第4章 污泥堆肥复合菌剂
4.1 堆肥复合菌剂概述
实践证明，在污泥堆肥好氧发酵体系中，发挥作用的不是单一菌种，而是整个微生物群落，并且随着堆肥发酵的进展，其间的微生物群落结构和功能也处在不断发生变化之中。污泥堆肥原辅料的组成十分复杂，需要降解的各种易降解和难降解的有机物种类也十分丰富，依靠单一的菌种根本无法达到堆肥腐熟效果，起作用的微生物群落包含了大量不同种类的细菌、放线菌和真菌等微生物。随着堆肥发酵进程的变化，这些微生物群落中的各种菌属还在发生不断的消长，以适应污泥堆肥发酵过程中的有机物降解之需要。
有研究表明，由于在堆肥发酵过程中，微生物群落各个菌种之间协同作用，相互依存且各菌种对环境条件各不相同，形成的是一种复杂而自然的“综合效应”。在此基础上，微生物群落中的各菌种本着“术业有专攻”的特性，对污泥中不同有机物的降解有一定的针对性。在堆肥发酵进程中的各个环节，针对不同的有机物其降解的难易程度也存在巨大差异，各种菌群的繁衍生长态势此消彼长，彼此“接力”，从而完成污泥堆肥的腐熟化。
在现实生产中，因污泥堆肥的城市污泥来源不同，所用的堆肥辅料因地、因季节各异，堆肥中的有机物组成千差万别，要想取得高效快速的堆肥腐熟效果，就必须有针对性地筛选、制备、生产一些复合菌剂以适应堆肥生产的需要。需强调的是，在自然界中的堆肥发酵微生物菌群是个复杂庞大的整体，大部分菌群都是无法通过实验室的培养基进行分离培养的，常规的培养基分离培养往往只能得到很小一部分微生物信息。所以，在污泥堆肥接种微生物菌剂的研究中，人们都直接从堆肥物料中筛选混合菌。这是因为堆肥中存在着大量难以用传统方法培养的微生物，它们可能是厌氧菌，或营养条件苛刻，或菌种本身为未培养微生物，但是这些菌种有可能在堆肥过程中发挥重要作用，尤其对于一些难降解有机物的分解是必不可少的。直接从堆肥物料中筛选菌群因用到有一定针对性的筛选培养基，所得到的混合菌剂虽说仍是“混沌状态”，也往往具有一定的特定功能，而不是整个堆肥体系中微生物群落的简单复制。
事实上，污泥堆肥发酵的实质决定了单一的细菌、真菌、放线菌群体，无论其活性多高，在加快堆肥化进程、实现堆肥产品无害化、防止出现二次污染方面的作用都比不上多种微生物群体的共同作用。因此，目前这方面研究的发展趋势是根据微生物之间的协同关系，有目的地组合功能微生物和伴生菌，构建分解效率高、优势性强和效果稳定的微生物组合。这些人工微生物组合的复合菌剂或因污泥来源不同，或因辅料成分不一，而有明显针对性的高效降解率。人们要想实现全国各地城市污泥的无害化、减量化、稳定化、资源化处置的高效快捷，研究并使用这种“有的放矢”的人工制备微生物复合菌剂是非常必要的。
目前应用的主要三种接种剂是：①微生物培养剂；②商业添加剂；③有效的自然材料。一些从污泥堆肥中分离出来的高温菌、中温菌、放线菌和真菌常作为微生物培养剂，加速细胞壁和木质素、纤维素的降解，促进腐殖化过程，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进污泥堆肥过程中磷的可溶性。商业添加剂有各种生物制剂、矿质营养、维生素、酶等。有效自然材料主要是指粪肥、耕层土壤和菜园土等，其中含有种类丰富的微生物群体。另外污泥堆肥腐熟料的回用，可以改善污泥堆肥初期的环境条件，提供驯化微生物，从而提高微生物活性，也可促进堆肥初期的发酵过程。
污泥堆肥好氧发酵过程中的接种量与接种剂类型、堆肥物料的种类、所含微生物的数量、当地所处的季节等因素有关。南方地区气温高，堆肥物料中本身含有微生物数量就很多，接种少量的微生物促进堆肥腐熟作用不明显；北方气温低的地区，物料中的微生物含量少，接种一定量的微生物能明显缩短发酵时间。初级发酵后，易被分解的有机物大量减少，留下难于分解的纤维素和木质素等。此时微生物的代谢受到营养物质的限制而减弱，这时的限制因子可能并非是微生物的数量，而是污泥中的营养物质。近年来，污泥堆肥添加剂已经有了较大的发展，明显地促进了初期堆肥过程和保持较高的降解速度。
（1）在堆肥过程的初期加入，提高堆肥初期微生物的群体，增强微生物的降解活性，其目的是促进堆肥腐熟，缩短堆置周期。目前，国内外对于污泥堆肥接种剂的研究已经有了很大的进展。常用的酵菌素是一种理想的堆肥接种剂，它是由细菌、真菌和放线菌三类微生物的24种有益菌组成。它们在生理活动和新陈代谢中产生多种酶和活性物质，例如淀粉酶、麦芽糖酶及维生素B类群。因此，分解难溶矿物质、纤维素等无机物和有机物能力增强，从而提高了这些物质的转化率和利用率，在短时间里分解转化成为可供植物利用的有效成分，是快速堆置高质量农家肥的“催化剂”。在秸秆污泥堆肥中由于存在的腐解微生物如酵母菌、芽孢杆菌、放线菌等数量较少，不利于秸秆分解成有机质，延长成肥时间，同时增大肥料中养分的耗损，对作物利用率低。如果把酵素菌剂加入秸秆物料中，增加微生物数量和种类，提高其活性，可加速有机肥的形成，比一般以秸秆粉为辅料的污泥堆肥腐解时间提前11～15d，省工省时。
（2）减少污泥堆肥过程中氮素的损失，提高营养含量。污泥加垃圾的堆肥中，有机物在分解的同时，含氮有机物转化为铵盐，产生氨气并且挥发，从而降低了腐熟料的肥效，而且氨气的挥发产生臭气、污染大气。传统堆肥过程是一个自然微生物参与的生理生化过程，因而能利用添加外源微生物的办法来调控堆肥过程中氮、碳的代谢，通过控制氮素有机物质分解为
-N后的气态挥发损失来控制臭味的产生，并在堆肥腐熟料中保留更多的氮养分。
（3）保持微生物活性，作为土壤的修复剂，也可以清除土壤中原有的有机污染。土壤里有很多种微生物，包括有益菌和有害菌。有益菌和有害菌的数量处在不断变化之中，呈动态平衡状态。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数量，排挤和抑制有害菌的活动，提高有益菌的活动能量，促进土壤改良和培肥地力，供给作物的营养更加丰富。堆肥腐熟料清除土壤中有机污染方法有两种：一种是直接将受污染土壤与堆置原料混合后进行堆肥；另一种方法是在污染土壤中添加已堆制过的堆肥产品进行生物修复。目前，国外用堆制法处理的土壤有机污染物包括石油燃料、煤焦油、杂酚油、农药、炸药等。
当然，只要涉及污泥堆肥接种剂的问题，都会引起争论。高温好氧堆肥是由群落结构演替非常迅速的微生物群体共同作用的动态变化过程。在该过程中每一种微生物群体都在较短时间内适应自身生长繁殖的环境条件，并对某一种有机物质分解起作用。有学者认为，为了加速堆肥反应，缩短堆肥周期，必须接种；但是，大量微生物生理适应范围大，它们已存活在污泥中。也有研究者认为接种剂是无效的，没有使用价值。
笔者认为，污泥堆肥好氧发酵过程中添加复合菌剂很有必要。