城市生活垃圾堆肥过程中腐熟度指标及控制参数

摘要：以日处理400t经马家楼筛分处理后的15～60mm生活垃圾的北京南宫堆肥厂垃圾堆肥过程为研究对象，对堆肥过程中垃圾的理化性质、腐熟度指标与控制参数进行了研究。结果表明，堆肥过程中水分含量是下降的；不同季节堆肥pH值的总体变化均呈上升趋势；电导率(EC)降到了作物受抑制的限定值以下，不会对作物产生盐分毒害；堆肥水浸提的腐殖酸E4/E6值随着垃圾堆肥腐熟度升高呈增加趋势；24h和96h的发芽率指数(GI)表明垃圾堆肥时间可以从8周缩短到5周；有机碳、总氮和C/N比随着堆肥时间的增加均呈下降趋势；C/N比与E4/E6值和G1(24h和96h)值呈显著负相关关系，EC值与E4/E6值和GI(24h和96h)值呈极显著负相关，而E4/E6值与GI(24h和96h)值呈极显著正相关。
关键词：生活垃圾；堆肥；腐熟度指标；控制参数；理化性质
0引言
随着绿色浪潮和生态农业的兴起，堆肥化处理作为垃圾减量化和资源化的一个重要手段，越来越为各国所重视，垃圾堆肥化比率正呈上升趋势。本着保护环境资源、满足社会经济可持续发展需求的目的，城市生活垃圾堆肥处理成为发展中的新兴产业。早在20世纪80年代，中国就提出了力争把堆肥技术处理城市垃圾的比例由8.0%提高到30.0%的目标。而根据北京市目前公布的《北京市生活垃圾治理白皮书》发展目标，到2008年，北京市生活垃圾堆肥比例将由目前的6.8%提高到27.5%。这为堆肥化技术的推广和应用提供了广阔的发展空间。但是，由于中国城市垃圾的收集目前主要采用混合垃圾收集方法，增加了物料的复杂性，再加上堆肥厂的自动化程度低，技术较落后，生产周期长，工业化生产困难，许多堆肥厂生产的肥料因达不到农用标准导致销售困难，极大地阻碍了堆肥生产的规模化发展。
堆肥产品质量的好坏关键在于堆肥过程控制参数的优化。堆肥腐熟度是堆肥过程控制的重要指标，通过对堆肥过程中的水分有机物含量温度以及通风供氧等被控参数的控制，能保证堆肥过程的顺利进行，提高堆肥效率。目前，大多数关于城市垃圾堆肥腐熟度指标的研究均处于实验室或是小试阶段。实际上，过小的堆肥规模由于存在保温效果差、有机物发酵不完全、取样缺乏代表性等缺陷，致使其运行效果和工况与实际工程存在较大差异。本研究以北京市南宫堆肥厂垃圾堆肥为研究对象，从工厂化水平分析堆肥过程中的各项理化及生物学指标，以期为优化堆肥操作运行参数有效控制生活垃圾堆肥过程和提高堆肥效率与堆肥质量提供理论依据，对促进城市垃圾处理的产业化发展具有现实意义。
1材料与方法
1.1试验材料
供试垃圾堆肥样品采自北京市南宫堆肥厂。北京市南宫垃圾堆肥厂是由德国政府赠款北京市固体废物处理项目之一，是中国及亚洲地区高度自动化、大规模现代化垃圾堆肥厂之一。该厂于1998年12月投入生产运行，占地6.6hm2，日处理经马家楼筛分后15～60mm的生活垃圾400t，年处理量124万t。堆肥工艺为：隧道高温发酵阶段(14d)，后熟化阶段(21d)，最终熟化阶段(21d)，共计8周。在隧道发酵中，通风按循环空气氧含量控制在13%(v/v)的标准自动启动风机与调节循环气体的比例同时对物料加湿控制湿度。发酵的前3～5d通过喷洒渗沥液含水率达到50%～60%。随后的5d通过调节通风量，控制温度保持在55～65℃。最后2～4d停止添加渗滤液。隧道发酵阶段后，隧道垃圾经出料系统传送到后熟化平台进行后熟化。发酵平台由很多带有通风孔的混凝土盖板和风道组成，可以自动补充风量。后熟化结束后，经传送带输送到滚筒筛内进行筛分。滚筒筛的筛孔为25mm，筛上物运往北京市安定卫生填埋场进行填埋；筛下物被输送到最终熟化区，堆成2.4m高的发酵堆，再经过21d最终熟化，并经12mm筛分处理后，进入深加工处理工序或直接销售使用。
1.2试验方法
从2003年10月至2004年12月，按4个季节的变化对南宫堆肥厂的工艺流程和处理的各个环节包括堆肥前原垃圾隧道高温发酵阶段（14d)、后熟化阶段（21d)，最终熟化阶段(21d)的堆肥采用水平和竖直相结合的方法进行多点采样，各点取样品2kg，然后再进一步混合取其中2kg样品。对鲜样进行含水率物理组成和pH值等项目的测定。风干样品经粉碎过lmm筛后，用于物理和化学性质的分析测定。
1.3测定指标与方法
1)测定指标
含水率pH值电导率(EC)，发芽率总有机碳(TOC）和全氮（TN）。
2）测定方法
堆肥含水率用铝盒烘干法；鲜样用来测定GI、pH值、EC，以1：5固液比浸提，滤液用来测定pH值EC，pH值用pHS-3C型pH值计；EC用DDS-11A型电导率仪；GI的测定是取上述浸提液8mL于垫有滤纸的培养皿中，同时设对照（蒸馏水），每个培养皿内置10粒饱满小麦种子（品种为农大115），然后将其放置在（20±1)℃培养箱中培养，分别在24h和96h时测定发芽率及根长，每个样品重复4次，计算发芽率指数（GI），干样用来测定总有机碳(TOC)和全氮(TN）。TOC采用磷酸浴外加热重铬酸钾氧化法。TN采用凯氏定氮法。以上测定方法均参照土壤农化分析方法。
3）发芽率指数GI的计算方法
用发芽指数GI(Genmination Index)来评价堆肥的毒性。GI由下式确定： 

2结果与分析