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第六章 堆肥腐熟度的判斷 1 Composting ItsRecycling Naturally 2 第一節(jié) 堆肥的腐熟度與穩(wěn)定性 一 有機(jī)固體廢棄物的堆肥腐熟度堆肥化過程是基于易氧化有機(jī)質(zhì)的部分氧化 從而獲得較穩(wěn)定的腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì) 在有效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中堆肥最終產(chǎn)物的穩(wěn)定和腐熟是至關(guān)重要的 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來看 高質(zhì)量的 腐熟的堆肥標(biāo)準(zhǔn)是很好識(shí)別的 它包括以下特性 堆積密度低 持水量高 pH呈堿性 有機(jī)質(zhì)含量高 迄今為止還缺少一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)去鑒定堆肥的腐熟程度 顯然這種半穩(wěn)定的土壤改良添加劑還沒有發(fā)揮出其最大的生物學(xué)效應(yīng)和市場的開發(fā)潛質(zhì) 3 二 腐熟度與穩(wěn)定性 堆肥腐熟度 Maturity 就是堆肥的腐熟程度 即堆肥中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過礦化 腐殖化過程最后達(dá)到穩(wěn)定的程度 它是國際上公認(rèn)的衡量堆肥反應(yīng)進(jìn)行程度的一個(gè)概念性參數(shù) 堆肥腐熟度作為衡量堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)很早就被提出來 它的基本含義是 4 一 堆料中的有機(jī)物質(zhì)通過微生物的活動(dòng) 最終達(dá)到穩(wěn)定化 無害化 即不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響 二 堆肥產(chǎn)品的使用不影響作物的成長和土壤耕作能力 腐熟度側(cè)重于堆肥施用對(duì)植物生長的影響 受堆肥物料 堆肥條件等諸多因素的影響 其評(píng)價(jià)指標(biāo)多種多樣 Frost 1992 把腐熟度看做是一個(gè)非常主觀的術(shù)語 5 堆肥穩(wěn)定性 Stability 是反映有機(jī)質(zhì)降解的一種狀態(tài) 是一個(gè)反映堆肥生物活性的函數(shù) 穩(wěn)定性側(cè)重于堆肥施用對(duì)周圍環(huán)境的影響 根據(jù)微生物的活動(dòng) 如微生物呼吸和能量釋放 來判斷堆肥的穩(wěn)定性 堆肥穩(wěn)定性主要從堆肥的溫度 顏色 CO2的釋放速率 O2的消耗速率 NO3 N含量變化及病原菌數(shù)量變化等方面加以評(píng)價(jià) 值得注意的是 穩(wěn)定化概念包含有不同的內(nèi)容 例如 可以將生物固體的穩(wěn)定化僅限于病原微生物的減少 或生物固體的臭味及揮發(fā)性固體的降低 6 現(xiàn)有的大多測試可劃分為腐熟度測試和穩(wěn)定性測試 腐熟度測試包括植物的生長情況 穩(wěn)定性測試包括臭味濃度和微生物呼吸強(qiáng)度等 有學(xué)者認(rèn)為穩(wěn)定的堆肥不一定是完全腐熟的 其仍然能夠?qū)┰囍参锂a(chǎn)生抑制性物質(zhì)或毒素 7 Simpletestsforfinishedcompost Bagtest sealingcompostinaplasticbagforseveraldaysshouldproducenofoulodor Germinationtest willseedsgerminateinthecompost goodtesttouseifcompostwillbepartofapottingmix 8 堆肥的穩(wěn)定性和腐熟度都是衡量堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的尺度 其評(píng)價(jià)對(duì)于農(nóng)用安全有著重要意義 到目前為止 還沒有一種真正可靠 有效的方法來衡量堆肥腐熟的相對(duì)穩(wěn)定程度 9 堆肥穩(wěn)定性和腐熟度界定的模糊性和不確定性部分原因可歸結(jié)為 a 堆肥系統(tǒng)應(yīng)用的微生物菌群的多樣性 b 有機(jī)物質(zhì)的異構(gòu)性和不可預(yù)知的特性 c 其應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)物的多樣性 d 新近復(fù)雜堆肥工藝技術(shù)的應(yīng)用 10 第二節(jié)堆肥腐熟度的判定 一 腐熟度判斷參數(shù)關(guān)于堆肥腐熟度的參數(shù)及評(píng)價(jià)指標(biāo)已有大量的研究工作報(bào)道 并提出了許多評(píng)價(jià)的方法 表9 1列出了主要的指標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 表9 2列出了一些學(xué)者的研究和他們各自的測試標(biāo)準(zhǔn) 11 主要的指標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 12 堆肥的穩(wěn)定性和相關(guān)參考文獻(xiàn) 13 14 15 堆肥腐熟度的判定指標(biāo) 可以劃分為三大類包括 物理學(xué)指標(biāo)化學(xué)指標(biāo) 包括腐殖質(zhì) 生物學(xué)指標(biāo) 16 物理學(xué)指標(biāo) 物理學(xué)指標(biāo)通常指的是通過堆肥的表觀特征及一些物理學(xué)方法來確定堆肥的腐熟程度 主要包括堆肥的溫度 顏色 氣味以及是否不再滋生蚊蠅等特征 但是這種方法只能初步斷定堆肥的腐熟度 并不能進(jìn)行定量的分析 因此只能作為堆肥腐熟度的一項(xiàng)輔助指標(biāo) 17 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的物理學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 1 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 溫度接近環(huán)境溫度易于檢測 不同堆肥系統(tǒng)的溫度變化差別顯著 堆體各區(qū)域的溫度分布不均衡 限制了溫度作為腐熟度定量指標(biāo)的應(yīng)用 18 堆肥過程中堆體溫度變化主要經(jīng)歷升溫期 持續(xù)高溫期 降溫期 穩(wěn)定期四個(gè)階段 堆肥腐熟后 堆體溫度與環(huán)境溫度趨于一致 一般不再明顯變化 不同堆肥系統(tǒng)的溫度變化差別顯著 由于堆體為非均相體系 其各個(gè)區(qū)域的溫度分布不均衡 限制了溫度作為腐熟度定量指標(biāo)的應(yīng)用 但是堆肥溫度可以在一定程度上反應(yīng)堆肥的進(jìn)程 因此仍不失為堆肥腐熟度的一個(gè)重要的輔助性評(píng)價(jià)指標(biāo) 19 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的物理學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 2 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 氣味堆肥產(chǎn)品具有土壤氣味根據(jù)氣味可直觀性地判定堆肥是否腐熟 難以定量 20 通常堆肥的原料都具有令人不快的氣味 而在堆肥運(yùn)行過程中這些氣味會(huì)慢慢消失 腐熟堆肥帶有濕潤的泥土氣味 是由土臭味素和2 甲基異冰片兩種物質(zhì)引起 它們是真菌和放線菌的副產(chǎn)物 氣體的量化指標(biāo)的建立最好指標(biāo)就是氣體單元 OU 一個(gè)可供參考的檢測氣味辦法是氣味極限值法 OTV 即濃縮50 的氣體能檢測出氣味 21 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的物理學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 3 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 色度黑褐色或黑色堆肥的色度受原料成分的影響 較難建立一的色度標(biāo)準(zhǔn)以判別各種堆肥的腐熟程度 22 堆肥過程中堆料逐漸發(fā)黑 腐熟后的堆肥產(chǎn)品呈黑褐色或黑色 Sugahara等提出一種簡單的技術(shù)用于檢測堆肥產(chǎn)品的色度 并回歸出一關(guān)系式 他們認(rèn)為Y值為11 13的堆肥產(chǎn)品是腐熟的 使用這種方法時(shí)要注意取樣的代表性 不過 堆肥的色度顯然受其原料成分的影響 很難建立統(tǒng)一的色度標(biāo)準(zhǔn)以判別各種堆肥的腐熟程度 23 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的物理學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 4 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 色度光學(xué)特性E665nm 0 008堆肥的丙酮萃取物在665nm的吸光度隨堆肥的時(shí)間呈下降趨勢 該研究只是初步的試驗(yàn) 24 堆肥腐殖酸在波長465nm和665nm處具有特征性吸收峰值 465nm和665nm的吸光度比值 稱為E4 E6比 該比值與腐殖酸分子的數(shù)量無關(guān)而與腐殖酸分子大小或縮合度有直接關(guān)系 通常隨腐殖酸分子量的增加或縮合度增大而減小 因此E4 E6比可作為堆肥腐殖化程度的重要指標(biāo) 25 26 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的物理學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 5 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 殘余濁度和水電導(dǎo)率堆肥7 14d的產(chǎn)品在改進(jìn)土壤殘余濁度和水電導(dǎo)率方面具有最適宜的影響 需與植物毒性試驗(yàn)和化學(xué)指標(biāo)結(jié)合進(jìn)行研究 27 電導(dǎo)率反映了堆肥浸提液中的離子總濃度 即可溶性鹽的含量 堆肥中的可溶性鹽是對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用的重要因素之一 主要是由有機(jī)酸鹽類和無機(jī)鹽等組成 水溶性鹽的濃度隨著堆肥的腐熟程度發(fā)展而不斷增加 在好氧性堆肥的高溫階段又迅速降低 降溫過程中 由于硝化細(xì)菌重新活化 水提取物導(dǎo)電率 指可溶性鹽離子濃度 包括硝酸鹽 鈣鹽 鎂鹽 迅速增加 28 化學(xué)指標(biāo) 包括腐殖質(zhì) 溫度 氣味和顏色等參數(shù)難于定量表征堆肥過程中堆料成分的變化 也就不易定量說明堆肥的腐熟程度 所以 常通過分析堆肥過程中堆料的化學(xué)成分或性質(zhì)的變化來評(píng)價(jià)堆肥腐熟度 29 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 1 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 揮發(fā)性固體 VS VS降解38 以上 產(chǎn)品中VS 65 易于檢測 原料中VS變化范圍較廣且含有難于生物降解的部分 VS指標(biāo)的應(yīng)用難以具有普遍的意義 30 堆肥化過程中存在物質(zhì)的緩慢轉(zhuǎn)化的過程 由開始的易分解或易揮發(fā)的有機(jī)物質(zhì)過渡到不易分解 更加穩(wěn)定的形態(tài) 通過測定固體堆肥物質(zhì) 指可揮發(fā)的固體物質(zhì) 和堆肥材料產(chǎn)生的提取物 指可溶性揮發(fā)性的固體物質(zhì) 過程中揮發(fā)性固體物質(zhì)的減少 可以衡量堆肥化的程度 在適宜的條件下 當(dāng)揮發(fā)性固體含量高時(shí) 堆肥初期 微生物有大量可以利用的能源 使堆體溫度升高 隨著揮發(fā)性固體含量的減少 堆體溫度降低 31 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 2 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 淀粉堆肥產(chǎn)品中不含淀粉易于檢測 不含淀粉是堆肥腐熟的必要條件而非充分條件 32 在堆肥過程中 最易降解的有機(jī)質(zhì)可能被微生物用作能源而最終消失 所以一些研究者認(rèn)為它們是最有用的參數(shù) 堆肥原料中一般含有3類碳水化合物 即 糖 淀粉和纖維素 在堆肥過程中 糖首先消失 接著是淀粉 最后才是纖維素 淀粉和可溶性糖是堆肥原料中典型的易降解有機(jī)質(zhì) 易被微生物利用 33 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 3 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 5日生化需氧量 BOD5 20 40g kgBOD5反應(yīng)的是堆肥過程中可被微生物利用的有機(jī)物的量 對(duì)于不同原料的指標(biāo)無法統(tǒng)一 且測定方法復(fù)雜 費(fèi)時(shí) 34 有試驗(yàn)證明 當(dāng)每千克固體物料中生化需氧量少于50 55g kg時(shí) 堆肥溫度達(dá)不到60 在最初的堆肥高溫期 生化需氧量降低很快 堆料的不同理化特性對(duì)于生化需氧量的影響很大 有些固體廢物原始值就較低 使得這一參數(shù)與上述的揮發(fā)性固體相類似 對(duì)于不同原料的指標(biāo)無法統(tǒng)一 而且對(duì)于生化需氧量的測定 方法復(fù)雜 費(fèi)時(shí) 不能及時(shí)反饋產(chǎn)品的結(jié)果 從而影響對(duì)操作過程的控制 35 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 4 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 pH值8 9測定較簡單 pH值受堆肥原料和條件的影響 只能最為堆肥腐熟的一個(gè)必要條件 36 許多研究者提出 pH值可以作為評(píng)價(jià)堆肥腐熟程度的一個(gè)指標(biāo) 堆肥物料或發(fā)酵初期 pH值為弱酸到中性 一般為6 5 7 5 腐熟的堆肥一般呈弱堿性 pH值在8 9左右 但是pH值亦受堆肥物料和條件的影響 只能作為堆肥腐熟的一個(gè)必要條件 而不是充分條件 37 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 5 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 水溶性碳 WSC WSC 6 5g kg水溶性成分才能被微生物所利用 WSC指標(biāo)的測定尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 38 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 6 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 WSC WSNWSC WSN趨于5 6一些原料 如污泥 初始的WSC WSN 6 39 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 7 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 C N比15 20 1腐熟堆肥的C N比趨向于微生物菌體的C N比 即16左右 某些原料初始的C N比不足16 難以作為廣泛的參數(shù)使用 40 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 8 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 WSC ONWSC ON 2WSC含量較少 測定結(jié)果的準(zhǔn)確性較差 41 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 9 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 NH4 NNH4 N 0 4g kgNH4 N的變化趨勢組主要取決與溫度 pH值 堆肥材料中氨化細(xì)菌的活性 通風(fēng)條件和氮源條件的影響 42 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 10 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 NH4 N NO2 NO3 NH4 N NO2 NO3 3堆肥過程中伴隨著明顯的硝化反應(yīng)過程 測定快速簡單 硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量受堆肥原料和堆肥工藝影響 43 研究發(fā)現(xiàn) 隨堆肥進(jìn)程的發(fā)展硝酸鹽表現(xiàn)出一定的變化趨勢 輔以其他參數(shù) NO3 可以作為評(píng)價(jià)堆肥腐熟度的簡單而有力的參數(shù)之一 因?yàn)椴煌锪系目侼及NH3 N的含量存在一定的差異 很難用其絕對(duì)值來描述堆肥的腐熟程度 44 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 11 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 陽離子交量 CEC CEC是反應(yīng)堆肥吸附陽離子的能力和數(shù)量的重要容量指標(biāo) 不同堆料之間CEC變化范圍太大 45 研究發(fā)現(xiàn) 在不同初始物料的好氧堆肥過程中 陽離子交換量都會(huì)隨著堆肥腐殖化過程的發(fā)展而逐漸增加 腐殖質(zhì) 腐殖酸 中陽離子交換量的增加同樣遵循這樣的規(guī)律 通過研究不同堆肥原料的堆肥過程發(fā)現(xiàn) 由于堆肥原料的不同 腐熟堆肥的陽離子交換量值變化范圍很大 由此可見CEC的適用性還有待進(jìn)一步研究 46 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 12 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 CEC TOCCEC TOC 1 9 CEC 60 CEC TOC代表堆肥的腐殖化程度 CEC TOC顯著受堆肥和堆肥過程的影響 47 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 13 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 腐殖化參數(shù) HI HI 3應(yīng)用各種腐殖化參數(shù)可評(píng)價(jià)有機(jī)廢物堆肥的穩(wěn)定性 堆肥過程中 新的腐殖質(zhì)形成時(shí) 已有的腐殖質(zhì)可能會(huì)發(fā)生礦化 48 腐殖質(zhì)物質(zhì) 總腐殖酸碳 CHS 胡敏酸碳 CHA 富里酸碳 CFA 胡敏素碳 CNFA 等參數(shù)相繼被提出 進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn) 未腐熟的堆肥中還有高水平的富里酸以及低水平的胡敏酸 隨著物料的降解腐熟富里酸含量降低或不變 但產(chǎn)生大量的胡敏酸 因此可以通過胡敏酸與富里酸比值即腐殖指數(shù) CHA CFA 指示總有機(jī)碳的百分含量 并作為堆肥腐熟度的判斷指標(biāo)之一 49 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 14 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 腐殖化程度 DH DH值受含水量等堆肥條件和原料的影響較大 50 腐殖化過程是指能夠促使新鮮有機(jī)物材料中產(chǎn)生的芳香族和脂肪族的高分子化合物降解后 其基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)再綜合和再聚合的生物化學(xué)過程 腐殖化程度作為腐熟度的一個(gè)指標(biāo) 表示腐熟過程中腐殖酸的變化 通過計(jì)算腐殖質(zhì)占有機(jī)碳的比例來判斷堆肥的腐熟程度 51 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的化學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 15 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 生物可降解指數(shù) IB IB 2 4該指標(biāo)僅考慮了堆肥時(shí)間和原料性質(zhì) 未考慮堆腐條件 如通風(fēng)量和持續(xù)時(shí)間 52 生物學(xué)指標(biāo) 堆料中微生物的活性變化及對(duì)植物生長的影響常用以評(píng)價(jià)堆肥腐熟度 這些指標(biāo)主要有呼吸作用 生物活性及種子發(fā)芽率 53 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 1 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 呼吸作用比耗氧速率 0 5mgO2 gVS h 微生物耗氧速率變化反映了堆肥過程中微生物活性的變化 氧含量的在線監(jiān)測快速 簡單 54 55 56 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 2 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 生物活性試驗(yàn)反映微生物活性的參數(shù)有酶活性和ATP 這些參數(shù)的應(yīng)用尚需進(jìn)一步研究 57 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 3 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 利用微生物評(píng)價(jià)不同堆肥時(shí)期的微生物的群落結(jié)構(gòu)隨堆溫不同而變化 堆肥中某種微生物存在與否及其數(shù)量多少并不能指示堆肥的腐熟程度 58 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo) 指標(biāo) 4 腐熟堆肥特征值特點(diǎn)與局限 發(fā)芽試驗(yàn)發(fā)芽指數(shù) GI 80 85 植物生長試驗(yàn)應(yīng)是評(píng)價(jià)堆肥腐熟度的最終和最具說服力的方法 不同植物對(duì)植物毒性的承受能力和適應(yīng)性有差異 59 PlantPerformanceTests I PlantBiomassTestsforcompostedproducts 水芹 60 番茄 黃瓜 61 II TOPS ROOTSPOTSTUDIES 62 63 III Exised WashedRootletBioassays 64 III HerbicideResidueBioassays 65 IV LEMNABIOASSAYS浮萍 66 67 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的其他指標(biāo) 光譜學(xué)分析最普遍利用的光譜法是13C 核磁共振光譜法和紅外光譜法以及元素分析法 紅外光譜法可以辨別化合物的特征官能團(tuán) 13C 核磁共振法可提供有機(jī)分子骨架的信息 能更敏感的反應(yīng)碳所處化學(xué)環(huán)境的細(xì)微差別 為測定復(fù)雜有機(jī)物提供幫助 有了碳譜的化學(xué)位移及其它必要的分析數(shù)據(jù) 基本上可以確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu) 用于檢測堆肥腐熟度的方法中 這幾種方法應(yīng)用前景較好 但所需設(shè)備昂貴 68 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的其他指標(biāo) 明膠測試法明膠測試法已有相應(yīng)的產(chǎn)品面世 測試的方法為 將一定的堆料 約250mL 放入特制的杯子中 在將其密封前把一個(gè)塑料的測試測試器放入其中 該測試器中有一條化學(xué)明膠可以和杯中堆料所釋放的CO2反應(yīng)并改變顏色 最后將明膠的顏色與對(duì)應(yīng)的顏色表對(duì)照即可得出結(jié)論 一般是將對(duì)照表顏色分為8個(gè)級(jí)別 從生堆料的級(jí)別1到腐熟堆肥的級(jí)別8 其特點(diǎn)是 操作簡便快捷 僅4h就可以得出結(jié)果 但是成本造價(jià)高 69 70 71 72 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的其他指標(biāo) 自熱測試法該方法就是將1L左右的新鮮堆肥樣品 裝滿一瓶 放入一個(gè)絕熱的真空瓶中 通過觀察每天的凈溫度增長值來判斷堆肥是否達(dá)到了穩(wěn)定和腐熟 穩(wěn)定和腐熟的堆肥有很小凈溫度增長值 最多需要的測試時(shí)間是6天 評(píng)估堆肥腐熟度最廉價(jià) 最簡便的方法 這個(gè)方法的特點(diǎn)是 所需設(shè)備簡單易得 可操作性強(qiáng) 一次投資 可以反復(fù)使用 這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于歐洲的堆肥廠 在北美的很多地區(qū)也作為一種衡量堆肥腐熟度的標(biāo)準(zhǔn) 73 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的其他指標(biāo) 腐熟度綜合評(píng)價(jià)方法人們對(duì)堆肥腐熟度 穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)通常采用某一指標(biāo)值來衡量 隨著人們對(duì)堆肥化過程的進(jìn)一步認(rèn)識(shí) 實(shí)際的堆肥是一個(gè)非常復(fù)雜的有機(jī)物降解過程 同時(shí)堆肥工藝及原料的復(fù)雜多樣 用單一的參數(shù)較難確定堆肥的化學(xué)及生物學(xué)的穩(wěn)定性 這些指標(biāo)都不是孤立的 而是相互影響相互制約的 單一指標(biāo)無法全面反應(yīng)實(shí)際堆肥過程的腐熟 穩(wěn)定化特征 應(yīng)由幾個(gè)或多個(gè)參數(shù)如表現(xiàn)指數(shù) 碳氮比降解率 平均耗氧速率 微生物量 氨氮變化率等指標(biāo)共同確定 74 研究者普遍認(rèn)為 利用化學(xué)方法 生物活性和植物毒性分析等手段 對(duì)堆肥的腐熟和穩(wěn)定做多方面的監(jiān)測較為可靠 通常 化學(xué)方法提供堆肥的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 其中水溶性有機(jī)化合物的分析及C N比最為常用 生物活性測試通過對(duì)呼吸作用 微生物量及酶學(xué)的研究 可反映堆肥的穩(wěn)定性 其中呼吸作用是較為成熟的評(píng)估堆肥穩(wěn)定性的方法 植物毒性分析中發(fā)芽指數(shù)的測定較為快速 簡便 一般只用于評(píng)估堆肥的腐熟性 75 隨著分析技術(shù)和微生物技術(shù)的發(fā)展 先進(jìn) 快捷的堆肥評(píng)估方法不斷出現(xiàn) 堆肥的生產(chǎn)和使用者可根據(jù)實(shí)際情況 選擇合適的評(píng)估方法 同時(shí)交叉學(xué)科的興起 在腐熟度判斷研究方面 眾多研究者將數(shù)學(xué) 生物學(xué)及物候?qū)W等融入到了堆肥工程之中 給此領(lǐng)域注入了生機(jī) 76 美國加州堆肥質(zhì)量協(xié)會(huì) CaliforniaCompostQualityCouncil CCQC 采用以下方法判斷堆肥的腐熟度 將C N比25 1作為強(qiáng)制性指標(biāo) 再從A B兩組中至少各選出一個(gè)參數(shù)來評(píng)價(jià) A組中的參數(shù)包括CO2產(chǎn)生速率或呼吸作用 比耗氧速率和自升溫檢測 B組包括NH4 N NO3 N NH4 N含量 揮發(fā)性有機(jī)酸含量和植物生長試驗(yàn) 通過這種方法將堆肥分為充分腐熟 腐熟和未腐熟堆肥三類 77 物理學(xué)指標(biāo)較為直觀易于監(jiān)測 可以定性的描述堆肥過程所處的狀態(tài) 有助于評(píng)價(jià)化學(xué)指標(biāo)的合理性 化學(xué)指標(biāo)提供堆肥的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 其中水溶性有機(jī)化合物的分析及C N比值最為常用 核磁共振MNR 紅外光譜等儀器的引入和運(yùn)用揭示了堆肥微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化 并可對(duì)化學(xué)指標(biāo)的合理性做出評(píng)判 但是儀器的高昂費(fèi)用阻礙了其廣泛運(yùn)用 生物學(xué)指標(biāo)能夠綜合反映堆肥的實(shí)用性 是評(píng)價(jià)堆肥腐熟度最具說服力的方法 其中呼吸速率 種子發(fā)芽指數(shù)是較為成熟的方法 正確評(píng)價(jià)堆肥腐熟度是一個(gè)復(fù)雜的問題 一些評(píng)價(jià)參數(shù)的確定還有爭議 采用多種分析方法測定多個(gè)指標(biāo) 然后依據(jù)這些指標(biāo)綜合分析堆肥的腐熟狀況 將化學(xué)指標(biāo)與生物學(xué)指標(biāo)結(jié)合起來評(píng)價(jià)堆肥腐熟度是今后研究的方向 78 三 堆肥腐熟度的標(biāo)準(zhǔn) 79 其中包括對(duì)產(chǎn)品外觀目測測定 有效活菌數(shù)測定 有機(jī)質(zhì)的測定 水分測定 pH值測定 糞大腸菌群數(shù)的測定 蛔蟲卵死亡率的測定 重金屬As Cd Pb Cr Hg的測定和N P2O5 K2O含量等項(xiàng)目的測定 80 81 CCQC 加利福尼亞州堆肥質(zhì)量委員會(huì)也具有一系列測定堆肥穩(wěn)定性的類似程序用于堆肥產(chǎn)品的審批 表9 8 這些標(biāo)準(zhǔn)要求所有堆肥樣品的C N比小于25 1 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在一些情況下并不準(zhǔn)確 如對(duì)于葉廢物的初始C N比就很高 在魁北克 BNQ不允許單獨(dú)使用呼吸強(qiáng)度作為堆肥穩(wěn)定性的檢測 散料堆肥的呼吸強(qiáng)度必須限制在每天每kg揮發(fā)性固體物質(zhì)500mg以內(nèi) 而袋裝堆肥則要在300mg以內(nèi) 82 此規(guī)范把堆肥劃分為兩類 用于反映堆肥內(nèi)含物的性質(zhì) A類堆肥 具有低的金屬含量 的應(yīng)用沒有限制 而B類 含有高的金屬含量 則具有較為嚴(yán)格的限制 83 在很多情況下 鑒定一種堆肥產(chǎn)品是否達(dá)到穩(wěn)定 不但取決與結(jié)果本身 也同樣取決與所選擇的測試標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范測試 會(huì)產(chǎn)生一些與事實(shí)不符的結(jié)果 有時(shí)會(huì)有某一個(gè)不穩(wěn)定堆肥樣品被評(píng)估為已腐熟的情況發(fā)生 因?yàn)橐罁?jù)現(xiàn)行的原則 由一系列嚴(yán)格的不同程度的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成 即使有兩種測試檢測出堆肥材料未穩(wěn)定 但仍可認(rèn)為此堆肥產(chǎn)品達(dá)到腐熟 普遍認(rèn)為現(xiàn)存的堆肥穩(wěn)定性監(jiān)管條例不夠嚴(yán)謹(jǐn)和清晰 所有的堆肥產(chǎn)品必須具有一個(gè)統(tǒng)一的腐熟標(biāo)準(zhǔn) 以避免堆肥化過程中的潛在毒性中間產(chǎn)物進(jìn)入周圍環(huán)境 產(chǎn)品的化學(xué)成分直接影響到其應(yīng)用范圍 另一方面在保證生物和環(huán)境安全的基礎(chǔ)上 堆肥的質(zhì)量要依據(jù)原材料的性質(zhì)及其預(yù)期的應(yīng)用范圍而制定不同的標(biāo)準(zhǔn) 84 85 86 堆肥中的重金屬 堆肥在土地利用中其重金屬的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)一直都是人們擔(dān)心的問題 在天津市污灌區(qū)環(huán)境質(zhì)量普查中發(fā)現(xiàn) 大量施用污泥的土壤中汞 鎘 鉛含量明顯積累 東郊區(qū)趙沽里園田常年施用污泥后 蔬菜中葉菜類的鎘含量高達(dá)27mg kg 果菜類的鉛含量達(dá)15mg kg 87 堆肥中的重金屬 88 89 重金屬對(duì)環(huán)境的危害不僅與其總量有關(guān) 還與其化學(xué)形態(tài)密切相關(guān) 在重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中 僅僅測定其總量還不能提供全面 完整的信息 尚需根據(jù)重金屬的化學(xué)形態(tài)來評(píng)估其有效性 Tessier等采用分級(jí)提取法將重金屬形態(tài)分為可交換態(tài) 碳酸鹽結(jié)合態(tài) 鐵錳氧化物結(jié)合態(tài) 硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài) 90 可交換態(tài) 最易被作物吸收的形態(tài) 其含量雖低但生物有效性較大碳酸鹽結(jié)合態(tài) 對(duì)pH值的變化較敏感 在酸性條件下易溶解釋放 對(duì)作物的生物有效性也較大 鐵錳氧化物結(jié)合態(tài) 在氧化還原電位降低時(shí)易釋放出來 硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài) 主要包括重金屬硫化物沉淀及與各種有機(jī)質(zhì)結(jié)合的重金屬 是相對(duì)穩(wěn)定的形態(tài)殘?jiān)鼞B(tài) 是存在于礦物晶格中的重金屬 是生物難以利用的形態(tài) 91 92 研究發(fā)現(xiàn)重金屬含量主要以穩(wěn)定態(tài)的結(jié)合形式存在 銅 鎳 鉛和鉻主要以穩(wěn)定的硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在 含量 90 不穩(wěn)定態(tài)的含量55 但不穩(wěn)定態(tài)的含量 10 其可交換態(tài)的含量也較小 含量 1 93 解決污泥土地利用中的重金屬污染問題有控制重金屬總量 去除 和降低其有效性兩條途徑 但污泥中的重金屬很難通過經(jīng)濟(jì)可行的手段去除 因此 控制其有效性成為解決污泥土地利用中重金屬污染問題的重要途徑 94 近幾年 國內(nèi)外學(xué)者開始采用添加鈍化劑和改善堆肥技術(shù)等手段研究堆肥對(duì)有機(jī)廢棄物中重金屬形態(tài)的影響 并取得了新的進(jìn)展 經(jīng)高溫好氧堆肥處理 污泥中的Cu Cr Ni Pb等重金屬由有效性較高的結(jié)合形態(tài)向有效性較低的結(jié)合形態(tài)轉(zhuǎn)化 降低其有效性 并隨著堆肥時(shí)間的延長 效果更加明顯 95 用重金屬各個(gè)結(jié)合形態(tài)的濃度變化來表征堆肥對(duì)污泥中重金屬毒性的影響并不科學(xué) 而采用重金屬形態(tài)的分配比例變化可更好地反映堆肥處理對(duì)污泥中重金屬有效性的影響 96 97 98 99 100 101 102 依照德國的方法堆肥從初始物料到最終堆肥產(chǎn)品可分為 個(gè)等級(jí)的穩(wěn)定程度 初始的新鮮物料 freshfeedstock 是 級(jí) 高溫快速分解階段物料 freshcompost 是 級(jí) 降溫腐熟階段物料 activecompost 是 級(jí) 經(jīng)過腐熟后的堆肥產(chǎn)品 finishedcompost 屬 級(jí) 103