摘要：隨著社會的進步，城市的發(fā)展及城市人口的不斷增長，城市生活垃圾的產(chǎn)出量也大幅增加，垃圾圍城現(xiàn)象日益突出。我國是一個“人口大國”，這就意味著我國也是一個“垃圾大國”。生活垃圾本是一種資源，若利用得當(dāng)，則能化廢為寶，使其轉(zhuǎn)化為飼料、肥料、能源等造福于人類；但如果處理不當(dāng)，又有可能成為一種巨大的污染源，危害人類的生存環(huán)境。因此，選擇正確的城市生活垃圾處理方法，解決垃圾污染問題，越來越受到人們的重視。

關(guān)鍵詞：微生物堆肥

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，用肥量大，在垃圾分類回收的基礎(chǔ)上，利用生物技術(shù)堆肥處理城市生活垃圾是實現(xiàn)資源化、減量化的一條重要途徑。另外，從我國的垃圾組分可以看出，有機物所占的比例越來越高，而一般有機物的含水量可達(dá)70%。這種垃圾用于焚燒必須先烘掉部分水分，給焚燒造成麻煩；若用于填埋必將產(chǎn)生大量高濃度的垃圾滲濾液，處理十分困難或處理價格昂貴，往往造成嚴(yán)重的二次污染。而這種垃圾若采用微生物堆肥法進行處理，既作到了資源充分回收、處理效率提高，又克服了填埋、焚燒的缺點。

1.?????? 垃圾微生物堆肥法的原理

堆肥是利用微生物人為地促進可生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)反應(yīng)過程。在生物化學(xué)反應(yīng)過程中，垃圾中的有機物、氧氣和細(xì)菌相互作用析出二氧化碳、水和熱，同時生成腐殖質(zhì)。堆肥法按作用原理分為好氧分解和厭氧分解兩種。厭氧堆肥是指有機物質(zhì)在缺氧的條件下，通過種類繁多、數(shù)量巨大且功能不同的各類微生物的分解代謝，最終產(chǎn)生沼氣的生物過程。其堆內(nèi)最高溫度不超過45℃，腐熟時間較長。而好氧堆肥是依靠專性和兼性好氧微生物的作用降解有機物的過程。在溫度、水分適宜的條件下，需氧微生物迅速生長繁殖，開始好氧分解過程，產(chǎn)生大量的熱，將各種有機物轉(zhuǎn)化為無害的肥料。堆肥過程中產(chǎn)生的溫度可達(dá)50~60℃，能殺死垃圾中的病源菌、蟲卵及蠅蛆等。并利用各種微生物降解消化大分子有機物，去除惡臭，最后得到大量優(yōu)質(zhì)有機肥料。此法有機物的分解速度快，堆肥所需天數(shù)短，臭氣發(fā)生量少，因此采用較多。在好氧堆肥發(fā)酵過程中，微生物自發(fā)的分解有機物的過程可簡單表示為：

CgHtNuOvaH2O+bO2→ CwHxNyOzcH2O+dH2O+eH2O+fCO2+gNH3+Q（能量）

只要垃圾中保證有一定的水分和通風(fēng)條件，微生物就能在混合有機垃圾中自然生長。這些微生物分解垃圾中的有機物并產(chǎn)生熱量,使垃圾堆溫上升。溫度上升可分為三個階段：第一階段，適溫細(xì)菌以及放線菌、酵母菌和真菌分解葡萄糖、脂肪和碳水化合物。原生動物則以細(xì)菌、真菌為食。堆肥溫度逐漸上升到40℃~45℃。第二階段隨著溫度的上升，堆肥一開始存在的所有微生物幾乎全死亡，取而代之的為一系列嗜溫菌，其生長產(chǎn)生的熱量使溫度上升到70℃左右。這時，所有病原微生物，除一些孢子外都會被殺死。當(dāng)溫度持續(xù)高溫時，垃圾中易降解有機物逐漸耗完，停止產(chǎn)熱，堆肥溫度就會慢慢降下來。第三階段，溫度下降后，一系列新的微生物(主要是真菌和放線菌)將借助于剩余有機物而生長(包括死掉的細(xì)菌殘體)，使堆肥完全腐熟。其最終產(chǎn)品為一批由剩余物組成的有機物料，這些物料極像土壤中動植物殘體經(jīng)過同樣的生化過程而形成的腐殖土。

2.?????? 影響微生物堆肥的主要因素

好氧堆肥是一個復(fù)雜的微生物分解過程，堆肥的關(guān)鍵就是更好地滿足微生物生長和繁殖所必須的條件。由于垃圾成分非常復(fù)雜，并含有多種微生物，為了有利于生物化學(xué)反應(yīng)進行，生產(chǎn)出較好的有機農(nóng)肥，就需要在堆肥過程中提供適宜的溫度、供氧、含水率、碳氮比、碳磷比、pH值等因素并籍此進行調(diào)控。

溫度:

溫度是堆肥過程中重要影響因素之一，也是判定堆肥能否達(dá)到無害化要求的最重要指標(biāo)之一。堆肥過程中，堆體溫度應(yīng)控制在45~65℃之間，但在55~60℃時比較好。堆肥是一個放熱過程，若不加控制，溫度可達(dá)75~80℃[5]，溫度過高會過度消耗有機質(zhì)，并降低堆肥產(chǎn)品質(zhì)量。在堆肥過程中，溫度控制的目標(biāo)是極大地使堆肥無害化(高溫有利于堆肥無害化)和穩(wěn)定化(高溫抑制堆肥穩(wěn)定化)[6]。通常認(rèn)為：高溫有利于制肥生化過程的進行，并能殺滅病菌，達(dá)到無害化。但當(dāng)溫度超過生理溫度值時，微生物的活性將受到抑制，阻止了制肥生化過程的進行。因此，維持堆肥最佳生理溫度值是非常重要的。 通風(fēng)量:

通風(fēng)是好氧堆肥工藝中很重要的環(huán)節(jié)，在堆肥過程中，通風(fēng)有供氧、散熱和去除水分作用。因此，通風(fēng)量的大小對好氧堆肥的周期、溫度及堆肥質(zhì)量的好壞具有重要影響，通風(fēng)量不足會嚴(yán)重限制好氧菌的生存繁殖及活性，通風(fēng)量過大，增大了制肥過程中的散熱損失，從而使制肥干燥和制肥產(chǎn)品中氮含量減少。據(jù)資料[7]研究，為保證微生物足夠的氧濃度，縮短堆肥發(fā)酵的周期在操作時應(yīng)控制垃圾堆肥層中氣相的氧濃度在10%以上。

含水率:

堆肥過程中，水是不可缺少的。水分一方面溶解有機物，參與微生物的新陳代謝，另一方面，水分蒸發(fā)帶走熱量以調(diào)節(jié)堆肥溫度。水分超過70%，溫度難以上升，分解速度明顯降低，這是由于水分過多，使堆肥物質(zhì)粒子之間充滿水，有礙于通氣而造成厭氧狀態(tài)，不利于好氧微生物生長，使有機物分解不徹底并產(chǎn)生H2S等惡臭氣體。水分低于40%，不能滿足微生物生長需要，有機物難以分解。因此，堆肥物料的含水率一般控制在40%~60%左右，最高不宜超過60%，當(dāng)含水量下降到20%以下，生物活性就基本停止。

碳氮比:

微生物的生長速度與堆肥物料的C/N有關(guān)。碳主要是為微生物生命活動提供能源，氮則是構(gòu)成微生物細(xì)胞的主要來源。正常的好氧堆肥要求原料中有一定的碳氮比。微生物自身的C/N為4~30，因此，作營養(yǎng)基的有機物的C/N也最好處于該范圍內(nèi)。正常情況下，城市垃圾堆肥原料配置的最佳C/N值為25~35。碳氮比過高(>40)不利于發(fā)酵的啟動和接種,過低(<20)時微生物的繁殖就會因能量不足而受到抑制，導(dǎo)致分解緩慢且不徹底。在堆肥過程中微生物以碳作能源，并合成細(xì)胞，有機物分解后以CO2形式釋放出來，氮則用于合成細(xì)胞原生質(zhì)。因此，發(fā)酵后物料的C/N值將會減少，一般下降6%~14%，最高則可下降27%以上。堆肥完全腐熟后，C/N值要求在10~20范圍內(nèi)。

碳磷比:

除碳和氮外，磷對微生物的生長也有很大的影響。有時，通常在垃圾中添加污泥進行混合堆肥，就是利用污泥中豐富的磷來調(diào)整堆肥原料的C/P。堆肥原料適宜的C/P為75~150。

pH值:

垃圾的pH值是一個能對細(xì)菌環(huán)境作出估價的參數(shù)。適宜的pH值可使微生物有效地發(fā)揮作用，過高或過低都會影響堆肥速率。一般認(rèn)為pH值在7.5~8.5時，可獲得最大適溫堆肥速率。在堆肥初期，由于酸性細(xì)菌的作用，pH降到5.5~6.0，使堆肥物料呈酸性；隨后，由于以酸性有機物為養(yǎng)料的細(xì)菌的生長和繁殖，導(dǎo)致pH值上升，堆肥過程結(jié)束后，物料的pH值上升到8.5~9.0。

3.?????? 微生物堆肥的工藝路線

前處理：

在這階段主要涉及到分選、粉碎、調(diào)整垃圾濕度、C/N、C/P比例等。即先從垃圾中剔除大塊廢物、玻璃、金屬、塑料、橡皮、破布等，再將垃圾粉碎成勻質(zhì)狀，徑粒的范圍根據(jù)其垃圾的組成成分的不同而變化，如有機物含量低，應(yīng)控制在1.5~7厘米；有機物含量較高，粒徑應(yīng)控制在5~15厘米。勻質(zhì)物的最佳含水率為45%~60%，碳氮比約為25:1，如果達(dá)不到，可摻加廢水污泥進行混合。

接種和添加劑的加入：

在堆肥堆制過程中，進行微生物接種，可以加速堆肥物料的腐熟作用。同時加入有利于微生物生長的促進劑，生物除臭劑、快速反應(yīng)除臭劑及濃縮有機肥等添加劑，有利于垃圾的消化與分解。

發(fā)酵：

發(fā)酵階段主要包括一次發(fā)酵、中間處理、二次發(fā)酵三個環(huán)節(jié)。一次發(fā)酵為堆肥工藝的核心，在此進行最初的微生物分解。將上一步處理好的垃圾裝入特制的消化器中，采取強制通風(fēng)的辦法，不斷攪拌，發(fā)酵溫度維持、控制在55～65℃，一次發(fā)酵期為3～10天。一次發(fā)酵后的產(chǎn)物經(jīng)過中間處理單元，進一步篩除小磚頭及塑料，并使顆粒進一步細(xì)化和均勻，提高產(chǎn)品質(zhì)量，中間處理后的產(chǎn)物送至二次發(fā)酵倉，使堆肥達(dá)到充分腐熟。經(jīng)過兩次發(fā)酵后，城市生活垃圾達(dá)到無害化，并形成了穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。發(fā)酵的整個周期一般20～30天左右。

后處理和出倉：

從發(fā)酵倉出來的堆肥物料經(jīng)發(fā)酵和熟化處理后，即制成了有機肥。為保證產(chǎn)品的外觀、品質(zhì)和可使用性，必須分選去除不能發(fā)酵的殘余雜物，同時將堆肥產(chǎn)品顆?；?、規(guī)格化，以便于包裝、運輸和使用。也可以將這些有機肥作為基礎(chǔ)肥，加入無機成分混合制成混合肥，或加入其它菌種，如根瘤菌等，增加有機肥的固氮作用，促進植物生長，這樣制成生物肥效果會更好。

4.另外兩種主要垃圾處理方法及比較

填埋法：

這是將固體廢物鋪成有一定厚度的薄層，加以壓實，并覆蓋土壤。分為一般填埋和衛(wèi)生填埋兩種。衛(wèi)生填埋通常是每天把運到土地填埋場地的廢物在限定的區(qū)域內(nèi)鋪散成 40~75厘米厚的薄層，然后壓實，以減少廢物的體積，再在其上覆蓋上一層90~120厘米厚的土壤，并種植綠色植物，大約10年之后可使土地復(fù)原。但要注意衛(wèi)生填埋場地的選擇，要考慮當(dāng)?shù)氐乃暮偷匦螚l件，避免污染地下水，要防止浸出液的滲漏和降解氣的釋放，消除臭味和疾病的傳染。

焚化法：

為了對垃圾進行無害化處理和減少體積，許多國家對城市垃圾采用焚燒處理方法。 垃圾焚化過程大體可分為干燥、燃燒和燒透三個階段。干燥階段是通過將煙氣送經(jīng)物料層而形成的熱輻射和與熱空氣的熱交換兩個途徑，使垃圾得以干燥。在燃燒階段，絕大部分垃圾要燃盡，因此要使垃圾與足夠的空氣接觸，物料必須充分翻動，以保證其充分燃燒。燒透階段要使難燃料及焦化殘渣完全燒透。 這一階段的必要條件是小風(fēng)量，對物料層進行深度拔大，垃圾與氧化劑接觸良好，具有足夠的燃燒時間，爐壁襯砌可靠，以便有效地保持熱量。焚燒產(chǎn)生的熱能，可用來生產(chǎn)蒸汽或電能，也可用于供暖或生產(chǎn)的需要。根據(jù)國外有些國家的垃圾計算，每 5噸垃圾可節(jié)省1噸標(biāo)準(zhǔn)燃料。根據(jù)其他國家數(shù)據(jù)，人口在15000人以上的城市宜采用垃圾焚燒處理方法，使用的焚燒爐的能力大約為一天100噸，可配熱能回收裝置或者接蒸汽鍋爐。如果焚燒爐與住宅區(qū)的距離不超過2公里，將蒸汽用于采暖，在經(jīng)濟上是合理的。但是，倘若供熱需求不大，或者離用戶太遠(yuǎn)，則垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能用于發(fā)電更為合理。

垃圾處理優(yōu)缺點對照表

垃圾焚化的好處是把爐渣和灰分中的可分解性物質(zhì)降低到最低限度。但另一方面，卻向大氣排放有毒、有害的物質(zhì)，并增加了城市的灰塵含量。具體而言，如果垃圾中含有聚氯乙烯之類的塑料，則煙氣中 氯化氫 含量會超過 100 毫克每立方米以上，這就必須采用復(fù)雜的氣體凈化裝置，以除去其有害氣體。

5.垃圾堆肥化前景：

從國外發(fā)展趨勢看，堆肥化被認(rèn)為是解決城市垃圾和下水污泥的重要途徑。

例如在荷蘭和法國堆肥化處理的城市廢物占 20%、比利時占9%、美國占5%，德國占3%，前聯(lián)邦德國政府1982年在一個文件中指出：堆肥化是垃圾處理的“最切合實際的生物處理法”。從我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的情況看，要求逐年提供大量有機肥料作為土壤改良劑，因而需要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)堆肥，特別是肥效高的放線菌堆肥以滿足要求。據(jù)有關(guān)資料說明，我國年排生活垃圾（1987年）為5000—7000萬噸，按利用率60%計算，其中含有相當(dāng)于240—336萬噸有機物和180—250萬噸化肥的氮、磷、鉀養(yǎng)分。如果能將這些垃圾用于生產(chǎn)堆肥，將會在我國農(nóng)田培肥、作物增產(chǎn)、調(diào)整我國化肥工業(yè)氮、磷、鉀嚴(yán)重失調(diào)上發(fā)揮巨大作用。

致 謝

首先感謝張永明教授提供給我們一個鍛煉自己寫作論文的機會、并在上課和實驗以及論文寫作中給與的指導(dǎo)。其次要感謝我從市環(huán)保事業(yè)的父親，提供給我一些建議與指導(dǎo)、并把他平時工作中所得到的信息和數(shù)據(jù)和我分享。在此我表示衷心的感謝。

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[6] 鵬力清環(huán)保有限公司(深圳)調(diào)查資料