污泥制作有機肥過程中腐熟度的檢測與評價

2017-04-19  來自: 鶴壁市百惠生物科技有限公司 瀏覽次數:713

腐熟度(maturity)是衡量污泥堆肥成熟程度的參數。Brodie Herbert L[1]認為不應將污泥堆肥腐熟度和污泥堆肥質量相混淆,腐熟即指堆肥原料所含的能量和營養物質形成了穩定的腐殖質,而所謂腐熟度即堆肥完成度,即堆肥中的有機質經過礦化、腐殖化過程最后達到穩定的程度[2]。

  污泥堆肥產品必須腐熟,若腐熟不完全就施于農田則易造成根部缺氧腐爛,并釋放出有毒物質[3],且增加土壤中某些重金屬離子的溶解性[4]。當前國內深圳、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價標準既是保證農田安全使用的需要,也是堆肥工藝改進、產品市場化的客觀要求。

  1 單項檢測參數

  同濟大學李國建探討了堆肥過程中耗氧速率的基金頃目:上海市科學技術發晨基金重點項目測定,指出用耗氧速率容易區分開一次發酵期和二次發酵期,將其作為腐熟度指標具有定量化的優點[4]。堆肥腐熟度評價指標分為三類[5]:物理學指標、化學指標和生物學指標。物理學指標包括溫度、氣味、顏色;化學指標包括化學需氧量、揮發性固體含量、易降解有機質、腐殖質物質的變化、C/N等;生物學指標包括微生物活性測試和發芽試驗。物理學指標易于定性描述堆肥過程所處的狀態,因此可作為試驗的經驗判斷,但用作評價則缺乏可比性,因此尋找合適的化學指標評價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。同時為了檢驗堆肥對植物的毒性,常用堆料中微生物活性的變化及對植物生長的影響來評價堆肥腐熟度,這就是所謂的生物學指標。

  國外關于腐熟度的檢測有一些商業檢測方法,比較著名的有Solvita測試法[6]、Dewar 自熱測試法[7]。

  Solvita 測試法:該測試法由美國Woods End 研究實驗室提出并申請了專利,已廣泛應用了二十幾年,有十三個國家采用了該方法,瑞典、丹麥、西班牙、挪威已經將該方法作為官方測試方法[2]。該測試方法以現代凝膠技術為基礎,操作簡易、快速,可在4h內得出結論。將樣品放入密閉小杯中并防入一個信號器,該信號器能反映CO2的存在(通過顏色),對照顏色表可得出結論,顏色對照表從1(生堆料)到8(腐熟堆肥)變化,讀數越大則腐熟程度越好。

  Dewar 自熱測試法:基于最初歐洲的自熱測試標準方法,由Woods End 實驗室總結整理。先調節測試樣品的水分,然后插入一支溫度計,溫度計距瓶底大約5cm。樣品放入一個絕熱真空瓶中,這樣置于室溫至少5d,但不超過10d,并測試每天的最高溫度,其結果即為腐熟過程的最高升溫。該方法的缺點是測試結果只能區分腐熟和不腐熟,時間較長,但比較直觀,具有很強的操作性。測試結果分為I-V五個等級來評價。

  此外還有其他測試方法,例如CO2探管測試法等。

  2 綜合評價指標

  由于單項評價參數難以準確評價污泥堆肥腐熟度,所以必須選擇幾項適當合理的測試參數綜合評價污泥堆肥腐熟指標。中國農業大學李國學提出用化學和生物學參數相結合來評價堆肥腐熟度[8];Frost Donna Iannotti[9]、L Wu[10]等認為腐熟度的檢測應該包括腐熟程度的檢測和穩定程度的檢測,腐熟程度的檢測主要側重于堆肥產品后續使用對植物的影響,如水芹植物毒性測試;穩定程度的檢測則側重于生物學性質和微生物活性,如耗氧速率。

  2.1 國內

  污泥通過堆肥達到腐熟基本可消除有毒有害的有機物,穩定N、P營養元素,消除惡臭,消滅病原體[11]。我國還未制定準確的評價堆肥腐熟度的標準參數和方法,評價方法多參考《糞便無害化衛生標準》(GB 7959-87),該標準主要從衛生學的角度來評價堆肥的腐熟程度,堆肥成熟的標志是物料呈黑褐色,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]。顯然這些指標感性較強,但較難定量,作為評價標準存在很大局限性,已不適應當前堆肥的研究和堆肥產品的市場化。

  同濟大學對污泥堆肥腐熟度的評價作了較多的研究,提出用模糊數學模型綜合評價污泥堆肥的腐熟度。

  2.2 國外

  國外關于腐熟度的評價更多是建立在以有機固體廢棄物為原料的基礎上的,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、肥料進行統一管理。污泥為農業利用占有相當比例。美國加利福尼亞州堆肥質量委員會(CCQC)是一個致力于制訂統一的堆肥質量標準以促進堆肥產品的生產和使用的官方組織。該組織提出標準的制訂原則:測試必須簡易、快速、可靠且適合不同原料不同工藝的堆肥產品的評估。提出的評價標準為:堆肥試樣首先必須滿足C/N≤25,因為該值如過高則微生物就會爭奪土壤中的氮,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、自熱測試)一項測試和B組(包括NH4 -N/NO3N、NH3濃度、揮發性有機酸濃度、種植測試)一項測試。

  A組測試主要表征堆肥中有機物質的降解程度,B組測試則主要表征堆肥產物可能會對植物產生的毒性作用。CCQC在提出評價內容的同時,對A組和D組也提供了相應的測試方法,從而根據結果可以評判堆肥產品為三種標準:高度腐熟、腐熟、不腐熟,具體見表1、2。

表1  A組腐熟度測試方法
Tab.1 Determination methods for maturity of group A

測試方法 結果
高度腐熟 腐熟 不腐熟
耗氧速率測試[gO2/(kgVS·h)] <0.5 05-1.5 >1.5
CO2測試[gC/(kgVS·d)] <2 2-8 >8
SCL測試[gC/(kgVS·d)] <2 2-8 >8
WERL測試[gC/(kgVS·d)] <5 5-14 >14
Dewar自熱測試(℃) <10 10-20 >20
Solvita測試 7-8 5-6 <5
注:SCL=Soil Control Laboratory;

   WERL=Woods End Research Laboratory。
 

表2  B組腐熟度測試方法

Tab.2 Determination methods for maturity of group B

測試方法 結果
高度腐熟 腐熟 不腐熟
NH4 -N/NO3N <0.5 0.5-3 >3
總NH3濃度(10-6g/g干固體) <100 100-500 >500
VOA(10-6g/g干固體) <200 200-1000 >1000
種子發芽率(%) >90 80-90 <80
種植測試(%) >90 80-90 <80

  在加拿大,涉及污泥堆肥質量標準的有三個機構:魁北克標準局(BNQ)、加拿大環境委員會(CCME)、加拿大農業和農業食品局(AAFC)。這三個機構主要分管加拿大土壤、有機肥料、公共健康、綠色產品、環境保護、城市污泥處理等。BNQ認為,由于現有技術問題,不可能找到一個單項檢測方法就能充分、可靠、科學地評價堆肥腐熟度。 BNQ、AAFC提出了以下幾個指標,并認為堆肥產品滿足其中兩項即可認為達到腐熟[14l:①C/N<25;②耗氧速率<150mgO2/(ksVS·h);③芹菜和蘿卜種子發芽率90%,在堆肥和土壤混合物中的生長率與樣品試驗相比誤差不超過50%。

  CCME也建議采用BNQ使用的分析方法,并對第三項作了進一步改進,指出也可采用下列的其中一項:①堆肥經過嗜熱階段后,必須再放置至少21d;堆肥后溫度不應再繼續升高并高于周圍環境20℃;②有機物降解必須達到60%以上(質量);堆肥經過嗜熱階段后必須再腐熟至少21 d。

  在歐洲,德國、匈牙利、荷蘭、英國等國或由國家機構或由堆肥行業協會,都制訂了比較完備的堆肥產品質量標準,其中包括堆肥腐熟度[15]。

  3 結語
  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,堆肥腐熟度的評價已成為制約污泥堆肥技術發展的因素之一,建立堆肥腐熟度評價標準顯得尤為重要。②腐熟度評價方法應簡單、快速、準確、可靠且易于檢測,應將其作為堆肥產品質量體系之一。③建議由國家環保局和農業部根據當前的技術發展和市場調查,參考國外標準研究制定適用標準,同時鼓勵科研機構在試驗的基礎上提出科學簡易的檢測評價方法。

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