第4章 污泥堆肥復合菌劑

4.1 堆肥復合菌劑概述

實踐證明，在污泥堆肥好氧發(fā)酵體系中，發(fā)揮作用的不是單一菌種，而是整個微生物群落，并且隨著堆肥發(fā)酵的進展，其間的微生物群落結構和功能也處在不斷發(fā)生變化之中。污泥堆肥原輔料的組成十分復雜，需要降解的各種易降解和難降解的有機物種類也十分豐富，依靠單一的菌種根本無法達到堆肥腐熟效果，起作用的微生物群落包含了大量不同種類的細菌、放線菌和真菌等微生物。隨著堆肥發(fā)酵進程的變化，這些微生物群落中的各種菌屬還在發(fā)生不斷的消長，以適應污泥堆肥發(fā)酵過程中的有機物降解之需要。

有研究表明，由于在堆肥發(fā)酵過程中，微生物群落各個菌種之間協(xié)同作用，相互依存且各菌種對環(huán)境條件各不相同，形成的是一種復雜而自然的“綜合效應”。在此基礎上，微生物群落中的各菌種本著“術業(yè)有專攻”的特性，對污泥中不同有機物的降解有一定的針對性。在堆肥發(fā)酵進程中的各個環(huán)節(jié)，針對不同的有機物其降解的難易程度也存在巨大差異，各種菌群的繁衍生長態(tài)勢此消彼長，彼此“接力”，從而完成污泥堆肥的腐熟化。

在現(xiàn)實生產中，因污泥堆肥的城市污泥來源不同，所用的堆肥輔料因地、因季節(jié)各異，堆肥中的有機物組成千差萬別，要想取得高效快速的堆肥腐熟效果，就必須有針對性地篩選、制備、生產一些復合菌劑以適應堆肥生產的需要。需強調的是，在自然界中的堆肥發(fā)酵微生物菌群是個復雜龐大的整體，大部分菌群都是無法通過實驗室的培養(yǎng)基進行分離培養(yǎng)的，常規(guī)的培養(yǎng)基分離培養(yǎng)往往只能得到很小一部分微生物信息。所以，在污泥堆肥接種微生物菌劑的研究中，人們都直接從堆肥物料中篩選混合菌。這是因為堆肥中存在著大量難以用傳統(tǒng)方法培養(yǎng)的微生物，它們可能是厭氧菌，或營養(yǎng)條件苛刻，或菌種本身為未培養(yǎng)微生物，但是這些菌種有可能在堆肥過程中發(fā)揮重要作用，尤其對于一些難降解有機物的分解是必不可少的。直接從堆肥物料中篩選菌群因用到有一定針對性的篩選培養(yǎng)基，所得到的混合菌劑雖說仍是“混沌狀態(tài)”，也往往具有一定的特定功能，而不是整個堆肥體系中微生物群落的簡單復制。

事實上，污泥堆肥發(fā)酵的實質決定了單一的細菌、真菌、放線菌群體，無論其活性多高，在加快堆肥化進程、實現(xiàn)堆肥產品無害化、防止出現(xiàn)二次污染方面的作用都比不上多種微生物群體的共同作用。因此，目前這方面研究的發(fā)展趨勢是根據微生物之間的協(xié)同關系，有目的地組合功能微生物和伴生菌，構建分解效率高、優(yōu)勢性強和效果穩(wěn)定的微生物組合。這些人工微生物組合的復合菌劑或因污泥來源不同，或因輔料成分不一，而有明顯針對性的高效降解率。人們要想實現(xiàn)全國各地城市污泥的無害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化處置的高效快捷，研究并使用這種“有的放矢”的人工制備微生物復合菌劑是非常必要的。

目前應用的主要三種接種劑是：①微生物培養(yǎng)劑；②商業(yè)添加劑；③有效的自然材料。一些從污泥堆肥中分離出來的高溫菌、中溫菌、放線菌和真菌常作為微生物培養(yǎng)劑，加速細胞壁和木質素、纖維素的降解，促進腐殖化過程，避免污泥堆肥早期pH值下降，提高污泥堆肥的氮素含量和促進污泥堆肥過程中磷的可溶性。商業(yè)添加劑有各種生物制劑、礦質營養(yǎng)、維生素、酶等。有效自然材料主要是指糞肥、耕層土壤和菜園土等，其中含有種類豐富的微生物群體。另外污泥堆肥腐熟料的回用，可以改善污泥堆肥初期的環(huán)境條件，提供馴化微生物，從而提高微生物活性，也可促進堆肥初期的發(fā)酵過程。

污泥堆肥好氧發(fā)酵過程中的接種量與接種劑類型、堆肥物料的種類、所含微生物的數(shù)量、當?shù)厮幍募竟?jié)等因素有關。南方地區(qū)氣溫高，堆肥物料中本身含有微生物數(shù)量就很多，接種少量的微生物促進堆肥腐熟作用不明顯；北方氣溫低的地區(qū)，物料中的微生物含量少，接種一定量的微生物能明顯縮短發(fā)酵時間。初級發(fā)酵后，易被分解的有機物大量減少，留下難于分解的纖維素和木質素等。此時微生物的代謝受到營養(yǎng)物質的限制而減弱，這時的限制因子可能并非是微生物的數(shù)量，而是污泥中的營養(yǎng)物質。近年來，污泥堆肥添加劑已經有了較大的發(fā)展，明顯地促進了初期堆肥過程和保持較高的降解速度。

（1）在堆肥過程的初期加入，提高堆肥初期微生物的群體，增強微生物的降解活性，其目的是促進堆肥腐熟，縮短堆置周期。目前，國內外對于污泥堆肥接種劑的研究已經有了很大的進展。常用的酵菌素是一種理想的堆肥接種劑，它是由細菌、真菌和放線菌三類微生物的24種有益菌組成。它們在生理活動和新陳代謝中產生多種酶和活性物質，例如淀粉酶、麥芽糖酶及維生素B類群。因此，分解難溶礦物質、纖維素等無機物和有機物能力增強，從而提高了這些物質的轉化率和利用率，在短時間里分解轉化成為可供植物利用的有效成分，是快速堆置高質量農家肥的“催化劑”。在秸稈污泥堆肥中由于存在的腐解微生物如酵母菌、芽孢桿菌、放線菌等數(shù)量較少，不利于秸稈分解成有機質，延長成肥時間，同時增大肥料中養(yǎng)分的耗損，對作物利用率低。如果把酵素菌劑加入秸稈物料中，增加微生物數(shù)量和種類，提高其活性，可加速有機肥的形成，比一般以秸稈粉為輔料的污泥堆肥腐解時間提前11～15d，省工省時。

（2）減少污泥堆肥過程中氮素的損失，提高營養(yǎng)含量。污泥加垃圾的堆肥中，有機物在分解的同時，含氮有機物轉化為銨鹽，產生氨氣并且揮發(fā)，從而降低了腐熟料的肥效，而且氨氣的揮發(fā)產生臭氣、污染大氣。傳統(tǒng)堆肥過程是一個自然微生物參與的生理生化過程，因而能利用添加外源微生物的辦法來調控堆肥過程中氮、碳的代謝，通過控制氮素有機物質分解為-N后的氣態(tài)揮發(fā)損失來控制臭味的產生，并在堆肥腐熟料中保留更多的氮養(yǎng)分。

（3）保持微生物活性，作為土壤的修復劑，也可以清除土壤中原有的有機污染。土壤里有很多種微生物，包括有益菌和有害菌。有益菌和有害菌的數(shù)量處在不斷變化之中，呈動態(tài)平衡狀態(tài)。如果土壤中施用富含有益微生物的堆肥腐熟料，可大大增加土壤里有益菌的數(shù)量，排擠和抑制有害菌的活動，提高有益菌的活動能量，促進土壤改良和培肥地力，供給作物的營養(yǎng)更加豐富。堆肥腐熟料清除土壤中有機污染方法有兩種：一種是直接將受污染土壤與堆置原料混合后進行堆肥；另一種方法是在污染土壤中添加已堆制過的堆肥產品進行生物修復。目前，國外用堆制法處理的土壤有機污染物包括石油燃料、煤焦油、雜酚油、農藥、炸藥等。

當然，只要涉及污泥堆肥接種劑的問題，都會引起爭論。高溫好氧堆肥是由群落結構演替非常迅速的微生物群體共同作用的動態(tài)變化過程。在該過程中每一種微生物群體都在較短時間內適應自身生長繁殖的環(huán)境條件，并對某一種有機物質分解起作用。有學者認為，為了加速堆肥反應，縮短堆肥周期，必須接種；但是，大量微生物生理適應范圍大，它們已存活在污泥中。也有研究者認為接種劑是無效的，沒有使用價值。

筆者認為，污泥堆肥好氧發(fā)酵過程中添加復合菌劑很有必要。