王洪濤^1*，陸文靜¹，張相鋒²，周輝宇¹
(1. 清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京100084；2. 北京師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所，北京100875)

　　摘要：以滇池流域典型示范區(qū)的蔬菜、花卉廢物和養(yǎng)殖糞便為原料，通過中試系統(tǒng)研究了共堆肥系統(tǒng)的物料配比、通風(fēng)控制、溫度控制、過程控制等工藝參數(shù)，確定了共堆肥系統(tǒng)的最佳物料配比和最優(yōu)初始含水率; 采用溫度反饋間歇通風(fēng)控制工藝，使堆溫迅速上升至70℃，保持2～3天，殺滅病原菌，然后控制在最佳溫度60℃，迅速降解有機(jī)質(zhì)、去除水分，堆體減容效果顯著，不同堆料協(xié)同降解性好；提出了序批式溫度反饋通風(fēng)控制的多種農(nóng)業(yè)固體廢物好氧共堆肥新工藝，有效解決了物料病蟲害多、含水率高、蔬菜廢物和花卉秸稈不協(xié)同降解等技術(shù)難題。通過30t/d的規(guī)模化共堆肥，確定間歇式進(jìn)料+溫度反饋通風(fēng)控制最優(yōu)工況，實(shí)現(xiàn)堆體快速啟動(dòng)和持續(xù)發(fā)酵。
　　關(guān)鍵詞：蔬菜廢物；花卉廢物；養(yǎng)殖糞便；共堆肥；工藝優(yōu)化

Experimental Study of Flower Stalks - Vegetable Waste - Animal Manure Co-composting
WANG Hong-tao^{1??/SUP>, LU Wen-jing1, ZHANG Xiang-feng2, ZHOU Hui-yu1
(1.Dept. of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2.Institute of Environmental Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)}

Abstract: A pilot scale co-composting experiment with vegetable and flower stalk waste and animal manure as substrates, which are typical agricultural waste in Dianchi Lake basin, were carried out to study the proper proportion of different wastes and composting techniques optimization, such as aeration, temperature and process control. The optimum proportion between vegetable waste and flower stalks and initial moisture content were investigated. Study of processing optimization showed that the optimal temperature control was to rise the pile temperature quickly to 70^oC for 2-3 days to kill pathogens, and then low the temperature to the optimal bio-degradation range of 60°C. This process can be well controlled through temperature feedback- periodical aeration technique in combination with sequential batch substrate supply, proposed by this study. The application of this novel technique showed also to be a valuable asset by rendering timely benefits in efficiency, as evidenced by fast water remove, efficient organic matter degradation, thorough pathogen kill as well as significant synergetic biodegradation of the composting substrates. Plant scale co-composting of the same system with the capacity of 30t/d corroborated the efficiency of the optimal process.
Key words: vegetable waste; flower stalk; animal manure; co-composting; process optimization

　　本研究是在滇池流域典型示范區(qū)進(jìn)行的，示范區(qū)面積13.5km²。蔬菜廢物、花卉秸稈和養(yǎng)殖糞便是示范區(qū)產(chǎn)出量最大、污染負(fù)荷最重的三類農(nóng)業(yè)廢棄物。調(diào)查顯示，2002年度示范區(qū)產(chǎn)生蔬菜廢物8879t，花卉秸稈1596t，養(yǎng)殖糞便929t。它們通過溝渠河道進(jìn)入滇池，其潛在最大污染負(fù)荷總氮為55.98t/a，總磷為12.85t/a，成為滇池流域的重要面污染源。示范區(qū)固體廢物產(chǎn)生量大、有機(jī)物含量高、富含營養(yǎng)物（潛在肥料價(jià)值高）、有害成分少的特點(diǎn)，適合堆肥化還田。堆肥是一種受控制的生物降解轉(zhuǎn)化過程，分為條垛堆肥、好氧靜態(tài)堆肥和反應(yīng)器堆肥^[1-4]。其中，好氧堆肥具有適用范圍廣、發(fā)酵周期短、殺滅致病菌徹底、產(chǎn)品腐熟好、能改善土質(zhì)提高土壤肥力、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)廢棄物利用的基本技術(shù)^[5,6]。
　　作物秸稈和養(yǎng)殖糞便堆肥在國內(nèi)外都有廣泛的研究^[5-10]。然而以流域?yàn)檠芯坑?、以面源農(nóng)村固體廢物污染控制為目標(biāo)、針對多種農(nóng)業(yè)固體廢物開展綜合利用技術(shù)研究在國內(nèi)還無系統(tǒng)研究的先例，國外的研究報(bào)道也不多見。實(shí)現(xiàn)示范區(qū)面源廢棄物成功堆肥必須解決高水分含量（蔬菜廢物80～95％，季節(jié)變化大）、不協(xié)同發(fā)酵（蔬菜廢物與花卉秸稈降解性能差異導(dǎo)致共堆肥不協(xié)同發(fā)酵）、致病菌（種植廢物含有大量病原菌是其不能直接還田的主要原因）、堆肥產(chǎn)物物理性狀差（蔬菜廢物產(chǎn)生量遠(yuǎn)大于花卉秸稈，而蔬菜廢物單獨(dú)堆肥品質(zhì)差）等問題。
　　本研究以示范區(qū)混合收集固體廢物為物料，從中試和工廠化水平系統(tǒng)研究了不同工況下蔬菜廢物、花卉秸稈和養(yǎng)殖糞便的共堆肥技術(shù)，解決了共堆肥體系中的水分控制、堆料不協(xié)同發(fā)酵等問題，獲得了腐熟、穩(wěn)定、養(yǎng)分含量高的優(yōu)質(zhì)堆肥產(chǎn)品，形成多種農(nóng)業(yè)固體廢物共堆肥集成技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料
　　示范區(qū)種植的蔬菜及花卉品種主要是白菜、蓮花白、西芹、生菜、青花、胡蘿卜、甜脆豆、花菜、辣椒、康乃馨和玫瑰，其性質(zhì)見表1。共堆肥試驗(yàn)的物料部分為這些廢物的混合物，部分為養(yǎng)殖業(yè)的牛糞和豬糞，來自示范區(qū)典型養(yǎng)殖戶，性質(zhì)見表2。堆肥前用MA-250型青飼料破碎機(jī)將蔬菜廢物和花卉秸稈破碎成粒度5～8cm的碎料，混合均勻供試。

表1 示范區(qū)主要蔬菜和花卉理化性質(zhì)
Table 1 Physical and chemical properties of flower stalks and vegetable wastes

表2 糞便與蔬菜花卉廢物規(guī)模化共堆肥試驗(yàn)的物料組成及性質(zhì)
Table 2 Substrate composition and properties in flower stalks- vegetable waste-manure co-composting system

1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)
　　試驗(yàn)分別在中試和工廠系統(tǒng)中進(jìn)行。中試系統(tǒng)由發(fā)酵池、通風(fēng)系統(tǒng)、滲出液收集系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成，共6個(gè)發(fā)酵池。發(fā)酵池容積為1×1×2m³，其下為“回”形通氣溝，用于供氣和收集滲濾液，通氣溝的前端為通風(fēng)管道，與可控風(fēng)機(jī)相連，后端為滲濾液收集管，與滲濾液收集池相連。
　　工廠試驗(yàn)系統(tǒng)共6套，每一套由體積為4.5×8.0×3.5m³的主發(fā)酵倉、通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、滲濾液收集系統(tǒng)、供料系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)組成。其中，通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是過程控制的關(guān)鍵，由溫控儀、數(shù)字時(shí)間控制器、交流接觸器、溫度傳感器、緩沖式等壓枝狀布風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成。
1.2.2 堆肥過程
　　堆肥過程采用二次發(fā)酵，發(fā)酵周期為45d。其中，一次發(fā)酵15d，采用離心風(fēng)機(jī)正壓間歇式鼓風(fēng)。發(fā)酵過程控制采用分階段溫度反饋控制。堆溫升高到65～70℃，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門將堆體溫度控制在高溫段2～3d，徹底殺滅病原菌。然后，調(diào)節(jié)風(fēng)量，使堆體溫度保持在優(yōu)化溫度段（55～60℃），使堆體物料在較多的微生物作用下快速降解。二次發(fā)酵采用條跺式，堆高約100cm，正常情況下每周翻堆一次，若堆體溫度超過60℃則立即翻堆，發(fā)酵周期30d。
1.2.3 堆肥過程檢測與樣品檢測
　　檢測堆體不同位置（左、中、右）的溫度變化，取溫度平均值作為堆體的溫度值，測溫采用精度為±1 ℃的熱電偶式溫度傳感器，在堆肥的前72h，每3h測試一次，此后每天測試2次。對堆肥過程進(jìn)行采樣監(jiān)測分析，主要包括有機(jī)質(zhì)、pH值、含水率等。采用耗氧速率（SOUR）作為腐熟度指標(biāo)^[11]; 含水率采用105℃烘干24h恒重法測量; 有機(jī)質(zhì)采用馬福爐灼燒10h恒重法測量; 堆肥開始和結(jié)束后檢測總氮、總磷、總鉀、腐殖酸、胡敏酸、富里酸、體積、質(zhì)量等指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 共堆肥物料優(yōu)化配比研究
2.1.1 蔬菜廢物和花卉秸稈共堆肥試驗(yàn)
　　課題示范區(qū)蔬菜廢物產(chǎn)生量遠(yuǎn)大于花卉秸稈，且含水率差異顯著，前者大都在90%以上，而后者為60～70%。為成功實(shí)現(xiàn)高水分廢物堆肥，首先研究了蔬菜廢物和花卉秸稈共堆肥的最佳配比及高效去除水分的最佳通風(fēng)速率。結(jié)果表明，在相同的強(qiáng)制通氣條件下，秸稈配比直接影響到孔隙度大小，秸稈配比越高，孔隙度越大，堆體中氧濃度就越大，越有利于好氧反應(yīng)的進(jìn)行，發(fā)酵產(chǎn)熱也越多，表現(xiàn)為秸稈配比高的堆肥物料的高溫段時(shí)間較長，堆體所達(dá)到的最高溫度也較高。秸稈配比變化在15～20%范圍內(nèi)堆肥高溫期維持時(shí)間較短，堆料的有機(jī)質(zhì)降解和水分去除均不明顯，堆體通氣性差，厭氧明顯，產(chǎn)生大量滲出液，產(chǎn)物粘糊狀，堆肥不成功。下面主要針對秸稈配比為35%和50%的兩種工況進(jìn)行討論，其中451#工況的秸稈配比為35%，416#為50%。從試驗(yàn)結(jié)果看出，秸稈配比為50%的堆肥工況較為理想，表現(xiàn)為高溫期時(shí)間長，堆體溫度在60℃以上的天數(shù)為11天，最高溫度達(dá)到67℃（圖1）。其有機(jī)質(zhì)降解迅速，從初始的74.7%下降到一次發(fā)酵結(jié)束時(shí)的55.6%，經(jīng)過二次發(fā)酵后，最終降到42.9%。說明在該堆肥工況下，堆料中的易降解蔬菜廢物和難降解木質(zhì)纖維素（秸稈的主要成分）得到了較好的協(xié)同降解（圖2）。并且相對于秸稈配比小的處理，其堆料水分去除效果更好，這可能是因?yàn)榻斩捙浔容^高時(shí)，初始含水率低，堆體內(nèi)空隙度較大，高溫氣流容易帶走更多的水分的緣故（見圖3）。試驗(yàn)結(jié)果表明，混合堆料的秸稈和蔬菜配比在1:1～4:6（W/W）范圍時(shí)，可將初始含水率控制在65～75％，是蔬菜花卉廢物共堆肥好氧發(fā)酵的最佳配比。

2.1.2 牛糞和蔬菜、花卉廢物共堆肥試驗(yàn)

該試驗(yàn)的牛糞和蔬菜花卉廢物配比為1:1（W/W）。由于初始通風(fēng)量偏大，在堆肥開始24h內(nèi)，堆溫僅從12℃上升到28℃（圖4）。調(diào)整通風(fēng)量后堆溫迅速升到50℃以上，在第6天達(dá)到最高69℃并保持2天。此后再通過調(diào)整通氣量，將堆體溫度控制在50℃～60℃，在一次發(fā)酵前3天，保持通氣量為10m³/h不變，直到一次發(fā)酵完成，堆體溫度下降到40℃左右。一次發(fā)酵期間堆溫在55℃以上的天數(shù)為10天，可以滿足殺滅致病菌的要求。在二次發(fā)酵階段，通過翻堆使堆溫回升，隨著物料的進(jìn)一步腐熟，最終穩(wěn)定在30℃。

由堆肥物料有機(jī)質(zhì)降解和水分去除變化曲線可知（圖5），物料有機(jī)質(zhì)含量從最初的73.1%，經(jīng)一次發(fā)酵下降為57.3％，有機(jī)質(zhì)總量降解48.6％；二次發(fā)酵完成后，有機(jī)質(zhì)含量降低為57％，有機(jī)質(zhì)總量降解僅3.6%，說明牛糞和蔬菜花卉廢物共堆肥時(shí)，采用溫度反饋的通氣量控制工藝，在一次發(fā)酵階段混合物料中含量較高的纖維素、淀粉、脂類和蛋白質(zhì)在細(xì)菌、真菌、放線菌的聯(lián)合作用下進(jìn)行快速降解和能量的釋放。而二次發(fā)酵階段以木質(zhì)纖維素的生物降解占主導(dǎo)地位，其能量的釋放速度緩慢，致使該階段有機(jī)質(zhì)降解緩慢。

物料水分含量從最初的70.1%，經(jīng)一次發(fā)酵下降為47％，水分去除率為23.1％；經(jīng)二次發(fā)酵降低為32.4％，去除率12.4％。水分大量去除發(fā)生在一次發(fā)酵階段，因?yàn)樵诖穗A段，由于堆體的自產(chǎn)熱作用，反應(yīng)在高溫狀態(tài)下進(jìn)行，通入的空氣經(jīng)過堆體排入大氣時(shí)能帶走大量的水分，約90％的熱通過水分蒸發(fā)的形式散失。在二次發(fā)酵階段堆體內(nèi)飽和氣體與大氣對流傳質(zhì)，通過條跺表面和翻堆帶走水分，速度較慢。

圖3 蔬菜和花卉廢物不同配比下的含水率變化 Fig. 3 Moisture content changes with different waste ratio	圖4 共堆肥的溫度變化以及與通氣量的關(guān)系 Fig. 4 Temperature changes and their relation with aerating
圖5 蔬菜、花卉廢物與養(yǎng)殖糞便共堆肥的水分、有機(jī)質(zhì)變化 Fig. 5 Moisture content and organic matter changes	圖6 不同通風(fēng)速率對堆體水分去除效果 Fig. 6 Moisture removal percentage in different ratio of aerating

　　研究發(fā)現(xiàn)，糞便與蔬菜廢物和花卉秸稈共堆肥有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。糞便有機(jī)質(zhì)含量高，便于堆肥處理，但顆粒細(xì)小，含水率高，單獨(dú)堆肥很容易產(chǎn)生厭氧問題。與花卉秸稈混合堆肥，一方面，秸稈起到骨架作用，增加堆體孔隙度，改善通氣性，解決了糞便單獨(dú)發(fā)酵出現(xiàn)的厭氧問題。另一方面，以玫瑰為主的花卉秸稈木質(zhì)纖維素含量高，啟動(dòng)發(fā)酵速度慢。與糞便共堆肥后，糞便發(fā)酵時(shí)間長，使秸稈有足夠的時(shí)間啟動(dòng)發(fā)酵過程。蔬菜廢物的摻入，起到了快速啟動(dòng)發(fā)酵過程的作用。試驗(yàn)結(jié)果顯示，以3:3:4為配比的糞便、蔬菜廢物和花卉秸稈共堆肥，能夠?qū)崿F(xiàn)堆料的快速啟動(dòng)、持續(xù)發(fā)酵和協(xié)同降解，是理想的共堆肥組合。
2.2 共堆肥系統(tǒng)工藝優(yōu)化研究
2.2.1 通風(fēng)速率控制
　　通風(fēng)是堆肥過程管理的核心，不僅關(guān)系到堆肥能否成功進(jìn)行，也關(guān)系到堆肥過程中的有機(jī)質(zhì)降解和水分去除效果。試驗(yàn)以蔬菜和花卉廢物為原料，重量比為1:1。選擇20m³/(h×m³)、30m³/(h×m³)和40 m³/(h×m³)三種通風(fēng)水平進(jìn)行對照試驗(yàn)。間歇式通風(fēng)，間歇進(jìn)料，一次發(fā)酵周期15天。
　　由堆肥過程中堆體含水率監(jiān)測曲線可知（圖6，圖中的編號20、30、40分別表示20、30和40 m³/(h×m³)三種通風(fēng)速率），3種處理水分去除都比較好，到一次發(fā)酵結(jié)束，含水率分別從初始的67.7％、74.2％和74.2%降低為36.8%、58.1%和55.4%。由于20＃的初始含水率較小，因此在發(fā)酵的整個(gè)過程中，其含水率一直較低，以至于物料在發(fā)酵過程中出現(xiàn)干燥現(xiàn)象，需要加水處理，才能保證堆體內(nèi)較活躍的微生物反應(yīng)。40＃的水分去除效果比30＃的好，說明在溫度較高時(shí)，較高通風(fēng)速率對水分去除十分有效。
　　從有機(jī)質(zhì)的降解情況可以看出（圖7），30＃沒有超高溫期，但是高溫期持續(xù)時(shí)間最長，總體降解速率最大；40＃在超高溫期有機(jī)質(zhì)降低最快，其余時(shí)間降解較慢，總的降解速率居中；20＃高溫期最短，且超高溫期持續(xù)時(shí)間也短，降解速率最慢。試驗(yàn)結(jié)果顯示，對于初始含水率較高的蔬菜和花卉廢物共堆肥，通風(fēng)速率控制在30 m³/(h×m³)較為有利。值得注意的是，超高溫對有機(jī)物的大分子結(jié)構(gòu)具有破壞作用，使其更易于被微生物利用，從而加速底物降解，對縮短堆肥時(shí)間有積極意義。

圖7 不同通風(fēng)速率對堆體有機(jī)質(zhì)降解影響 Fig. 7 Organic matter changes with different ratio of aerating	圖8 不同溫度反饋控制工況的堆體溫度變化 Fig. 8 Temperature changes with different controls
圖9 不同溫度反饋控制工況的堆體干重變化 Fig. 9 Dry weight changes with different temperature controls	圖10 不同溫度反饋控制工況的堆體水分去除效果 Fig. 10 Moisture removal with different temperature controls

2.2.2 溫度反饋控溫
　　微生物生長需要適宜的條件如溫度、水分、pH值等?？販卦囼?yàn)的目的在于為微生物營造一個(gè)適合的溫度環(huán)境，以利于其繁殖，降解更多的底物?？販乜煞譃檎慰販睾头蛛A段控溫。整段控溫首先設(shè)定堆肥的最佳底物降解溫度，然后在堆肥的整個(gè)過程盡量控制堆溫在該溫度值；分階段控溫則根據(jù)需要在堆肥進(jìn)程中分段控制堆體在適宜的溫度上。好氧堆肥的控制溫度通常在50～70℃之間。本試驗(yàn)選擇55℃、60℃、65℃、70℃四個(gè)控溫水平進(jìn)行堆肥控溫試驗(yàn)，使用溫控儀進(jìn)行自動(dòng)控制，以設(shè)定溫度段的優(yōu)化通風(fēng)速率和間歇模式為基礎(chǔ)，當(dāng)堆溫高于設(shè)定誤差區(qū)間時(shí)，強(qiáng)通風(fēng)吹冷；低于時(shí)停風(fēng)升溫，風(fēng)機(jī)根據(jù)溫控需要自動(dòng)啟動(dòng)和停止。
　　從堆肥過程中堆體溫度變化看（圖8），55℃、60℃和65℃的控溫效果好，分別保持了8、7、8天，而70℃控溫僅能保持4天。所以70℃的高溫控制在堆肥中難以很好實(shí)現(xiàn)而不予考慮。堆體干重變化情況表明（圖9），在堆肥初期，各工況物料的干重變化均不大。55℃控溫條件下堆肥后期的干重減少比中期大；60℃和65℃控溫條件下堆肥中期的干重減少比后期大，這是因?yàn)?5℃時(shí)物料的含水率在后期仍保持比較合適的水平，約在50～60％；而60℃和65℃時(shí)含水率都下降到50％以下，水分限制了底物的降解。至堆肥末期，60℃控溫條件下的干重累計(jì)損失達(dá)30％，而55℃和65℃時(shí)干重累計(jì)損失約為15％，說明60℃控溫條件比55℃和65℃有更好的底物降解效果。
　　從堆體水分去除效果看（圖10），3種工況的水分去除能力都很強(qiáng)，累計(jì)水分去除率達(dá)60％以上。其中，60℃和65℃的水分去除效果類似，從初始的約540kg減少為120kg左右，去除率達(dá)78％，而55℃的去除率僅為60％。 由圖可知，60℃和65℃時(shí)水分去除速率最大的時(shí)間段基本都發(fā)生在控溫較好的時(shí)段，表明控溫對提高堆肥過程的水分去除能力十分重要。
　　根據(jù)堆肥過程對殺滅致病菌、降解底物、去除水分、控制養(yǎng)分損失等的要求，考慮溫度控制的可實(shí)現(xiàn)性，最終確定分階段溫度控制工藝為首先70℃高溫2～3d，殺滅病原菌，然后控制在60℃最佳降解溫度上直至一次發(fā)酵完成。溫控試驗(yàn)結(jié)果顯示，65℃也可快速降解底物并有效去除水分，但堆肥過程氨氮損失遠(yuǎn)超過60℃^[12]，所以選擇60℃為最佳底物降解溫度。
　　以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了分階段溫度反饋通風(fēng)控制與序批進(jìn)料工藝相結(jié)合的工藝研究，即在堆肥進(jìn)行中批式加入蔬菜廢物，解決蔬菜廢物產(chǎn)生量大于花卉秸稈和兩者共堆肥因降解速度差異（蔬菜快而花卉慢）而產(chǎn)生的不協(xié)調(diào)問題。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在加入新料的初期，水分去除和有機(jī)質(zhì)降解都比較緩慢，隨后迅速，體積變化則相反（圖11），這可能是因?yàn)榧尤胄铝虾?，微生物的生長有適應(yīng)期的緣故，隨著優(yōu)勢微生物種群的形成，堆料降解速率迅速增加。在堆肥過程中，最初4d水分去除最快，在第4～8d有機(jī)質(zhì)減少最快，說明在堆肥初期物料降解較慢，物理結(jié)構(gòu)維持較好，再加上升溫迅速，堆體與空氣間傳熱傳質(zhì)較好，水分去除迅速；隨著降解纖維素類微生物的生長，花卉秸稈的結(jié)構(gòu)開始破壞，有機(jī)質(zhì)降解明顯；在堆肥后期，隨著蔬菜等易降解成分的耗盡，纖維素降解所占比例越來越大，降解速度又趨緩慢。在堆肥前期（0～10d），由于新鮮物料的批式加入，在自重壓縮和降解作用下，物料體積減少顯著，達(dá)40％左右。研究表明，采用序批式進(jìn)料＋溫度反饋通風(fēng)控制工藝能夠增大固體廢物處理量、顯著提高堆料協(xié)同降解能力，是多種農(nóng)業(yè)固體廢物共堆肥有效工藝。
2.3 蔬菜、花卉廢物與養(yǎng)殖糞便工程規(guī)模共堆肥試驗(yàn)研究
　　根據(jù)示范區(qū)廢物產(chǎn)生量及類型，在中試成果的基礎(chǔ)上，在云南省昆明市呈貢縣大漁鄉(xiāng)小河口村東口設(shè)計(jì)并建設(shè)了處理規(guī)模為30t/d的堆肥示范工程。為了確定示范工程的運(yùn)行參數(shù)，保證安全、高效、穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行了工程規(guī)模的試驗(yàn)探索。蔬菜、花卉、糞便三種廢物共堆肥的物料配比為3:4:3；蔬菜和花卉廢物共堆肥的物理配比為4:6；初始含水率為70～75％。
2.3.1 堆體溫度變化
　　本次試驗(yàn)測試了堆體上中下三個(gè)層位多個(gè)平面點(diǎn)位的溫度變化（圖12，三條曲線為上中下三層各監(jiān)測點(diǎn)平均值）。平面不同點(diǎn)位和溫度差異很小，但在垂向不同層位上則有顯著的溫差。在150 m³/(h×m³)為初始通風(fēng)速率的溫度反饋通風(fēng)控制工況下，堆體中央位置的中層溫度在3d上升到70℃，并維持3d，殺滅堆料中致病菌。然后堆體溫度降至60℃并保持7d，此后，堆溫逐步下降至50℃左右。上層堆溫比中層高約5～10℃，但變化趨勢類似。與中上層比較，下層的溫度上升有一段滯后。隨著堆肥的進(jìn)行，下層溫度逐步上升。下層溫度略低可能與冷風(fēng)的直接吹入有關(guān)，由于冷空氣吹入并帶走熱量，使微生物產(chǎn)生的熱量很難在下層積累，導(dǎo)致溫度偏低。
2.3.2 堆料有機(jī)質(zhì)降解
　　多個(gè)點(diǎn)位的含水率變化試驗(yàn)結(jié)果顯式，含水率的平面差異很小，但垂向不同層位的差異較大（圖13）。上層含水率普遍高于中層，主要是因?yàn)樯蠈游锪鲜钦麄€(gè)堆體水分蒸發(fā)的出口，空氣濕度超飽和，同時(shí)又接收發(fā)酵倉回滴冷凝水，使上層含水率偏高。中層和上層含水率基本呈同步下降趨勢，但在堆肥后期，中層的含水率在減少至50％以下時(shí)下降很快，這可能是因?yàn)榇藭r(shí)微生物由于水分限制降解底物能力下降，導(dǎo)致底物中有機(jī)質(zhì)降解趨于緩慢（圖14），而此時(shí)通風(fēng)仍進(jìn)一步地吹走水分，導(dǎo)致含水率的進(jìn)一步降低，至一次發(fā)酵完成，上層和中層的含水率分別為51.6％和28.9％。
　　堆肥過程中各層和各平面位置的有機(jī)質(zhì)降解差異不大，都呈下降趨勢。有機(jī)質(zhì)在堆肥初期降解較快，此時(shí)主要是蔬菜等易降解物料被堆體中的微生物所分解利用，而隨著物料含水率的降低，有機(jī)質(zhì)降解速率趨緩，難降解的木質(zhì)纖維素等大分子物料的微生物學(xué)反應(yīng)在該階段占主導(dǎo)地位。

3 結(jié)論

　　通過中試規(guī)模的蔬菜花卉廢物和養(yǎng)殖糞便共堆肥研究，確定了初始物料含水率65%～75%，蔬菜廢物與花卉秸稈1:1～6:4的配比，通風(fēng)速率15～20m³/(h×m³)條件下，采用序批式+溫度反饋通風(fēng)控制工藝，能夠快速啟動(dòng)并持續(xù)發(fā)酵，從而實(shí)現(xiàn)堆體較長的高溫期、致病菌殺滅徹底、水分去除較快、有機(jī)質(zhì)降解迅速、堆體減容效果顯著以及不同堆料協(xié)同降解性好的最佳堆肥工況。
　　通過處理規(guī)模為30t/d的規(guī)?；捕逊恃芯看_定了間歇式進(jìn)料+分階段溫度反饋通風(fēng)控制為最佳工況。在此工況下能夠?qū)崿F(xiàn)堆體較長的高溫期，有機(jī)質(zhì)降解和水分去除較快，堆肥腐熟周期較短，并滿足致病菌殺滅的要求。得到的物料配比和發(fā)酵工藝有效解決了多種農(nóng)業(yè)固體廢物共堆肥中的高水分含量、多病蟲害和不協(xié)同發(fā)酵問題，較好地實(shí)現(xiàn)了工程規(guī)模的多種農(nóng)業(yè)固體廢物好氧共堆肥。

圖11 序批式堆肥中堆體有機(jī)質(zhì)變化曲線 Fig. 11 Organic matter changes in SBR composing process	圖12 規(guī)?；捕逊手醒敫鲗佣褱刈兓€ Fig. 12 Temperature changes at the centre of piles in large-scale composting
圖13 規(guī)?；捕逊手醒敫鲗佣蚜系暮首兓?BR>Fig. 13 Moisture content changes at the centre of piles in large-scale composting	圖14 規(guī)?；捕逊手醒敫鲗佣蚜系挠袡C(jī)質(zhì)變化 Fig. 14 Organic matter changes at the centre of piles in large-scale composting

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資助項(xiàng)目：國家重大科技攻關(guān)專項(xiàng)（K99-05-35-02）資助
作者簡介：王洪濤（1960～），男，教授，主要從事有關(guān)固體廢物處理與處置等方向的研究。
*通訊作者：E-mail:htwang@tsinghua.edu.cn