鄭 葦，陳子璇，高 波，馬換梅，李 波

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074）

0 引言

有機(jī)垃圾堆肥處理技術(shù)因其減量化效果明顯、資源化利用率高，已被大量應(yīng)用到實(shí)際工程中，如北京阿蘇衛(wèi)、上海青浦和湖北黃家灣等工程項(xiàng)目。以往未實(shí)行生活垃圾分類(lèi)，堆肥中物料雜質(zhì)多、品質(zhì)差，廠區(qū)內(nèi)的臭氣難以控制，缺乏相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品銷(xiāo)售困難，使得堆肥的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益很低。隨著我國(guó)生活垃圾分類(lèi)政策的施行，堆肥原料質(zhì)量有了明顯提高，將生活垃圾分類(lèi)后的有機(jī)組分進(jìn)行脫水后干化、再堆肥處理成為一種重要的處理手段。垃圾中有機(jī)物料堆肥工程也再度興起。然而，堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的大量微生物氣溶膠也危害著從業(yè)人員的健康。通過(guò)對(duì)有機(jī)廢物堆肥過(guò)程中生物氣溶膠的產(chǎn)生特征進(jìn)行調(diào)研，并分析了堆肥物料種類(lèi)、操作過(guò)程、以及氣候和溫度變化對(duì)生物氣溶膠產(chǎn)生的影響，總結(jié)了堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的生物氣溶膠種類(lèi)及其遷移特性，為有機(jī)廢物好氧堆肥過(guò)程中生物氣溶膠污染控制提供了數(shù)據(jù)參考。

1 生物氣溶膠的來(lái)源與危害

好氧堆肥可有效減少有機(jī)廢物的體積，在好氧狀態(tài)下通過(guò)細(xì)菌和真菌將有機(jī)物分解成更簡(jiǎn)單的物質(zhì)，是環(huán)境中微生物氣溶膠的重要來(lái)源。氣溶膠是空氣中的一種顆粒物，如花粉、真菌、細(xì)菌、病毒、昆蟲(chóng)殘?bào)w、皮膚鱗屑、哺乳動(dòng)物毛發(fā)和生物的產(chǎn)物及殘余物等，其中可能含有致病性或非致病性微生物，包括病毒、細(xì)菌和真菌及毒素、內(nèi)毒素和肽聚糖。這些暴露于空氣中的小顆粒被人類(lèi)吸入或攝入后，常引起一些呼吸系統(tǒng)疾?。ㄈ绫茄住⑾?、支氣管炎和鼻竇炎）和其他疾病（如曲霉病、胃腸道紊亂、疲勞、虛弱和頭痛等）。不同粒徑的生物氣溶膠可到達(dá)人體呼吸系統(tǒng)的不同部位，詳見(jiàn)表1。

表1 生物氣溶膠到達(dá)人體呼吸系統(tǒng)的位置情況

由表1 可知，氣溶膠顆粒粒徑越小，到達(dá)人體呼吸系統(tǒng)位置越深，對(duì)人體危害越大。因此，從事固體廢物管理行業(yè)的操作工人面臨著潛在的職業(yè)危害。

2 影響堆肥廠生物氣溶膠產(chǎn)生因素

2.1 堆肥物料種類(lèi)

有研究發(fā)現(xiàn)，混合垃圾堆肥比高度分選后的垃圾堆肥所產(chǎn)生的生物氣溶膠濃度更高。WOUTERS I M 等[1]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)家庭有機(jī)生活垃圾混合堆肥比園林垃圾單獨(dú)堆肥的生物氣溶膠釋放量大。PANKHURST L J 等[2]研究也發(fā)現(xiàn)含有園林垃圾的堆肥廠生物氣溶膠濃度較高。

不同堆肥物料所產(chǎn)生的氣溶膠主要物種種類(lèi)有所差異，堆肥產(chǎn)生的氣溶膠中細(xì)菌以放線(xiàn)菌和芽孢桿菌為主，真菌以曲酶、青霉和枝孢霉為主。具體不同，詳見(jiàn)表2。

表2 不同堆肥物料產(chǎn)生的生物氣溶膠主要物種類(lèi)型

2.2 堆肥操作過(guò)程

堆肥工藝的操作工段包括：破碎、篩分、翻垛、堆肥等，不同的堆肥操作工段釋放出的微生物氣溶膠濃度和種類(lèi)不一樣。研究表明，擾動(dòng)和翻垛對(duì)堆肥過(guò)程中氣溶膠的釋放有很大影響。FISCHER G 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，翻垛時(shí)檢測(cè)出生物氣溶膠的濃度最高；HRYHORCZUK D 等[9]也發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)堆肥所產(chǎn)生的微生物氣溶膠濃度高于靜態(tài)堆肥；有研究表明，新鮮垃圾破碎操作時(shí)生物氣溶膠濃度比背景值高出2 個(gè)數(shù)量級(jí)，熟堆肥過(guò)篩操作時(shí)氣溶膠中曲霉?jié)舛缺缺尘爸蹈叱? 個(gè)數(shù)量級(jí)；DIFILIPPO P 等[10]在有機(jī)垃圾破碎和篩分階段檢測(cè)出有大量的生物氣溶膠。GOFF O L 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，翻垛使氣溶膠中糖多孢菌（一種放線(xiàn)菌）、高溫放線(xiàn)菌和嗜熱真菌釋放量顯著增加，比背景值高出2～4 個(gè)數(shù)量級(jí)，且翻垛過(guò)程中糖多孢菌的釋放量比高溫放線(xiàn)菌和嗜熱真菌的釋放量更多；TAHAM P M 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)堆肥產(chǎn)生的生物氣溶膠濃度與堆肥時(shí)間關(guān)系不大，嗜中溫放線(xiàn)菌釋放速率為13～22×103cfu/(m2·s)；曲霉釋放速率為8 ～ 11 × 103cfu/(m2·s)，堆肥區(qū)濃度為103～ 103cfu/m3，翻垛會(huì)使生物氣溶膠濃度增加2～3 個(gè)數(shù)量級(jí)，且堆肥初期翻垛擾動(dòng)比后期翻垛擾動(dòng)釋放生物氣溶膠濃度更高；翻垛會(huì)使煙曲霉和放線(xiàn)菌濃度增加2～3 個(gè)數(shù)量級(jí)，且煙曲霉翻垛時(shí)濃度大于過(guò)篩時(shí)的40～150 倍，放線(xiàn)菌翻垛時(shí)濃度大于過(guò)篩時(shí)的20～30 倍[13]。堆肥廠釋放出生物氣溶膠濃度從大到小依次為：堆肥初期翻垛＞堆肥后期翻垛＞堆肥前擾動(dòng)＞堆肥后擾動(dòng)＞靜態(tài)堆肥期。另外，封閉式堆肥會(huì)使封閉區(qū)域內(nèi)的生物氣溶膠濃度急劇增加，遠(yuǎn)高于開(kāi)放式堆肥廠的生物氣溶膠濃度。

不同的堆肥操作，如破碎、篩分或翻垛擾動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致所產(chǎn)生氣溶膠中微生物種類(lèi)的變化。PERSOONS R 等[6]研究發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)堆肥產(chǎn)生的微生物氣溶膠中真菌主要是曲霉，而破碎過(guò)程中產(chǎn)生的真菌主要為青霉；翻垛堆肥使氣溶膠中嗜常溫細(xì)菌增加量高于曲霉；FISCHER G 等[8]發(fā)現(xiàn)，過(guò)篩熟堆肥可產(chǎn)生更多的放線(xiàn)菌，翻垛堆肥則產(chǎn)生更多的耐熱真菌。因此，破碎和篩分操作時(shí)，應(yīng)注意加強(qiáng)局部通風(fēng)；翻垛堆肥時(shí)，應(yīng)增加堆肥倉(cāng)的排風(fēng)次數(shù)，從而控制產(chǎn)生的生物氣溶膠濃度，降低其危害。

2.3 氣候和溫度變化

根據(jù)堆肥設(shè)施一般分為封閉式堆肥廠和開(kāi)放式堆肥廠，早期建設(shè)的小型堆肥廠以開(kāi)放式堆肥為主，在夏季產(chǎn)生的微生物氣溶膠濃度最高[14]，且氣溶膠中細(xì)菌[15]和真菌濃度也都如此。即便在同一天中，開(kāi)放式堆肥環(huán)境中的微生物氣溶膠濃度也會(huì)隨著溫度變化而變化。DUQUENNE P 等[16]研究表明，在1 d內(nèi)嗜中溫細(xì)菌和真菌的濃度可相差1 個(gè)數(shù)量級(jí)；MAXue-Zheng 等[17]發(fā)現(xiàn)，微生物氣溶膠中的細(xì)菌濃度與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，與溫度呈正相關(guān)。

目前集約化大型堆肥廠為提高廠區(qū)周邊環(huán)境質(zhì)量，緩解鄰避效應(yīng)，廠區(qū)建設(shè)大多以封閉式堆肥為主。而封閉式堆肥廠由于室內(nèi)全年溫度變化較小，微生物氣溶膠并未呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性變化。

3 微生物氣溶膠物種類(lèi)型鑒定方法

堆肥廠微生物氣溶膠物種鑒定方法主要有培養(yǎng)鑒定法和分子生物學(xué)鑒定法2 種。研究表明[3]，培養(yǎng)法比分子生物學(xué)法計(jì)量得到的生物量少1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。

3.1 培養(yǎng)鑒定法

堆肥廠生物氣溶膠經(jīng)培養(yǎng)法鑒定發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌濃度高于真菌，其中80%的微生物為細(xì)菌[10]。細(xì)菌以革蘭氏陽(yáng)性菌（G+）為主，含量遠(yuǎn)高于革蘭氏陰性菌（G－），有研究表明，空氣中的細(xì)菌80%為革蘭氏陽(yáng)性菌（G+），20%為革蘭氏陰性菌（G－）[10]，這是由于革蘭氏陽(yáng)性菌（G+）對(duì)缺乏營(yíng)養(yǎng)元素和水分的空氣環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，而革蘭氏陰性菌（G－）對(duì)生存環(huán)境的變化更為敏感所導(dǎo)致；真菌主要為青霉、曲霉、枝孢酶[9]以及交鏈孢霉和酵母[18]，其中濃度從大至小依次為：青霉＞曲霉＞枝孢霉[19]。

3.2 分子生物學(xué)鑒定法

利用分子生物學(xué)法鑒定堆肥廠生物氣溶膠，得到生物氣溶膠中細(xì)菌濃度從大至小依次為：厚壁菌門(mén)（G+）、放線(xiàn)菌門(mén)（G+）、變形菌門(mén)（G－）、擬桿菌門(mén)（G－）；真菌濃度從大至小依次為：擔(dān)子菌亞門(mén)、子囊菌亞門(mén)（包括青霉、曲霉）、卵菌亞門(mén)、接合菌亞門(mén)[20]。然而，BRU-ADAN V 等[20]提出堆肥基質(zhì)中的細(xì)菌濃度從大到小依次為：厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)?？梢?jiàn)放線(xiàn)菌門(mén)細(xì)菌容易進(jìn)入空氣形成氣溶膠，而變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)細(xì)菌較難進(jìn)入空氣形成氣溶膠。KAARAKAINEN P 等[3]的研究也得出類(lèi)似結(jié)論，即堆肥廠氣溶膠中細(xì)菌主要是革蘭氏陽(yáng)性菌中放線(xiàn)菌目的鏈霉菌屬；真菌主要是青霉、曲霉和枝孢霉，同時(shí)指出堆肥廠是曲霉、青霉和放線(xiàn)菌的顯著釋放源，但不是枝孢霉的顯著釋放源。PANKHURST L J 等[21]也提出，堆肥廠生物氣溶膠中主要包括厚壁菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)、α,γ-變形菌門(mén)，其中厚壁菌門(mén)（解脲芽孢桿菌屬，類(lèi)芽孢菌屬，芽孢八疊球菌屬，優(yōu)桿菌屬）、a-變形菌門(mén)（葉桿菌屬，根瘤菌，單胞菌屬）、r-變形菌門(mén)（不動(dòng)桿菌屬，假單胞菌），這些菌種同時(shí)在堆肥基質(zhì)、堆肥現(xiàn)場(chǎng)和廠區(qū)下風(fēng)向氣溶膠中檢出，而上風(fēng)向處未檢出，因此可作為堆肥廠生物氣溶膠遷移距離的指示生物。

4 微生物氣溶膠遷移距離

4.1 遷移模擬與監(jiān)測(cè)方法

目前，堆肥廠微生物氣溶膠遷移距離的判別方式主要有2 種：模型模擬法和直接監(jiān)測(cè)法。

（1）模型模擬法

微生物氣溶膠模型模擬法主要采用SCREEN3和ADMS 這2 種模型。采用SCREEN3 模型時(shí)，微生物氣溶膠在距離釋放源250～500 m 內(nèi)降為背景濃度[12-13]故一般監(jiān)測(cè)研究通常在距離釋放源250 m 內(nèi)取樣；采用ADMS 模型時(shí)，微生物氣溶膠在距離釋放源250 m 內(nèi)降為背景濃度。

（2）直接監(jiān)測(cè)法

模型模擬方法在未建廠預(yù)測(cè)時(shí)優(yōu)勢(shì)突出，當(dāng)受氣象、溫度、濕度、地形等眾多因素影響，沒(méi)有實(shí)際監(jiān)測(cè)獲得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。通過(guò)對(duì)既往關(guān)于堆肥場(chǎng)生物氣溶膠遷移情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和匯總發(fā)現(xiàn)[4,8,22]，在堆體外10 m 處堆肥產(chǎn)生的氣溶膠中可培細(xì)菌比堆體處減少1/3[9]；不同氣象和周邊環(huán)境會(huì)顯著影響微生物氣溶膠遷移距離，PANKHURST L J[22]在研究某一城市社區(qū)堆肥廠氣溶膠遷移規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，微生物氣溶膠濃度在下風(fēng)向25 m 內(nèi)就可降為背景濃度；某一園林垃圾堆肥廠在距離堆肥場(chǎng)100 m 處仍可檢測(cè)出較高濃度的煙曲霉，在距離堆肥場(chǎng)300～400 m處放線(xiàn)菌和革蘭氏陰性細(xì)菌的濃度仍比背景值高，這可能與微生物種類(lèi)有關(guān)。SANCHEZ L J[2]則發(fā)現(xiàn)，在距離堆肥場(chǎng)200～300 m 處的微生物氣溶膠濃度降為背景值[5,23]。FISCHER G[8]和ALBRECHT A[4]研究發(fā)現(xiàn)，耐熱真菌和嗜熱放線(xiàn)菌比其他細(xì)菌和嗜中溫真菌擴(kuò)散距離更遠(yuǎn)，大多數(shù)情況下距離堆肥場(chǎng)600～800 m 以外才可降為背景濃度，即使在最糟糕條件下耐熱真菌和嗜熱放線(xiàn)菌在距離堆肥場(chǎng)600～1 400 m 處仍比背景濃度高，出現(xiàn)二次峰值。這種情況可能與耐熱真菌孢子粒徑分布有關(guān)，如煙曲霉孢子粒徑范圍主要分布在1～2 μm，其孢子主要以單細(xì)胞釋放，很少聚合，使得其遷移距離更遠(yuǎn)。

4.2 遷移影響因素

（1）處理規(guī)模

生物氣溶膠遷移距離與處理規(guī)模呈正相關(guān)，堆肥廠處理規(guī)模越大，其影響范圍越大。有研究表明[13]，微生物氣溶膠濃度和擴(kuò)散距離隨著堆肥廠規(guī)模增加而增加。

（2）堆肥物料

微生物氣溶膠的遷移距離還與堆肥物料的種類(lèi)有關(guān)。當(dāng)堆肥原料為園林垃圾時(shí)，或其中園林垃圾與有機(jī)生活垃圾比例不超過(guò)15%時(shí)，氣溶膠的遷移距離隨之增加[4]。

（3）氣象條件

微生物氣溶膠遷移距離與風(fēng)速和溫度正相關(guān)，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)[24]。濕度越高，微生物氣溶膠濃度越低[18]；溫度越高，風(fēng)速越大，氣溶膠濃度越大[2]。此外，由于溫度變化，當(dāng)空氣在地表附近發(fā)生逆流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)非稀釋性擴(kuò)散，也會(huì)導(dǎo)致微生物氣溶膠的濃度和遷移距離的增加[4]。

（4）周邊環(huán)境

堆肥廠周邊的房屋街道，會(huì)形成氣流湍流，影響風(fēng)速，從而影響氣溶膠遷移距離[2]。

（5）粒徑范圍

微生物氣溶膠的膠遷移距離與粒徑大小呈負(fù)相關(guān)，微生物粒徑越小，則遷移距離越遠(yuǎn)。如曲霉粒徑范圍主要分布在2.1～3.3 μm，而細(xì)菌粒徑范圍主要分布在1.1～2.1 μm[25]。研究顯示，在距離某堆肥場(chǎng)100 m 處發(fā)現(xiàn)大量煙曲霉菌，距離堆肥場(chǎng)300～400 m處仍發(fā)現(xiàn)大量放線(xiàn)菌和革蘭氏陰性菌[2]。FISCHER G等[8]發(fā)現(xiàn)，耐熱真菌遷移距離遠(yuǎn)于嗜熱放線(xiàn)菌外的其他細(xì)菌，推斷原因?yàn)榭諝庵心承┘?xì)菌非常容易團(tuán)聚，而真菌基本以單孢子形式存在，因此會(huì)出現(xiàn)細(xì)菌遷移距離小于真菌遷移距離情況。

5 結(jié)論

隨著有機(jī)廢物產(chǎn)量的增加、人類(lèi)環(huán)保意識(shí)的覺(jué)醒以及堆肥相關(guān)技術(shù)規(guī)范、政策的完善，堆肥法將替代填埋處置法成為有機(jī)廢物管理的主要手段，旨在減少?gòu)U物體積，同時(shí)提高資源化利用效率。有機(jī)物好氧堆肥是一生物降解過(guò)程，通過(guò)細(xì)菌和真菌將有機(jī)物分解成更簡(jiǎn)單的物質(zhì)，因此在其進(jìn)行破碎、篩分和翻垛時(shí)會(huì)釋放大量微生物氣溶膠，如煙曲霉、青霉、放線(xiàn)菌、內(nèi)毒素等，彌散在空氣中容易危害從業(yè)者和周邊居民的身體健康，帶來(lái)潛在的致病風(fēng)險(xiǎn)和危害。因此，堆肥廠應(yīng)在破碎、篩分和翻垛堆肥等擾動(dòng)性較大的操作工段加強(qiáng)通風(fēng)，并通過(guò)除臭工藝去除氣溶膠；為相關(guān)工作人員配置防護(hù)服、面具和口罩等防護(hù)裝備；充分考慮堆肥場(chǎng)所在地氣象、地形及周邊環(huán)境條件，設(shè)置微生物防護(hù)距離以規(guī)避微生物氣溶膠遷移帶來(lái)的影響和危害。