依据我国的人口分布特征，村镇生活垃圾的产生量占我国全部生活垃圾的50%左右，但由于缺乏配套的处理设施，致使村镇生活垃圾对农村面源污染的贡献较为显著（刘永德等，2008）。与城市生活垃圾相比，村镇生活垃圾的分布密度较低，如果采用标准的焚烧或填埋技术对其进行处理，通常会受设施规模的限制，导致技术经济性严重下降．考虑到村镇生活垃圾主要由生物可降解组分组成的特点（刘永德等，2005），适合采用堆肥化方法对其进行无害化处理与利用。作为一种成熟的固体废物处理技术，堆肥过程的工艺控制指标，如环境指标（温度、氧浓度、pH、含水率）和物料组成（C/N、粒径、营养物质含量）等对堆肥效果的影响规律已基本确定(Bueno et al.,2008;Ruggieri et al.,2008)。但是，从满足我国村镇应用实际的需求出发，仍有进一步优化工艺方法与操作参数，以改善技术经济性的必要，因此，本文以优化对堆肥操作成本影响最大的堆肥前、后机械配置及强制通风为目标，在中试规模条件下，优化分类收集的生活垃圾与植物废弃物混合条垛式堆肥工艺操作条件，考察原料初始含水率、通风频率、翻堆频率、接种比例等因素对堆肥效果的影响，以期为村镇生活垃圾堆肥技术的实际工程运行提供依据。

2  材料与方法(Materials and methods)

2.1  试验原料

    蔬菜垃圾收集于海南省某镇的菜市场，运至堆肥场后，人工拣出混杂的包装物；植物废弃物为来自于邻近农场的热带作物树枝，经秸秆破碎机破碎；接种物为同类原料堆肥的腐熟产物。上述原料按一定比例混合后，堆置成垛。3种原料的平均组成如表1所示。

2.2  试验场地

    堆肥试验场总占地面积2000m2，堆肥区为长24m、宽12m的矩形区域，处理规模（蔬菜垃圾和植物废弃物）为lt.d-1"每天形成的条垛堆体尺寸为1.2m×

2.3试验操作条件

    试验共设计9个堆肥工况，考察初始含水率、通风频率、翻堆频率、接种比例4种因素对堆肥效果的影响。各工况的原料配比与组成见表2。堆肥周期均为42d，前14d为主发酵，期间堆肥的翻堆、通风操作条件见表2；后28d为二次发酵，各工况翻堆频率为每7d 1次，通风频率为15min /105min（开／关）。各堆体通风流量均为32 L'min-1．t。1（以VS计）．试验于2008年7月至2009年2月间进行，期间现场日平均气温在11 -31℃之间，日温差为8- 12C。

2.4  测定方法与数据处理

    用XMDA-9000-16型多点温度计（上海帆扬机电有限公司）和CYS-l型氧浓度仪（上海学联）每天测定堆体中心与堆体表面下15cm处的温度和氧浓度（以平均值计）．在堆肥的第0、2、4、7、12、20、30、42d取样，取样方法以及含水率测定方法见文献（中华人民共和国城市建设行业标准，1995）；有机氮测定采用半微量开氏法（刘凤枝等，2007）；有机碳测定方法参照文献（刘凤枝等，2007）；腐殖质测定方法见文献（鲁如坤，2000）；有机碳、有机氮的降解率按文献（Ogunwande et al.，2008）中的方法计算，公式如下：

式中，y为碳或氮降解率，X1、X2分别表示起始点和取样测定点灰分含量，灰分含量值以样品在马弗炉内550C条件下烘8h残余物重与样品重之比计，y1、y2分别表示起始点和取样测定点有机碳或有机氮在物料中的百分含量。

3结果(Results)

  图l为堆肥过程中各堆体的温度变化情况．由图1可知，在堆肥开始后的第3d，所有堆体温度均已上升至60C以上，说明不同接种比例对堆肥启动的影响不大；各堆体维持55℃以上高温的时间均达5d以上，最长为29d（2号堆体）；在第30d之后，各堆体温度开始下降；堆肥结束时，各堆体温度均在40℃左右，

图2为各堆体堆肥过程中的氧浓度变化．堆体氧浓度是堆肥过程强制与自然通风供氧及微生物代谢有机物耗氧平衡的结果．各堆体氧浓度均呈现前低后高的趋势，反映了稳定的有机物降解过程；堆肥主发酵阶段，通风频率和翻堆频率均较低，供氧量较小（通风频率和翻堆时间间隔大者，其供氧量小；反之亦然）的2、3、4、5号堆体，其氧浓度明显低于供氧量较大的1、6、7、8、9号堆体；但在二次发酵阶段，各堆体氧浓度的差距缩小，在42d时，均接近21%，说明物料降解已趋于稳定，堆肥过程含水率和C/N变化曲线如图3所示，由图3a可知，堆肥过程中各堆体含水率均不断下降，下降速率与有机物降解产热及通风翻堆形成的水分散失有关．在各堆体总的有机物降解率相近的情况下，含水率下降幅度主要受通风翻堆条件影响．在堆肥结束时，除5、6、7号堆体外，其余堆体的含水率均在50%以下；而1、4、7、8号堆体，在主发酵结束时还进行了水分补充操作（水分补充时间分别为：1号堆体第15d，4号堆体第20d，7号堆体第15d．8号堆体第10d）．由图3b可知，1、4、7号堆体的初始C/N比分别为43.8、38.8、45.1，高于其它堆体，因此，在堆肥结束时其C/N比也相对较高，分别为22.6、18.6、19.0.--般认为，堆肥C/N小于20，堆肥即已达到腐熟（李艳霞等，1992）；但Morel等(1985)研究认为，采用T值（终点C/N比与起始C/N比的比值）作为评价堆肥腐熟指标更合理，并认为当T值小于0.6时，堆肥腐熟．对于1、4、7号堆体，其T值分别为0.52、0.48、0.42，说明1、4、7号堆体均达到了腐熟要求。

    堆肥过程有机碳降解率和腐殖质含量的变化如图4所示．由图4a可知，在堆肥初期，有机碳降解主要集中在主发酵阶段。在前15d，有机碳的降解量占整个堆肥过程有机碳降解量的1/2以上，除1、4号堆体外，在堆肥进行至第30d时，有机碳的降解量开始保持平衡，说明堆肥物料趋于稳定。1、4号堆体在堆肥后期有机碳仍可大幅度降解，原因可能是这2个堆体中植物废弃物混合比例较大有关，同时，也与较低的通风频率导致前期有机碳降解不完全有关，由图4b可知，各堆体物料腐殖质含量均随着堆肥过程的进行不断增加．比较后发现，1、4、7号堆体由于植物废弃物混合比例较高，纤维素类物质难以降解，因此，堆肥结束时相应的腐殖质含量较低；3、6、9号堆体则出现相反的情况；而其它堆体腐殖质含量均在20%~35%左右。

    图5为堆肥过程中各堆体物料有机氮的损失率．由图5可知，堆肥过程中，添加的植物废弃物具有一定的氨氮吸附能力，同时，在堆体表面采用土工布膜覆盖，有机氮的损失率相比文献( Eklind etof．，2000)报道值(43% - 70%)要小很多，说明堆肥过程的保氮效果较好。图5还表明，各堆体物料有机氮的损失率存在差异，与其它堆体相比，l、2、4、5号堆体有机氮的相对损失率较小，这与这些堆体较低的通风频率或较高的植物废弃物混合比有关。

4讨论(Discussion)

  堆肥过程中，初始含水率高(70%)的堆体(3、6、9号)的氮损失率较大，同时还有渗滤液产出，说明堆肥过程的二次污染控制效果不好。7、8、9号堆体有机氮的损失率在15%左右，维持高于55℃堆体温度的天数分别为8、20和19d，说明通风频率为15min/30min（开／关）的堆体通风量过大，不利于氮素的保留以及堆肥保温，从堆肥成品腐殖质含量看，4、5号堆体腐殖质含量相当，高于1、2号堆体，说明4、5号堆体的工艺条件较优；再考虑堆肥成品的C/N比，可认为5号堆体为最优堆肥工艺参数控制方案，即物料初始含水率65%，主发酵翻堆频率每3dl次，通风频率15min/60min（开／关），产物接种比例5%。

    上述控制方案的主发酵期间的通风率为0. 03 L.min-l. kg-1（以VS计），接近文献(Ahn et al.，2007)报道的堆肥适宜通风量(0.04 - 3L. min-1- kg-1)的下限，表明本工艺能耗较低．这主要与条垛式堆肥可有效利用自然通风供氧（Ruggieri et al.，2008）有关．另外，生活垃圾已按产生源分类收集，简化了堆肥配套机械配置，是一种适合村镇应用条件的低成本生活垃圾处理方法．

5  结论(Conclusions)

    1)本文对分类收集的蔬菜垃圾与植物废弃物混合堆肥工艺进行的中试规模(1t．d-1)工艺参数控制条件研究表明，最优方案为：混合原料（蔬菜垃圾、破碎植物废弃物、接种物）初始含水率65%，主发酵翻堆频率每3d 1次，通风频率15min /60min（开／关），产物接种比例5%。

2)在最优控制条件下，经14d主发酵和28d二次发酵，堆肥高温(>55℃)维持时间大于20d，产物C/N比为15.6，腐殖质含量为0.28g．g-1（以VS计），且氮损失率小于15%，符合堆肥的工艺要求。

3)此堆肥方案以分类收集蔬菜垃圾和植物废弃物等村镇生活垃圾典型组分为对象，无需机械预处理，工艺设施简单；且主发酵期间的通风率为0. 03L" min-l" kg-1（以VS计），操作能耗较低，是一种适合我国村镇应用条件的低成本生活垃圾处理方法。

张静，何品晶，邵立明，於林中

(海南省环境科学研究院;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室)

环境科学学报2010.5