城市固體廢棄物堆肥化處理的影響因素
固體廢棄物的處置方法有：投海、焚燒、填埋和土地利用。城市固體廢棄物中含有大量的有機物質、植物生長必需的營養物質，可以進行土地利用。但城市固體廢棄物中還含有大量的病原菌、雜草種子、重金屬及其它污染物質，同時廢棄物中的有機質具有不穩定和易降解的特點，必須經過妥善的處理后方可施用，否則會對環境和作物造成危害。其中有效的處理方法是堆肥化處理。
1堆肥化的基本技術和原理
堆肥化是在合適的水、氣條件下，利用微生物降解有機質而產生高溫，殺死有機固體廢棄物中的病原菌及雜草種子，使其達到穩定化和無害化。
堆肥化有好氧和厭氧之分，由于好氧堆肥的高溫可以殺死廢棄物中的病原菌，同時高溫菌對有機質的降解速度快，因此目前大多數堆肥采用的是高溫好氧堆肥。好氧堆肥是在有氧的條件下，籍好氧微生物的作用來進行有機物質的降解，堆肥的溫度高，一般在50~65℃，亦稱為高溫堆肥。
2堆肥的基本材料
堆肥的基本材料是堆肥原料及填充料。適用于堆肥的原料相當廣泛，污泥、城市垃圾、農業廢棄物占主要部分，它們的品質特性決定著堆肥的方法。
2.1堆肥的原料
堆肥原料應滿足：含有足夠的有機質以利于代謝熱的產生；有足夠量的原料來貯熱，以彌補向周圍環境散失熱量；有足夠的自由空域，以利于氣體的交換，為微生物提供氧氣。所以，堆肥化物料本身是一個滋生地、營養源、熱源、物料代謝的發酵池以及氣體和熱量交換的底物。
原料的種類對堆肥有影響。例如生污泥和消化污泥都可以成功地堆腐，而生污泥堆肥時會造成更大的臭味、通常需要更多的氧氣、可以更快的達到高溫。污泥、垃圾等廢棄物本身有足夠的細菌，所以堆肥時不用再接種微生物。
2.2堆肥的填充料
填充料可以起到提供碳源、提高堆體的孔隙度、調節物料的濕度含量等作用。污泥由于在脫水過程中加入了絮凝劑，容易結塊，堆肥過程中不利于通氣供氧，而且污泥的C/N比低，不利于微生物的生長，堆肥時需加入碳源調節。垃圾堆肥一般需經過破碎，所以顆粒較為細密，不利于通氣供氧。這些不利的狀況可以通過加入填充料來改善。
理想的填充料應該是干燥的、疏松的、比較輕的有機物，能夠增加堆料中碳源的數量、改善堆體的結構、利于堆體通氣。木屑、鋸末、樹皮、稻殼等為常用的填充料，這種填充料又可稱為調理劑；橡膠輪胎、發酵過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，故又可稱為膨脹劑；在美國，許多堆肥廠用廢紙作為填充劑。
費用問題是影響填充料使用的問題之一，木屑、鋸末等很貴而且需要場地貯存，還要求使用前的破碎處理。在美國，一個通氣靜態垛式堆肥廠，木屑的費用大約占去整個堆肥系統操作費用的40%。如果選用回流堆肥用作填充劑，堆肥的成本將會大大降低。
3堆肥的過程參數
堆肥化過程是復雜的。物料經混勻后，受營養平衡、水分含量和物理結構等的影響。工藝過程中要控制的各種參數，就是那些對堆肥過程有影響的物理、化學和生物因素。它們決定微生物活動的程度，從而影響堆肥的速度與質量。
3.1水分含量
在堆肥過程中，水分是一個重要的物理因素。水分含量是指整個堆體的含水量。水分的主要作用在于：（1）溶解有機物，參與微生物的新陳代謝；（2）水分蒸發時帶走熱量，起調節堆肥溫度的作用。水分的多少，直接影響好氧堆肥反應速度的快慢，影響堆肥的質量，甚至關系到好氧堆肥工藝的成敗，因此，水分的控制十分重要。在堆肥期間，如果水分含量低于10%~15%，細菌的代謝作用會普遍停止；含水量太高，會使堆體內自由空間少，通氣性差，形成微生物發酵的厭氧狀態，產生臭味，減慢降解速度，延長堆腐時間。
大量的研究結果表明，堆肥的起始含水率一般為50%~60%。在堆肥的后熟期階段，堆體的濕度也應保持在一定的水平，以利于細菌和放線菌的生長而加快后熟，同時減少灰塵污染。
3.2通氣量
供氣是好氧堆肥成功的重要因素之一。供氣的作用主要有三個方面。(1)為堆體內的微生物提供氧氣。如果堆體內的氧氣含量不足，微生物處于厭氧狀態，使降解速度減緩，產生H2S等臭氣，同時使堆體溫度下降。(2)調節溫度。堆肥需要微生物反應而產生的高溫，但是，對于快速堆肥來講，必須避免長時間的高溫，溫度控制的問題就要靠強制通風來解決。(3)散除水分。污泥堆肥的一個目的是降低其水分含量。在堆肥的前期，通氣主要是提供微生物O2以降解有機物，在堆肥的后期，則應加大通氣量，以冷卻堆肥及帶走水分，達到堆肥體積、重量減少的目的。
通氣可以采取鼓風或抽氣方式，兩種方式各有利弊：抽氣的優勢在于可將堆體中的廢氣在排入大氣前統一進行處理，減少二次污染；鼓風的優勢是利于水分及熱量散失。最好的辦法是在堆肥的前期采用抽氣方式以處理產生的臭氣，在堆肥后期采用鼓風方式以利于減少水分。
3.3有機質含量
有機物是微生物賴以生存和繁殖的重要因素。堆肥反應的特性是它需要一個合適的有機物范圍。大量的研究工作表明，在高溫好氧堆肥中，適合堆肥的有機物含量范圍為20%~80%。當有機物含量低于20%時，堆肥過程產生的熱量不足以提高堆層的溫度而達到堆肥的無害化，也不利于堆體中高溫分解微生物的繁殖，無法提高堆體中微生物的活性，最后導致堆肥工藝的失敗。當堆體有機物含量高于80%時，由于高含量的有機物在堆肥過程中對氧氣的需求很大，而實際供氣量難以達到要求，往往使堆體中達不到好氧狀態而產生惡臭，也不能使好氧堆肥順利進行。有研究者曾用城市垃圾和污泥混合堆肥，這樣既可以利用垃圾提高堆體中的孔隙率，又可以利用污泥提高堆體中的有機質含量，同時為垃圾和污泥___現代城市的兩大問題找到出路。
3.4C/N比
C/N比是堆肥原料與填充料混合物的C/N比。微生物生長需要碳源，蛋白質合成需要氮源，微生物合成一份蛋白質大約需要30份碳，對于堆肥來講，C/N比為30看起來是理想的。
C/N比低、特別是當pH值和溫度高時，使廢棄物中的氮以NH3的形成揮發損失，散發出臭味。用C/N比低的原料(15.7∶1)進行堆肥實驗，結果是微生物對有機物的生物氧化過程中顯示了嚴重的氮素損失。但是，當C/N比高于35時，微生物必須經過多次生命循環，氧化掉過量的碳，直到達到一個合適的C/N比供其進行新陳代謝，因而C/N比高會降低降解速度。
3.5pH值
在堆肥過程中，pH值是一個重要的因素。一般來講，pH值在3~12之間都可以進行堆肥。但是有研究發現，在堆肥初期堆體的pH值降低，低的pH值有時會嚴重地抑制堆肥反應的進行。在堆腐垃圾時，pH值控制在8左右可以顯著提高堆肥初期的反應速度，可以極大地縮短堆肥達到高溫所要求的時間，可以避免由于堆肥反應延緩所造成的臭味問題，但當pH值控制在5時，葡萄糖和蛋白質的降解停止。污泥堆肥的pH值范圍一般應在6~9之間最為合適。
3.6溫度
溫度是堆肥系統微生物活動的反映，是影響微生物活動和堆肥工藝過程的重要因素。堆肥中微生物分解有機物而釋放出熱量，這些熱量使堆肥溫度上升。堆肥初期，堆層基本呈中溫，嗜溫菌較為活躍，大量繁殖。它們在利用有機物的過程中，有一部分轉化成熱量，堆層溫度不斷上升，1~2天后可以達到50~60℃。在這個溫度下，嗜溫菌生長受到抑制，大量死亡，而嗜熱菌的繁殖進入激發狀態（見表1）。嗜熱菌的大量繁殖和溫度的明顯提高，使堆肥發酵直接由中溫進入高溫，并在高溫度范圍內穩定一段時間。正是在這一溫度范圍內，堆肥中的寄生蟲和病原菌被殺死。
表1堆肥溫度與微生物生長關系 |
堆肥作為一種生物系統，反應進行的溫度是有限定范圍的，溫度過高或過低都會減緩反應速度。不同種類微生物的生長對溫度具有不同的要求。一般而言，嗜溫菌最適合的溫度為30~40℃，嗜熱菌發酵最適合溫度是45~60℃。高溫堆肥時，溫度上升超過65℃即進入孢子形成階段，這個階段對堆肥是不利的，因為孢子呈不活動狀態，使分解速度相應變慢。此外，在此溫度范圍內，形成的孢子再發芽繁殖的可能性也很小，因此，高溫堆肥溫度最好在45~60℃左右。基于上述原因，堆肥過程中溫度控制是十分必要的。在好氧堆肥中，溫度一般是通過控制供氣量來調節。
4結語
堆肥化是復雜的生物學過程，為實現快速、好氧堆肥，必須進行各種工藝條件的優化和控制。對于我國高速的工農業發展、快速的人口增長所產生的固體廢棄物，堆肥化處理后的再利用應是今后重要的發展方向。
參考文獻（略）
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