中药渣与城市污泥好氧共堆肥的效能

北极星环保网讯:随着我国城市化建设的发展，城市污水处理率逐年上升，“十二五”规划明确指出：到2015年城市污水处理率至少达到85%.但在我国污水处理设施的建设过程中长期存在着“重水轻泥”的情况，目前进行处置和资源化利用的污泥不足50%，而城市污泥若不采取妥善处置，必然会对环境带来的威胁.

当前国内外主要的污泥处理技术包括填埋、厌氧消化、焚烧与好氧堆肥等，其中好氧堆肥即在特定的环境条件下微生物菌群分解转化有机物，将污泥腐熟成稳定的腐殖质，用于改善肥田或土壤，最终达到无害化、减量化与资源化的目的，因此好氧堆肥成为污泥处理领域的主流技术之一.

污泥堆肥过程中氮素损失严重是在实际应用中长期未能妥善解决的重要问题，研究表明在整个堆肥过程中，氮的损失最大可以达到60%以上.对于氮素损失，一方面会降低肥效，另一方面会产生臭气，影响周边的环境空气质量，因此对于氮素损失的控制成为制约污泥堆肥的一个瓶颈.国内外学者在堆肥中过程中添加金属盐类，或者添加吸附剂，如沸石、浮石等，来控制氮素的损失，但受其经济条件的制约，难以广泛采用.更多的是采用添加富含碳的物质，如添加秸秆、稻草等，以调理剂形式存在的外加碳源在氮素损失控制中发挥了作用.

中医药作为我国传统文化的珍宝，因其药性温和、副作用小等优点，近些年来其发展更为迅速;随着各大中药制药企业的迅速发展，中药渣排放量也与日俱增;中药渣属于典型的“放错了地方的资源”，排放的药渣含水率适宜、性质均一、无杂质，且含有纤维素、多糖等大量有机成分.中药渣大部分被视为垃圾而排放掉，不仅仅会造成了资源的极大浪费，更严重的是给周围环境带来污染.因此，中药渣合理的处理处置成为中药企业所要面临的严峻问题.

鉴于此，本实验以中药渣作为调理剂与外加碳源，研究了中药渣与污泥共堆肥的效能，重点探讨了不同质量配比以及中药渣不同的投加时间对堆肥过程的影响，分析了堆肥过程中堆体温度、有机质、挥发氨、蛋白酶活性等理化指标的情况;同时利用紫外-可见光谱(UV-vis)、三维荧光光谱(EEM)、磷脂脂肪酸(PLFA)，探讨了中药渣投加对堆肥过程中DOM及微生物群落结构的影响，以期为解决中药渣与污泥处理问题提供新思路.

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验所需原料为城市污水厂剩余污泥与中药渣.污泥取自桂林市某污水处理厂脱水后的剩余污泥.中药渣取自桂林市某医院，并进行一定的风干，堆肥时将其粉碎.污泥与中药渣的基本性质参数如表  1所示.从中可知，污泥的有机物含量较低，而中药渣含有较高的碳源，同时中药渣的含水率较低.

1.2 实验装置与实验过程

本实验分为两个周期进行，每个周期大约进行1个月.按照文献[5]的方法，第一周期以中药渣与污泥的不同质量配比进行设计实验，研究其堆体的理化性质以及有关酶活性的变化，共分为3个堆肥发酵罐，编号为1、  2、 3号瓶，配比分别是60 g(中药渣)+300 g(污泥)、 120 g(中药渣)+240 g(污泥)、 180 g(中药渣)+180  g(污泥).通过第一周期的实验得出一个效果较好的质量配比，第二周期在中药渣与污泥质量配比相同的前提下，进行不同的中药渣投加时间的分析，分别编号为4、  5号瓶，4号瓶在实验开始阶段即投加中药渣，5号瓶在堆肥的第10 d投加中药渣.在一、二周期均进行对照组实验，堆体全部为360 g污泥.

实验用发酵罐尺寸：外径为15 cm、高20 cm，7个;实验用150 mL的装有20 g  ˙L-1硼酸溶液的锥形瓶吸收堆体所挥发的氨气，7个;自动恒温水浴锅1台;鼓气泵1台.实验过程：将堆肥发酵罐置于恒温水浴锅中，水浴锅温度设置为30℃[13].每隔2  d测定堆肥发酵罐里堆体的温度以及挥发的氨气;每隔5 d测定堆体的有机质以及蛋白酶.

1.3 分析方法

氨氮采用纳氏试剂分光光度法进行分析.蛋白酶采用茚三酮分光光度法进行分析.有机质的测定为取1~2 g堆体置于已称重的坩埚中，60℃下烘干12  h，称重，先计算其含水率;再将已烘干的堆体置于马弗炉，在550℃烘2 h，称重，从而计算其有机质含量.采用去离子水提取堆体的DOM，将堆肥样品自然风干后，称取1  g干物质，加入20 mL去离子水，在200 r ˙min-1振荡24 h，然后3 000 r ˙min-1下离心20 min，上清液过0.45  μm滤膜后，滤液即为堆肥DOM样品;采用荧光光谱仪(HITACHI，F7000)对其进行三维荧光扫描，继而计算荧光指数(FI)与自生源指数(BIX)，具体计算方法为：  FI为Ex=370 nm时，Em波长分别为450和500 nm时的荧光强度比值;BIX为Ex=310 nm时，Em波长分别为380和430  nm时的荧光强度比值;并且利用双通道紫外可见分光光度计(岛津，UV-2550)对DOM进行扫描.  PLFA分析参考SHERLOCK系统所提供的操作手册，堆体样品预处理需要经过皂化、甲基化以及萃取过程，而后通过SHERLOCK微生物鉴定系统与安捷伦6890高效气相色谱仪对其特征脂肪酸进行分析鉴定.

2 结果与讨论

2.1 温度的变化情况

温度与堆体中微生物的代谢活动密不可分，可间接地表现微生物对有机质的利用程度，亦从一定意义上可表征堆肥效应是否达到无害化，因此本实验对两个堆肥周期堆体温度的变化进行了分析，如图  1所示.

由图 1第一周期的堆体温度变化可知，堆肥各组在前10 d温度呈上升的趋势，实验组1、 2、 3号瓶温度在第10 d达到堆肥过程最高温度，分别为55、  52、  50℃，对照组则只有43℃，实验各组的升温速度明显比对照组快，同时1号高于2号与3号，表明中药渣的投加有利于堆肥的进行，但存在一个最佳的配比，由于中药渣含有的纤维素较多，如投加得过多会造成有机质降解速率慢，从而造成堆体温度上升较慢.堆肥高温期持续大概2~4  d左右，以后堆体温度慢慢下降.堆肥高温期时间短的原因可能一方面因为实验在冬天进行，环境温度比较低，虽然有水浴但堆体并没有全部浸没在水浴锅中，实验本体受到一定制约;第二方面是堆体发酵罐体积较小，可提供的外源物质较少，此时罐体内有机物的消耗逐渐减少，微生物的分解活动就会慢下来，产热量就会降低，导致了高温期比较短[15].根据第一周期的实验，确定第二周期中60  g中药渣+300 g污泥进行共堆肥，而由图 1可知，第二周期堆体温度大致趋势和第一周期一致，在第10 d达到最高温度，其中4、 5号瓶分别是54℃、  51℃，而对照组为46℃，中药渣在堆肥的初期投加更为有效.整体而言，投加中药渣后，有利于堆体温度的提高，这对于堆肥过程中有机质的转化是有利的.

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