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摘 要：采用小型条垛好氧高温堆肥方法，研究了不同比例的水葫芦渣与污泥混合物料堆肥过程中控制参数和评价参数（温度、含水率、pH、有机质和发芽指数等）的变化规律。结果表明：堆肥过程中，堆体温度、含水率、发芽指数等指标变化规律强，效果指示性明显，均可选作堆肥腐熟度的评价参数。水葫芦渣与污泥按质量比3：1进行混合堆肥时，堆体的温度在第6d达到50℃以上，高温持续时间为13d，堆体含水率、有机质的降幅最大,分别达21.2%、21.33%，GI指数最高达77.6%，各项指标均符合腐熟度的要求，表明此混合物料配比堆肥效果较好。
关键词：水葫芦渣 污泥 混合堆肥 腐熟度
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）001-117-03
水葫芦又名凤眼莲, 系雨久花科凤眼莲属，为多年生漂浮性草本植物。国内外研究表明水葫芦是吸收水中富营养物（COD、BOD、氮、磷、钾及重金属等）较强的水生植物，为生物净化污水材料之首。目前，已有许多学者研究了应用水葫芦控制性种养技术去除水体富营养化。在这一技术体系中，水葫芦后续的资源化利用是最关键的环节，应引起足够的重视。黄东风等人研究表明，由于水葫芦植株中有机质、氮、磷、钾的养分含量比较高，适合作为有机肥生产原料。本研究利用小型条垛好氧高温堆肥方法，重点研究经挤压后的水葫芦渣堆肥过程中发酵参数和腐熟度指标GI的变化规律，探索建立快速高效处理水葫芦渣的新工艺，并指出好氧堆肥效果的可靠性评价参数，研究结果将为水葫芦渣堆肥技术的工厂化、商品化生产奠定技术基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
(1)堆肥试验场所设计
对于堆肥系统而言，温度是影响微生物活性和堆肥工艺工程的重要因素，合适的温度是堆肥得以顺利进行和获得高质量堆肥产品的保障。试验为了解决水葫芦残体堆肥制作长效有机基材在冬季运行难、水葫芦残体水分含量较高、堆肥升温慢的难点，综合考虑滇池流域及试验地的自然气候状况，日渐温差较大，日照强、风速大的几个特点，试验点设置在大棚内进行。大棚在建设时采用整体钢架结构，屋顶采用采光、保温性能良好的FRP采光瓦，该种材料导热系数小，保温效果好，热损低于单层玻璃、塑料膜35%-45%。大棚的保温有效地保障堆肥微生物发酵的适应温度，堆肥的温度上升在气温较低的十月、十一月仍然没受到太大影响
(2)堆肥原料
水葫芦渣取自昆明市白鱼口镇的滇池规范种植水葫芦试验基地经挤压机挤压后的渣体；污泥来自昆明市第五污水处理厂的脱水污泥。水葫芦渣与污泥的基本理化性质见表1。
1.2 试验方法与取样
采用小型条垛好氧高温堆肥方法，设3个处理1个对照。具体试验组见表2。
试验采用人工翻堆方式通风供氧，当堆体温度达40—45℃进行第一次翻堆，此后翻堆频率为每2天一次；当温度经过高温降至40℃左右时，翻堆次数减至每4天一次。在试验开始后每隔4天采用四分法取样，每次取样500克左右，将样品装入样品袋中，部分用于鲜样测定，部分风干磨碎用于其他成分测定。
1.3 样品分析方法
温度：建堆后每天8:00、14:00分上、中、下三个部位进行测量。物料含水率、pH、有机质分别用105℃烘干法（电热恒温鼓风干燥箱）、1:10蒸馏水浸提，玻璃电极法（pHS-3C）、重铬酸钾容量法测定。
发芽指数GI测定参考孙晓杰等的方法，具体操作如下：堆肥干样样品与蒸馏水按1g:10ml比例混合振荡2h，浸提液离心后过滤后待用。将滤纸置于培养皿中，在滤纸上均匀摆放20粒大白菜种子（选取颗粒饱满的），吸取5ml浸提液于培养皿中，在25℃暗箱中培养48h。计算发芽率并测定根长，然后计算种子的发芽指数。每个样品做3个重复，并同时用蒸馏水作空白对照。GI，由下式计算：GI =（堆肥浸提液的种子发芽率种子根长€?00）/（蒸馏水的种子发芽率€字肿痈?00）。
2 结果与讨论
2.1 堆肥过程中发酵参数的变化
图2 水葫芦渣与污泥混合堆肥过程中温度的变化
(1)温度的变化
堆体的温度变化是反映发酵是否正常最直接、最敏感的指标。一般堆肥要求，前期温度上升平稳，中期高温维持适度，后期温度下降缓慢。从结果来看，由于各组试验在冬季进行，大棚温度在10℃左右，因此，堆体需要大约4-5天的时间经历温度的“起爆期”才能正常升温，较很多在15℃以上的室温条件进行好氧堆肥的堆体升温时间慢2-3天。此外，各实验组堆体的温度变化具有差异。试验组A、B、C、D分别在第7、6、8、12d达到50℃以上，且高温持续时间为10、13、7、2d。根据我国粪便无害化标准，堆体最高温达到50-55℃以上，并持续5-7d，才能达到杀灭致病菌要求。所以，试验组A、B、C能达到无害化要求，而空白对照试验组D，升温过程较慢，高温持续时间短，未能达到无害化标准。试验组B的堆肥升温快，高温持续时间长，堆肥效果最佳。
(2)pH的变化
pH是影响微生物生长繁殖的重要因素之一。堆肥过程中，pH随时间和温度的变化而变化，因此，pH也是揭示堆肥分解过程的一个极好指标。研究表明，多数堆肥微生物适宜在中性或偏碱性的环境中繁殖与活动，一般认为pH值在7.5—8.5时最好。试验中各试验组的pH值变化范围都保持在6＜pH＜8.7之间。各组配方虽然不一致，但是在堆肥的初期均出现了不同程度的下降。堆肥一段时间后C/N达到合适的水平，有机酸的产生和消耗才能持平，pH值开始上升。由于水葫芦渣的有机质含量较高，污泥的有机质含量较低，污泥的初期微生物可以有效利用的营养物质不够，因此两种物料混合堆肥，可以向微生物提供可以有效利用的有机质，缩短pH上升时间，并控制pH的下降范围，使堆肥进入更快的稳定阶段。
(3)含水率的变化
研究表明，条垛堆肥系统的含水率在50%—65%是较为合适的。从图4可看出，各实验组含水率呈下降趋势，在升温和高温期间，各试验组含水率保持在50%以上，保证了微生物可以得到充足的水分供应。堆肥后期，含水率下降缓慢，这可能是因为堆体温度下降较慢，由散热带走的水分减少。从含水率方面看，试验组A、B的含水率在堆肥过程中降幅达20%以上，其中试验组B的降幅最大达21.2%；试验组C、D的含水率降幅达15%左右，说明试验组A、B的混合物料的堆肥周期较短。
(4)有机质的变化
有机质含量的变化是衡量堆肥顺利进行与否的重要指标之一。从图5可以看出，有机质的变化总体呈下降趋势，堆体温度在45-60℃阶段有机质的降解率最大，到20天左右，有机质基本趋于稳定状态。试验组B的有机质降解速率大于其他试验组，下降幅度为21.33%。由此可知，从有机质变化角度看，此堆肥原料配比优于其他堆肥原料配比，表现为堆肥进程较快，堆肥周期缩短。
2.2 堆肥腐熟度的评价
堆肥物料的温度、pH变化、含水率下降、有机质降低，这些指标相互关联，可在一定程度上判断堆肥过程正常与否，其中某些指标还可以判断堆肥的腐熟程度。但上述指标作为腐熟度综合评价指标，有一定的局限性，只能作为其参考依据。本试验主要从发芽指数GI的变化进行堆肥腐熟度评价。通过监测堆肥过程中GI的变化，以判断堆肥是否达到腐熟。一般认为当GI>50%可认为堆肥基本无毒性，而GI>80%堆肥就已经完全腐熟。从图6可看出，随着堆肥过程的进行，GI基本呈先下降后上升趋势。堆制结束时，试验组A、B、C、D的种子发芽率分别为66.2%、77.6%、73.5%、64.4%，可认为其基本对植物无毒性。堆肥未达到完全腐熟，这可能由于堆制周期过短，导致堆肥腐熟不彻底。
3 讨论
本研究选择小型条垛好氧高温堆肥方法在非控温条件下堆肥，选择适当的试验场所，减少人为和自然因素的控制和干扰，可以真实地评价在堆肥过程中不同物料所表现出的特征和对堆肥系统的影响，是处置水葫芦净化水体后残渣处理的有效途径之一。经压榨后的水葫芦残渣含水率下降，养分含量丰富，是很好的有机肥源。
针对水葫芦渣中养分含量不均，少数养分含量如氮、钾在挤压过程中损失较大。本试验在水葫芦渣中加入了一定比例的污泥形成混合原料进行堆肥。经试验证明，水葫芦渣与污泥混合比例为3:1时，混合物料堆体进入高温的时间缩短，高温持续时间长，降温速率较快；含水率下降速率和有机质降解速率优于其他试验组；堆制出的有机肥GI指数达77.6%，对植物基本无毒性，腐熟程度最佳。
在水葫芦渣中添加市政污泥进行堆肥化处理，既能解决水体中水葫芦残体的二次污染问题，又能使其和污泥转变成有机肥，达到无害化、资源化的目的。用有机肥替代化肥，既可以提高肥效，也可以增加地力，改良土壤，防止环境污染，是一种比较安全的肥料。因此，水葫芦有机肥工厂化、商品化生产对肥料加工、有机农业、治理环境都会产生良好的经济效益和社会效益，使环境污染治理和农业生产走可持续发展的道路。
（基金资助：云南省社会事业发展专项（2009CA034））
参考文献：
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[12] 杜静,常志州,叶小梅,等.压榨脱水中水葫芦氮磷钾养分损失研究[J].福建农业学报,2010,25(1):104-107.
关键词：水葫芦渣 污泥 混合堆肥 腐熟度
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）001-117-03
水葫芦又名凤眼莲, 系雨久花科凤眼莲属，为多年生漂浮性草本植物。国内外研究表明水葫芦是吸收水中富营养物（COD、BOD、氮、磷、钾及重金属等）较强的水生植物，为生物净化污水材料之首。目前，已有许多学者研究了应用水葫芦控制性种养技术去除水体富营养化。在这一技术体系中，水葫芦后续的资源化利用是最关键的环节，应引起足够的重视。黄东风等人研究表明，由于水葫芦植株中有机质、氮、磷、钾的养分含量比较高，适合作为有机肥生产原料。本研究利用小型条垛好氧高温堆肥方法，重点研究经挤压后的水葫芦渣堆肥过程中发酵参数和腐熟度指标GI的变化规律，探索建立快速高效处理水葫芦渣的新工艺，并指出好氧堆肥效果的可靠性评价参数，研究结果将为水葫芦渣堆肥技术的工厂化、商品化生产奠定技术基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
(1)堆肥试验场所设计
对于堆肥系统而言，温度是影响微生物活性和堆肥工艺工程的重要因素，合适的温度是堆肥得以顺利进行和获得高质量堆肥产品的保障。试验为了解决水葫芦残体堆肥制作长效有机基材在冬季运行难、水葫芦残体水分含量较高、堆肥升温慢的难点，综合考虑滇池流域及试验地的自然气候状况，日渐温差较大，日照强、风速大的几个特点，试验点设置在大棚内进行。大棚在建设时采用整体钢架结构，屋顶采用采光、保温性能良好的FRP采光瓦，该种材料导热系数小，保温效果好，热损低于单层玻璃、塑料膜35%-45%。大棚的保温有效地保障堆肥微生物发酵的适应温度，堆肥的温度上升在气温较低的十月、十一月仍然没受到太大影响
(2)堆肥原料
水葫芦渣取自昆明市白鱼口镇的滇池规范种植水葫芦试验基地经挤压机挤压后的渣体；污泥来自昆明市第五污水处理厂的脱水污泥。水葫芦渣与污泥的基本理化性质见表1。
1.2 试验方法与取样
采用小型条垛好氧高温堆肥方法，设3个处理1个对照。具体试验组见表2。
试验采用人工翻堆方式通风供氧，当堆体温度达40—45℃进行第一次翻堆，此后翻堆频率为每2天一次；当温度经过高温降至40℃左右时，翻堆次数减至每4天一次。在试验开始后每隔4天采用四分法取样，每次取样500克左右，将样品装入样品袋中，部分用于鲜样测定，部分风干磨碎用于其他成分测定。
1.3 样品分析方法
温度：建堆后每天8:00、14:00分上、中、下三个部位进行测量。物料含水率、pH、有机质分别用105℃烘干法（电热恒温鼓风干燥箱）、1:10蒸馏水浸提，玻璃电极法（pHS-3C）、重铬酸钾容量法测定。
发芽指数GI测定参考孙晓杰等的方法，具体操作如下：堆肥干样样品与蒸馏水按1g:10ml比例混合振荡2h，浸提液离心后过滤后待用。将滤纸置于培养皿中，在滤纸上均匀摆放20粒大白菜种子（选取颗粒饱满的），吸取5ml浸提液于培养皿中，在25℃暗箱中培养48h。计算发芽率并测定根长，然后计算种子的发芽指数。每个样品做3个重复，并同时用蒸馏水作空白对照。GI，由下式计算：GI =（堆肥浸提液的种子发芽率种子根长€?00）/（蒸馏水的种子发芽率€字肿痈?00）。
2 结果与讨论
2.1 堆肥过程中发酵参数的变化
图2 水葫芦渣与污泥混合堆肥过程中温度的变化
(1)温度的变化
堆体的温度变化是反映发酵是否正常最直接、最敏感的指标。一般堆肥要求，前期温度上升平稳，中期高温维持适度，后期温度下降缓慢。从结果来看，由于各组试验在冬季进行，大棚温度在10℃左右，因此，堆体需要大约4-5天的时间经历温度的“起爆期”才能正常升温，较很多在15℃以上的室温条件进行好氧堆肥的堆体升温时间慢2-3天。此外，各实验组堆体的温度变化具有差异。试验组A、B、C、D分别在第7、6、8、12d达到50℃以上，且高温持续时间为10、13、7、2d。根据我国粪便无害化标准，堆体最高温达到50-55℃以上，并持续5-7d，才能达到杀灭致病菌要求。所以，试验组A、B、C能达到无害化要求，而空白对照试验组D，升温过程较慢，高温持续时间短，未能达到无害化标准。试验组B的堆肥升温快，高温持续时间长，堆肥效果最佳。
(2)pH的变化
pH是影响微生物生长繁殖的重要因素之一。堆肥过程中，pH随时间和温度的变化而变化，因此，pH也是揭示堆肥分解过程的一个极好指标。研究表明，多数堆肥微生物适宜在中性或偏碱性的环境中繁殖与活动，一般认为pH值在7.5—8.5时最好。试验中各试验组的pH值变化范围都保持在6＜pH＜8.7之间。各组配方虽然不一致，但是在堆肥的初期均出现了不同程度的下降。堆肥一段时间后C/N达到合适的水平，有机酸的产生和消耗才能持平，pH值开始上升。由于水葫芦渣的有机质含量较高，污泥的有机质含量较低，污泥的初期微生物可以有效利用的营养物质不够，因此两种物料混合堆肥，可以向微生物提供可以有效利用的有机质，缩短pH上升时间，并控制pH的下降范围，使堆肥进入更快的稳定阶段。
(3)含水率的变化
研究表明，条垛堆肥系统的含水率在50%—65%是较为合适的。从图4可看出，各实验组含水率呈下降趋势，在升温和高温期间，各试验组含水率保持在50%以上，保证了微生物可以得到充足的水分供应。堆肥后期，含水率下降缓慢，这可能是因为堆体温度下降较慢，由散热带走的水分减少。从含水率方面看，试验组A、B的含水率在堆肥过程中降幅达20%以上，其中试验组B的降幅最大达21.2%；试验组C、D的含水率降幅达15%左右，说明试验组A、B的混合物料的堆肥周期较短。
(4)有机质的变化
有机质含量的变化是衡量堆肥顺利进行与否的重要指标之一。从图5可以看出，有机质的变化总体呈下降趋势，堆体温度在45-60℃阶段有机质的降解率最大，到20天左右，有机质基本趋于稳定状态。试验组B的有机质降解速率大于其他试验组，下降幅度为21.33%。由此可知，从有机质变化角度看，此堆肥原料配比优于其他堆肥原料配比，表现为堆肥进程较快，堆肥周期缩短。
2.2 堆肥腐熟度的评价
堆肥物料的温度、pH变化、含水率下降、有机质降低，这些指标相互关联，可在一定程度上判断堆肥过程正常与否，其中某些指标还可以判断堆肥的腐熟程度。但上述指标作为腐熟度综合评价指标，有一定的局限性，只能作为其参考依据。本试验主要从发芽指数GI的变化进行堆肥腐熟度评价。通过监测堆肥过程中GI的变化，以判断堆肥是否达到腐熟。一般认为当GI>50%可认为堆肥基本无毒性，而GI>80%堆肥就已经完全腐熟。从图6可看出，随着堆肥过程的进行，GI基本呈先下降后上升趋势。堆制结束时，试验组A、B、C、D的种子发芽率分别为66.2%、77.6%、73.5%、64.4%，可认为其基本对植物无毒性。堆肥未达到完全腐熟，这可能由于堆制周期过短，导致堆肥腐熟不彻底。
3 讨论
本研究选择小型条垛好氧高温堆肥方法在非控温条件下堆肥，选择适当的试验场所，减少人为和自然因素的控制和干扰，可以真实地评价在堆肥过程中不同物料所表现出的特征和对堆肥系统的影响，是处置水葫芦净化水体后残渣处理的有效途径之一。经压榨后的水葫芦残渣含水率下降，养分含量丰富，是很好的有机肥源。
针对水葫芦渣中养分含量不均，少数养分含量如氮、钾在挤压过程中损失较大。本试验在水葫芦渣中加入了一定比例的污泥形成混合原料进行堆肥。经试验证明，水葫芦渣与污泥混合比例为3:1时，混合物料堆体进入高温的时间缩短，高温持续时间长，降温速率较快；含水率下降速率和有机质降解速率优于其他试验组；堆制出的有机肥GI指数达77.6%，对植物基本无毒性，腐熟程度最佳。
在水葫芦渣中添加市政污泥进行堆肥化处理，既能解决水体中水葫芦残体的二次污染问题，又能使其和污泥转变成有机肥，达到无害化、资源化的目的。用有机肥替代化肥，既可以提高肥效，也可以增加地力，改良土壤，防止环境污染，是一种比较安全的肥料。因此，水葫芦有机肥工厂化、商品化生产对肥料加工、有机农业、治理环境都会产生良好的经济效益和社会效益，使环境污染治理和农业生产走可持续发展的道路。
（基金资助：云南省社会事业发展专项（2009CA034））
参考文献：
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[10] 李健,张峥嵘,黄少斌,等.固体废物堆肥化研究进展[J].广东化工,2008,35(177):93-96.
[11] 李季,彭生平.堆肥工程实用手册[M].北京:化学工业出版社,2005.
[12] 杜静,常志州,叶小梅,等.压榨脱水中水葫芦氮磷钾养分损失研究[J].福建农业学报,2010,25(1):104-107.