固体废物堆肥化及堆肥添加剂研究进展

摘要：本文在综合阅读了国内外几十篇文献的基础上，对堆肥化的原理及影响因素做了介绍，在堆肥的影响因素中重点讨论了添加剂的发展概况，对近年来堆肥添加剂的种类和作用做了初步的总结。结果表明了近年来堆肥添加剂已经有了较大的发展，根据其作用可分为微生物接种剂、营养调节剂、膨胀剂（疏松剂）、特定目的调节剂等。其作用可以优化堆肥过程的环境条件，提高微生物活性；加快堆肥化进程，促进堆肥的腐熟；减少氮素损失，保持养分含量；调节堆肥中各种营养元素的含量，提高堆肥质量。
关键词：固体废物；堆肥化；添加剂
目前，我国总有机废物排放量为41.3-43.4×108t，其中蕴含粗有机质为12.27×108t，氮、磷、钾总贮量约为87.34×106t。在这些有机固体废弃物中，从氮、磷、钾养分资源来看，占主要地位的是畜禽粪便，其氮、磷、钾总贮量约为6330万L，相当于4930万t尿素，11940万t的过磷酸钙和3380万t的氯化钾；占第二位的是城市生活垃圾；其次是农业秸秆，其氮、磷、钾总贮量约为914万t。从有机质养分资源来看，占主要地位的是农业秸秆，占第二位的是畜禽粪便，第三位是城市生活垃圾。如何处置这些固体废弃物以保护环境是我国科学家面临的重要课题。我国是一个传统的农业大国，对肥料、饲料、能源有着巨大的需求，因而处理农牧业废弃物的目标应该是使之成为农业的资源返回农业生态系统中，即农用资源化。畜禽粪便和秸秆这类废物分布广，廉价易得，是进行堆肥和沼气发酵的理想材料。
1堆肥原理及影响因素
1.1堆肥的定义及原理
堆肥化(composting）是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且又合成新的高分子有机物—腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质。
1.2堆肥过程的影响因素
(1）C/N比和C/P比有机固体废弃物含碳量一般为40%-55%，氮的含量变化却很大，因而C/N比的变化也较大，一般均超过30，少数废弃物的C/N比小于30，如鸡粪C/N比一般为9.0，化纤污泥C/N为9.96。因此为了使参与有机物分解的微生物营养处于平衡状态，堆肥C/N比应满足微生物所需的最佳值25-35，最多不能超过40，应通过补加N素材料（含氮较多的物质）的方法来调整C/N比使其不超过40，畜禽粪便、肉食品加工废弃物、污泥均在可利用之列。
磷是磷酸和细胞核的重要组成元素，也是生物能ATP的重要组成成分，一般要求堆肥料的C/P比在75-150为宜。
(2）水分含量的调节堆肥中适宜的水分含量是堆肥的关键因素。大量研究结果表明，堆肥合适的水分含量一般控制在60%-80％为佳。这时堆肥中的CO2生成速率、细菌生长和氧的摄入量能达到最大。
(3)温度对堆肥而言，温度是堆肥得以顺利进行的重要因素，温度的作用主要是影响微生物的生长，一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌，现在的快速、高温、好氧堆肥正是利用了这一点。初堆肥时，堆体温度一般与环境温度相一致，经过中温菌1-2d的作用，堆肥温度便能达到高温菌的理想温度50℃-65℃，在这样的高温下，一般堆肥只要5-6d即可达到无害化。过低的温度将大大延长堆肥达到腐熟的时间，而过高的堆温(＞70℃）将对堆肥微生物产生有害的影响。
（4）通风供氧通风供氧是堆肥成功的关键因素之一。堆肥需氧的多少与堆肥材料中有机物含量息息相关，堆肥材料中有机碳愈多，其好氧率愈大。堆肥过程中合适的氧浓度为18%，最低为8%，氧浓度一旦低于8%，就成为好氧堆肥中微生物生命活动的限制因素，容易使堆肥厌氧而产生恶臭。
（5）引接种剂—堆肥发酵素向堆料中加入接种剂可以加快堆腐材料的发酵速度。向堆肥中加入分解较好的厩肥或加入占原始材料体10％-20％的腐熟堆肥，能加快发酵速度。在堆制中，按自然的方式形成了参与有机废弃物发酵以及从分解产物中形成腐殖质化合物的微生物群落。通过有效的菌系选择，从中分离出具有很大活性的微生物培养物，建立人工种群——堆肥发酵要素母液。Tiwari比较添加纤维分解真菌和添加固氮菌及溶磷剂对堆肥总氮和C/N的影响，其效果非常明显。表1为前苏联哈巴夫斯克推荐的利用植物性原料堆肥加入发酵素的标准。其中发酵素由糠、麸子、糖、淀粉与由小麦粉、大豆粉、玉米粉、蛋白胨、K2HPO4、MgSO4、MnSO4按比例配制的发酵母液混合后再发酵制成。
表1植物性原料堆肥加入发酵素的标准 

（6）pH值微生物的降解活动，需要一个微酸性或中性的环境条件。但大部分植物残渣却具有很高的酸性，pH为4.5－6.0。因此为了调节原料的pH为6.5，应向每吨堆料中加0.6-6.1kg消石灰或0.8-8.5kg的碳酸钙。利用秸秆堆肥，由于秸秆在分解过程中能产生大量的有机酸，因此需要添加石灰中和。如果采用畜禽粪便作为氮源，则其中的氨气会中和堆腐材料中的有机酸。
2堆肥添加剂
添加剂是指为了加快堆肥进程或／和提高堆肥产品质量，在堆肥物料中加入的微生物、有机或无机物质。根据其作用添加剂可以分为接种剂、营养调节剂、膨胀剂疏松剂）、调理剂等。