近年來，隨著人口增長和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，有機(jī)固體廢棄物的產(chǎn)生量日益增加，對環(huán)境造成了巨大壓力。有機(jī)固體廢棄物的來源主要包括城市生活垃圾、畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等。在我國，畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈是最主要的兩種有機(jī)固體廢棄物來。根據(jù) 2017 年的統(tǒng)計(jì)，我國畜禽糞污年產(chǎn)生量達(dá)到 38 億 t，綜合利用率不足 60%，農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)生量約 10億 t，綜合利用率約為 80%。大量未被利用的有機(jī)廢棄物被丟棄，不但造成了巨大的資源浪費(fèi)，也造成了嚴(yán)重的土壤、大氣和水體污染，因此，當(dāng)前迫切需要提高有機(jī)固體廢棄物的資源化利用率。目前，有機(jī)固體廢棄物的資源化利用途徑包括肥料化、飼料化、能源化等。
其中，通過好氧堆肥方式將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥是實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化利用的主要途徑之一。好氧堆肥因其具有成本較低、有機(jī)物降解較快、無害化程度高等優(yōu)勢，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。堆肥腐熟是一個(gè)由微生物主導(dǎo)的生理生化過程，通過微生物發(fā)酵使堆料礦質(zhì)化、腐殖化和無害化而變成腐熟肥料。傳統(tǒng)的好氧堆肥技術(shù)存在周期較長、養(yǎng)分損失嚴(yán)重、臭味和溫室氣體排放等問題，在堆肥過程中使用添加劑是解決這些問題的思路之一。根據(jù)成分不同，添加劑可以分為有機(jī)、無機(jī)和微生物添加劑。其中，微生物添加劑由于成本低、無二次污染、易操作等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前研發(fā)的熱點(diǎn)。本文簡述了好氧堆肥基本過程及這個(gè)過程中主要微生物類群與其演替規(guī)律，總結(jié)了有關(guān)微生物添加劑在好氧堆肥過程中的應(yīng)用及其作用方面的研究進(jìn)展，并對目前微生物添加劑在應(yīng)用中存在的問題和解決途徑進(jìn)行探討和展望。

1 好氧堆肥過程及影響因素

1.1 好氧堆肥過程

好氧堆肥又稱高溫堆肥，是一個(gè)由微生物主導(dǎo)、有機(jī)物料通過高溫發(fā)酵使有機(jī)物礦質(zhì)化、腐殖化和無害化而轉(zhuǎn)變成腐熟肥料的過程。一個(gè)完整的好氧堆肥過程通?？梢苑譃?4 個(gè)階段：升溫階段、高溫階段、降溫階段和腐熟(固化)階段。

(1) 升溫階段

升溫階段一般為堆肥起始的 1~3 d，這個(gè)階段的微生物以嗜溫微生物為主，主要分解糖類和淀粉類等底物，產(chǎn)生 CO2 和 H2O，同時(shí)釋放熱量。由于堆體具有良好的保溫作用，隨著堆肥的進(jìn)行，堆體溫度迅速升高。

(2) 高溫階段

當(dāng)堆體溫度升高到 45 ℃以上時(shí)，堆肥進(jìn)入高溫階段，該階段一般持續(xù) 10~20 d。在這一溫度條件下，嗜溫微生物受到抑制甚至死亡，而嗜熱微生物成為優(yōu)勢種群，開始分解堆肥中的脂肪、纖維素、半纖維素、果膠、木質(zhì)素等較難分解的物質(zhì)。同時(shí)，該階段產(chǎn)生的高溫可殺滅堆體中的病原菌、寄生蟲、雜草種子等有害生物，實(shí)現(xiàn)堆肥的無害化處理。我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的畜禽糞便堆肥技術(shù)規(guī)范(NY/T 3442-2019)規(guī)定，堆肥高溫階段的溫度應(yīng)達(dá)到 55 ℃以上并持續(xù)至少 5 d，以保證有機(jī)物料的無害化。這一階段微生物代謝活躍，需氧量增加，需要通過曝氣或拋翻來增加堆體中的氧氣，從而滿足微生物的生長和代謝對氧氣的需求。

(3) 降溫階段

隨著堆體內(nèi)易降解有機(jī)物的減少，嗜熱微生物的活動(dòng)逐漸減弱，堆體溫度逐漸降低，嗜溫微生物重新成為優(yōu)勢種群，繼續(xù)分解堆體中剩余的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等難分解的有機(jī)物。但堆體中微生物的代謝活躍度下降，堆體內(nèi)產(chǎn)生的熱量減少，溫度開始下降，有機(jī)物的組成逐漸趨于穩(wěn)定化。

(4) 腐熟(固化)階段

腐熟階段也稱為二次發(fā)酵階段，在微生物的作用下，堆肥進(jìn)行二次發(fā)酵，將堆體中復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)；同時(shí)，硝化反應(yīng)也在該階段發(fā)生。腐熟階段一般持續(xù) 20~30 d，該階段中堆體溫度逐漸下降至環(huán)境溫度，耗氧量大幅減少，含水量也逐漸降低，堆肥的穩(wěn)定性和腐殖化程度逐漸提高。

1.2 好氧堆肥的影響因素

作為一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物過程，堆肥過程受到多種因素的影響，主要包括溫度、含水率、pH、C/N、通氣量、有機(jī)質(zhì)含量、微生物組成、堆體大小、原料顆粒大小、添加劑等。這些因素能夠影響堆體的理化性質(zhì)和其中微生物的代謝活動(dòng)，從而影響堆肥過程中堆體的生化反應(yīng)、養(yǎng)分和熱量損失及臭味氣體排放，并最終影響堆肥的效率和品質(zhì)(圖 1)。Torres-Climent 等以含水率(50%、70%)和 C/N (28、31、33、36)及 pH (5.7、7.0、7.7、8.0)為變量，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇有利于厭氧發(fā)酵殘留物堆肥的組合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析表明，起始含水率 50%、C/N 在 28~31 之間、pH 7.7 是提高微生物活性的最優(yōu)組合研究表明，以制酒工業(yè)的蒸餾谷物廢棄物為原料進(jìn)行堆肥時(shí)，如果不調(diào)節(jié) pH (pH 3.5)，堆肥活動(dòng)則無法啟動(dòng)，而使用 CaO 調(diào)節(jié)起始 pH 至 5.0 則有利于堆肥產(chǎn)品腐熟。研究發(fā)現(xiàn)，以豬糞與玉米秸稈為原料進(jìn)行堆肥時(shí)，曝氣速率能夠顯著影響二甲基硫的排放，曝速率為 2.0 m³/(m3·h)時(shí)二甲基硫的累積排放量最高(約為 0.03 mol)，曝氣速率為 4.0 m³/(m3·h)時(shí)累積排放量最低(約為 0.007 mol)；豬糞與玉米秸稈配比顯著影響二甲基二硫的排放，配比為 2.2:1 時(shí)二甲基二硫的累積排放量最大(約為 0.038 mol)，配比為 0.7:1 時(shí)累計(jì)排放量最小(約為 0.01 mol)。

以上結(jié)果說明對影響因素的優(yōu)化提高了堆肥效率和品質(zhì)，在應(yīng)用中有借鑒價(jià)值，但這些研究只是在特定原料和堆肥方式條件下對影響因素的優(yōu)化，在生產(chǎn)應(yīng)用中還應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)控并調(diào)節(jié)各個(gè)因素，使得堆肥過程高效進(jìn)行，保證堆肥的效率和品質(zhì)。

聲明：本文所用圖片、文字來源《微生物學(xué)》，版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請與本網(wǎng)聯(lián)系

相關(guān)鏈接：固體，土壤，淀粉