污泥堆肥腐熟度的檢測(cè)與評(píng)價(jià)

摘要介紹了污泥堆肥腐熟度的概念及時(shí)其進(jìn)行評(píng)價(jià)的必要性，并結(jié)合我國污泥堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀介紹了美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家的堆肥腐熟度研究情況。指出在我國建立一套堆肥腐熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞污泥堆肥腐熟度評(píng)價(jià)方法

腐熟度(maturity)是衡量污泥堆肥成熟程度的參數(shù)。BrodieHerbertL[1]認(rèn)為不應(yīng)將污泥堆肥腐熟度和污泥堆肥質(zhì)量相混淆，腐熟即指堆肥原料所含的能量和營養(yǎng)物質(zhì)形成了穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，而所謂腐熟度即堆肥完成度，即堆肥中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過礦化、腐殖化過程最后達(dá)到穩(wěn)定的程度。

污泥堆肥產(chǎn)品必須腐熟，若腐熟不完全就施于農(nóng)田則易造成根部缺氧腐爛，并釋放出有毒物質(zhì)，且增加土壤中某些重金屬離子的溶解性。當(dāng)前國內(nèi)深圳、無錫等地已建立了幾家污泥堆肥廠，因此建立污泥堆肥腐熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)既是保證農(nóng)田安全使用的需要，也是堆肥工藝改進(jìn)、產(chǎn)品市場(chǎng)化的客觀要求。

1單項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)

同濟(jì)大學(xué)李國建探討了堆肥過程中耗氧速率的基金頃目：上海市科學(xué)技術(shù)發(fā)晨基金重點(diǎn)項(xiàng)目測(cè)定，指出用耗氧速率容易區(qū)分開一次發(fā)酵期和二次發(fā)酵期，將其作為腐熟度指標(biāo)具有定量化的優(yōu)點(diǎn)。堆肥腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)分為三類：物理學(xué)指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)和生物學(xué)指標(biāo)。物理學(xué)指標(biāo)包括溫度、氣味、顏色；化學(xué)指標(biāo)包括化學(xué)需氧量、揮發(fā)性固體含量、易降解有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)物質(zhì)的變化、C／N等；生物學(xué)指標(biāo)包括微生物活性測(cè)試和發(fā)芽試驗(yàn)。物理學(xué)指標(biāo)易于定性描述堆肥過程所處的狀態(tài)，因此可作為試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)判斷，但用作評(píng)價(jià)則缺乏可比性，因此尋找合適的化學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)腐熟度是眾多研究者所努力的方向之一，這方面的研究比較廣泛深入。同時(shí)為了檢驗(yàn)堆肥對(duì)植物的毒性，常用堆料中微生物活性的變化及對(duì)植物生長的影響來評(píng)價(jià)堆肥腐熟度，這就是所謂的生物學(xué)指標(biāo)。

國外關(guān)于腐熟度的檢測(cè)有一些商業(yè)檢測(cè)方法，比較著名的有Solvita測(cè)試法、Dewar自熱測(cè)試法。

Solvita測(cè)試法：該測(cè)試法由美國WoodsEnd研究實(shí)驗(yàn)室提出并申請(qǐng)了專利，已廣泛應(yīng)用了二十幾年，有十三個(gè)國家采用了該方法，瑞典、丹麥、西班牙、挪威已經(jīng)將該方法作為官方測(cè)試方法。該測(cè)試方法以現(xiàn)代凝膠技術(shù)為基礎(chǔ)，操作簡易、快速，可在4h內(nèi)得出結(jié)論。將樣品放入密閉小杯中并防入一個(gè)信號(hào)器，該信號(hào)器能反映CO2的存在，對(duì)照顏色表可得出結(jié)論，顏色對(duì)照表從1到8變化，讀數(shù)越大則腐熟程度越好。

Dewar自熱測(cè)試法：基于最初歐洲的自熱測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法，由WoodsEnd實(shí)驗(yàn)室總結(jié)整理。先調(diào)節(jié)測(cè)試樣品的水分，然后插入一支溫度計(jì)，溫度計(jì)距瓶底大約5cm。樣品放入一個(gè)絕熱真空瓶中，這樣置于室溫至少5d，但不超過10d，并測(cè)試每天的最高溫度，其結(jié)果即為腐熟過程的最高升溫。該方法的缺點(diǎn)是測(cè)試結(jié)果只能區(qū)分腐熟和不腐熟，時(shí)間較長，但比較直觀，具有很強(qiáng)的操作性。測(cè)試結(jié)果分為I-V五個(gè)等級(jí)來評(píng)價(jià)。

此外還有其他測(cè)試方法，例如CO2探管測(cè)試法等。

2綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

由于單項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)污泥堆肥腐熟度，所以必須選擇幾項(xiàng)適當(dāng)合理的測(cè)試參數(shù)綜合評(píng)價(jià)污泥堆肥腐熟指標(biāo)。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李國學(xué)提出用化學(xué)和生物學(xué)參數(shù)相結(jié)合來評(píng)價(jià)堆肥腐熟度；FrostDonnaIannotti、LWu[10]等認(rèn)為腐熟度的檢測(cè)應(yīng)該包括腐熟程度的檢測(cè)和穩(wěn)定程度的檢測(cè)，腐熟程度的檢測(cè)主要側(cè)重于堆肥產(chǎn)品后續(xù)使用對(duì)植物的影響，如水芹植物毒性測(cè)試；穩(wěn)定程度的檢測(cè)則側(cè)重于生物學(xué)性質(zhì)和微生物活性，如耗氧速率。

國內(nèi)

污泥通過堆肥達(dá)到腐熟基本可消除有毒有害的有機(jī)物，穩(wěn)定N、P營養(yǎng)元素，消除惡臭，消滅病原體[11]。我國還未制定準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)堆肥腐熟度的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)和方法，評(píng)價(jià)方法多參考《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)主要從衛(wèi)生學(xué)的角度來評(píng)價(jià)堆肥的腐熟程度，堆肥成熟的標(biāo)志是物料呈黑褐色，無臭味，手感松散，顆粒均勻，蚊蠅不繁殖，病原菌、寄生蟲卵、病毒以及植物種子均被殺滅[12]。顯然這些指標(biāo)感性較強(qiáng)，但較難定量，作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)存在很大局限性，已不適應(yīng)當(dāng)前堆肥的研究和堆肥產(chǎn)品的市場(chǎng)化。

同濟(jì)大學(xué)對(duì)污泥堆肥腐熟度的評(píng)價(jià)作了較多的研究，提出用模糊數(shù)學(xué)模型綜合評(píng)價(jià)污泥堆肥的腐熟度。

國外

國外關(guān)于腐熟度的評(píng)價(jià)更多是建立在以有機(jī)固體廢棄物為原料的基礎(chǔ)上的，其中包括畜禽糞便、城市垃圾、廚余、庭院廢物及城市污泥。

在美國，將堆肥列人生物固體、肥料進(jìn)行統(tǒng)一管理。污泥為農(nóng)業(yè)利用占有相當(dāng)比例。美國加利福尼亞州堆肥質(zhì)量委員會(huì)(CCQC)是一個(gè)致力于制訂統(tǒng)一的堆肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以促進(jìn)堆肥產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用的官方組織。該組織提出標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則：測(cè)試必須簡易、快速、可靠且適合不同原料不同工藝的堆肥產(chǎn)品的評(píng)估。提出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：堆肥試樣首先必須滿足C／N≤25，因?yàn)樵撝等邕^高則微生物就會(huì)爭(zhēng)奪土壤中的氮，造成生長于土壤中的植物缺氮[13]；必須至少通過A組(包括CO2釋放量及呼吸作用、氧氣消耗、自熱測(cè)試)一項(xiàng)測(cè)試和B組(包括NH4+-N／NO3--N、NH3濃度、揮發(fā)性有機(jī)酸濃度、種植測(cè)試)一項(xiàng)測(cè)試。

A組測(cè)試主要表征堆肥中有機(jī)物質(zhì)的降解程度，B組測(cè)試則主要表征堆肥產(chǎn)物可能會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生的毒性作用。CCQC在提出評(píng)價(jià)內(nèi)容的同時(shí)，對(duì)A組和D組也提供了相應(yīng)的測(cè)試方法，從而根據(jù)結(jié)果可以評(píng)判堆肥產(chǎn)品為三種標(biāo)準(zhǔn)：高度腐熟、腐熟、不腐熟，具體見表1、2。表1A組腐熟度測(cè)試方法

DeterminationmethodsformaturityofgroupA

測(cè)試方法結(jié)果高度腐熟腐熟不腐熟耗氧速率測(cè)試[gO2/(kgVS·h)]＜＞測(cè)試[gC/(kgVS·d)]＜22-8＞8SCL測(cè)試[gC/(kgVS·d)]＜22-8＞8WERL測(cè)試[gC/(kgVS·d)]＜55-14＞14Dewar自熱測(cè)試＜1010-20＞20Solvita測(cè)試7-85-6＜5注：SCL=SoilControlLaboratory；

WERL=WoodsEndResearchLaboratory。表2B組腐熟度測(cè)試方法DeterminationmethodsformaturityofgroupB

測(cè)試方法結(jié)果高度腐熟腐熟不腐熟NH4+-N/NO3--N＜＞3總NH3濃度＜100100-500＞500VOA＜200200-1000＞1000種子發(fā)芽率＞9080-90＜80種植測(cè)試＞9080-90＜80

在加拿大，涉及污泥堆肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的有三個(gè)機(jī)構(gòu)：魁北克標(biāo)準(zhǔn)局(BNQ)、加拿大環(huán)境委員會(huì)(CCME）、加拿大農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)食品局(AAFC)。這三個(gè)機(jī)構(gòu)主要分管加拿大土壤、有機(jī)肥料、公共健康、綠色產(chǎn)品、環(huán)境保護(hù)、城市污泥處理等。BNQ認(rèn)為，由于現(xiàn)有技術(shù)問題，不可能找到一個(gè)單項(xiàng)檢測(cè)方法就能充分、可靠、科學(xué)地評(píng)價(jià)堆肥腐熟度。BNQ、AAFC提出了以下幾個(gè)指標(biāo)，并認(rèn)為堆肥產(chǎn)品滿足其中兩項(xiàng)即可認(rèn)為達(dá)到腐熟[14l：①C／N＜25；②耗氧速率＜150mgO2／(ksVS·h)；③芹菜和蘿卜種子發(fā)芽率90％，在堆肥和土壤混合物中的生長率與樣品試驗(yàn)相比誤差不超過50％。

CCME也建議采用BNQ使用的分析方法，并對(duì)第三項(xiàng)作了進(jìn)一步改進(jìn)，指出也可采用下列的其中一項(xiàng)：①堆肥經(jīng)過嗜熱階段后，必須再放置至少21d；堆肥后溫度不應(yīng)再繼續(xù)升高并高于周圍環(huán)境20℃；②有機(jī)物降解必須達(dá)到60％以上(質(zhì)量)；堆肥經(jīng)過嗜熱階段后必須再腐熟至少21d。

在歐洲，德國、匈牙利、荷蘭、英國等國或由國家機(jī)構(gòu)或由堆肥行業(yè)協(xié)會(huì)，都制訂了比較完備的堆肥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其中包括堆肥腐熟度[15]。

3結(jié)語

①污泥堆肥化處理是污泥減量化、無害化、資源化的一種比較理想的污泥處理方法，堆肥腐熟度的評(píng)價(jià)已成為制約污泥堆肥技術(shù)發(fā)展的因素之一，建立堆肥腐熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要。②腐熟度評(píng)價(jià)方法應(yīng)簡單、快速、準(zhǔn)確、可靠且易于檢測(cè)，應(yīng)將其作為堆肥產(chǎn)品質(zhì)量體系之一。③建議由國家環(huán)保局和農(nóng)業(yè)部根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)調(diào)查，參考國外標(biāo)準(zhǔn)研究制定適用標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出科學(xué)簡易的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法。

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