蘑菇渣与污泥堆肥实验研究

赵秋利

（杨凌职业技术学院 陕西西安 712100）

引言

蘑菇渣是食用菌废料，食用菌废料又被称作菌糠、下脚料，是栽培食用菌后的培养料。农业废弃物中含有丰富蛋白质、氨基酸等含氮物质，食用菌菌渣（糠）中的粗蛋白含量为5.8%～15.4%。此外，为了堆肥过程中发酵反应能顺利进行，也会添加一些无机氮来调节堆体的碳氮比(C/N)，包括尿素、硫酸铵等化学氮肥，这都会成为堆肥中的氮素来源。食用菌工厂化每天都会产生大量出过菇的菌糠，据统计，一个日产10吨鲜菇的工厂，一天要产生20吨（含水量55%）左右的废料。这些废料如果处理得当，不但能避免环境污染，也能产生很大的经济效益。城市污水厂污泥是指城市生活污水、工业废水处理过程中产生的固体废物，是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体。污水厂污泥数量占处理水量的0.3%～0.5%左右 (以含水率97%计)。污泥中主要含有大量的有机质和氮、磷等植物营养元素，但又含有害物质：如多种重金属、病原微生物和寄生虫卵、有机污染物等。随着城市污水处理设施的增多和处理量的增加，污泥的产生量将会大幅度的增长，如何有效处置与利用污泥已成为社会经济发展中迫切需要解决的问题。污泥和蘑菇渣类食用菌废弃物高温好氧堆肥是将二者有效资源化利用途径之一。

1 实验目的

通过测定堆肥试验材料的含水量、总有机质、总碳、总氮及碳氮比，在堆肥过程中，采集具有代表性的样品、试验分析测定蘑菇渣等与污泥堆肥过程中氮素形态及含量变化，寻求最佳的养分保留配比。

2 材料和方法

2.1 实验时间、试验材料

堆肥实验于2016年3月～2016年7月在校内环境工程试验室进行，堆肥周期为120天。本试验污泥取自城区内污水处理厂脱水污泥，蘑菇渣取自郊区大寨村，鲜蘑菇渣含水率约为20.31%，有机碳和总氮含量分别为388.61g·kg-1和7.42g·kg-1，pH约为7.90，蘑菇渣经晾晒备用。本研究小组对污水处理厂污泥中营养成分进行了为期9个月 (2015年7月～2016年3月)的连续监测，其结果表明：含水率为75%～83%，有机碳和凯氏氮的含量分别为 350.15～535.30g·kg-1 和 21.05～36.72g·kg-1，pH 约为7.5，污泥呈中性或微碱性。

2.2 堆肥试验方案设计

试验设计中污泥与蘑菇渣均匀混合，使其初始含水量在65%左右。采用垛堆结构，堆肥初期，每3天翻堆一次，中期每7天翻堆一次，后期14天翻堆一次。

试验装置风量为0.06m·3min，满足堆肥过程中氧气量、降低含水率、降温的要求。堆肥过程中分别于第0、3、7、14、21、35、49、63、84、120d取样并混合均匀分析，根据每次取样所测的含水率、堆体高度及堆料容重，布水调节堆体的水分，使其含水率在第Ⅰ阶段保持在60%士3%,第II阶段保持在40%士2%左右。在堆肥期间于每天的固定时间记录周围环境和堆体温度。

2.3 试验方法

堆肥温度用水银温度计测定；鲜样含水率105℃烘干用称重法。具体堆肥分析指标及方法见表1。

表1 堆肥分析指标及方法

3 研究的技术路线

前期实验原材料取样及分析测定。每个堆肥实验前，蘑菇渣随机多次取样，污泥取污水处理厂正常运行排放脱水污泥；实验前严格分析原材料含水量、总有机质、总碳、总氮及碳氮比等指标，做好堆体搅拌堆肥前的原材料的分析测定数据处理，结合堆肥工艺参数要求设计原料配比。堆肥过程中的翻堆及采样。一方面严格按国标进行采样及样品处理，另一方面利用增加采样次数提高准确度。本实验研究的技术路线如下图所示。

图1 实验研究技术路线

4 好氧堆肥过程影响因素分析

污泥和蘑菇渣好氧堆肥过程是充分利用污泥中的好氧微生物菌群的作用，营养、水分、空气、温度和pH等因素都是能够影响这些微生物菌群活性的因素，是决定其堆肥质量的因素。污泥中含有一定量的水分和有机、无机营养成分，影响污泥和蘑菇渣堆肥化的主要因素有：碳氮比、空气的供应、温度、pH、含水率等。

4.1 碳氮比(C/N)

在微生物分解所需的各种元素中，碳和氮是最重要的两个营养元素。碳是微生物所需能量的来源，氮是主要影响微生物种群的增长速度。堆肥原料碳氮比高，碳素含量多，氮素养料相对缺乏，微生物的生长繁殖就受到限制，降低堆肥有机物的分解速度，发酵过程就长，当这种堆肥施用后，将夺取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饥饿”状态，影响植物生长。但是堆体碳氮比过低，特别是低于20:1，碳素少，氮素养料相对较多，则氮素会以NH3的形式挥发而流失，导致大量的氮损失，进而降低堆肥的肥效。微生物所需 C/N 大致为 5～10：1，而污泥 C/N 值为 6～12：1，不能满足发酵需要，需添加秸秆、菌糠等C/N高的辅料，一般而言，好氧堆肥过程中，堆体的碳氮比应满足微生物生长平衡状态所需的最佳值 25～35：1。

4.2 空气的供应

污泥和蘑菇渣好氧堆肥过程中氧的供应量限制发酵速率的主要因素。堆肥物料中有机物含量决定堆肥需氧量，堆肥物料中的有机碳越多，需要的氧量越多。堆肥初期3～7d，堆体通气的主要目的是提供足够氧气量，快速提高堆体温度。当堆肥温度升到最高值后，供气的目的主要是控制堆体温度。因此堆肥工艺系统设计的关键问题是设计好供氧方式。一般主要两种方法来保证氧的供应。一是通过定期搅动，维持堆肥物料间的孔隙，使堆体维持一定的透气性，保证堆体有足够的氧量。二是强制通入空气，利用鼓风或者增加翻动堆频率的方式保证足够的氧气量。堆肥过程中合适的氧气浓度一般为18%。氧气供应量不足，如果低于18%，堆肥微生物生命活动将受到限制，会形成局部厌氧状态而产生恶臭，也会延长堆肥化过程。相反，如果供氧量过多，会因增大排气量而降低堆体的温度，发酵过程不够彻底。综合大多数研究结果，普遍认为发酵温度在 55℃时，氧气浓度以 5%～15%为宜，而强制通风量应控制在 1.5～2.0m3/min·t(干泥)左右。

4.3 温度控制

对污泥和蘑菇渣好氧堆肥过程而言，温度是反应堆肥化效果的综合指标。温度即影响微生物分解有机物的速度，还要维持较高温度杀灭污泥中的病原菌等。堆肥初期，经过中温菌1～3天的作用，堆体温度便能达到高温菌的理想温度50～65℃，维持这样的高温，一般只要5～6天即可达到堆肥无害化要求。如果堆体温度大于70℃，则会抑制微生物分解有机物的速率，导致堆肥产品质量降低；如果堆体温度过低，将大幅度延长腐熟时间。一般认为堆肥化的最佳温度范围为55℃～65℃时，堆肥化综合效果最好。

4.4 pH

堆肥过程中，pH值也是微生物的生长的重要影响因素之一。一般微生物最适宜的PH值是中性或弱碱性。由于在中性或微碱性条件下，好氧堆肥微生物生长最适宜，所以污泥堆肥化的pH应控制在6～9的范围内进行，且最佳pH在8.0左右。在堆肥过程中，好氧微生物能自动调节堆体的pH值。堆体pH值在7.0以上时，氮以氨的形式挥发，造成氮的损失。

4.5 含水率

污泥好氧发酵不可缺少的物质就是水，而当堆体水分过多会时，若含水率超过60%，水分就会挤走空气，致使堆体氧气含量降低，降低堆肥发酵速度，堆肥就会朝厌氧方向发展，导致产生臭气。反之当含水率太低(＜30%)时会影响生物的活性，更低微生物将停止活动，使分解速度减慢。因此，堆肥原料的最佳含水率通常是在50%～60%左右，污水处理厂脱水后的污泥含水率一般为75%～80%，须通过添加辅料来降低含水率。

结语

污泥与与蘑菇渣等调理剂耗氧堆肥过程中控制好堆肥质量的影响参数，可以有效的提高堆肥效果。污泥堆肥技术在缩短堆肥周期、降低能耗，提高堆肥质量等方面都有一定的进步，如通过加入微生物菌剂加快发酵过程，提高堆肥效率等方面应用已较为广泛。目前，我国应逐步健全污泥堆肥产品质量、污泥堆肥工艺等方面标准法规，严格控制好污泥堆肥产品质量关，加快推动污泥堆肥产业化的进程。