當(dāng)前國內(nèi)外主要的污泥處理技術(shù)包括填埋、厭氧消化、焚燒與好氧堆肥等，其中好氧堆肥即在特定的環(huán)境條件下微生物菌群分解轉(zhuǎn)化有機物，將污泥腐熟成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，用于改善肥田或土壤，最終達到無害化、減量化與資源化的目的，因此好氧堆肥成為污泥處理領(lǐng)域的主流技術(shù)之一.

污泥堆肥過程中氮素損失嚴重是在實際應(yīng)用中長期未能妥善解決的重要問題，研究表明在整個堆肥過程中，氮的損失最大可以達到60%以上.對于氮素損失，一方面會降低肥效，另一方面會產(chǎn)生臭氣，影響周邊的環(huán)境空氣質(zhì)量，因此對于氮素損失的控制成為制約污泥堆肥的一個瓶頸.國內(nèi)外學(xué)者在堆肥中過程中添加金屬鹽類，或者添加吸附劑，如沸石、浮石等，來控制氮素的損失，但受其經(jīng)濟條件的制約，難以廣泛采用.更多的是采用添加富含碳的物質(zhì)，如添加秸稈、稻草等，以調(diào)理劑形式存在的外加碳源在氮素損失控制中發(fā)揮了作用.

中醫(yī)藥作為我國傳統(tǒng)文化的珍寶，因其藥性溫和、副作用小等優(yōu)點，近些年來其發(fā)展更為迅速;隨著各大中藥制藥企業(yè)的迅速發(fā)展，中藥渣排放量也與日俱增;中藥渣屬于典型的“放錯了地方的資源”，排放的藥渣含水率適宜、性質(zhì)均一、無雜質(zhì)，且含有纖維素、多糖等大量有機成分.中藥渣大部分被視為垃圾而排放掉，不僅僅會造成了資源的極大浪費，更嚴重的是給周圍環(huán)境帶來污染.因此，中藥渣合理的處理處置成為中藥企業(yè)所要面臨的嚴峻問題.

鑒于此，本實驗以中藥渣作為調(diào)理劑與外加碳源，研究了中藥渣與污泥共堆肥的效能，重點探討了不同質(zhì)量配比以及中藥渣不同的投加時間對堆肥過程的影響，分析了堆肥過程中堆體溫度、有機質(zhì)、揮發(fā)氨、蛋白酶活性等理化指標的情況;同時利用紫外-可見光譜(UV-vis)、三維熒光光譜(EEM)、磷脂脂肪酸(PLFA)，探討了中藥渣投加對堆肥過程中DOM及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，以期為解決中藥渣與污泥處理問題提供新思路.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗所需原料為城市污水廠剩余污泥與中藥渣.污泥取自桂林市某污水處理廠脫水后的剩余污泥.中藥渣取自桂林市某醫(yī)院，并進行一定的風(fēng)干，堆肥時將其粉碎.污泥與中藥渣的基本性質(zhì)參數(shù)如表 1所示.從中可知，污泥的有機物含量較低，而中藥渣含有較高的碳源，同時中藥渣的含水率較低.

1.2 實驗裝置與實驗過程

本實驗分為兩個周期進行，每個周期大約進行1個月.按照文獻[5]的方法，第一周期以中藥渣與污泥的不同質(zhì)量配比進行設(shè)計實驗，研究其堆體的理化性質(zhì)以及有關(guān)酶活性的變化，共分為3個堆肥發(fā)酵罐，編號為1、 2、 3號瓶，配比分別是60 g(中藥渣)+300 g(污泥)、 120 g(中藥渣)+240 g(污泥)、 180 g(中藥渣)+180 g(污泥).通過第一周期的實驗得出一個效果較好的質(zhì)量配比，第二周期在中藥渣與污泥質(zhì)量配比相同的前提下，進行不同的中藥渣投加時間的分析，分別編號為4、 5號瓶，4號瓶在實驗開始階段即投加中藥渣，5號瓶在堆肥的第10 d投加中藥渣.在一、二周期均進行對照組實驗，堆體全部為360 g污泥.

實驗用發(fā)酵罐尺寸：外徑為15 cm、高20 cm，7個;實驗用150 mL的裝有20 g ˙L-1硼酸溶液的錐形瓶吸收堆體所揮發(fā)的氨氣，7個;自動恒溫水浴鍋1臺;鼓氣泵1臺.實驗過程：將堆肥發(fā)酵罐置于恒溫水浴鍋中，水浴鍋溫度設(shè)置為30℃[13].每隔2 d測定堆肥發(fā)酵罐里堆體的溫度以及揮發(fā)的氨氣;每隔5 d測定堆體的有機質(zhì)以及蛋白酶.

1.3 分析方法

氨氮采用納氏試劑分光光度法進行分析.蛋白酶采用茚三酮分光光度法進行分析.有機質(zhì)的測定為取1~2 g堆體置于已稱重的坩堝中，60℃下烘干12 h，稱重，先計算其含水率;再將已烘干的堆體置于馬弗爐，在550℃烘2 h，稱重，從而計算其有機質(zhì)含量.采用去離子水提取堆體的DOM，將堆肥樣品自然風(fēng)干后，稱取1 g干物質(zhì)，加入20 mL去離子水，在200 r ˙min-1振蕩24 h，然后3 000 r ˙min-1下離心20 min，上清液過0.45 μm濾膜后，濾液即為堆肥DOM樣品;采用熒光光譜儀(HITACHI，F(xiàn)7000)對其進行三維熒光掃描，繼而計算熒光指數(shù)(FI)與自生源指數(shù)(BIX)，具體計算方法為： FI為Ex=370 nm時，Em波長分別為450和500 nm時的熒光強度比值;BIX為Ex=310 nm時，Em波長分別為380和430 nm時的熒光強度比值;并且利用雙通道紫外可見分光光度計(島津，UV-2550)對DOM進行掃描. PLFA分析參考SHERLOCK系統(tǒng)所提供的操作手冊，堆體樣品預(yù)處理需要經(jīng)過皂化、甲基化以及萃取過程，而后通過SHERLOCK微生物鑒定系統(tǒng)與安捷倫6890高效氣相色譜儀對其特征脂肪酸進行分析鑒定.

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度的變化情況

溫度與堆體中微生物的代謝活動密不可分，可間接地表現(xiàn)微生物對有機質(zhì)的利用程度，亦從一定意義上可表征堆肥效應(yīng)是否達到無害化，因此本實驗對兩個堆肥周期堆體溫度的變化進行了分析，如圖 1所示.

由圖 1第一周期的堆體溫度變化可知，堆肥各組在前10 d溫度呈上升的趨勢，實驗組1、 2、 3號瓶溫度在第10 d達到堆肥過程最高溫度，分別為55、 52、 50℃，對照組則只有43℃，實驗各組的升溫速度明顯比對照組快，同時1號高于2號與3號，表明中藥渣的投加有利于堆肥的進行，但存在一個最佳的配比，由于中藥渣含有的纖維素較多，如投加得過多會造成有機質(zhì)降解速率慢，從而造成堆體溫度上升較慢.堆肥高溫期持續(xù)大概2~4 d左右，以后堆體溫度慢慢下降.堆肥高溫期時間短的原因可能一方面因為實驗在冬天進行，環(huán)境溫度比較低，雖然有水浴但堆體并沒有全部浸沒在水浴鍋中，實驗本體受到一定制約;第二方面是堆體發(fā)酵罐體積較小，可提供的外源物質(zhì)較少，此時罐體內(nèi)有機物的消耗逐漸減少，微生物的分解活動就會慢下來，產(chǎn)熱量就會降低，導(dǎo)致了高溫期比較短[15].根據(jù)第一周期的實驗，確定第二周期中60 g中藥渣+300 g污泥進行共堆肥，而由圖 1可知，第二周期堆體溫度大致趨勢和第一周期一致，在第10 d達到最高溫度，其中4、 5號瓶分別是54℃、 51℃，而對照組為46℃，中藥渣在堆肥的初期投加更為有效.整體而言，投加中藥渣后，有利于堆體溫度的提高，這對于堆肥過程中有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化是有利的.