shí)間。一般認(rèn)為堆肥化的最佳溫度范圍為55℃～65℃時(shí)，堆肥化綜合效果最好。

4.4 pH

堆肥過(guò)程中，pH值也是微生物的生長(zhǎng)的重要影響因素之一。一般微生物最適宜的PH值是中性或弱堿性。由于在中性或微堿性條件下，好氧堆肥微生物生長(zhǎng)最適宜，所以污泥堆肥化的pH應(yīng)控制在6～9的范圍內(nèi)進(jìn)行，且最佳pH在8.0左右。在堆肥過(guò)程中，好氧微生物能自動(dòng)調(diào)節(jié)堆體的pH值。堆體pH值在7.0以上時(shí)，氮以氨的形式揮發(fā)，造成氮的損失。

4.5 含水率

污泥好氧發(fā)酵不可缺少的物質(zhì)就是水，而當(dāng)堆體水分過(guò)多會(huì)時(shí)，若含水率超過(guò)60%，水分就會(huì)擠走空氣，致使堆體氧氣含量降低，降低堆肥發(fā)酵速度，堆肥就會(huì)朝厭氧方向發(fā)展，導(dǎo)致產(chǎn)生臭氣。反之當(dāng)含水率太低(＜30%)時(shí)會(huì)影響生物的活性，更低微生物將停止活動(dòng)，使分解速度減慢。因此，堆肥原料的最佳含水率通常是在50%～60%左右，污水處理廠脫水后的污泥含水率一般為75%～80%，須通過(guò)添加輔料來(lái)降低含水率。

結(jié)語(yǔ)

污泥與與蘑菇渣等調(diào)理劑耗氧堆肥過(guò)程中控制好堆肥質(zhì)量的影響參數(shù)，可以有效的提高堆肥效果。污泥堆肥技術(shù)在縮短堆肥周期、降低能耗，提高堆肥質(zhì)量等方面都有一定的進(jìn)步，如通過(guò)加入微生物菌劑加快發(fā)酵過(guò)程，提高堆肥效率等方面應(yīng)用已較為廣泛。目前，我國(guó)應(yīng)逐步健全污泥堆肥產(chǎn)品質(zhì)量、污泥堆肥工藝等方面標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，嚴(yán)格控制好污泥堆肥產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，加快推動(dòng)污泥堆肥產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。