寿光市蔬菜垃圾高温好氧堆肥处理技术研究

张卫，崔鑫

（潍坊科技学院，山东寿光262700）

寿光市蔬菜垃圾高温好氧堆肥处理技术研究

张卫，崔鑫

（潍坊科技学院，山东寿光262700）

以寿光市蔬菜垃圾作为研究对象，对其高温好氧的堆肥技术进行研究，归纳了蔬菜垃圾堆肥过程中的物质变化，并从物理学、化学、生物活性以及植物毒性指标等方面,对堆肥的稳定度及腐熟度评价加以总结。

蔬菜垃圾；高温好氧；堆肥；理化指标

寿光市作为我国著名的“中国蔬菜之乡”，蔬菜大棚面积已达5.33万hm2，成品菜年产量达400万t，蔬菜垃圾产生量约为150万t，占蔬菜产量的35%左右，并且呈现出逐年增加的态势。由于蔬菜垃圾产生地较为分散，且品种十分复杂，难以集中、科学处置，农民多将其堆积在田间地头，任其腐烂，这种处理处置方式对当地环境造成严重污染，同时极易造成蔬菜病虫害的大面积传播和爆发。

目前，国内处理垃圾的方法主要有填埋、焚烧、堆肥等，由于传统方法存在着种种缺陷，比如填埋法会产生渗漏液进而污染地下水，焚烧会产生二恶英等有毒有害气体，并且焚烧后的灰烬对土壤有巨大的毒害作用。所以，堆肥法成为一种极具潜力的方法。在无害化处理生活垃圾和城市有毒有害有机垃圾的同时，可以生产出无污染肥料以取代化学肥料[1]。而蔬菜垃圾的有机物含量高，占干重90%以上，是一种巨大的潜在财富，因此，对蔬菜垃圾的好氧堆肥处理具有十分重要的意义。目前，国内的高温好氧堆肥研究多是关于城市生活垃圾[2]、牲畜粪便[3]和二沉池污泥[4]方面，而对大量蔬菜垃圾的高温好氧堆肥的研究却鲜见。

由于堆肥的腐熟度受很多因素的综合制约，其评价指标因此也多种多样。因此，归纳了不同堆肥条件堆肥过程中的物质变化，并从物理学、化学、生物活性以及植物毒性指标等方面，对堆肥的稳定度及腐熟度评价加以总结。

调研地区选择寿光洛城街道，洛城街道是著名的蔬菜主产区，蔬菜品种全，产量大，能够代表寿光的蔬菜产业模式。寿光洛城街道蔬菜年产量约为50万t，蔬菜垃圾总量约为18万t。

1 蔬菜垃圾堆肥腐熟度的质量控制

堆肥化过程是一个复杂的过程，要达到良好的堆制效果，必须控制一些主要影响因素。例如水分、温度、碳氮比（C/N）、有机质含量等因素，这些影响因素由于微生物活动强度的不同影响着堆肥的品质，同样，这些因素也是判断堆肥腐熟的重要指标。

1.1 蔬菜垃圾堆肥腐熟度的物理指标

1.1.1 温度

温度是衡量堆肥质量的重要指标。在堆肥的过程中，堆肥的温度呈现一定的规律性[5]。很多文献表明，无论何种物料的堆肥，其温度通常在最开始的3～5 d迅速地从环境温度上升到60～70℃的高温，并在这一高温下持续一段时间，后逐渐下降。一般来说，堆肥的最高温度为60～70℃，当其趋近于环境温度时，表明有机质的分解接近完全。郭占英[6]从微生物相的差异上得出，高温（50±1℃）有利于细菌数量的增长，中温（37±1℃）有利于放线菌数量的增长。

1.1.2 pH值

在堆肥的整个过程中，pH值也是呈现一定的规律性。Ishii等[7]研究表明，常温阶段，堆肥物料中有高浓度的有机酸；在高温阶段，随着温度的升高，蛋白质出现了水解产生氨，所以pH值的增加可能由氨引起，随着温度的升高，水解蛋白和产氨的细菌增加，pH值开始下降；在冷却阶段，pH值继续下降，可能是由于出现了一些专性厌氧菌的缘故。一般情况下，堆体有足够的缓冲作用，使pH值稳定在可以好氧分解的酸碱度水平。但WONG[8]等研究发现，在堆肥过程中，若pH值过低，可适当添加生石灰或熟石灰；若pH值过高，可以多加入些蔬菜垃圾，使其中的有机酸中和部分pH值。

1.1.3 气味和色度

堆肥初期，堆肥的原材料具有令人不快的气味，随着堆肥的运行，这种气味随之减退，直至消失。Keller[9]指出成熟堆肥的颜色呈褐色或黑色，并带有湿润的泥土气味。Becker[10]等指出堆肥的泥土气味是由土臭味素和2－甲基异冰片两种物质引起，他们是真菌和放线菌的副产物，他还认为堆肥中存在这些物质时，表明堆肥已经腐熟。所以，当堆肥的气味和颜色达到上述标准时，即可认为堆肥已达到腐熟状态。

1.1.4 电导率

电导率（EC）反映了堆肥浸提液中的离子总浓度。堆肥中的可溶性盐主要是由有机酸盐类和无机盐等组成，聂永丰[11]认为，当堆肥电导率值小于9.0 ms·cm－1时，对种子发芽没有抑制作用，即没有毒性，因此，电导率也是堆肥腐熟的一个必要条件。

1.1.5 含水率

水分是影响堆肥效果的另一个重要参数，一般认为，堆肥过程中的含水率会逐渐下降并达到一个值。堆肥过程中含水率的下降，一方面与堆体温度和高温维持时间有关，另一方面也与秸秆的添加量有关，秸秆所占比例越大，透气性越好，越有利于气体的蒸发和散失。一般地，堆肥原料起始含水率都在60%～70%，而堆肥产品的含水率要低于30%。

总体来说，堆肥腐熟的物理指标比较简便、直观，但是难以定量表征堆肥过程成分的变化。

1.2 蔬菜垃圾堆肥腐熟度的化学指标

1.2.1 C/N比和氮成分的变化

碳源是微生物利用的能源，氮源是微生物的营养物质。在堆肥过程中，碳源被转化成二氧化碳和腐殖质物质，而氮则以氨气的形式散失，或变为亚硝酸盐和硝酸盐，或是由生物体同化吸收。因此，碳和氮的变化是堆肥的基本特征之一。

C/N（固相中全碳/全氮）是评价堆肥腐熟度比较直观的化学指标，其变化可以代表大多数化学指标的变化。堆肥过程中C/N不断下降，理论上应趋于微生物菌体的C/N，即16左右，一般地，当C/N小于20时，即认为堆肥基本腐熟[12]。Hirai等[13]认为C/N小于20只是堆肥腐熟的必要条件，建议采用：T=（终点C/N）/（初始C/N）来评价堆肥的腐熟度。他们认为当T值小于0.6时，堆肥即达到腐熟状态。

另一个重要参数是水溶性有机碳氮比，Herrman[14]等认为水溶性有机碳/有机氮（WSC/N－org）在5～6时，可认为堆肥已经腐熟。Hoitink[15]等提出有机碳/总有机氮（WSC/TN）小于0.70作为腐熟度参考标准。

在堆肥的过程中，含氮的组分发生了降解产生氨气，产生的氨气或被微生物同化吸收，或由固氮微生物转化为亚硝酸盐或硝酸盐。Raffaldi[16]等用造纸工业污水污泥进行的堆肥试验发现，堆料中的氨氮占总氮的比率从3.9%下降至0.6%；Inbar[17]等论证了硝酸盐随时间变化的趋势，他认为硝酸盐氮是评价堆肥腐熟度的简单而有力的参数。也有专家提出将NH4+－N/NO3－N作为堆肥腐熟度的评价指标[18]。加拿大政府规定，当NH4+－N/NO3－N比值小于0.5时，即可认为堆肥腐熟。

1.2.2 有机质含量

物料的有机质含量在堆肥过程中的变化也是很显著的。代表参数有化学耗氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、挥发性成分含量（VS）。Lossin[19]对畜禽粪便进行的堆肥实验中提出，当堆料的COD小于70 mg/g干堆肥时，堆肥即可认为达到腐熟状态。Kasper等认为BOD5值小于5 mg/g干堆肥时，堆肥腐熟。挥发性成分含量（VS）基本上反应了堆肥原料中有机质的含量，研究表明，VS在不同的堆肥过程中变化的幅度比较大，因为所测得的挥发性物质中含有难降解物，从而一定程度上影响了结果的准确性。

堆肥物料中还有不易被微生物降解的纤维素、半纤维素、木质素，其最终转化为腐殖质是提高堆肥效率和堆肥质量的关键。席北斗[20]等研究了利用微生物分解木质素和纤维素的降解机理，重点讨论了白腐菌降解木质素的机理。

1.2.3 腐殖化程度

堆肥中的腐殖质可划分为：腐殖质（HS）、胡敏酸（HA）、富里酸（FA）、富里酸部分（FF）及非腐殖质成分（NHF），它们的含量通常以含碳量表示。腐殖酸物质含量可以作为堆肥腐熟度的重要指标。一般的，用腐殖化指数（HI=HA/FA）来表示有机质的腐殖化程度。Inbar[21]在牛粪的堆肥过程中总结了各腐殖化参数的变化，其HS/有机质的含量从377 g/kg提高到710 g/kg有机质，HA从184 g/kg增加到457 g/kg有机质，FA则维持在80～100 g/kg有机质，HI从初始时的0.49下降到0.29。但也有学者研究发现，堆肥腐植酸在波长465 nm和665 nm处，吸光度比值即E4/E6比，可以用来描述堆肥腐殖化作用的大小，E4/E6比可以感应堆肥过程中腐殖质缩合和芳构化的程度[22]，随着堆肥时间的延长，E4/E6比值呈降低趋势。

1.3 蔬菜垃圾堆肥腐熟度的生物指标

1.3.1 微生物数量

在好氧堆肥的过程中，微生物的作用是将有机物转化为CO2、热量和腐殖质。细菌凭借巨大的比表面积，快速地将可溶性底物吸收到细胞中；放线菌可以分解纤维素，并溶解木质素。Hankin[23]等研究树叶堆肥时发现，细菌数量从堆肥开始的108·g－1，到第10 d增加到1010·g－1，之后细菌数量在107～109·g－1，这是因为部分嗜温细菌在高温阶段被杀死。真菌的数量较少，大约在106·g－1,在高温阶段之后明显减少。放线菌在高温阶段仍维持较大数量，大约在108·g－1,之后数量明显减少。

1.3.2 酶活

堆肥过程中，多种氧化还原酶和水解酶的活性与C，N，P等基础物质代谢密切相关。Fang[24]等采用污泥和煤灰进行堆肥试验，发现糖酶、磷酸酶和脲酶之间具有较高的相关关系。Breimer[25]等分析了污泥堆肥中脲酶、磷酸酶、蛋白酶、酪蛋白水解酶的活性变化。

1.3.3 种子发芽率

大量研究表明,未腐熟堆肥中小分子的有机酸和大量NH3、多酚等物质，他们能够引起植物的毒性，而某些大分子量组分反而对植物生长有刺激作用。因此,堆肥腐熟度可以通过堆肥对花粉培养、种子发芽的抑制程度进行评价，并且植物生长实验应是评价堆肥腐熟度的最终和最具说服力的方法[26]。加拿大政府以种子发芽率（Germination ratio，GR）作为评价堆肥腐熟程度的指标，Zucconi[27]等认为，用种子的发芽系数（Germination index，GI）用于堆肥腐熟度评价，更能有效地反应堆肥的毒性大小。从理论上说，GI＜100%，就判断有植物毒性，一般地，如果GI达到80%～85%，即可认为堆肥己腐熟并达到了可接受的程度，即没有毒性。

1.3.4 蛔虫死亡率和大肠杆菌数

城市生活垃圾和粪便中含有大量的致病细菌、霉菌、寄生虫等，当堆肥的温度高于55℃，并保持3 d以上时，即可杀死绝大多数的致病微生物。在本项目中为了调节适当的C/N比，应该会有一些氮素的补充，比如可以选取鸡粪、牛粪等补充氮元素，不可避免地引入了一些病原菌。因此，大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率就是反应畜禽粪便无害化处理的一个特征指标，我国粪便无害化卫生标准（GB7959－87）中规定，畜禽粪便堆肥后的大肠杆菌值为10－1～10－2,蛔虫卵死亡率为95%～100%时，达到无害化标准。

2 结语

高温好氧堆肥对蔬菜产业固体废物的处理具有广泛的潜力，尤其是对于作为“中国蔬菜之乡”的寿光市，可以作为高温好氧堆肥处理蔬菜固体垃圾的科研阵地。并且堆肥的腐熟度影响因素众多，找到具有代表性的表征堆肥腐熟指标，是下一步探讨研究的重点。

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京津冀及周边地区秸秆综合利用和禁烧工作方案印发

2014年10月10日，发改委印发《京津冀及周边地区秸秆综合利用和禁烧工作方案（2014—2015年）》的通知。

通知指出，到2015年，京津冀及周边地区秸秆综合利用率平均达到88%以上，新增秸秆综合利用能力2 000万t以上；基本建立农民和企业“双赢”，价格稳定的秸秆收储运体系，初步形成布局合理、多元利用的秸秆综合利用产业化格局；建立并落实秸秆禁烧考核机制，及时公布并向地方政府通报秸秆焚烧情况，不断强化秸秆禁烧监管。

到2015年，北京市力争全部实现秸秆综合利用；天津市秸秆综合利用率90%；河北省秸秆综合利用率95%；山西省秸秆综合利用率85%；内蒙古自治区秸秆综合利用率86.5%；山东省秸秆综合利用率85%。

Review of the research on high-temperature aerobic composting of Shouguang Vegetable Waste

ZHANG Wei,CUI Xin,
（Weifang University of Science and Technology,Shouguang 2627001，China）

Using vegetable waste from Shouguang as testing materials，it studied the composting technology of high-temperature aerobic，and summarized the material changing in the vegetable waste composting process，and summarized the indicators ofcomposting stability and maturity from physics,chemistry,biologicalactivity and phytotoxicity evaluation.

vegetable waste;high-temperature aerobic;composting;physical and chemical index

X799.3

A

1674－0912（2014）10－0036－04

2014－06－11）

张卫（1984－），女，山东济南人，硕士研究生，讲师，研究方向：植物生理；通讯作者：崔鑫，研究方向：有机化学。