當前國內(nèi)外主要的污泥處理技術包括填埋、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域的主流技術之一.

污泥堆肥過程中氮素損失嚴重是在實際應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及微生物群落結構的影響，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)量配比進行設計實驗，研究其堆體的理化性質(zhì)以及有關酶活性的變化，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)的轉化是有利的.