全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
城市污泥强制通风堆肥过程中的生物学
和化学变化特征 ‘
张雪英‘ 周立祥
’
沈其荣‘ 宗良纲 , 占新华‘ 吴启堂, 廖辛佛, 黄焕忠
‘ 南京农业大学资源环境学院 , 南京 华南农业大学国土资源学院 , 广州
香港浸会大学生物系 , 香港九龙塘
摘要 采用间蝎式强制通风堆肥法进行的肥堆体积约 衬 , 堆肥时间为 的污泥堆肥试验表明 , 堆肥
的第 天即达高温阶段 ℃ 并能保持 , 平均最高温度达 ℃ , 局部温度达 ℃ 粪大肠杆菌由开始
时的 护 个
· 一 ‘降至试验结束时的 犯 个
· 一 ‘ 污泥堆肥过程中挥发性固体 , 总有机 、水溶
性有机 、 固体有机 比和水溶性有机 有机 比下降明显 , 而 、 及重金属含 有所升高 随着堆
肥的进程 在前 周堆肥过程中产生的氨氮大幅下降 , 硝酸盐含量随之升高 相应地 , 在第 周内升
高 , 随后降低 堆肥 左右 , 水芹 及咖球“ 救 、 种子发芽指数即可达 综合堆肥过程中堆
温和化学与生物学变化特点 表明污泥堆肥在 左右基本上接近腐熟 后达到完全腐熟 产品外观
呈黑褐色 , 蓬松 , 无明显异味
关健词 城市污泥 强制通风 堆肥 变化特征
文章编号 一 一 一 中图分类号 文献标识码
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城市污泥堆肥法以其处理成本低廉 、 能有效杀
灭病原菌和除臭 、 改善污泥不 良的物理性状 、使污泥
减容和达到彻底稳定化的效果等优点而倍受人们的
关注 , 并已成为当前污泥无害化和农肥化的重要途
径之一〔’ 其中静止堆强制通风堆肥法由于处理量
大 , 可每天连续堆制 , 运行成本低 , 操作简便而成为
许多污水处理厂广泛采用的污泥堆肥方式 , ‘ 〕大
量研究表明 , 污泥堆肥作园林花卉基质具有明显的
培肥地力和促进植物生长的作用 , 如花期延长 , 花蕾
增多 , 挂 果量 多 , 花 色鲜艳 , 叶 片肥 大 而 浓绿 等
等「‘ 〕然而 , 污泥腐熟度在很大程度上影响着污泥
堆肥质量和无害化程度 , 如何评判污泥堆肥的腐熟
度是当前污泥堆肥研究的热点问题
, , ’ 国内有
关污泥静止堆强制通风堆肥的研究 , 大多是从温度
变化和外观上来观测腐熟程度 , 以及从堆肥前与堆
肥后理化性质的变化来评价堆肥效果 , 对污泥堆
肥过程中尤其是在野外堆肥过程中有关生物学和化
学的变化动态报导却较少 , 而 了解其动态变化规律
对科学评估污泥堆肥腐熟度及提供合适评价指标具
· 美国勒克菲洛兄弟基金会项 目 叮 、 国家自然科学基金
重点项目 和江苏省杜会发展资助项目
, 通讯联系人 一 肠 口
一 一 收稿 , 一 一 接受
应 用 生 态 学 报 卷
有重要作用
材料与方法
污泥堆制方法
采用静止堆强制通风堆肥方式对污泥进行堆肥 供试污
泥为江苏省无锡市芦村污水处理厂的厌氧消化脱水污泥 , 蓬
松剂为江苏某中药厂甘蔗渣 基本性状列于表 堆制场地
之 为钢筋混凝土结构 场地上方设有防雨顶
拥 地面开设 条通风沟 , 在沟内放置直径
的 通风管 , 管壁四周打有小孔 , 通风管一端密
封 , 一端与鼓风机 进风量为 耐
· 一 ’ 相连
,
污泥堆制
前 , 在地面上先垫铺 厚的小木块 约
随后蓬松剂与污泥按体积比 混匀后在其上装堆
成条垛状 , 上盖塑料薄膜
裹 供试污泥和班松荆的甚本性状
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下暗中培养 后 , 测定种子的根长 , 同时用去离子水做空
白对照
种子发芽指数 处理种子的发芽率 处理种子的
根长 去离子水种子的发芽率
去离子水种子的根长
‘ 大肠杆菌的测定 取鲜样 提取的水溶液 , 采用
多管发酵法检测水溶液中大肠杆菌的数量
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肥堆体积约为 衬 , 采用定时间歇式强制通风方式供
氧 鼓风机合适的通风频率设为每 通风 , 两周后改
为每 鼓风 , 后翻堆一次并停止通风让其后熟
采样
堆肥刚一装堆 , 即采样一次 , 以后每周定点采样 采样方
法为 每堆在不同部位采集多点样品 , 然后充分混匀组成一
个混合样品 每天定时观测肥堆温度 , 同时记录气温 采回的
鲜样过 目筛后贮于 ℃冰箱中 , 部分项 目用鲜样侧定 , 部
分项 目风干后测定
分析方法
水分 、 、速效 测定 采用鲜样测定 有机质 、 全
、全 、全 用风干样测定 测定方法见文献 ‘ 〕
,
水溶性 、 、 侧定 按水 物料比 干重计 浸
提堆 肥 鲜 样 , 在 印 水 平 振荡 机 上 振 荡 后 , 在
印 离心机上低温 ℃ 离心 而 , 上清液过 拌
地膜 , 滤液分别用相蓝 比色法测 , 用 叉 测定仪 已
, 岛津 测定有机碳 , 用靛酚蓝比色法测水溶性
挥发性固体的侧定 称过 目的风干样品在电炉上
低温 化后移至马沸炉中 ℃连续灼烧 至恒重
重金属测定 重金属的有效态采用 浸提 , 原子
吸收分光光度法测定 重金属全量则采用 消
煮 , 原子吸收法侧定
种子发芽指数侧定 鲜样按水 物料 比 二 浸提 ,
’ 振荡 后过滤 , 吸取 滤液于铺有滤纸的培养皿
中 , 滤纸上放置 顺水芹 场叫￡ 烈油 种子
, ℃
结果与讨论
污泥堆温的动态变化及其杀灭病原菌的效果
污泥堆温的变化是衡量其堆肥腐熟速率的一个
重要参数 本试验发现 图 , 在合适的通风量和通
风频率条件下 , 污泥静置堆第 天即迅速升温达到
能杀灭病原物的高温阶段 》 ℃ , 高温时间可持
续 , 最高时平均温度可达 ℃ , 局部达 ℃ 随
着微生物易利用的有机碳和营养成分的减少 , 堆温
逐渐下降至 ℃左右 在第 停止通风让其后熟
的开始阶段 前 , 温度又有所回升 , 但后熟阶段
中最高温度仍低于堆肥阶段的平均堆温 , 许多研究
也有类似报导〔’ 〕后熟主要是在好气条件下微生物
利用剩余的养分进行新陈代谢并加速有机物腐殖化
的过程 经测定 , 通过高温堆肥处理污泥中病原菌均
有大幅度降低 , 污泥堆肥总大肠杆菌由初始的
个
· 一 ’降至试验结束时的 驼 , 个
· 一 ’
降低近 个数量级 , 完全达到有关卫生标准 ’ 堆
腐后的污泥呈黑褐色 , 蓬松 , 已无任何臭味 , 从外观
上看已达到腐熟
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圈 污泥堆肥过程中沮度的变化
明 招
挥发性固体含量和生物毒性的变化
随着污泥堆制时间的延长 , 堆肥中挥发性固体
呈明显下降的趋势 图
,
污泥经 的堆腐后 , 挥
发性固体含量从起始的 下降到结束时的
左右 , 下降 , 反映堆肥中部分有机物被微生物
分解利用 通常认为 , 堆肥过程中其挥发性固体含量
期 张雪英等 城市污泥强制通风堆肥过程中的生物学和化学变化特征
乙台
下降至一个相对稳定值是堆肥接近腐熟的一个重要
标志【’“ 使用未腐熟的污泥堆肥会导致烧苗烧根 ,
按美国科罗多州健康标准局要求 , 堆肥产品中挥发
性固体含量应低于
堆肥全 含量从开始时 增加到堆肥结束时的
, 总体上呈上升的趋势 , 这可能与堆肥中有
机 降解较快从而导致堆肥重量减轻有关〔川
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堆肥时间
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堆肥时间
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图 污泥堆肥过程中有机 和全 含量及 比的变化
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比在堆肥过程中变化明显 开始 比为
, 到大约 时已下降至 左右 , 此后 , 比
变化相对较小
,
等 报道 , 对起始 比为
一 的堆肥材料 , 当该值降到 以下时 , 则可认为
堆肥基本腐熟 但不同原料对这个参数影响较大
堆肥水浸提液中有机 、 含量及其 比
从表 可以看出 , 堆肥水浸提液中水溶性有机 ,
随堆肥时间的延长呈直线下降 , 第 天其含量 已
不到起始的一半 据报道 , 腐熟前污泥堆肥中水溶性
有机质主要包括小分子的糖类 、有机酸 、氨基酸 、肤 、
酚类等 , 极易被微生物降解与利用 , 浸提液中有
机 也有类似的规律 , 但降幅远没有水溶性有机
大 水溶性有机 与有机 的比值已被公认为堆肥
腐熟的较好指标 , 该值约为 一 时表明堆肥已经腐
熟 , 而且该值与堆肥原料的 比无关〔‘
· 〕, 在本
研究中发现 , 到第 天时堆肥水溶性 比已 由
开始时的 左右下降到 , 表明堆肥接近腐熟
表 不同堆肥时间堆肥水漫提物中有机 、 及其比值的变化
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图 污泥堆肥过程中挥发性固体 含量和水芹种子发芽指数
变化动态
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种子发芽指数是通过测试堆肥浸出液的生物毒
性来评价污泥堆肥腐熟程度 十字花科植物水芹的
种籽因其颗粒细小 、 高的萌芽率及对环境胁迫高度
的敏感性而被广泛应用 图 表明 , 污泥堆肥过程
种子发芽指数呈现出如下变化规律 堆制 周的污
泥堆肥显现出较强的生物毒性 , 表现在显著降低种
子发芽指数 , 周后 随堆肥的进程 , 生物毒性逐渐
下降 , 发芽指数稳步上升 , 时种子发芽指数达
据报道 , 种子发芽指数达 以上 , 表明堆肥
已消除植物毒性 施用堆肥既不抑制种子萌发 , 也不
会影响根系生长 , 达到了完全腐熟 ’ 未腐熟的污
泥堆肥其生物毒性可能主要来源于肥堆中高浓度的
氨 、小分子有机酸及醛类等不完全降解产物 尤其在
堆肥的第 周有机物大量降解而会产生较多这类物
质 在本试验中发现 , 堆肥中挥发性固体含量与发芽
指数呈显著负相关 “ 一 ’ 因此 , 对于同类
堆肥而言 , 挥发性固体含量亦可被用来衡量肥堆可
能存在的生物毒性大小 , 也是污泥腐熟程度的重要
参考指标之一
有机 、 含量及其 比的变化
总有机 、 含量及其 比 从图 可
见 , 由于微生物的降解 , 有机 含量随堆肥时间的
延长下降明显 , 从堆制开始时的 降至第 天
左右时的 , 降幅约 , 随后达到相对稳定 第
天后有机 含量不再明显下降 , 与水芹种籽发芽
指数在 后保持在 左右不再升高的结果非
常吻合 , 说明污泥堆肥至 时基本趋于稳定化 而
无机 形态的变化及其与 的关系 在本
次实验中发现污泥堆肥速效 含量在前 周明显
升高 , 随后下降 , 到 后又有所回升 为进一步区
分其中无机 形态的变化 , 测定了堆肥 中 嘴
一
应 用 生 态 学 报 卷
和 呀
一 的含量动态 图 结果表明 , 在堆肥的
前 周有大 的氛氮产生 , 在第 天达到最高峰 , 随
后明显下降 , 到 时下降了 , 此后变化缓慢
污泥堆肥在开始时产生大量的 哎
一 是由于污泥
中易矿化 的有 机 态 在前期大量 降解 的缘故
一 在开始阶段含量较低 , 随着堆肥时间的延
长 , 硝化作用逐渐增强 , 一 含量随之升高 堆肥
结束时 , 一 含量较之第 周时提高近 倍
衰 污泥堆肥过程中 和 , 金月含 的变化
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堆肥结束 间
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可能与有机物大量降解后堆肥重量减轻有关 大多
数研究均发现在堆肥过程中重金属全量是升高的 ,
但 浸提态重金属含量变化报道结果却很不
一致 , 看来与供试材料的不同有一定关系 ,
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圈 污泥堆肥过程中按态氮和硝态氮的变化
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堆肥过程中 嘴
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一 含量的相对变
化 , 在一定程度上影响着肥堆的 从图 可 以看
出 , 本次堆肥的 值总体上呈下降趋势 , 在第 周
内 值有所上升 , 随后又缓慢下降 相关分析表
明 , 堆肥后期 下降与同期硝酸盐含量大幅度产
生和氨氮显著下降有密切关系
堆肥时间
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困 污泥堆肥过程中 的动态变化
目 姐 州 画 目 电 侧刀 昭
,
及重金属全量和活性的变化
由表 可见 , 经 的堆腐过程 , 堆肥中全 和
水溶性 含量均有明显提高 , 约为堆肥开始时的
倍和 倍 重金属 、 、 全量和 浸
提态重金属含量也有不同程度的增加 , 尤其是 、
增加最为明显 堆肥结束后 和重金属含量升高
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作者简介 张雪英 , 女 , 年生 , 在读博士 , 主要从事有机
废弃物农业利用方面的研究 一
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