全程高温好氧堆肥快速降解城市生活垃圾

2.3堆肥工艺
采用传统高温堆肥和全程高温堆肥两种不同的工艺，堆肥方式为静态垛强制通风，并以温度为主要控制参数。设置A，B两个堆体，每个堆体的初始质量为20kg（以湿重计，体积约为28L），采用间歇供氧的方式，即供氧1h暂停1 h。供氧时空气压缩机以0.25L•min -1 •kg -1 （以湿重计）的速率将空气从反应器底部充入堆体中，以维持整个实验过程中堆体内的好氧环境。堆体A置于30℃的恒温箱中并维持整个堆肥过程，该温度与夏季平均气温相近。恒温可减少堆体与外界的热交换，以使实验规模的堆体获得更接近实际情况的温度变化。堆体B在前30d置于50℃恒温箱中，在后30d将恒温箱温度设定为30℃，以测试堆肥产物在中温环境中是否发生物化性质的改变。
采用温度记录仪每隔2h自动记录1次温度，每隔24h手动翻堆1次。大量研究表明，堆料的最合适含水率为50%～60％（Liang et al.，2003；Lin et al..2008），堆体的含水率直接影响堆体的氧气含量，从而影响堆体中微生物的活性。如果物料中含水率太高或太低，堆肥中微生物的活性都会受到抑制。因此，实验将堆肥材料的含水率控制在55%左右。
每天取样至堆肥期结束，每个堆体取2份，每份约 25g一份样品采集后及时测定pH、含水率、TN、TOC、DOC、Gl、DH-ase和SOUR等参数，具体的测定方法见表2。另一份存于- 20℃冰箱中用于后续实验。
表2城市生活垃圾理化性质测定方法
 
2.4腐熟度及堆肥周期的判定
腐熟度即堆肥完成度，是指堆肥中的有机质经过矿化、腐质化过程最后达到稳定的程度（李国学等，2000），它是衡量堆肥成熟的重要指标之一。虽然堆肥腐熟度的评价标准很多，但目前国内外尚缺乏统一的评价标准，通常需要综合多个物理、化学和生物学指标的结果来评价堆肥的腐熟度（Wuet al.，2000；Garcia et al.，1991；Lasaridi et al.，1998 ；Wang et al.，2004）。因此，实验根据相关的文献报道（Wu et al.，2000；Thalmann，1968），采用了C/N、GI，SOUR，DOC和DH-ase等5个指标来评价堆体的腐熟度，并综合各指标值判定堆肥周期。以上参数每天进行测定，除GI外，每次实验重复测定3次并取平均值。
3结果（Results）
3.1 pH值和温度
图2为堆肥过程中pH和温度的变化情况，堆料的初始pH为6.8。从图2a可以看出，两个堆体中的pH值都经历了先下降后升高再下降并逐渐稳定的过程。但也存在一些差异：堆体A中，pH值在第1d升到了7.0，然后在第4d降到最低值6.2，在第7d升回至7.0左右并继续缓慢上升，在第14d达到最高7.5，此后开始缓慢下降并最终稳定在7.0左右；而在堆体B中，pH在第1d便下降到了6.5，此后迅速上升至第11d的7.9，然后又很快下降并一直稳定在7.2左右。从图2a还可以发现，堆体B的pH值比堆体A高，并且先达到稳定。
实验将温度作为主要控制条件，并由温度记录仪每2h记录1次堆体的温度，根据记录结果计算每天的平均温度（图2b）。由图2b可知，前30d中，两个堆体的温度都经历了先升后降的过程。堆体A在第5d达到最高温度55.4℃，温度超过50℃的时间超过3d，基本符合堆肥的实际情况；堆体B虽然处于50℃的恒温箱中，但由于温度超过60℃会通过手动空气压缩机加大鼓风量的方式使温度下降，因此，最高温度只有61.4℃，但温度在60℃左右的时间有5d。在第31d将恒温箱温度设为30 ℃后，堆体B中的温度很快下降，并从第32d起便稳定在30℃，之后没有出现明显的波动。
 
图2堆肥过程中pH值和温度的变化情况
3 .2 TOC和TN
初始物料的TOC含量为15.4%，在堆肥过程中不断降低并达到稳定（图3）。从图3可以看出，在堆肥进行的前10d，TOC的下降幅度最大。堆体A从15.42%降至10.02%，堆体B从15.41%降至7.97%；堆体A中TOC在第20d时才基本达到稳定，而堆体B中的TOC在第13d就已基本达到稳定，在置于30℃恒温环境中后也没有出现明显降低的现象。堆体的氮素在整个堆肥过程中有一定的损失。至堆肥结束时，堆体A的TN值从0.42g•kg-1降至0.29g•kg-1，堆体B的TN值从0.43 g•kg-1降至0.25 g•kg-1 。由此可见，全程高温堆肥法会使氮素的损失稍微增加。
 
图3堆肥过程中TOC和TN的变化情况