[科普中國]-污泥堆肥

污泥堆肥是一種很好的土壤改良劑。當(dāng)堆肥被用于農(nóng)田，可以增加有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，減少肥料的使用量，并且可以減輕土壤的潛在侵蝕。

定義堆肥是在一定條件下通過微生物的作用，使有機(jī)物不斷被降解和穩(wěn)定，并生產(chǎn)出一種適宜于土地利用的產(chǎn)品的過程。

堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。好氧堆肥是在有氧情況下有機(jī)物料的分解過程，其代謝產(chǎn)物主要是二氧化碳、水和熱；厭氧堆肥是在無氧條件下有機(jī)物料的分解，厭氧分解最后的產(chǎn)物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產(chǎn)物，如有機(jī)酸等。厭氧堆肥于好氧堆肥相比較，單位質(zhì)量的有機(jī)質(zhì)降解產(chǎn)生的能量較少，而且厭氧堆肥通常容易發(fā)出臭氣。由于這些原因，幾乎所有的堆肥工程系統(tǒng)都采用好氧堆肥。

堆肥實(shí)際就是廢棄物穩(wěn)定化的一種形式，但是它需要特殊的濕度和通氣條件以產(chǎn)生適宜的溫度。一般認(rèn)為這個(gè)溫度要高于45℃，保持這種高溫可以使病原菌失活，并殺死雜草種子。在合理堆肥后殘留的有機(jī)物分解率較低并相對(duì)穩(wěn)定，堆肥的臭味可以大大降低。堆肥還可以產(chǎn)生明顯的干燥效果，這一點(diǎn)對(duì)于處理市鎮(zhèn)和工業(yè)污泥等潮濕物料非常有用。堆肥中有機(jī)底物的降解與干燥過程同步進(jìn)行能夠降低后續(xù)處理的費(fèi)用，從而有利于增加堆肥的再利用或處置1。

完整意義上的堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、C/N和通風(fēng)條件下通過微生物的發(fā)酵作用，將廢棄有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿系倪^程。通過堆肥化過程，有機(jī)物由不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的腐殖質(zhì)物質(zhì)，其堆肥產(chǎn)品不含病原菌，不含雜草種子，而且無臭無蠅，可以安全處理和保存，是一種良好的土壤改良劑和有機(jī)肥料2。

特點(diǎn)堆肥有兩個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)：一是可以把令人討厭的廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谔幚淼奈锪?；二是能?chuàng)造有價(jià)值的商品即堆肥產(chǎn)品。但是不利的方面是，堆肥往往需要時(shí)間，也面臨眾多風(fēng)險(xiǎn)。人們不能簡(jiǎn)單地把糞便堆在牲口棚的后面，然后打算幾個(gè)星期后得到好的堆肥產(chǎn)品；一個(gè)成功的堆肥企業(yè)如同其他任何工程一樣，需要長(zhǎng)期積累經(jīng)驗(yàn)2。

堆肥優(yōu)點(diǎn)堆肥的優(yōu)點(diǎn)主要包括土壤改良、生產(chǎn)可出售的產(chǎn)品、改善糞便處理、提高土地利用、降低污染和衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)、殺死病原菌、使用堆肥作墊料替代物、抑制病害以及獲得處理或傾倒費(fèi)1。

1.土壤改良

2.可出售的商品

堆肥最具吸引力的特征之一就是產(chǎn)品有市場(chǎng)。潛在的消費(fèi)者包括庭院種植、園林、菜農(nóng)、草坪種植者以及高爾夫球場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者等。由于被看做一種廢棄產(chǎn)品，堆肥的價(jià)格變化很大，其價(jià)格主要由本地市場(chǎng)需求、堆肥質(zhì)量以及原材料價(jià)格等決定。

3.改善糞便處理

堆肥可以減輕糞便的質(zhì)量、水分含量和活性，便于處理，并在沒有臭氣和蒼蠅的問題下得到很好的貯存。

4.改善土地利用

堆肥和糞便都有肥料價(jià)值，都是良好的土壤改良劑。但是糞便堆肥后有點(diǎn)多：堆肥可以使糞便中的氮素轉(zhuǎn)變?yōu)楦臃€(wěn)定的有機(jī)氮；堆肥過程產(chǎn)生的熱量可以減少糞便中雜草種子的數(shù)量。

5.降低污染風(fēng)險(xiǎn)和臭味抱怨

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是養(yǎng)殖業(yè)不斷規(guī)模化的過程中，養(yǎng)殖糞便和臭氣開始成為一種負(fù)擔(dān)而不是財(cái)富。特別是對(duì)一些企業(yè)來說。堆肥可以減輕這些問題的影響。由于堆肥產(chǎn)品通常有需求，因此其出路就不是問題。堆肥可以貯存和處理的性質(zhì)允許它可以被運(yùn)到比糞便和其他原料更遠(yuǎn)的地方。一個(gè)運(yùn)行良好的堆肥設(shè)施基本不會(huì)產(chǎn)生臭氣和蒼蠅，堆肥還可以把氮轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗菀诐B進(jìn)地下水或者被徑流沖走的形態(tài)。

6.殺滅病原菌

當(dāng)動(dòng)物因?yàn)樵鷦?dòng)物而產(chǎn)生腹瀉時(shí)，它的糞便中就含有大量的該原生動(dòng)物的包囊。這些原生動(dòng)物暴露在攝氏60℃的條件下30min可以被殺死。堆肥過程中的溫度可以達(dá)到攝氏60℃，但堆肥靠近表層的部分可能達(dá)不到這個(gè)溫度，翻堆可以使所有的原料都達(dá)到所需的溫度。

7.墊料替代物

堆肥被用在家禽和牲畜的墊料上。研究和試驗(yàn)表明堆肥基本上是安全和有效的墊料。

8.抑制疾病

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)良好的堆肥可以在不使用化學(xué)藥物控制的情況下減輕植物的土傳染病害。堆肥的這種抑制病害的特點(diǎn)已經(jīng)開始被廣泛地認(rèn)識(shí)和認(rèn)可2。

堆肥缺點(diǎn)堆肥的缺點(diǎn)包括費(fèi)時(shí)、臭氣污染、易受天氣影響、市場(chǎng)銷售、原料分散等方面1。

1.費(fèi)時(shí)和成本高

像其他工程一樣，堆肥也需要設(shè)備、人力和管理。如果有現(xiàn)成機(jī)械和設(shè)備的話，堆肥的最初投入會(huì)非常低。這種方式對(duì)原料相對(duì)小的農(nóng)場(chǎng)很合適，但是大部分中型、大型的堆肥廠已經(jīng)發(fā)現(xiàn)僅利用現(xiàn)有設(shè)備會(huì)需要太多的人力，因此應(yīng)購買專門的堆肥設(shè)備。堆肥設(shè)備中少的價(jià)格需要10萬左右，好一些的則需要100萬以上。

2.占用土地

堆肥場(chǎng)地、原料貯存以及堆肥成品的貯存都需要占用相當(dāng)多的土地，有時(shí)甚至是建筑用地。

3.臭氣污染

說堆肥沒有臭氣是失實(shí)的。盡管堆肥過程的最終產(chǎn)品是沒有臭氣的，但是用來堆制堆肥的有些原料確實(shí)會(huì)產(chǎn)生臭氣。知道他們被堆制前，這些活性的原材料，如糞便、污泥以及食品垃圾都能產(chǎn)生臭氣，特別是它們被放置一段時(shí)間后。如果處理不當(dāng)，也可能在堆制過程中產(chǎn)生臭氣。

4.易受天氣影響

寒冷的天氣會(huì)降低堆肥物料的溫度，也使得堆肥過程變慢。它還可能導(dǎo)致其他的問題，如原料設(shè)備凍結(jié)。雨和雪的潛在影響更加嚴(yán)重，大的降雨量會(huì)增加堆肥混合物的水分，因此延長(zhǎng)了堆肥的時(shí)間。

5.流失氮素的可能

堆制過的堆肥常常只含有新鮮糞便不到一半的氮素。一個(gè)好的糞便控制系統(tǒng)應(yīng)該保留住絕大部分的氮素，堆肥實(shí)際上就代表了氮素?fù)p失的一條潛在途徑。但是，除了土壤混合和恰當(dāng)?shù)馁A存，糞便中的氮素會(huì)很快釋放到大氣，最后可能比堆肥中的殘留的氮素還要少2。

歷史有機(jī)堆肥有著悠久的歷史，自古以來我國農(nóng)村地區(qū)就普遍將秸稈、落葉、野草、動(dòng)物糞便及墊圈料等堆積在一起，進(jìn)行發(fā)酵制成肥料。據(jù)古書記載，我國公元六世紀(jì)就出現(xiàn)了“踏肥”，即廄肥的生產(chǎn)和利用；1591年就出現(xiàn)了“蒸糞法”，即堆肥的積制利用方法；1633年就開始了“釀糞法”，即漚肥的積制利用方法1。

但是，真正對(duì)堆肥技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的探討則始于20世紀(jì)初。根據(jù)美國公用事業(yè)協(xié)會(huì)（APWP）報(bào)道，最早的堆肥工程工藝起于1925年的印度，英國的霍華德先生發(fā)明了印朵兒法。它之所以成功是因?yàn)槎洋w會(huì)像預(yù)言的一樣可以發(fā)熱，而且不會(huì)腐敗。該方法的科學(xué)性表現(xiàn)在基質(zhì)有了配方，另外有了操作的步驟描述。

后來為了促進(jìn)堆肥的好氧發(fā)酵，又提出了被蓋洛爾法，即將固體廢物和人糞肥分層交替堆積，并使翻堆由一二次改為多次翻堆（堆積4-6月）。

1932年荷蘭VAM公司建立了歐洲第一個(gè)改良印多爾法的規(guī)模堆肥工廠其工藝稱為范曼奈發(fā)（Van Mannen），是將用水調(diào)節(jié)后，再室外堆積4-8月（厭氧分解），然后破碎、分選。

1933年在丹麥出現(xiàn)了丹諾堆肥工藝，這是一種運(yùn)用轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行好氧發(fā)酵的方法，特點(diǎn)是發(fā)酵周期短，一般只需3-4天。

20世紀(jì)70年代以后，許多堆肥工藝不斷得到完善，一些新的工藝也被開發(fā)出來，如1972-1973年間美國農(nóng)業(yè)部馬里蘭州的農(nóng)業(yè)研究中心開發(fā)的通氣靜態(tài)堆工藝，也稱貝特斯維勒（BELTSVILIE）工藝。該工藝再美國得到了廣泛的應(yīng)用，1990年有超過76座設(shè)備在運(yùn)行2。

發(fā)展前景世界各國普遍采用的堆肥方法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)堆肥兩種，如自然堆肥法、圓柱形分格封閉堆肥法、滾筒堆肥法、豎式多層反應(yīng)堆肥法以及條形靜態(tài)通風(fēng)等堆肥工藝，這些方法都在不斷發(fā)展和完善1。

國內(nèi)先后建成了一些機(jī)械化程度較高的堆肥廠，如無錫、杭州、武漢、上海等地的機(jī)械化堆肥技術(shù)包括較完整的前處理、發(fā)酵、后處理工藝和設(shè)備，其堆肥技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)行操作可控性、環(huán)境質(zhì)量等方面的指標(biāo)都達(dá)到了較高水平。天津市污水處理研究所在紀(jì)莊子污水處理廠進(jìn)行的污泥高溫堆肥的試驗(yàn)和研究中，探索出了一套少加甚至不加調(diào)節(jié)劑、簡(jiǎn)單而便于操作管理的污泥堆肥工藝，同時(shí)提出了工藝流程和技術(shù)參數(shù)，為生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與建設(shè)提供了技術(shù)依據(jù)。以堆肥處理前、后消化污泥的提取液為試驗(yàn)液，以草履蟲為試驗(yàn)對(duì)象所進(jìn)行的綜合毒性研究表明，兩者的半致死濃度相差近10倍，說明堆肥對(duì)毒性有機(jī)物的降解效果是顯著的。

1997年北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院總結(jié)多年研究成果，吸取國內(nèi)外各類機(jī)械堆肥裝置的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)、研制了污泥動(dòng)態(tài)發(fā)酵器，該裝置效率高、能耗低，便于操作管理和設(shè)備化。根據(jù)所研制的設(shè)備，提出以污泥動(dòng)態(tài)發(fā)酵器為核心的污泥制復(fù)合肥新工藝路線，建成了1條年產(chǎn)5000t復(fù)合肥生產(chǎn)的裝置。生產(chǎn)線包括污泥動(dòng)態(tài)發(fā)酵器、混合攪拌器、圓盤造粒機(jī)、烘干機(jī)、篩分機(jī)等組成，運(yùn)行以后設(shè)備穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)效益明顯。該研究提出的污泥動(dòng)態(tài)發(fā)酵無害化及污泥制肥工藝，將在北京市高碑店等污水處理廠的污泥處理處置中得到應(yīng)用，對(duì)于解決北京市的污水污泥處置問題，會(huì)起到很好的作用?？梢哉f，該項(xiàng)技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用已經(jīng)有了良好的開端。

調(diào)查表明，我國每年畜禽糞便產(chǎn)生量約為19×10t，實(shí)際處理率不到10%。城市污水污泥的處理是一個(gè)世界性的難題，處置不當(dāng)易造成環(huán)境二次污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)全國共有污水處理廠約600座，根據(jù)污水處理過程中產(chǎn)生的污泥約為污水處理量的0.3%——0.5%計(jì)算，我國城市污水處理廠排放干污泥約1.4×10t/a，并以10%——20%的速度遞增，未來可預(yù)測(cè)的污泥產(chǎn)量至少在1.0×10以上，污泥的處理處置已成為十分迫切的問題。

另外，從我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和市場(chǎng)需求看，未來有機(jī)肥的發(fā)展?jié)摿σ彩謴V闊。隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和“三綠工程”的實(shí)施，優(yōu)質(zhì)、高效生態(tài)農(nóng)業(yè)種植面積將逐年擴(kuò)大，綠色食品、有機(jī)食品生產(chǎn)基地的擴(kuò)大必然形成對(duì)有機(jī)肥的巨大需求。與此同時(shí)，國家對(duì)改善生態(tài)環(huán)境的巨大投入必將有效拉動(dòng)林、草、花卉用肥需求的迅猛增長(zhǎng)。

總體上，由于長(zhǎng)期忽視對(duì)固體廢物的管理以及技術(shù)裝備等的不足，我國的堆肥產(chǎn)業(yè)仍處在一個(gè)發(fā)展初期，堆肥規(guī)模、堆肥廠的數(shù)量以及堆肥工藝水平基本停留在一個(gè)粗放式的簡(jiǎn)單加工階段，與發(fā)達(dá)國2家相比距離甚遠(yuǎn)，未來各類有機(jī)固體廢棄物的處理任務(wù)將十分龐大，也預(yù)示著這一產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展空間。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)