如何提高垃圾堆肥中的氮磷含量
摘要 我国改革开放以来,城市数目和城市人口有了很大的发展,人民的生活水平也有了很大提高,因此,作为城市公害的生活垃圾发生量及其组成也有了很大变化。处理城市生活垃圾,实现无害化、减量化和再资源化,消除城市生活垃圾的污染已成为我国必须解决的重大问题。将生活垃圾堆积成堆,保温至70℃储存、发酵,借助垃圾中微生物分解的能力,将有机物分解成无机养分。经过堆肥处理后,生活垃圾变成卫生的、无味的腐殖质。既解决垃圾的出路,又可达到再资源化的目的,但是生活垃圾堆肥量大,氮、磷含量低,长期使用易造成土壤板结和地下水质变坏,本文将讨论如何解决垃圾堆肥化中氮磷含量低的问题!
关键词 垃圾堆肥 资源化 营养化 氮磷含量
一 垃圾堆肥的研究意义
优质垃圾堆肥用于农业生产,不仅可增加土壤腐殖质和养分,而且堆肥中有机质与土壤结合,可使粘质土壤疏松,对砂质土壤则促进其结成团粒,以致明显降低土壤结构,提高土壤通风、保水和培肥的功能,同时能促进植物根系的增长。据研究表明,优质堆肥施用适量,一般均有较好的增产作用,尤其用于中低肥力的菜地或新菜地,增产效果更好,而且可提高蔬菜品质,降低烂菜率,增加蔬菜中钙、钾含量,明显降低硝酸盐、亚硝酸盐含量。优质垃圾堆肥对水稻、马铃薯、萝卜增产效果较为明显。
二 研究目的以及与其成果
为了有效的处理垃圾,提高垃圾堆肥中的氮磷磷含量 ,将生活垃圾经人工初选,把堆肥物和非堆肥物分开,回收非堆肥物中的废纸、金属、塑料、玻璃等,剩余的砖瓦、石块送入填埋场。将堆肥物与粪便按一定的发酵水分的要求均匀混合、堆制密封。采用通风管道自然通风,发酵过程中温度控制在50~70℃进行好氧发酵,约15天后第一阶段的发酵完毕,起堆。在自然温度下进行第二阶段的发酵腐熟,约25天后发酵过程全部完成,即成腐熟堆肥,然后经过分选筛分,直径大于12毫米的粗粒送往填埋,直径小于12毫米的堆肥即可作为农用。
三 堆肥的过程
1 基本生化过程
垃圾堆肥是在大量微生物作用下,使垃圾粪在一定条件下发生的生物转化过程。由于堆肥环境的不同,可以是厌气为主的发酵过程,也可以是好气为主的氧化分解过程。好气性氧化分解后,除CO2和水外,主要是硝酸盐、硫酸盐及其他氧化终产物。化学性质稳定,不再进行生化分解。氧化分解过程进行很快,条件适当,几天内就可进行完毕。稳定性终产物也没有什么气味,符合卫生条件。厌气性堆肥是在缺氧条件下厌气进行的一种发酵分解,其终产物除C02和水外,还有氨、硫化氢、甲烷和其他有机酸等还原性终产物。有异臭、发酵过程需要的时间较长,一个垃圾堆完全腐熟,往往要几个月。可见,好气性堆肥显然优于厌气性堆肥。
2垃圾堆肥处理的必须条件及调控
①微生物。不论是好气性堆肥还是厌气性堆肥,起主要作用的微生物是细菌、真菌和放线菌,有时还有酵母和原虫参与。城市垃圾的微生物数量,随垃圾的性质不同,差别很大。一般细菌数量在106~1025个/克(千重),总大肠菌和粪性大肠菌分别占10%和1%。由于这些微生物的繁殖,使有机垃圾发生了转化。在垃圾中掺加人、畜粪便、污泥是增加微生物数量的有效方法。
②养成分微生物生长繁殖需要一定的营养物质,即碳、氮、磷、钾和微量元素。碳可以在堆肥前通过垃圾的初步分选,提高有机物含量。垃圾中缺乏的往往是氮磷。一般常见的可作堆肥的垃圾,其含氮量和碳氮比值见下表。适宜于微生物生长繁殖的碳氮比,应在30~35∶1,氮磷比100∶1为宜。碳氮比小于25∶1,特别是pH偏高时,会导致氨的排出。碳氮比大于40∶1时,氮明显不足,不利于微生物生长。城市垃圾一般碳氮比较高,有的高达60~80∶1。碳氮比值越高,堆肥周期越长。为此,垃圾堆肥常需加入氮和磷,以加速堆肥过程。一般加入氮、磷肥水溶液,或掺入人粪、污水、污泥,都可达到调控碳氮比的目的。
③水分微生物的代谢过程需要合适的水分条件。水分低于10%,有机物分解就会停止。若水分超过50%,会阻塞堆肥内的空隙,使好气发酵变成厌气发酵,温度会急剧下降,不利于无害化。④pH值和温度调控堆肥中主要微生物要求pH值为6~8,由于堆肥过程中,常常伴随有机酸的生成而使pH值小于6,妨碍堆肥腐熟。另一方面由于产生游离氨,也有可能使pH值大于8,造成氮素损失。因此可以加入一些石灰,钙镁磷肥或其他物质来调节pH值。
各种废物的氮含量和碳氮比
名称 N(%) C/N
人粪 5.5~6.5 6~10
菌 0.5 0.8
血粉 10~14 3
生污泥 4~7 11
消化污泥 2~4 6
杂草 2~4 19
蔬菜废物 2~4 12
锯末 0.1 200~500
骨粉 0.8~3.7 4~6
畜粪 0.3~0.6 15~25
厨房垃圾 2.15 25
混合垃圾 1.05 34
通气性是影响堆肥温度的重要因素,主要靠通气来调控堆肥温度。一般要求在堆肥过程中保持50~70℃一个星期,才能杀灭常见病菌和寄生虫,并使有机物发酵腐熟。一些病菌和寄生虫致死温度见表3-34。垃圾堆肥有自然发酵和强制通风两种方法。自然发酵时间长,表面温度达不到无害化的50~70℃要求。无论是南方还是北方,垃圾堆肥还是提倡强制通风的设施为好。主要设施是建设堆肥仓。仓中设有专门通气孔道,通气孔直径15~20毫米不等,仓顶设有可开启的塑料或水泥密封盖。仓内还有粪稀喷酒管,抽气管、排水管等,用以调节水、肥、气的量。发酵仓的容积为50~100吨,发酵周期为12~15天,3天内即可达到70℃,出仓时的温度还在50℃以上,达到无害化标准。
几种常见病菌与寄生虫死亡温度
病菌与寄生虫 死亡温度
伤寒杆菌 46℃以上不生,55~60℃30分钟死亡
沙门杆菌类 56℃,1小时内死亡,60℃15~20分钟内死亡
志贺氏杆菌类 55℃,1小时内死亡
大肠杆菌 绝大部分在55℃1小时内死亡;60℃,在15~20分钟内死亡
阿米巴属 68℃,死亡
无钩绦虫 71℃,5分钟内死亡
旋毛虫幼虫 在50℃,1小时内可以明显减少,62~72℃死亡
美洲钩虫 45℃,50分钟内死亡
流产布鲁土菌 61℃,3分钟内死亡
化脓性细胞菌 50℃,10分钟内死亡
脓性链球菌 54℃,10分钟内死亡
结核分枝杆菌 66℃,15~20分钟内死亡,有时在67℃死亡
牛结核杆菌 55℃,45分钟内死亡
3.垃圾堆肥成品的质量要求及其农用控制标准
垃圾堆肥成品的质量要求,主要有两方面:一是要做到无害化,二是必须保证其肥料养分含量,使农作物增加产量。为此要求堆肥必须充分腐熟,颜色成棕褐色或棕黑色,无恶臭,杀死虫卵、致病菌和杂草种子,无塑料、玻璃、金属、砖瓦、石块等有害物。要过筛将大颗粒去除,以防长期使用不致破坏土壤的物理性状。各种重金属含量不超过规定标准。堆肥成品的碳氮比值应在20以下,保证堆肥有足够的有机质和养分含量。为了便于运输、保管和使用,应该把堆肥的水分含量控制在适当的范围。
1987年国家环境保护局颁布了城镇垃圾农用控制标准(GB8172-87),从垃圾堆肥的物理、卫生、重金属和养分等方面,制定了15项标准限值,使城镇垃圾堆肥的加工、使用和监测做到有法可依。
城镇垃圾农用控制标准见表。
城镇垃圾农用控制标准值
编 号 项 目 单 位 标准限值
1 杂物 (%) <3
2 粒度 (毫米) <12
3 蛔虫卵死亡率 (%) 95~100
4 大肠菌值 10-1~10-2
5 总镉(以Cd计) (毫克/公斤) <3
6 总汞(以Hg计) (毫克/公斤) <5
7 总铅(以Pb计) (毫克/公斤) <100
8 总铬(以Cr计) (毫克/公斤) <300
9 总砷(以As计) (毫克/公斤) <30
10 有机质(以C计) (%) >10
11 总氮(以N计) (%) >0.5
12 总磷(以P2O5计) (%) >0.3
13 总钾(K2O计) (%) >1.0
14 pH 6.5~8.5
15 水分 (%) 25~35
4.除臭技术
恶臭是垃圾粪便污染环境的重要方面,国外已把恶臭列为环境污染的主要公害之一。恶臭是一类混合气体所发出的臭气,主要是氨类、三甲胺、硫化氢、甲硫醚、二甲基硫醚、苯乙烯、乙醛、甲硫醇等,其特点见表3-36。
垃圾粪便处理,多采用物理和化学等多种方法结合进行除臭,主要方法有:
水洗法--充填塔、喷雾塔、水通气
冷却法--浓缩①物理方法
吸附法--活性炭、离子交换、表面活性剂
空气稀释法
药剂处理法--酸碱、次氯酸盐、臭氧、锌盐、铜盐、掩盖剂②化学方法
生物化学分解法--土壤净化法
各种恶臭物质的特点
类别 恶臭物质 臭味 臭觉阀值(毫克/公斤) 沸点(℃) 主要发生源
甲硫醇 烂葱头臭 0.041 6
硫 乙硫醇 烂卷心菜臭 0.00028 37 鱼类加工厂,牛皮纸厂,
化 二甲基硫 烂卷心菜臭 0.0037 37.5 化炼油厂,煤气厂
物 二乙基硫 蒜 臭 0.0028 92 粪便处理等
硫化氢 臭蛋臭 0.13 60.4
甲基胺 0.021 6.5
氮 肉类加工厂
乙胺 鱼臭 16.5
化 化肥厂
三四胺 0.00021 3
物 粪便处理等
氨 刺激臭 55 33
丁烯 汽油臭 22 30
脂肪族 丁酸 汗臭 0.00086 163.5 水产,畜产肉类加工
化合物 丙酮 汗臭 100 65 粪便处理等
丙烯醛 刺激臭 0.21 53
四 经济效益和结论
施用无害化处理的优质垃圾堆肥,对改善土壤物理性状有明显作用。据中国农业科学院土壤肥料研究所研究表明,随着垃圾肥施用量的增加,土壤容重下降,土壤孔隙度增加,土壤三相比中固相下降,液相和气相增加。连续两年亩施1.5万公斤垃圾堆肥,可使容重下降0.08~0.17克/立方厘米,总孔隙度增加3%~6%,三相比中固相下降3%~6%,液相增加1%~5%,气相增加1%~6%。广州、上海等地的研究也有类似的结果。由于垃圾堆肥质地为砂性,在粘重土壤上施用,对改善土壤的效果更好。
垃圾堆肥有机质含量高(有机碳含量大于10%),吸水能力强,随着垃圾堆肥用量的增加,其保水能力提高,从而减少了土壤水分的流失。土壤水流失量减少,土壤中养分流失量也随之减少。据测定,土壤中硝态氮和酰胺态氮流失量随垃圾肥用量的增加而减少,铵态氮损失量更少。以亩施3万公斤垃圾堆肥计算,钾(K2O)流失量比不施垃圾堆肥的处理增加外,硝态氮和酰胺态氮损失量分别减少4%和8%~10%。
垃圾堆肥的增产作用同样是明显的。据北京朝阳区农业科学研究所试验,利用垃圾肥种植蔬菜,西红柿、柿子椒、大白菜增产幅度在5.9%~13.5%;可使玉米、水稻增产14.7%~76.0%。广州市环境卫生研究所的试验,施用垃圾堆肥黄瓜增产8.5%,水稻增产29%~56.8%。
垃圾肥用量以每年亩施5~10吨效果较好,配合施用20~40公斤化肥,效果更好。从长期考虑,则以亩施3~4吨为宜。在中、低肥力土壤上的增产效果相当可观,配合少量化肥后,增产率可达66%~79%。而在高肥力土壤上则仅增产0%~9%。垃圾肥在蔬菜上增产效果较好,特别是叶类蔬菜上增产效果更为显著。例如,在大白菜上亩施垃圾肥5000~10000公斤,可增产9.1%~42.9%,配合施用20~40公斤化肥的,增产5.22%~78.8%。
施用垃圾堆肥不仅能增加作物产量,而且能提高农产品的品质。上海市农业科学院土壤肥料研究所在蔬莱上的试验表明,青菜、萝卜施用垃圾肥,菜体中硝酸盐含量明显低于单施化肥处理。由单施菌素的274毫克/公斤下降到45~119毫克/公斤。中国农业科学院土壤肥料研究所在9种蔬菜上的试验也得到类似结果,而且能使蔬菜中的矿物质,维生素C含量提高,减少蔬菜贮存中的腐烂率。施用垃圾肥是否会导致土壤污染问题,据各方面的试验表明,凡是经无害化处理的垃圾肥,土壤重金属污染,病原菌、寄生虫卵的污染均与不施垃圾肥的对照土壤相近。对植株样品的化验也证明各种重金属含量和蛔虫卵,大肠杆菌值都未超标,均在安全食用标准范围内。可见,施用无害化处理的垃圾堆肥是安全可靠的。
参考文献 《中华人民共和国国家标准GB8172-87》,1987
《中国肥料》1994
《中国有机肥料》1991
参考资料:引自《中国有机肥料》,1991《中华人民共和国国家标准GB8172-87》,1987