城市固体废弃物堆肥化处理的影响因素

摘要：城市固体废弃物的堆肥化处理已经成为各国越来越重视的方法。堆肥化处理是通过控制堆腐过程条件，使废弃物在短时间内最有效地达到稳定，杀灭病原菌，使产品可以安全地使用。本文对堆肥的原理及基本机理进行了介绍，同时对堆肥过程的重要参数(水分含量、有机质含量、C/N比、pH值、通气量等)进行了综述。
关键词：城市固体废弃物；堆肥；影响因素
随着人口的增长、工业及经济的发展，城市固体废弃物(污泥、垃圾)的产量急剧增加。据报道，目前中国城市垃圾产量为1亿t/a，同时还在以10%的速度递增[1]。除了要处理这些新产生的垃圾外，还有历年来累积的垃圾90亿t，许多城市已逐渐被周边所堆放的垃圾包围。中国的污水处理事业也在迅速地发展，1990年统计，40个城市建有78家污水处理厂，到1995年，全国共建有122座污水处理厂，5年增长了56.4%[2]。目前的污水处理量是污水产量的7%，根据国家计划，2000年全国的污水处理率将达到20%~30%，2010年达到40%~50%[3]。届时，将有大量的污泥产生，如不加以妥善的处理，必将引起严重的二次污染。城市固体废弃物的处理问题已成为中国各城市发展的重要问题。
固体废弃物的处置方法有：投海、焚烧、填埋和土地利用[4,5]。城市固体废弃物中含有大量的有机物质、植物生长必需的营养物质，可以进行土地利用[6,7]。但城市固体废弃物中还含有大量的病原菌、杂草种子、重金属及其它污染物质，同时废弃物中的有机质具有不稳定和易降解的特点，必须经过妥善的处理后方可施用，否则会对环境和作物造成危害。其中有效的处理方法是堆肥化处理。
1堆肥化的基本技术和原理
堆肥化是在合适的水、气条件下，利用微生物降解有机质而产生高温，杀死有机固体废弃物中的病原菌及杂草种子，使其达到稳定化和无害化[8]。
堆肥化有好氧和厌氧之分，由于好氧堆肥的高温可以杀死废弃物中的病原菌，同时高温菌对有机质的降解速度快，因此目前大多数堆肥采用的是高温好氧堆肥[10]。好氧堆肥是在有氧的条件下，籍好氧微生物的作用来进行有机物质的降解，堆肥的温度高，一般在50~65℃，亦称为高温堆肥[10,11]。
2堆肥的基本材料
堆肥的基本材料是堆肥原料及填充料。适用于堆肥的原料相当广泛，污泥、城市垃圾、农业废弃物占主要部分，它们的品质特性决定着堆肥的方法[12,13]。
2.1堆肥的原料
堆肥原料应满足：含有足够的有机质以利于代谢热的产生；有足够量的原料来贮热，以弥补向周围环境散失热量；有足够的自由空域，以利于气体的交换，为微生物提供氧气。所以，堆肥化物料本身是一个滋生地、营养源、热源、物料代谢的发酵池以及气体和热量交换的底物。
原料的种类对堆肥有影响。例如生污泥和消化污泥都可以成功地堆腐，而生污泥堆肥时会造成更大的臭味、通常需要更多的氧气、可以更快的达到高温[9]。污泥、垃圾等废弃物本身有足够的细菌，所以堆肥时不用再接种微生物[14]。
2.2堆肥的填充料
填充料可以起到提供碳源、提高堆体的孔隙度、调节物料的湿度含量等作用[9,15]。污泥由于在脱水过程中加入了絮凝剂，容易结块，堆肥过程中不利于通气供氧，而且污泥的C/N比低，不利于微生物的生长，堆肥时需加入碳源调节。垃圾堆肥一般需经过破碎，所以颗粒较为细密，不利于通气供氧。这些不利的状况可以通过加入填充料来改善。
理想的填充料应该是干燥的、疏松的、比较轻的有机物，能够增加堆料中碳源的数量、改善堆体的结构、利于堆体通气[9]。木屑、锯末、树皮、稻壳等为常用的填充料，这种填充料又可称为调理剂；橡胶轮胎、发酵过的堆肥也可以部分的用作填充料，但是由于其只起到改善堆肥孔隙的作用，故又可称为膨胀剂[9,16]；在美国，许多堆肥厂用废纸作为填充剂[16]。
费用问题是影响填充料使用的问题之一，木屑、锯末等很贵而且需要场地贮存，还要求使用前的破碎处理。在美国，一个通气静态垛式堆肥厂，木屑的费用大约占去整个堆肥系统操作费用的40%[17,18]。如果选用回流堆肥用作填充剂，堆肥的成本将会大大降低。
3堆肥的过程参数
堆肥化过程是复杂的。物料经混匀后，受营养平衡、水分含量和物理结构等的影响。工艺过程中要控制的各种参数，就是那些对堆肥过程有影响的物理、化学和生物因素。它们决定微生物活动的程度，从而影响堆肥的速度与质量。
3.1水分含量
在堆肥过程中，水分是一个重要的物理因素[19]。水分含量是指整个堆体的含水量。水分的主要作用在于：（1）溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；（2）水分蒸发时带走热量，起调节堆肥温度的作用。水分的多少，直接影响好氧堆肥反应速度的快慢，影响堆肥的质量，甚至关系到好氧堆肥工艺的成败，因此，水分的控制十分重要。在堆肥期间，如果水分含量低于10%~15%，细菌的代谢作用会普遍停止；含水量太高，会使堆体内自由空间少，通气性差，形成微生物发酵的厌氧状态，产生臭味，减慢降解速度，延长堆腐时间[19]。
大量的研究结果表明，堆肥的起始含水率一般为50%~60%[14,19]。在堆肥的后熟期阶段，堆体的湿度也应保持在一定的水平，以利于细菌和放线菌的生长而加快后熟，同时减少灰尘污染。