張 琳， 劉新平， 常會(huì)慶， 焦 偉

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)研究所，新疆烏魯木齊 8300523； 3.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南洛陽(yáng) 471003)

城市污泥是城市生活污水和工業(yè)廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的固體沉積物。隨著城市污水和工業(yè)廢水排量逐年增長(zhǎng)，城市污泥的處理是當(dāng)今社會(huì)面臨的重大問(wèn)題之一。由于污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷等植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，響應(yīng)國(guó)家推動(dòng)關(guān)于生態(tài)文明的建設(shè)，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，著力推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展，城市污泥資源化利用成為污泥處理的有效途徑。將城市污泥與小麥秸稈共堆肥能夠提高污泥與小麥秸稈利用率，同時(shí)能提高污泥在堆肥過(guò)程中的腐熟程度。污泥中含有較多病原微生物、有機(jī)污染物和多種重金屬等有害物質(zhì)極易造成環(huán)境的二次污染，包括有水源污染、土壤重金屬化、大氣污染(散發(fā)惡臭)等一些生物病毒性污染。而污泥經(jīng)過(guò)堆肥化處理不僅能有效地消除污泥所散發(fā)出的臭味、殺死病原菌和寄生蟲(chóng)卵、鈍化重金屬，而且能使部分有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)[1]，充分利用污泥有機(jī)質(zhì)含量高的特點(diǎn)將城市污泥與小麥秸稈堆肥獲得有機(jī)質(zhì)含量較高的有機(jī)肥料，使污泥和秸稈都能達(dá)到資源化利用的目的。

目前的相關(guān)研究中，晉王強(qiáng)等對(duì)甘肅省蘭州城市污泥進(jìn)行了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得出污泥中Cu、Zn、Cd、Pb、Ni等5種重金屬的含量均低于污泥農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)，污泥潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬于低度風(fēng)險(xiǎn)[2]。閆金龍等在進(jìn)行城市污泥堆肥過(guò)程中通過(guò)水溶性有機(jī)質(zhì)(DOM)含量光譜特征分析得出外源加入生物質(zhì)碳(如小麥秸稈)堆肥腐熟程度均大于未添加生物質(zhì)炭的對(duì)照組的結(jié)論[3]。馬雪梅的研究表明，可選擇添加作物秸稈或微生物發(fā)酵劑來(lái)改善堆肥腐熟程度，選擇添加5%小麥秸稈或5%玉米秸稈可以增加堆肥的保氮效果，添加30%干污泥進(jìn)行堆肥可用于園林施肥[4]。許夢(mèng)等提出了利用蚯蚓堆肥法研究有機(jī)廢棄物堆肥產(chǎn)品腐熟程度的變化規(guī)律，從而尋求二者之間的最佳配比[5]。

本研究主要采用對(duì)比試驗(yàn)的方法，通過(guò)調(diào)節(jié)其質(zhì)量控制城市污泥與小麥秸稈共堆肥過(guò)程的碳氮比(C/N)，測(cè)定各參照組的有機(jī)質(zhì)含量，找到最適宜的碳氮比實(shí)現(xiàn)城市污泥與小麥資源化利用，為探究堆肥腐熟程度最大化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本次試驗(yàn)污泥取自河南省洛陽(yáng)市澗西區(qū)污水處理廠，污泥經(jīng)風(fēng)干脫水后得到試驗(yàn)所需脫水污泥原料；堆肥調(diào)節(jié)劑為小麥秸稈。試驗(yàn)脫水污泥的主要理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

原料準(zhǔn)備：通過(guò)污水處理廠沉淀，經(jīng)風(fēng)干脫水后用小型粉碎機(jī)打碎，過(guò)60目篩。將麥麩與麥秸同樣以粉碎機(jī)粉碎成粉末狀。將2種粉碎物混合成堆肥。

根據(jù)不同對(duì)比試驗(yàn)條件，設(shè)置4個(gè)試驗(yàn)處理組來(lái)研究有機(jī)質(zhì)含量的變化。處理1，將污泥與秸稈按1 ∶1質(zhì)量比混合均勻，C/N在6 ∶1左右；處理2，污泥和秸稈當(dāng)中加入了葡萄糖劑調(diào)節(jié)C/N在10 ∶1左右；處理1、2都加水至混合物成松軟塊狀即可，對(duì)比分析葡萄糖對(duì)堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)含量變化影響；處理3，以小麥秸稈作為調(diào)節(jié)劑使C/N調(diào)節(jié)至12 ∶1，即加入風(fēng)干污泥500 g， 秸稈300 g， 并加水1 200 mL；處理4，以小麥秸稈作為調(diào)節(jié)劑使C/N調(diào)節(jié)至25 ∶1，即加入風(fēng)干污泥150 g，秸稈300 g，并加水800 mL。處理3、4對(duì)比研究不同C/N混合堆肥對(duì)于堆肥有機(jī)質(zhì)含量變動(dòng)影響。

表1 供試污泥的基本理化性質(zhì)

堆肥堆至33 d，其間每天固定時(shí)間點(diǎn)記錄溫度變化。本試驗(yàn)分別在09：00、15：00、21：00測(cè)量堆體溫度并且用電子測(cè)溫計(jì)和水銀溫度計(jì)同時(shí)記錄并取其平均值，以減少誤差，然后再將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度平均值作為當(dāng)天的堆體溫度，同時(shí)測(cè)定當(dāng)天的氣溫。然后根據(jù)堆體溫度變化的不同階段將堆體堆翻均勻后采樣，將采好的樣本放入冰箱內(nèi)冷藏，待測(cè)，直至堆肥結(jié)束后，對(duì)不同階段的樣本進(jìn)行有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)含量的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

腐殖酸總量的測(cè)定：K2CrO7容量法測(cè)定用焦磷酸鈉(Na4P2O7)堿性溶液作提取劑，在沸水浴中加熱，冷卻，定容100 mL用0.45 μm的微孔濾膜真空抽濾浸提液加入K2CrO7和濃硫酸使浸提出的腐殖酸，在強(qiáng)酸性溶液中能被K2CrO7氧化，搖勻，沸水浴加熱30 min，冷卻，加入80 mL水，加入3滴鄰菲羅啉指示劑，用FeSO4滴定溶液由黃綠色變?yōu)榇u紅色即為終點(diǎn)，記錄FeSO4的量。腐殖酸總量用以下公式計(jì)算：

腐殖酸總量=(V0-V)×C×3×10-3×分取倍數(shù)×100/(m·f)×100%。

(1)

式中：V0和V分別為空白測(cè)定和樣品測(cè)定所消耗的硫酸亞鐵的體積，mL；C是指硫酸亞鐵的濃度，mol/L；3為(1/4C)原子的摩爾質(zhì)量，g/mol；m為稱取的土樣質(zhì)量(g)；f為腐殖酸的含碳量系數(shù)0.58。

FA含量測(cè)定：用Na4P2O7堿性溶液做提取劑，吸取 0.45 μm 的微孔濾膜真空抽濾浸提液5 mL，調(diào)節(jié)pH值至1.0～1.5，用K2CrO7和濃硫酸氧化，F(xiàn)eSO4滴定，記錄FeSO4的量，計(jì)算參照腐殖酸總量含量計(jì)算方法得出FA含量。

HA含量測(cè)定：試驗(yàn)得出的腐殖酸總量的含量減去FA的含量即為HA的含量。

DOM含量的測(cè)定：用K2CrO7容量法測(cè)定，稱取0.5 g左右的土樣，加入蒸餾水作提取劑溶于50 mL塑料瓶中，在 25 ℃ 下100 r/min轉(zhuǎn)速振蕩40 min，用0.45 μm的微孔濾膜真空抽濾浸提液加入235.2 mg/L K2CrO7氧化濾液中水溶性有機(jī)質(zhì)(碳)，剩余的K2CrO7用FeSO4來(lái)滴定，記錄所消耗的FeSO4的量計(jì)算公式參照腐殖酸總量含量計(jì)算公式得出DOM的量。

1.4 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)堆肥設(shè)備采用自制通風(fēng)堆置罐，研制的污泥快速腐熟反應(yīng)器分為內(nèi)外2層，必要時(shí)夾層可以通過(guò)水浴加熱，起到快速堆肥啟動(dòng)，裝置底部設(shè)置有通風(fēng)口和循環(huán)水進(jìn)口，側(cè)面設(shè)置3個(gè)取樣口，裝置頂部為設(shè)置溫度、濕度和氧含量的傳感器和氣體的溢流口，溢流口要求連接惡臭氣體凈化柱，裝置的有效直徑20 cm，高度為25 cm(圖1)。

2 結(jié)果與分析

2.1 C/N不同條件下堆肥溫度的變化

堆肥效果的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)是溫度，能夠在一定程度上能反映堆肥的進(jìn)程。堆肥過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)出升溫期、高溫期、降溫期這3個(gè)不同的階段。

從圖2、圖3可以看出，堆肥1 d后，4個(gè)處理的堆體溫度均呈現(xiàn)迅速上升趨勢(shì)，是由于堆體中本身含有大量的微生物，堆肥初期，堆體內(nèi)微生物代謝活性增強(qiáng)。在含有大量易分解的有機(jī)物質(zhì)環(huán)境條件下嗜熱菌等微生物大量繁殖并分解有機(jī)質(zhì)，釋放熱量。使堆體溫度逐漸升高。處理1處理后4 d 21：00 時(shí)堆體溫度達(dá)到了最高溫度53.9 ℃，在此之前堆體溫度呈上升趨勢(shì)，在此之后一段時(shí)間溫度持續(xù)保持在50 ℃以上。在此溫度條件下，嗜熱菌活性受到限制，甚至造成死亡，但是未影響其繁殖，嗜熱菌的繁殖量大大提高，隨之使溫度達(dá)到溫度最高點(diǎn)，并在此階段穩(wěn)定了一段時(shí)間。使堆體中寄生蟲(chóng)和病原菌被殺死，達(dá)到無(wú)害化標(biāo)準(zhǔn)，形成腐殖質(zhì)，達(dá)到初步的腐熟程度。

不僅雷政富案件，在很多政治事件中，都能發(fā)現(xiàn)在新媒體時(shí)代個(gè)體不同于以往的政治參與新形式。在網(wǎng)絡(luò)政治參與中，個(gè)體會(huì)通過(guò)對(duì)政治事件的話語(yǔ)解構(gòu)和重構(gòu)，將原本嚴(yán)肅的政治報(bào)導(dǎo)轉(zhuǎn)化為詼諧幽默的草根話語(yǔ)。在事件話語(yǔ)的解構(gòu)與重構(gòu)中，個(gè)體的政治參與形式實(shí)現(xiàn)了從嚴(yán)肅刻板向娛樂(lè)化的轉(zhuǎn)變。話語(yǔ)體系的娛樂(lè)化解構(gòu)，帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)政治參與的娛樂(lè)化發(fā)展。使得個(gè)體于嬉笑怒罵間表達(dá)了自我的政治態(tài)度，滿足了自我的政治參與需求。

隨后是明顯降溫階段，堆體溫度降至30 ℃后趨于穩(wěn)定。此階段的有機(jī)物在初期和中期的堆肥中都已降解，堆肥中不再有能量的堆積再加上堆肥自發(fā)的散熱使溫度逐漸下降。同樣處理2也在處理后4 d 21：00時(shí)達(dá)到最高溫度50.9 ℃，在此之前溫度整體也是呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，達(dá)到最高溫度后開(kāi)始逐步下降，達(dá)到堆體降溫階段后持續(xù)保持在30 ℃左右。而處理4和處理3較為相似，升溫較迅速。但處理4高溫期持續(xù)的時(shí)間短，隨后逐步開(kāi)始處于降溫階段。

2.2 堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)含量的變化

在堆肥進(jìn)程中，有機(jī)質(zhì)含量的變化反映有機(jī)質(zhì)的降解程度，可用來(lái)判斷堆肥的腐熟度。從圖4、圖5可以看出，處理1的有機(jī)質(zhì)含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，由堆肥初期的447 g/kg下降到堆肥33 d時(shí)的435 g/kg，下降了12 g/kg；處理2由堆肥初期的494 g/kg下降至堆肥33 d后的406 g/kg，降幅為 88 g/kg；處理3由堆肥初期的574 g/kg下降至堆肥33 d后的 490 g/kg，下降了84 g/kg；處理4呈現(xiàn)少量的增加，可能是試驗(yàn)偶然誤差，也可能是堆肥形態(tài)變化影響了堆肥孔隙度。有機(jī)質(zhì)含量降幅順序?yàn)樘幚?>處理3>處理1>處理4。表明有機(jī)質(zhì)降解程度與其C/N有關(guān)。適宜的C/N即在堆肥中加入一定量的秸稈有助于增加堆肥的通氣性，促進(jìn)堆肥空氣流通使微生物能徹底地分解有機(jī)質(zhì)。加入過(guò)多的小麥秸稈即孔隙率過(guò)大，而污泥較少，堆肥原料之間的附著性較小、微生物含量少不利于堆體保溫使微生物活性較低，不利于有機(jī)質(zhì)的分解。處理2里加入有葡萄糖能夠提高微生物活性增大并為微生物繁殖提供養(yǎng)分，加速有機(jī)質(zhì)的分解。

2.3 堆肥過(guò)程中腐殖酸總量的變化

在堆肥化進(jìn)程中，有兩部分腐殖酸產(chǎn)生：新生成的和演化形成的。從圖6、圖7可以看出，處理1在腐殖酸逐漸減少，新形成的腐殖酸量和被礦化腐殖酸量相當(dāng)，腐殖酸總量由25%降至17%，降幅為8百分點(diǎn)；處理2在第一階段較多的腐殖酸被微生物礦化腐殖酸總量減少至16%，第二階段新形成腐殖酸使腐殖酸總量持續(xù)升高至26%，第三階段微生物活性增強(qiáng)使腐殖酸總量逐漸下降至10%；處理3在第一階段新形成的腐殖酸使總量上升至26%，第二階段微生物活性增加腐殖酸總量逐漸減少至16%；處理4在第一階段保持下降趨勢(shì)，堆肥初期的25%降至23%，降幅為2百分點(diǎn)。

2.4 堆肥過(guò)程中FA含量的變化

從圖8、圖9可以看出，堆肥過(guò)程中FA含量整體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明FA在堆肥過(guò)程中易被分解，并參與微生物代謝活動(dòng)。圖8中，處理1中FA含量先減少后增加最后降至最低點(diǎn)，是因?yàn)槎逊势陂g溫度對(duì)微生物活性的影響導(dǎo)致微生物對(duì)FA分解的速度有所改變，使堆肥中的FA含量隨之改變，最后達(dá)到最低值3%。處理2與處理1前期的FA含量趨勢(shì)基本一致，處理2比處理1提前達(dá)到16%的含量后開(kāi)始降低至2%，后期的急劇上升可能與溫度導(dǎo)致的微生物活性的變化有關(guān)。處理3下降至10%后逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)，處理4整體下降趨勢(shì)較為平穩(wěn)，由21%逐漸下降到堆肥后期的8%。

2.5 堆肥過(guò)程中HA含量的變化

從圖10、圖11可以看出，處理1中HA含量由初始4%，增加到堆肥后的13.4%，增加了9.4百分點(diǎn)；處理2中HA含量由初始的4%增加到堆肥33 d后的8%，增幅為4百分點(diǎn)；處理3的HA含量由初始的4%增加到6%，增幅為2百分點(diǎn)；處理4的HA含量由初始的4%增加到14%，增幅為10百分點(diǎn)。堆肥氧化程度較低，總C、N含量在堆肥進(jìn)程中呈減少趨勢(shì)，而HA的相對(duì)含量是增加的；由于堆肥初期腐殖酸化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易被降解使之含量減少，隨后由微生物轉(zhuǎn)化生成性質(zhì)穩(wěn)定的腐殖酸使其含量有所增加。

2.6 堆肥過(guò)程中HA/FA的變化

從圖12、圖13可以看出，在污泥好氧堆肥過(guò)程中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)處理的HA和FA含量的比值(H/F)總體呈上升趨勢(shì)。與污泥原樣相比，處理1、2、3、4的增幅分別為4.1、3.8、0.07、1.28。H/F比值的增加說(shuō)明腐熟堆肥腐殖化程度的提高。

2.7 污泥堆肥過(guò)程中DOM含量的變化

從圖14可以看出，處理1可溶性有機(jī)質(zhì)含量先下降，后小幅度上升，降幅為1.2百分點(diǎn)；處理2較處理1中DOM的含量升降較為明顯，在第2次增加時(shí)達(dá)到1個(gè)峰值4.7%，最后減少至2%，降幅度為2.7百分點(diǎn)。從圖15可以看出，處理3初期DOM含量略微增至3.3%，后下降至2.5%，再繼續(xù)上升至3.29%；處理4堆肥初期的DOM含量較高為3.3%，經(jīng)過(guò)1次波動(dòng)下降至1.2%，降幅為2.1百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

本研究利用城市污水處理廠沉淀池中污泥與小麥秸稈進(jìn)行混勻堆肥試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。隨著堆肥的進(jìn)行，根據(jù)不同 C/N 的處理，有機(jī)質(zhì)含量堆肥前后變化不同；本試驗(yàn)的4個(gè)處理HA含量從總體上看均呈逐步上升趨勢(shì)；FA含量整體均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；H/F呈上升趨勢(shì)，4個(gè)處理的H/F值分別增加了-4.1、3.8、0.07、1.28，這與康軍等的研究結(jié)果[6]一致；DOM含量在處理1、2、4下均減少，降幅在2百分點(diǎn)左右，與占新華等的研究結(jié)果[7-8]一致，但處理3含量?jī)H增加了0.01%，很可能是由于試驗(yàn)過(guò)程中所存在的誤差而導(dǎo)致的。

本試驗(yàn)的好氧堆肥過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)含量在各堆肥系統(tǒng)中總體呈降低趨勢(shì)，腐殖酸總量含量均減少。FA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸下降，兩者的變化規(guī)律較為一致，試驗(yàn)印證了馬懷良等“不同C/N對(duì)堆肥FA含量沒(méi)有影響”的結(jié)論[9]。堆肥過(guò)程中HA含量總體呈增加趨勢(shì)，這是因?yàn)槎逊食跗诟乘峄瘜W(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易被降解使之含量減少，隨后由微生物轉(zhuǎn)化生成性質(zhì)穩(wěn)定的腐殖酸使其含量有所增加。堆肥過(guò)程中DOM含量均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，在C/N為10 ∶1時(shí)分解速率較快，DOM含量減少了2.7百分點(diǎn)。DOM含量均下降是因?yàn)槲⑸飳⑿←溄斩挼乃苄杂袡C(jī)物合成為其他物質(zhì)，一是直接進(jìn)入到腐殖質(zhì)中，二是以芳香分子的形式存在。本研究表明C/N在10 ∶1條件下，堆肥腐熟程度較好，污泥品質(zhì)較高。

表2 堆肥各理化性質(zhì)含量變化

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