全程高温好氧堆肥快速降解城市生活垃圾

摘要：为了提高堆肥处理城市生活垃圾（MSW）的速率和质量，设计了一种外加热源的全程高温好氧堆肥工艺。实验以全程高温好氧堆肥和传统好氧堆肥两种方法对MSW进行了60d的堆肥处理。同时，监测了堆肥的pH和温度等参数的变化情况，并以C/N，种子发芽率（GI）、可溶性有机碳（DOC）、比好氧速率（SOUR）和脱氢酶（DH-ase）活性为指标评价了堆肥的腐熟度和质量。结果表明，全程高温堆肥法和传统堆肥法的堆肥周期分别为16d和28d，两种方法得到的产品其pH值均在7左右。在第31d将全程高温堆肥产品置于30℃恒温箱时，其理化性质没有出现明显波动，说明其堆肥产品性质稳定。因此，全程高温好氧堆肥法能明显缩短堆肥周期、提高堆肥质量，具有很大的应用潜力。
关键词：城市生活垃圾；全程高温好氧堆肥；腐熟度；比好氧速率；脱氢酶活性；种子发芽率
1引言（Introduction）
我国每年都会产生大量的城市生活垃圾，这不仅严重污染了城市环境，危害市民健康，还会影响到经济和社会的可持续发展。目前，我国城市生活垃圾的主要处理处置方法是填埋法，该法存在浪费土地资源和产生大量渗滤液、温室气体与臭味气体等二次污染物的缺陷。而堆肥不仅能将废物减量40%～50%（Kavitha et al.，2007），还能实现生活垃圾的资源化利用，已逐渐引起人们的广泛关注。但传统的堆肥处理工艺存在投资大、生产周期长和产品质量不稳定等缺点。因此，开发新的堆肥技术以减少投资成本、节约处理时间并提高堆肥产品质量就显得十分必要。同时，新堆肥技术不仅能够提高堆肥处理工艺的利用价值，而且有利于增加堆肥技术在城市生活垃圾处理中的应用比重，进而节约资源、减少环境污染。
目前，研究者一般根据堆体温度的变化将堆肥过程分为升温期（温度上升并低于50℃）、高温期（温度高于50℃）和降温腐熟期（温度低于50℃并下降）（Antizar-Ladislao et al.，2005a；2005 b；S aseket al.，2003）。而由于温度的选择作用，不同阶段堆体内生存着不同类型的微生物：升温期以降解易溶、易降解有机物的嗜温微生物为主；高温期以降解木质素和纤维素的嗜热细菌（包括放线菌）和真菌为主；降温腐熟期则是复活的嗜温微生物。现有研究表明，在堆肥过程被降解的木质素中，有2/3以上是在高温期被降解的，而且堆肥微生物群落多样性在温度低于60℃时随温度的升高而增加（Mayende et al.，2006；Cayuela et al.，2006；Tuomelaet al.，2000）。此外，有机物在高温下更易溶，在升温期内被嗜温微生物降解的易溶物质，高温期内的嗜热微生物同样也能对其进行降解。因此，研究认为，高温期对堆肥底物的降解占主导地位。如果让堆肥过程跨越升温期，将堆体的温度从一开始就升到适合嗜热微生物生长的50 ℃并控制温度不超过60℃，就有可能实现生活垃圾的快速降解，从而缩短堆肥周期。
基于此，本文提出一种新型城市生活垃圾处理技术——全程高温好氧堆肥，即通过外加热源使堆料温度在整个堆肥过程中维持在50℃以上。同时，通过监测堆肥的温度、pH、含水率、总有机碳（TOC）和总氮（TN）等参数，并以C/N、种子发芽指数（GI）、可溶性有机碳（DOC）、比好氧速率（SOUR）和脱氢酶（DH-ase）活性等为指标，考察全程高温好氧堆肥方法与传统高温堆肥方法在堆肥周期和产品质量上的差异，以期为实现堆料的快速降解、腐熟提供参考依据。
2材料与方法（Materials and methods）
2.1材料来源及处理
堆肥原料取自长沙市岳麓区某大学附近的城市生活垃圾中转站，人工筛选去除塑料和石块等无机固体后，堆肥成分及理化性质见表1。堆置前将堆料破碎至粒径为3～5cm，然后在堆肥基质中以V木屑:V堆料＝1:9的比例加入木屑作为调理剂。
表1堆肥原料组成
 
2.2实验装置
为满足城市生活垃圾堆肥实验要求，自行设计制造了立体静态温控好氧堆肥反应器（直径30cm，深度为45 cm），并置于恒温箱中（0.7m×0.7m×0.75m）。该反应器由耐热玻璃制成，底部装有多板孔，空气通过空气压缩机经底部的孔道通入堆体中，以提供好氧环境。堆体中央插入热电偶（连接温度控制器）以便记录和控制堆肥过程中反应器的温度，主体装置如图1所示。
 
图1堆肥装置剖面图和工艺流程图
（1.空气压缩机，2.转子流量计，3.底部孔板，4.堆体，5.恒温箱6.热电偶，7.温度记录仪）