污泥堆肥腐熟度的检测与评价

　　腐熟度(maturity)是衡量污泥堆肥成熟程度的参数。Brodie Herbert L[1]认为不应将污泥堆肥腐熟度和污泥堆肥质量相混淆，腐熟即指堆肥原料所含的能量和营养物质形成了稳定的腐殖质，而所谓腐熟度即堆肥完成度，即堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度[2]。
　　污泥堆肥产品必须腐熟，若腐熟不完全就施于农田则易造成根部缺氧腐烂，并释放出有毒物质[3]，且增加土壤中某些重金属离子的溶解性[4]。当前国内深圳、无锡等地已建立了几家污泥堆肥厂，因此建立污泥堆肥腐熟度评价标准既是保证农田安全使用的需要，也是堆肥工艺改进、产品市场化的客观要求。
　　1 单项检测参数
　　同济大学李国建探讨了堆肥过程中耗氧速率的基金顷目：上海市科学技术发晨基金重点项目测定，指出用耗氧速率容易区分开一次发酵期和二次发酵期，将其作为腐熟度指标具有定量化的优点[4]。堆肥腐熟度评价指标分为三类[5]：物理学指标、化学指标和生物学指标。物理学指标包括温度、气味、颜色；化学指标包括化学需氧量、挥发性固体含量、易降解有机质、腐殖质物质的变化、C／N等；生物学指标包括微生物活性测试和发芽试验。物理学指标易于定性描述堆肥过程所处的状态，因此可作为试验的经验判断，但用作评价则缺乏可比性，因此寻找合适的化学指标评价腐熟度是众多研究者所努力的方向之一，这方面的研究比较广泛深入。同时为了检验堆肥对植物的毒性，常用堆料中微生物活性的变化及对植物生长的影响来评价堆肥腐熟度，这就是所谓的生物学指标。
　　国外关于腐熟度的检测有一些商业检测方法，比较著名的有Solvita测试法[6]、Dewar 自热测试法[7]。
　　Solvita 测试法：该测试法由美国Woods End 研究实验室提出并申请了专利，已广泛应用了二十几年，有十三个国家采用了该方法，瑞典、丹麦、西班牙、挪威已经将该方法作为官方测试方法[2]。该测试方法以现代凝胶技术为基础，操作简易、快速，可在4h内得出结论。将样品放入密闭小杯中并防入一个信号器，该信号器能反映CO2的存在（通过颜色），对照颜色表可得出结论，颜色对照表从1（生堆料）到8（腐熟堆肥）变化，读数越大则腐熟程度越好。
　　Dewar 自热测试法：基于最初欧洲的自热测试标准方法，由Woods End 实验室总结整理。先调节测试样品的水分，然后插入一支温度计，温度计距瓶底大约5cm。样品放入一个绝热真空瓶中，这样置于室温至少5d，但不超过10d，并测试每天的最高温度，其结果即为腐熟过程的最高升温。该方法的缺点是测试结果只能区分腐熟和不腐熟，时间较长，但比较直观，具有很强的操作性。测试结果分为I-V五个等级来评价。
　　此外还有其他测试方法，例如CO2探管测试法等。
　　2 综合评价指标
　　由于单项评价参数难以准确评价污泥堆肥腐熟度，所以必须选择几项适当合理的测试参数综合评价污泥堆肥腐熟指标。中国农业大学李国学提出用化学和生物学参数相结合来评价堆肥腐熟度[8]；Frost Donna Iannotti[9]、L Wu[10]等认为腐熟度的检测应该包括腐熟程度的检测和稳定程度的检测，腐熟程度的检测主要侧重于堆肥产品后续使用对植物的影响，如水芹植物毒性测试；稳定程度的检测则侧重于生物学性质和微生物活性，如耗氧速率。
　　2.1 国内
　　污泥通过堆肥达到腐熟基本可消除有毒有害的有机物，稳定N、P营养元素，消除恶臭，消灭病原体[11]。我国还未制定准确的评价堆肥腐熟度的标准参数和方法，评价方法多参考《粪便无害化卫生标准》（GB 7959-87），该标准主要从卫生学的角度来评价堆肥的腐熟程度，堆肥成熟的标志是物料呈黑褐色，无臭味，手感松散，颗粒均匀，蚊蝇不繁殖，病原菌、寄生虫卵、病毒以及植物种子均被杀灭[12]。显然这些指标感性较强，但较难定量，作为评价标准存在很大局限性，已不适应当前堆肥的研究和堆肥产品的市场化。
　　同济大学对污泥堆肥腐熟度的评价作了较多的研究，提出用模糊数学模型综合评价污泥堆肥的腐熟度。
　　 2.2 国外
　　国外关于腐熟度的评价更多是建立在以有机固体废弃物为原料的基础上的，其中包括畜禽粪便、城市垃圾、厨余、庭院废物及城市污泥。
　　在美国，将堆肥列人生物固体、肥料进行统一管理。污泥为农业利用占有相当比例。美国加利福尼亚州堆肥质量委员会(CCQC)是一个致力于制订统一的堆肥质量标准以促进堆肥产品的生产和使用的官方组织。该组织提出标准的制订原则：测试必须简易、快速、可靠且适合不同原料不同工艺的堆肥产品的评估。提出的评价标准为：堆肥试样首先必须满足C／N≤25，因为该值如过高则微生物就会争夺土壤中的氮，造成生长于土壤中的植物缺氮[13]；必须至少通过A组(包括CO2释放量及呼吸作用、氧气消耗、自热测试)一项测试和B组(包括NH4+ -N／NO3--N、NH3浓度、挥发性有机酸浓度、种植测试)一项测试。
　　A组测试主要表征堆肥中有机物质的降解程度，B组测试则主要表征堆肥产物可能会对植物产生的毒性作用。CCQC在提出评价内容的同时，对A组和D组也提供了相应的测试方法，从而根据结果可以评判堆肥产品为三种标准：高度腐熟、腐熟、不腐熟，具体见表1、2。

测试方法	结果
高度腐熟	腐熟	不腐熟
耗氧速率测试[gO2/(kgVS·h)]	＜0.5	05-1.5	＞1.5
CO2测试[gC/(kgVS·d)]	＜2	2-8	＞8
SCL测试[gC/(kgVS·d)]	＜2	2-8	＞8
WERL测试[gC/(kgVS·d)]	＜5	5-14	＞14
Dewar自热测试（℃）	＜10	10-20	＞20
Solvita测试	7-8	5-6	＜5
注：SCL=Soil Control Laboratory； 　　 WERL=Woods End Research Laboratory。

测试方法	结果
高度腐熟	腐熟	不腐熟
NH4+-N/NO3--N	＜0.5	0.5-3	＞3
总NH3浓度（10-6g/g干固体）	＜100	100-500	＞500
VOA（10-6g/g干固体）	＜200	200-1000	＞1000
种子发芽率（%）	＞90	80-90	＜80
种植测试（%）	＞90	80-90	＜80

　　在加拿大，涉及污泥堆肥质量标准的有三个机构：魁北克标准局(BNQ)、加拿大环境委员会(CCME）、加拿大农业和农业食品局(AAFC)。这三个机构主要分管加拿大土壤、有机肥料、公共健康、绿色产品、环境保护、城市污泥处理等。BNQ认为，由于现有技术问题，不可能找到一个单项检测方法就能充分、可靠、科学地评价堆肥腐熟度。 BNQ、AAFC提出了以下几个指标，并认为堆肥产品满足其中两项即可认为达到腐熟[14l：①C／N＜25；②耗氧速率＜150mgO2／(ksVS·h)；③芹菜和萝卜种子发芽率90％，在堆肥和土壤混合物中的生长率与样品试验相比误差不超过50％。
　　CCME也建议采用BNQ使用的分析方法，并对第三项作了进一步改进，指出也可采用下列的其中一项：①堆肥经过嗜热阶段后，必须再放置至少21d；堆肥后温度不应再继续升高并高于周围环境20℃；②有机物降解必须达到60％以上(质量)；堆肥经过嗜热阶段后必须再腐熟至少21 d。
　　在欧洲，德国、匈牙利、荷兰、英国等国或由国家机构或由堆肥行业协会，都制订了比较完备的堆肥产品质量标准，其中包括堆肥腐熟度[15]。
　　3 结语
　　①污泥堆肥化处理是污泥减量化、无害化、资源化的一种比较理想的污泥处理方法，堆肥腐熟度的评价已成为制约污泥堆肥技术发展的因素之一，建立堆肥腐熟度评价标准显得尤为重要。②腐熟度评价方法应简单、快速、准确、可靠且易于检测，应将其作为堆肥产品质量体系之一。③建议由国家环保局和农业部根据当前的技术发展和市场调查，参考国外标准研究制定适用标准，同时鼓励科研机构在试验的基础上提出科学简易的检测评价方法。
　　参考文献：
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　　[3] Bernal M P，Navarro A F，Senches-rnoundero M A．Influence of sewage sludge compost stability and maturity on carbon and nitrogen mineralization in soil[J]．Soil Biology Biochem，1998，30(3)：305—313．
　　[4] 李国建，钱新东．堆肥腐熟度指标的探讨[J]．城市环境与城市生态，1990，3(2)：27—30．
　　[5] 李承强，魏源送．堆肥腐熟度研究进展[J]．环境科学进展，1999，7(6)：1—12．
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　　[8] 李国学．用化学和生物学参数评价堆肥腐熟度[J]．中国农业大学学报，1999，(4)：103—108．
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　　[11] Krogmann Uta，Boyles Lisa S，Bamka William J，et al. Biosolids and sludge management[J]．Water Environment Research，1999，71(5)：692—697．
　　[12] 张自杰．排水工程(第4版)[M]．北京：中国建筑工业出版社,2000．
　　[13] Brewer Linda J，Sullivan Dan M．A quick look at quick stability tests [J]．BioCycle Emmaus，2001，(1)：75—78．
　　[14] Criteria National Standard of Canada，the Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME) Guidelines [S]．
　　[15] Brinton William F．An international look at compost standards[J]．Biocycle Emmaus,2001，42(4)：74—76．