城市生活垃圾堆肥过程中腐熟度指标及控制参数

从堆肥原料有机质含量对垃圾堆肥的调控作用角度来说，一般垃圾原料有机质（物）含量控制在40％～60％之间最适宜堆肥，而进入南宫堆肥厂堆肥原料，夏季垃圾中有机质含量为42.0％，基本满足堆肥对有机质的需要；春秋两个季节的垃圾有机质含量分别为34.2%、36.5％，也尚能满足垃圾堆肥需要，但是已开始表现有机质的缺乏；而冬季垃圾堆肥原料有机质含量仅为29.8％，已严重影响堆肥的正常进行和堆肥产品品质。因此为了满足堆肥原料有机质含量达到40％以上的要求，对于春秋和冬季来说，一方面考虑适当添加生活污泥等有机碳源；另一方面可以通过源头垃圾分类收集方法或者强化马家楼垃圾分选功能，以提高可有机质数量。经过8周堆肥以后，四个季节堆肥产品有机质含量变幅18.2％～27.6％，尽管能够满足城镇垃圾农用控制标准（GB8172-87）中有机质17.24％（10％×1.724）标准值，但是完全不能满足商品有机肥料标准（NY525-2002）中有机质30％标准值的需要。因此，这种垃圾堆肥只能称之为土壤改良剂，不能称之为有机肥。只有采取措施提高堆肥有机质含量和养分含量，才能达到有机肥标准。
5）全氮的变化
从图5中可以看出，四个季节的垃圾堆肥随着堆肥时间的延长均存在不同程度的氮素流失。在堆肥的前2周内，秋季堆肥的全氮含量下降较快，造成这种现象的主要原因是由于此时温度较高，有机态氮通过微生物分解转化为铵态氮并进一步大量挥发，因此氮素损失比较严重。在整个堆肥期间，夏季堆肥全氮含量最高，平均为0.96％，由堆肥最初的1.13%降低到0.76％。春秋全氮含量居中，平均为0.65％、0.66％，到堆肥完成时，达0.5％左右。冬季堆肥中的全氮含量最低，平均为0.48％，堆肥完成时为0.40％。 

图5堆肥过程中全氮（TN）的变化
6）碳氮比的变化
从图6中可以看出，在整个堆制过程中，四个季节的C/N比均呈下降趋势，这是因为随着好氧堆肥的进行，碳和氮同时在减少，而碳的损失要比氮要高（见图4和图5），因此导致体系中C/N比不断减少，直到微生物对有机垃圾的降解反应达到稳定为止。在整个堆肥期间，冬季堆肥C/N比最高，为26.49。春秋C/N比居中，到堆肥完成时，达23左右。夏季堆肥中的C/N比最低，由堆肥初始的26.22降低到21.17。由此看出C/N比的变化跟初始堆料的C/N比高低有关。传统高温堆肥一般以固体C/N比作为评价腐熟度的重要参数。当固相C/N比小于20时堆肥达到腐熟或者是腐熟的必要条件。而南宫堆肥经过8周后，产品的C/N在21-26之间，已接近腐熟。 

图6堆肥过程中碳氮比（C/N）的变化
2.2生物学指标：发芽率指数(GI)的变化
Veerapan等人研究多种不同原材料堆肥表明固相C/N比评价堆肥腐熟度有效性差，而利用堆肥水浸提液对植物种子的毒性实验检验腐熟度是最精确和最有效的方法。从图7中可以看出，随着堆肥时间的延长，四个季节堆肥的24h和96h的GI值均呈增加趋势，说明堆肥的生理毒性逐渐降低，抑制发芽的物质随着堆肥的进行已逐渐得到降解，堆肥逐渐达到腐熟。在堆制8周后，秋季和冬季的96h的GI值已达100%以上，说明堆肥已无生理毒性。从24h的发芽率指数图中可以看出，到了第8周时，所有季节的GI值均已超过60%，其中冬季GI值最高，为81.7%；其次是春季，GI值为78.4%；秋季GI值为72.0%，夏季GI值最低，为61.0％。一般来说，如果GI(24h)＞50%，就可认为堆肥基本无毒性，当GI达到80%-85%时，这种堆肥就可以认为对植物没有毒性。以GI值为50%为限，四个季节的堆肥在第5周时均达到此限，说明垃圾堆制第5周就可满足堆肥腐熟度的要求。另外，夏季和秋季垃圾堆肥的生理毒性均比春冬两季高，尤其是堆肥初期原垃圾水浸液的种子发芽率指数基本为零，分析原因是这两个季节的垃圾中有机物含量比较高，因而产生的有机酸和盐分浓度比较大。从24h的发芽率指数图中还可看出垃圾堆肥过程对发芽率指数的影响可分为三个阶段：第1个阶段是前期抑制阶段，主要发生在高温期，这一阶段有机物质被微生物剧烈分解，生成大量的NH4+和低分子有机酸；第2个阶段是GI迅速上升阶段，发生在堆肥第2周到第5周内，腐殖化作用越来越明显，低分子有机酸转化为高分子腐殖酸，同时氨的挥发以及金属的固定等也使EC值降低，因此使GI值不断升高；第3个阶段是GI缓慢上升至稳定阶段，从50%-60%增长到70%-80%之间。 

图7堆肥过程中24h和96h发芽率指数(GI)的变化
2.3光学指标：吸光度的变化
堆肥腐殖酸在波长465nm和665nm处具有特异吸收峰值，465nm和665nm的吸光度比值，称为E4/E6比，该值与腐殖酸分子的数量无关而与腐殖酸分子大小或缩合度有直接关系，通常随腐殖酸分子量的增加或缩合度增大而减小，因此E4/E6比可作为堆肥腐殖化作用大小的重要指标。堆肥过程中，腐殖酸按照浸提液可以分成水浸提和碱浸提两种有机酸，前者主要是指通过微生物生物化学作用新形成的小分子腐殖酸，一般从性质上主要是呈富里酸特性，溶于水和稀酸。后者主要是指结合态的大分子腐殖酸，主要是指胡敏酸。两者随着堆肥进行，前者不断通过生物化学过程转化为后者，而又不断有新的小分子有机酸生成。
从图8中水浸提的腐殖酸E4/E6比值变化可以看出，垃圾堆肥过程中水浸提液的E4/R6比值随着堆肥过程的进行，总体呈上升的趋势，说明了随着堆肥进行上述生物化学过程比较强烈，大量的小分子的有机酸不断生成，反过来更说明了堆肥过程在不断形成更大分子量的腐殖酸，从而堆肥得到腐熟。 

图8堆肥过程中吸光度的变化