调理剂对污泥堆肥中微生物影响的研究进展

曹文胜　万东锦　刘永德

摘要：指出了随着污泥堆肥技术的发展，越来越多的调理剂应用于污泥堆肥中，通过添加调理剂可以调节堆肥过程中各种参数变化，进而影响堆肥中微生物群落结构和数量的变化。探讨了调理剂对污泥堆肥中微生物的影响，并对调理剂的发展趋势作了展望。

关键词：污泥堆肥；调理剂；微生物；展望

中图分类号：X703

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12000302

1引言

随着社会经济的发展和城市人口的增加，工业废水和城市生活污水的排放量日益增加，城市污水处理率逐年升高。同时，污泥的排放量也随之增多，城市污泥的无害化处理迫在眉睫[1]。污泥堆肥法处理成本低廉，能够除臭和有效地杀灭病原菌，且腐熟的堆肥产品可以提高作物的产量，改善农产品的品质。因此污泥堆肥已成当前污泥无害化和资源化的重要途径之一[2]。而在堆肥过程中，调理剂作为加入堆肥物料中的有机物，因其能增加物料中可降解的有机物数量，改善堆肥物料结构，增加堆体自由空域，调节整个堆肥过程中碳氮比和含水率，进而影响堆体pH值变化，增加微生物种类和数量，促进微生物的新陈代谢和有机质的降解，加快堆肥过程，提高堆肥效率，成为调节及影响污泥堆肥微生物的主要因素之一[3，4]。

整个污泥堆肥产生的过程主要由微生物的参与来完成。而微生物的生长繁殖和新陈代谢受到多种因素的制约。制约因素主要包括堆肥物料的含水率；堆体自由空域；碳氮比；通风量；pH值；堆肥过程中产生的微量元素和外来菌种。而添加调理剂能够改善堆料的理化性质，调节微生物生长环境。有的可生化调理剂可以直接增加堆体中微生物的数量和种类，使微生物的群落结构更加稳定，微生物种类之间作用更加协调，从而缩短升温阶段，快速进入高温期，提高堆肥效率。现在大多数研究主要集中于调理剂对堆肥各种参数的影响，对微生物内在作用机制却鲜有报道。

2调理剂通过调节含水率和自由空域影响堆体微生物

堆肥中的含水率和自由空域直接影响着微生物的繁殖，是堆肥能否成功的关键因素。调理剂能够有效地调节堆体的含水率和孔隙度，影响微生物的生长繁殖和群落结构。微生物从胞外摄取营养物质和分泌代谢产物都必须以液相水为介质[5，6]。含水率越高和自由空域越大，有机质的溶解和扩散越快，越有利于微生物的

生长繁殖。在污泥堆肥过程中，微生物新陈代谢和自身繁殖的必要条件就是水分充足和适宜的自由空域[7]。但是，堆料含水率过高会造成孔隙率降低，堆体中O2难以完全扩散至物料内部，使得部分区域的微生物处于缺氧或厌氧环境，产生厌氧反应，造成有害物质的积累和臭气的发生[8]。同样自由空域过大，也不利于堆体保持必需温度以及微生物与物料充分接触，从而影响堆肥的顺利进行。经研究发现，污泥堆肥最佳初始含水率为50%～60%[9]。李承强等[10]将木片、麦壳、玉米芯和回流堆肥加入污泥中，调节物料含水率至54%～76%，大大降低了污泥自身的高含水率，使得物料既能保证微生物生长繁殖所需的水分条件，又调节物料的孔隙率，使氧气在堆体中自由的运输，保证堆肥过程顺利进行，大大提高了堆肥效率和堆肥质量。这类通过调节堆料含水率和自由空域对微生物生长繁殖产生影响的调理剂虽然成本低廉，却不好筛分和回收，且自身并没有携带太多的微生物量，不能直接影响堆体土著微生物生长繁殖，也不能很好地与污泥中土著微生物发生协调作用。

3调理剂通过调节碳氮比影响堆体微生物

碳氮比同样是微生物生长繁殖的必要条件之一。堆肥过程中，碳素一部分氧化分解生成二氧化碳，为微生物提供能量，一部分被微生物转化为自身所需要的营养物质和腐殖质，而氮素则以氨气的形式释放到大气里散失或者被微生物同化吸收利用，微生物生长繁殖需要大量的碳源，蛋白质合成需要氮源，为使参与有机物分解的微生物营养处于平衡状态，碳氮比应满足微生物所需的最佳值[11]。Sommers等[12]研究表明碳氮比为20～30较好。若过高，影响细菌和其它微生物的氮素代谢，限制生长繁殖，若过低，过量的氮将转化为氨气而散失掉，发出臭味导致氮素大量损失。

通常污泥C/N比低于12，所以，在污泥中加入C/N高的调理剂，常用的调理剂有稻秆、锯末、树叶等。姚天举等[13]分别以刨花、葡萄糖、发酵草屑为调理剂进行污泥堆肥对比试验，研究表明添加发酵草屑的污泥在强制通风条件下进行好氧堆肥，堆肥初期温度上升较缓慢，之后温度急剧上升高于 55℃并维持 3d以上。添加发酵草屑调理剂后污泥有机质降解率从8.1%提高至36.0%，发酵草屑在堆肥中能有效调节堆料的C/N比，并为微生物提供初期碳源，缩短了微生物适应期，改善了微生物的营养成分，加快了高温期来临，大大提高了微生物呼吸速率和堆肥效率。张蔓等[14]研究木屑、花生壳对污泥堆肥过程的影响，研究表明添加木屑和花生壳的堆肥在前3 d温度分别上升至55℃和50℃，并且高温期分别维持7 d和5 d。添加木屑堆肥其纤维素降解菌在第2 d数量为1.1×104cfu/g，大于添加花生壳堆肥，说明添加木屑能够明显增加纤维降解菌的数量，缩短堆肥周期。

4调理剂通过人工接种菌剂影响堆体微生物

接种菌剂作为一种调理剂，近年来也被用于污泥堆肥。进行人为接种微生物菌剂，能够直接增加微生物数量和改善微生物群落结构，加速堆体中有机质的分解，提高堆肥效率和肥效[15，16]。吴海露[17]研究了接种复合微生物菌剂对污泥堆肥過程的影响。研究结果表明，复合微生物菌剂F12接种量为 5%时对堆肥快速升温及维持高温最有利，维持高温期比空白组多3d，堆肥7d产物含水率比空白组低5%，有机质降解率比空白组高2%。鲁娟等[18]在污泥堆肥过程中接种了不同比例的白腐菌，研究表明接种白腐菌大大缩短堆肥时间，加快发酵速度，减少氮素损失，提高养分含量，提高污泥处理效率。

5展望

近年来随着对堆肥调理剂的不断研究，越来越多的堆肥调理剂被开发出。所开发的调理剂虽然种类繁多，但仍存在功能过于单一、筛分回收率不高、微生物群落变化较大和成本较高等问题。因此，研制一种可循环调理剂，并探讨其在堆肥过程中对堆体微生物群落结构的影响具有重要意义。

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