复合菌剂对城市生活污泥好氧发酵的影响林金宝

复合菌剂对城市生活污泥好氧发酵的影响林金宝1，赵立伟1，于静2，张莉莉2，苏亚勋1，魏剑1，连燚2，徐越2（1.天津市北方园林生态科学技术研究所，天津300300；2.天津港环保卫生管理中心，天津300456）摘要：选择5种复合发酵菌剂添加到城市污泥中进行好氧发酵试验。结果表明：除添加菌剂1外的其它发酵物料温度保持在55℃以上的时间都满足堆肥国家卫生标准要求；接种复合菌剂的物料升温速率和温度最高值均大于未接种菌剂的处理，接种复合菌剂有利于加快堆体水分散失率，加快物料有机质降解速度，其中以菌剂2表现得最为明显。关键词：微生物菌剂；城市污泥；好氧发酵中图分类号：X172文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.05.003EffectofMicrobialInoculantsonAerationCompositingSewageSludgeLINJin-bao1,ZHAOLi-wei1,YUJing2,ZHANGLi-li2,SUYa-xun2,WEIJian1,LIANYan2,XUYue2(1.TianjinEcologicalSscienceandTechnologyInstituteofNorthernGardening,Tianjin300300,China；2.TianjinPortSafetyGuarantyAdministrationCen⁃ter,Tianjin300456,China)Abstract：Theeffectsof5microbialinoculantsonaerationcompostingofsewagesludgewereconducted.Theresultsshowedthatthedurationofhightemperatureabove55℃almostconformedtothesanitarystandardoftheaerobiccomposting,exceptthemicrobialin-oculant2.Thetemperaturesofthosetreatmentswithinoculationwerehigherthanthatofthetreatmentwithoutinoculationandtheinoc-ulationtreatmentswasprovedtobeeffectiveinthereductionofthemoisture,acceleratingthedecompositionoforganicmatters,de-creasingthenitrogenlossandimprovementofthecompostingmaturity.Throughthecomposting,wecanfindthatthemicrobialinocu-lant2maybeoneofthebestcandidatesasmicrobeinoculants.Keywords:microbialinoculants;sewagesludge;aerationcompositing土壤肥料与节水灌溉收稿日期：2010-08-02；修订日期：2010-09-27基金项目：天津市科技创新专项资金项目（08FDZDSF03400）作者简介：林金宝（1980-），男，吉林通化人，工程师，硕士，主要从事污泥固体废弃物制作有机肥研究。天津农业科学TianjinAgriculturalSciences20102010，，1616（（55）：）：99--1212城市生活污泥是指处理生活污水所产生的固态废物，生活污泥中既含有大量的有毒有害物质[1]，又含有植物生长发育所需的NPK、微量元素以及能改良土壤结构的有机物质[2]。因此，生活污泥通过好氧发酵处理，既可以为园林植物开辟一个新肥源，又可为降低污染、改善城市生态环境发挥重要作用。好氧发酵工艺是城市污泥资源化处理常用的技术。好氧发酵是一种生物学工艺过程[3-5]，这个过程是由群落结构演替非常迅速的多个微生物群体共同作用而实现的动态过程，在该过程中每一个微生物群体都在相对较短时间内寻找适合自身生长繁殖的环境条件[1,6]。由于好氧发酵具有发酵周期短、高温发酵快、无害化程度高、卫生条件好、易于实现产业化操作等特点，故国内外对污泥、垃圾、人畜粪便等有机废物处理多采用好氧发酵[1]。接种菌剂是加快好氧发酵速度和改善产品质量的有效方法，但接种菌剂对好氧发酵过程乃至整个堆肥过程的作用历来众说纷纭[7-12]。本试验拟通过接种5种复合菌剂，在自行建造的好氧发酵槽内进行污泥好氧发酵试验，研究菌剂在污泥好氧发酵阶段作用，为优选复合菌剂以及提高污泥好氧发酵工艺提供科学依据。1材料和方法1.1供试材料好氧发酵试验在本所的有机肥试验厂内进行。复合菌剂分别来源于北京、天津、上海等有关单位；城市污泥为取自天津市纪庄子污水处理厂的消化污泥；调理剂为粉碎的棉花秸秆，由静海县良种场提供，见表1。第16卷天津农业科学表1好氧发酵原料的性质1.2发酵装置由北方园林研究所自建的好氧发酵水泥槽（1.2m×1.0m×1.0m），在发酵槽一侧开门，槽底装有通风装置，采用鼓风机和数控装置定时对槽内堆体进行通风。1.3试验设计将城市污泥和棉花秸秆按6∶4的干质量比例进行混合，需要混合物料的总量为6m3。本试验设6个处理：菌剂1为ETS复合菌剂（固态，购于ETS天津生物科技有限公司），菌剂2为EM复合菌群（固态，购于北京EM生物菌剂有限公司），菌剂3为TM有机肥发酵腐熟剂（固态，购于天津市农业科学院资源与环境研究所），菌剂4为SA有机肥腐熟剂（固态，购于上海四季生物有限公司），菌剂5为VT-1000微生物菌剂（液态，购于北京沃土天地生物科技有限公司），以不添加菌剂为对照。混合物料与菌剂重量比为1000∶3。1.4试验方法及测定指标每个处理取用1m3混合物料，装槽时添加发酵菌剂，混合均匀。在发酵物料中心位置预埋温度感应探头，每天早中晚分别采集不同处理的温度数据，同时记录发酵室内外环境温度；发酵物料采用鼓风机通风，每隔3h通风1h；定期翻倒，翻倒时在发酵堆体内多点均匀取样，取样重量为500g，按照农业部行业标准NY525-2002中所规定的方法。2结果与分析2.1好氧发酵过程中含水率变化趋势物料含水率是直接影响堆体发酵升温的关键条件，好氧发酵时含水率以50%~60%为佳[1]。本试验混合物料装槽时平均含水率为54%，各处理间差异系数为0.018。前3次测量含水率下降最快的是菌剂3，为12.67个百分点；其次是菌剂1，下降12.18个百分点；下降最慢的是菌剂5，只下降3.33个百分点。在整个好氧发酵期间，菌剂处理含水率下降大的是菌剂4，下降了33.99个百分点；其次为菌剂1，为32.09个百分点，下降幅度最小的是菌剂3，为30.61个百分点，下降幅度均高于对照（表2）。原料名称城市污泥棉花秸秆混合pH值6.986.56.93含水率/%80.9021.9853.20含氮量/%1.30.71.2有机质含量/%35.4372.0732.51表2好氧发酵过程中含水率变化（%）取样批次菌剂1菌剂2菌剂3菌剂4菌剂5CK含水率降低百分点32.0931.3230.6133.9930.7529.70822.122.7124.719.8721.4523.55726.8727.6230.1225.0623.9123.86629.830.6130.4428.8829.4725.75531.0833.4235.4630.633.0128.54436.1633.0136.3934.8540.6336.33342.0244.1442.6445.9548.8750.68251.3650.3847.5150.9251.6853154.1954.0355.3153.8652.253.252.2不同复合菌剂对发酵温度的影响对于堆肥系统而言，温度是堆料中微生物生命活动的重要标志，能快速达到高温并维持一定时间是比较理想的状态。依据温度的变化可将堆肥分为3个阶段即升温阶段、高温阶段和降温阶段。混合物料装入发酵槽，添加发酵菌剂后初始温度为17.5℃，各处理间差异小于0.5℃，差异系数为0.03。发酵进行到2d时，在平均气温15℃条件下（棚内平均温度为23℃），各处理温度均呈显著升高趋势，其表现如表3所示：菌剂1～4四个处理，发酵第2天，堆温均升至55℃以上，比无菌剂对照堆体温度提高10～23℃，其中以菌剂2升温最高达到73.5℃；只有菌剂5堆体温度为44℃，比对照还低。堆体温度55℃以上的维持时间除菌剂1外均在6d以上。其中菌剂2～4三个处理堆体温度55℃以上维持8d，完全达到国家卫生标准要求。翻倒对堆体温度影响与前3d升温高低关系密切，凡前3d堆体温度升至55℃以上处理，如菌剂1～4，翻倒后堆体温度迅速下降6～9℃，但6h内即可快速回升到55℃以上；只有堆体温度50℃以下的处理，如菌剂5和对照，翻倒后堆体温度不但没有降低，反而上升2～8℃。综上所述，5个符合菌剂中，以菌剂2升温效果最好；菌剂3次之；菌剂1升温效果最差，55℃以上堆体温度维持时间只有3d，未达到国家卫生标准要求。··10第5期2.3不同菌剂对堆内pH变化的影响pH值也是揭示物料分解过程的一个标志，适宜的pH值利于微生物生长繁殖，而过高或过低的pH值都会对好氧发酵的速率产生影响[13]。从图1可以看出，不同处理间pH值变化幅度较小，好氧发酵初期，各处理pH值都在6.9左右，呈弱酸性。发酵6d取样测定发现，各处理pH值都有所下降，其中下降幅度最大的是菌剂4，下降了0.56，下降幅度最小的处理是菌剂1，下降了0.31；随后各处理pH值均大幅度升高，升至7.0以上，升幅最大的是菌剂4，升高了0.74，最小的处理是菌剂5，升高了0.41。发酵11d取样测定，各处理均呈现缓慢下降的趋势，至好氧发酵结束时，pH值均降至6.8左右。取样批次图1好氧发酵阶段pH值随时间的变化综上可以看出，在好氧发酵过程中物料的pH值呈现先降后升再降的变化趋势。呈现这一变化的原因主要是，在好氧发酵初期，发酵物料中产生有机酸多，致使pH值呈下降趋势；随后由于微生物的活动，产生的有机酸会被进一步分解为CO2和H2O，并伴随着氨的产生而使pH上升；当pH值达到最高之后，由于氨的挥发及硝化的共同作用致使NH-N的含量降低，pH值开始下降。从整个堆肥过程来看，pH值的变化在各个处理之间虽不是很明显，但是与微生物活动强弱有密切关系，凡是微生物活动强，温度上升快的处理，其开始pH值下降的也快，如菌剂2、4处理，而温度上升慢的处理，其pH值下降也慢，如菌剂1、5处理。2.4好氧发酵过程中有机质含量变化好氧发酵是在有氧的条件下，借助好氧微生物的作用而进行的。微生物通过自身的活动，把一部分有机质氧化成简单的无机物，释放出生物生长活动所需要的能量[1]。随着有机质的分解，能量的释放，必然导致好氧发酵过程中总有机质的减少。有机质降低幅度可以反映有机物料发酵的腐熟程度。从表4可以看出，各处理的有机质含量都随好氧发酵的进行而逐渐下降。好氧发酵开始时，物料平均有机质含量为32.51%，在整个好氧发酵过程中各处理有机质含量均有不同程度的降低，添加菌剂的处理降低的幅度更大，平均比对照多降低3.36个百分点，其中以菌剂2有机质含量降低幅度最大，达到9.46个百分点，比对照多降低4.88个百分点，这说明该处理发酵腐熟程度最高。表4好氧发酵过程中有机质含量变化（%）3结论(1)以城市生活污水处理厂产生的消化污泥为表3好氧发酵过程中温度变化日平均值（℃）发酵天数/d菌剂1菌剂2菌剂3菌剂4菌剂5CK室内温度室外温度854.357.759.756.563.056.334.324.5753.356.757.055.061.355.726.017.3653.763.056.359.059.057.321.317.5554.363.756.358.053.754.028.817.3455.7