[科普中国]-污泥堆肥

污泥堆肥是一种很好的土壤改良剂。当堆肥被用于农田，可以增加有机质，改善土壤结构，减少肥料的使用量，并且可以减轻土壤的潜在侵蚀。

定义堆肥是在一定条件下通过微生物的作用，使有机物不断被降解和稳定，并生产出一种适宜于土地利用的产品的过程。

堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是在有氧情况下有机物料的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热；厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解，厌氧分解最后的产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机酸等。厌氧堆肥于好氧堆肥相比较，单位质量的有机质降解产生的能量较少，而且厌氧堆肥通常容易发出臭气。由于这些原因，几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。

堆肥实际就是废弃物稳定化的一种形式，但是它需要特殊的湿度和通气条件以产生适宜的温度。一般认为这个温度要高于45℃，保持这种高温可以使病原菌失活，并杀死杂草种子。在合理堆肥后残留的有机物分解率较低并相对稳定，堆肥的臭味可以大大降低。堆肥还可以产生明显的干燥效果，这一点对于处理市镇和工业污泥等潮湿物料非常有用。堆肥中有机底物的降解与干燥过程同步进行能够降低后续处理的费用，从而有利于增加堆肥的再利用或处置1。

完整意义上的堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、C/N和通风条件下通过微生物的发酵作用，将废弃有机物转变为肥料的过程。通过堆肥化过程，有机物由不稳定状态转变为稳定的腐殖质物质，其堆肥产品不含病原菌，不含杂草种子，而且无臭无蝇，可以安全处理和保存，是一种良好的土壤改良剂和有机肥料2。

特点堆肥有两个主要的优点：一是可以把令人讨厌的废弃物转变为易于处理的物料；二是能创造有价值的商品即堆肥产品。但是不利的方面是，堆肥往往需要时间，也面临众多风险。人们不能简单地把粪便堆在牲口棚的后面，然后打算几个星期后得到好的堆肥产品；一个成功的堆肥企业如同其他任何工程一样，需要长期积累经验2。

堆肥优点堆肥的优点主要包括土壤改良、生产可出售的产品、改善粪便处理、提高土地利用、降低污染和卫生风险、杀死病原菌、使用堆肥作垫料替代物、抑制病害以及获得处理或倾倒费1。

1.土壤改良

2.可出售的商品

堆肥最具吸引力的特征之一就是产品有市场。潜在的消费者包括庭院种植、园林、菜农、草坪种植者以及高尔夫球场经营者等。由于被看做一种废弃产品，堆肥的价格变化很大，其价格主要由本地市场需求、堆肥质量以及原材料价格等决定。

3.改善粪便处理

堆肥可以减轻粪便的质量、水分含量和活性，便于处理，并在没有臭气和苍蝇的问题下得到很好的贮存。

4.改善土地利用

堆肥和粪便都有肥料价值，都是良好的土壤改良剂。但是粪便堆肥后有点多：堆肥可以使粪便中的氮素转变为更加稳定的有机氮；堆肥过程产生的热量可以减少粪便中杂草种子的数量。

5.降低污染风险和臭味抱怨

农业生产特别是养殖业不断规模化的过程中，养殖粪便和臭气开始成为一种负担而不是财富。特别是对一些企业来说。堆肥可以减轻这些问题的影响。由于堆肥产品通常有需求，因此其出路就不是问题。堆肥可以贮存和处理的性质允许它可以被运到比粪便和其他原料更远的地方。一个运行良好的堆肥设施基本不会产生臭气和苍蝇，堆肥还可以把氮转变为不容易渗进地下水或者被径流冲走的形态。

6.杀灭病原菌

当动物因为原生动物而产生腹泻时，它的粪便中就含有大量的该原生动物的包囊。这些原生动物暴露在摄氏60℃的条件下30min可以被杀死。堆肥过程中的温度可以达到摄氏60℃，但堆肥靠近表层的部分可能达不到这个温度，翻堆可以使所有的原料都达到所需的温度。

7.垫料替代物

堆肥被用在家禽和牲畜的垫料上。研究和试验表明堆肥基本上是安全和有效的垫料。

8.抑制疾病

已经发现良好的堆肥可以在不使用化学药物控制的情况下减轻植物的土传染病害。堆肥的这种抑制病害的特点已经开始被广泛地认识和认可2。

堆肥缺点堆肥的缺点包括费时、臭气污染、易受天气影响、市场销售、原料分散等方面1。

1.费时和成本高

像其他工程一样，堆肥也需要设备、人力和管理。如果有现成机械和设备的话，堆肥的最初投入会非常低。这种方式对原料相对小的农场很合适，但是大部分中型、大型的堆肥厂已经发现仅利用现有设备会需要太多的人力，因此应购买专门的堆肥设备。堆肥设备中少的价格需要10万左右，好一些的则需要100万以上。

2.占用土地

堆肥场地、原料贮存以及堆肥成品的贮存都需要占用相当多的土地，有时甚至是建筑用地。

3.臭气污染

说堆肥没有臭气是失实的。尽管堆肥过程的最终产品是没有臭气的，但是用来堆制堆肥的有些原料确实会产生臭气。知道他们被堆制前，这些活性的原材料，如粪便、污泥以及食品垃圾都能产生臭气，特别是它们被放置一段时间后。如果处理不当，也可能在堆制过程中产生臭气。

4.易受天气影响

寒冷的天气会降低堆肥物料的温度，也使得堆肥过程变慢。它还可能导致其他的问题，如原料设备冻结。雨和雪的潜在影响更加严重，大的降雨量会增加堆肥混合物的水分，因此延长了堆肥的时间。

5.流失氮素的可能

堆制过的堆肥常常只含有新鲜粪便不到一半的氮素。一个好的粪便控制系统应该保留住绝大部分的氮素，堆肥实际上就代表了氮素损失的一条潜在途径。但是，除了土壤混合和恰当的贮存，粪便中的氮素会很快释放到大气，最后可能比堆肥中的残留的氮素还要少2。

历史有机堆肥有着悠久的历史，自古以来我国农村地区就普遍将秸秆、落叶、野草、动物粪便及垫圈料等堆积在一起，进行发酵制成肥料。据古书记载，我国公元六世纪就出现了“踏肥”，即厩肥的生产和利用；1591年就出现了“蒸粪法”，即堆肥的积制利用方法；1633年就开始了“酿粪法”，即沤肥的积制利用方法1。

但是，真正对堆肥技术进行科学的探讨则始于20世纪初。根据美国公用事业协会（APWP）报道，最早的堆肥工程工艺起于1925年的印度，英国的霍华德先生发明了印朵儿法。它之所以成功是因为堆体会像预言的一样可以发热，而且不会腐败。该方法的科学性表现在基质有了配方，另外有了操作的步骤描述。

后来为了促进堆肥的好氧发酵，又提出了被盖洛尔法，即将固体废物和人粪肥分层交替堆积，并使翻堆由一二次改为多次翻堆（堆积4-6月）。

1932年荷兰VAM公司建立了欧洲第一个改良印多尔法的规模堆肥工厂其工艺称为范曼奈发（Van Mannen），是将用水调节后，再室外堆积4-8月（厌氧分解），然后破碎、分选。

1933年在丹麦出现了丹诺堆肥工艺，这是一种运用转鼓进行好氧发酵的方法，特点是发酵周期短，一般只需3-4天。

20世纪70年代以后，许多堆肥工艺不断得到完善，一些新的工艺也被开发出来，如1972-1973年间美国农业部马里兰州的农业研究中心开发的通气静态堆工艺，也称贝特斯维勒（BELTSVILIE）工艺。该工艺再美国得到了广泛的应用，1990年有超过76座设备在运行2。

发展前景世界各国普遍采用的堆肥方法有静态和动态堆肥两种，如自然堆肥法、圆柱形分格封闭堆肥法、滚筒堆肥法、竖式多层反应堆肥法以及条形静态通风等堆肥工艺，这些方法都在不断发展和完善1。

国内先后建成了一些机械化程度较高的堆肥厂，如无锡、杭州、武汉、上海等地的机械化堆肥技术包括较完整的前处理、发酵、后处理工艺和设备，其堆肥技术在产品质量、运行操作可控性、环境质量等方面的指标都达到了较高水平。天津市污水处理研究所在纪庄子污水处理厂进行的污泥高温堆肥的试验和研究中，探索出了一套少加甚至不加调节剂、简单而便于操作管理的污泥堆肥工艺，同时提出了工艺流程和技术参数，为生产线的设计与建设提供了技术依据。以堆肥处理前、后消化污泥的提取液为试验液，以草履虫为试验对象所进行的综合毒性研究表明，两者的半致死浓度相差近10倍，说明堆肥对毒性有机物的降解效果是显著的。

1997年北京市环境保护科学研究院总结多年研究成果，吸取国内外各类机械堆肥装置的优点设计、研制了污泥动态发酵器，该装置效率高、能耗低，便于操作管理和设备化。根据所研制的设备，提出以污泥动态发酵器为核心的污泥制复合肥新工艺路线，建成了1条年产5000t复合肥生产的装置。生产线包括污泥动态发酵器、混合搅拌器、圆盘造粒机、烘干机、筛分机等组成，运行以后设备稳定可靠、经济效益明显。该研究提出的污泥动态发酵无害化及污泥制肥工艺，将在北京市高碑店等污水处理厂的污泥处理处置中得到应用，对于解决北京市的污水污泥处置问题，会起到很好的作用。可以说，该项技术的成果转化和推广应用已经有了良好的开端。

调查表明，我国每年畜禽粪便产生量约为19×10t，实际处理率不到10%。城市污水污泥的处理是一个世界性的难题，处置不当易造成环境二次污染。据统计全国共有污水处理厂约600座，根据污水处理过程中产生的污泥约为污水处理量的0.3%——0.5%计算，我国城市污水处理厂排放干污泥约1.4×10t/a，并以10%——20%的速度递增，未来可预测的污泥产量至少在1.0×10以上，污泥的处理处置已成为十分迫切的问题。

另外，从我国农业生产的发展和市场需求看，未来有机肥的发展潜力也十分广阔。随着我国农业产业结构调整和“三绿工程”的实施，优质、高效生态农业种植面积将逐年扩大，绿色食品、有机食品生产基地的扩大必然形成对有机肥的巨大需求。与此同时，国家对改善生态环境的巨大投入必将有效拉动林、草、花卉用肥需求的迅猛增长。

总体上，由于长期忽视对固体废物的管理以及技术装备等的不足，我国的堆肥产业仍处在一个发展初期，堆肥规模、堆肥厂的数量以及堆肥工艺水平基本停留在一个粗放式的简单加工阶段，与发达国2家相比距离甚远，未来各类有机固体废弃物的处理任务将十分庞大，也预示着这一产业有着广阔的发展空间。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学