不同堆肥工艺处理的城市污水污泥对滨海湿地土壤中养分释放特征和潜力的影响

通过土壤培养实验研究了4种不同堆肥［纯城市污水污泥堆肥、玉米秸秆生物炭（CSB）改良堆肥、益生菌菌剂（EM）改良堆肥和CSB+EM改良堆肥］在土壤中的碳、氮、磷和钾等养分释放特性及其对土壤溶解有机质（DOM）光谱特征、微生物群落的影响.结果表明,堆肥添加可显著降低土壤的pH,提高土壤的电导率,同时提高土壤中植物可利用养分［如可溶性有机碳（DOC）、NH₄⁺-N、NO₃^--N、速效磷（AP）和速效钾（AK）］含量;比较不同堆肥发现CSB+EM改良堆肥（CSB+EM-C）具备更高的养分释放潜力,且同时显著提高土壤DOM的腐殖化程度;高通量测序结果发现堆肥添加可以增加优势菌门水平上的相对丰度（如变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门）,但不同堆肥之间有所差异,其中CSB+EM-C的提高潜力最大.综合上述结果证实CSB+EM的堆肥工艺具有最佳的堆肥养分供应和改善土壤质量的潜力.该研究能够为建立有效的城市污水污泥资源化利用和滨海湿地退化土壤改良综合技术策略提供科学的理论依据.     

对比研究槽式堆肥处理不同畜禽粪便对植物毒性的影响

为揭示槽式堆肥过程中不同畜禽粪便堆肥理化性质的变化及其对植物毒性的影响,分别开展了以羊、牛、鸡、猪粪便与木屑为堆料、为期44 d的好氧槽式堆肥对比试验,采集了不同堆肥期的堆肥样品,测定了堆肥的pH、电导率（EC）、可溶性有机碳（DOC）、硝氮（NO₃^--N）、氨氮（NH₄⁺-N）、全氮（TN）、碳氮比（C/N）、全磷（TP）、全钾（TK）、铜（Cu）、锌（Zn）含量及水堇的相对生长指数（RGI）和种子发芽指数（GI）,并通过相关分析和线性回归拟合,分析了堆肥过程粪便对水堇种子植物毒性的影响机制.结果表明,槽式堆肥过程中,羊粪的高温期持续时间最长,牛粪其次,猪粪和鸡粪最短;堆肥结束时4种粪便均呈弱碱性.堆肥过程中猪粪和鸡粪的EC降低,其他粪便的EC变化幅度较小,各粪便的DOC、NH₄⁺-N含量降低,NO₃^--N、TP、TK、Cu和Zn含量增加,牛粪和鸡粪的C/N逐渐降低,而猪粪和羊粪的C/N呈先升后降的趋势,羊粪和猪粪的TN含量下降,鸡粪和牛粪的TN含量缓慢上升.堆肥过程中4种粪便对水堇种子的植物毒性均降低,且RGI和GI升幅由高到低为：牛粪 > 羊粪 > 鸡粪 > 猪粪.相关分析表明,堆肥过程中羊粪的TP、Cu、Zn,牛粪的Zn、TK、TP、NO₃^--N,鸡粪的NO₃^--N、TN、Cu,猪粪的NO₃^--N、TP、Zn、TK与RGI呈显著正相关（p<0.01）;而羊粪的Cu、TP、TK,牛粪的Zn、TK、TP,鸡粪的Cu、TN、NO₃^--N、TK,猪粪的TP、Zn、NO₃^--N与GI呈显著正相关（p<0.01）.由此表明,不同粪便堆肥的以上指标促进了植物的根伸长和种子发芽.但堆肥过程中羊粪的NH₄⁺-N、TN、DOC,牛粪的NH₄⁺-N、DOC、C/N、EC,鸡粪的C/N、EC、DOC,猪粪的NH₄⁺-N、DOC、EC与RGI呈显著负相关（p<0.01）;羊粪的NH₄⁺-N、TN、DOC,牛粪的NH₄⁺-N、DOC、C/N,鸡粪EC、DOC、C/N,猪粪的NH₄⁺-N、DOC、EC与GI呈显著负相关（p<0.01）.由此表明,不同粪便的以上指标显著抑制了植物的根伸长和种子发芽.多元回归分析说明,堆肥过程羊粪和牛粪的NH₄⁺-N,鸡粪的NO₃^--N、Cu、C/N和EC,猪粪的NO₃^--N和TK对水堇种子根伸长具有显著的影响,而羊粪的NH₄⁺-N和TK,牛粪的DOC、pH和EC,鸡粪Cu、TN和NO₃^--N,猪粪的TK对水堇种子发芽具有显著的影响.以上对比研究结果可为不同畜禽粪便槽式堆肥处理和土地利用提供重要的理论依据和决策支持.     

施用污泥堆肥及其水溶性有机物对土壤中荧蒽解吸-淋滤的影响

以荧蒽（Fluoranthene）为多环芳烃（PAHs）的代表,通过序批试验及土柱淋洗试验研究了污泥堆肥及污泥堆肥水溶性有机物（DOM）对污染土壤中荧葸解吸和淋滤的影响．施用污泥堆肥实验结果表明,污泥堆肥施入土壤后的短时间内由于带入和产生的DOM而表现出促进土壤中荧蒽的解吸与淋滤,但随着DOM的降解,该作用逐渐消失．污泥堆肥充分腐熟后（腐熟堆肥）因DOM少而稳定的腐殖质等固相有机质含量相对较多,而表现出施用腐熟堆肥后土壤更易对荧葸吸持．单独施用污泥堆肥DOM后的试验,也进一步表明了污泥堆肥DOM的存在确实能促进土壤中荧蒽的迁移,且在相同DOM浓度下,腐熟堆肥DOM对土壤中荧蒽的解吸和淋滤的促进作用明显高于初始堆肥DOM处理,原因在于腐熟堆肥DOM中大分子组分和疏水性组分的含量比初始堆肥的DOM要多．因此,堆肥施用对土壤多环芳烃环境行为或活性的影响是堆肥施人土壤后固相有机质含量及性质和溶解性有机质的含量及性质等综合影响的结果．     

施用污泥堆肥及其水溶性有机物对土壤中荧葸解吸-淋滤的影响

以荧葸(Fluoranthene)为多环芳烃(PAHs)的代表,通过序批试验及土柱淋洗试验研究了污泥堆肥及污泥堆肥水溶性有机物(DOM)对污染土壤中荧葸解吸和淋滤的影响.施用污泥堆肥实验结果表明,污泥堆肥施人土壤后的短时间内由于带人和产生的DOM而表现出促进土壤中荧葸的解吸与淋滤,但随着DOM的降解,该作用逐渐消失.污泥堆肥充分腐熟后(腐熟堆肥)因DOM少而稳定的腐殖质等固相有机质含量相对较多,而表现出施用腐熟堆肥后土壤更易对荧葸吸持.单独施用污泥堆肥DOM后的试验,也进一步表明了污泥堆肥DOM的存在确实能促进土壤中荧葸的迁移,且在相同DOM浓度下,腐熟堆肥DOM对土壤中荧葸的解吸和淋滤的促进作用明显高于初始堆肥DOM处理,原因在于腐熟堆肥DOM中大分子组分和疏水性组分的含量比初始堆肥的DOM要多.因此,堆肥施用对土壤多环芳烃环境行为或活性的影响是堆肥施人土壤后固相有机质含量及性质和溶解性有机质的含量及性质等综合影响的结果.     

生活垃圾堆肥对难溶性磷有效性的影响

生活垃圾在堆肥过程中将产生有机酸类物质,这些酸性物质对难溶性磷具有较强的溶解能力.本研究在生活垃圾堆肥过程中,加入难溶性磷矿粉,系统探讨堆肥对难溶性磷的转化及堆肥产品对磷素有效性的影响.研究表明,速效磷在堆肥中后期达到最大值,并在堆肥的后期相对稳定,堆肥结束后,扣除磷矿粉本身含有的速效磷对堆肥的影响,与不加磷矿粉堆肥相比,P₁、P₂堆肥处理方式速效磷含量增加值分别为0.87 g·kg^-1、0.76 g·kg^-1.电镜观察表明,堆肥结束后,磷矿粉表面棱角消失,呈蜂窝状.堆肥产品培肥后,富磷垃圾肥在作物生育期内,土壤速效磷含量、酸性磷酸酶活性均高于垃圾肥、腐熟鸡粪及化肥.     

生物炭与土壤调理剂对滨海荒芜重盐碱地的改良效应

以土壤改良剂对荒芜重盐碱地生物改良和开发利用为研究目标,在华北低平原区滨海荒芜重盐碱地开展了施用生物炭（B）和调理剂（C）种植先锋作物油葵的大田试验.生物炭用量设2个水平（0和1.25 kg ·m^-2）调理剂施用量设3个水平,分别为0、0.83和1.66 kg ·m^-2,共6个处理.油葵收获后按照每30 cm一层采至90 cm搜集土样.结果表明,施用生物炭提高0~30 cm和60~90 cm土层含盐量,而土壤调理剂则显著降低0~30 cm土壤含盐量.没有发现生物炭或调理剂对土壤pH有显著影响.生物炭处理显著抑制土壤硝化作用,导致0~90 cm土层NO₃^--N含量显著下降,NH₄⁺-N含量提高,对有机质（SOM）含量没有显著影响.施用土壤调理剂提高0~30 cm土壤SOM含量,调理剂施用量为1.66 kg ·m^-2时0~90 cm土层的NO₃^--N含量显著增加.单施生物炭与调理剂或者二者组合均显著增加0~90 cm土壤NH₄⁺-N含量、有效磷（Olsen-P）含量和有效钾（K_ex）含量,但生物炭对这3种养分含量的提升效果更显著,土壤调理剂则在增加0~30 cm土壤有机质和降盐方面更有效.施用高量调理剂促进土壤硝化作用,而施用生物炭恰恰起到硝化抑制剂的作用,因此,将生物炭与土壤调理剂结合施用,是滨海荒芜重盐碱地防止NO₃^--N淋失、减少环境污染、增肥降盐并保障耐盐先锋作物高肥低盐生长环境的有效措施.     

鸟粪石结晶反应在猪粪和玉米秸秆堆肥中的应用

控制堆肥化过程中的氨气排放是减少堆肥氮素损失的关键,应用鸟粪石结晶原理,以氢氧化镁［Mg(OH)₂］和磷酸（H₃PO₄）作为固定剂,按照摩尔比为1∶1,摩尔数为初始氮的15.4%添加到猪粪和玉米秸秆的堆肥物料中,通过26 d的密闭式底部强制通风静态堆肥.结果发现,添加固定剂的堆肥处理B中铵态氮含量显著提高,堆肥结束时,NH⁺₄-N含量为10.7　g·kg^-1,是未添加固定剂的处理A的3倍,全氮含量为36.9　g·kg^-1,比处理A提高10 g·kg^-1.同时,固定剂的添加促进了有机质的分解,堆肥结束时处理B的有机碳降解率比处理A高 2%,发芽率指数表明,处理B的腐熟度（96%）高于处理A（82%）.扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)及X射线能谱(energy dispersive X-ray spectroscopy,EDS)分析证实了堆肥产品中有MgNH₄PO₄·6H₂O的存在.说明通过添加Mg(OH)₂和H₃PO₄,可以改变堆肥的理化性质,促进堆肥的降解和腐熟,并通过鸟粪石结晶反应将堆肥中的铵态氮固定下来,有效提高了堆肥的营养价值.     

电场促进畜禽粪便好氧堆肥中DOM演化的光谱学研究

好氧堆肥是畜禽粪便处置和资源化利用的主要途径.传统好氧堆肥（CAC）技术存在堆体温度低、发酵周期长、腐熟效果差等缺陷.最近研究发现,电场辅助好氧堆肥（EAAC）可快速促进堆肥腐熟,缩短堆肥周期,减少温室气体排放,具有潜在的应用前景.然而,电场促进堆肥过程中水溶性有机物（DOM）演化及腐殖化过程尚未清晰.基于此,本文采用紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和三维荧光光谱（3D-EEM）等多种光谱技术分析了EAAC过程中DOM的演变规律.UV-Vis与3D-EEM分析表明,EAAC过程中,蛋白类物质在3 d内几乎被完全分解,富里酸和腐殖酸类物质在高温期（6~18 d）大量形成.EAAC的腐殖化指数（HI=HA/FA）高于CAC,E₄/E₆低于CAC,说明堆肥过程中DOM芳香化和腐殖化的速度与程度均优于CAC. FTIR分析显示,EAAC过程中DOM的碳水化合物、脂肪类物质逐渐减少,芳香族化合物不断增加,其腐殖化趋势明显比CAC更快.相关性分析显示,P_Ⅴ,n/P_Ⅲ,n与A_240~400、SUVA₂₅₄、E₂₅₃/E₂₂₀等UV-Vis光谱指标呈显著正相关（r>0.8, p<0.05）,可以作为评价EAAC腐熟度的重要指标.上述结果表明,电场辅助好氧堆肥可加速DOM中蛋白类物质分解,加快富里酸和腐殖酸类物质形成,促进DOM结构的芳香化.     

不同填充料污泥好氧堆肥的性质变化及腐熟度

对脱水污泥与4种填充料进行了好氧堆肥试验,温度、含水率、有机质、pH和电导率等参数的监测表明堆肥过程能顺利进行.通过研究化学指标水溶性有机碳、NO^-₃-N、NH⁺₄-N及生物学指标Cress发芽指数CI(Germina-tion Index)随时间的变化规律,发现NH⁺₄-N是影响生物学参数Cress发芽结果的重要因素,其含量变化与GI间具有较好的相关关系.本文提出NH⁺₄-N作为本堆肥工艺的腐熟度评价指标,腐熟堆肥的NH⁺₄-N含量范围为0.5～1.4mg/g,其变化与初始堆料有关.     

不同原料堆肥胡敏酸的荧光特性

从以植物、鸡粪、生活垃圾、污泥、牛粪和杂草为主要原料的6种堆肥产品和草炭中提取胡敏酸类物质,对他们的激发、发射、同步和三维荧光光谱进行了研究. 结果表明:各荧光谱图中,草炭胡敏酸特征荧光峰出现在最大波长处,植物、牛粪和生活垃圾堆肥胡敏酸次之,鸡粪和杂草堆肥胡敏酸紧接其后,污泥堆肥胡敏酸最低,并且含有较强的类蛋白荧光. 各类堆肥的类富里酸荧光峰强度与类胡敏酸荧光峰强度的比值从小到大及腐殖质化程度由高到低均依次为0.708(草炭堆肥),0.893(植物堆肥),0.932(牛粪堆肥),0.940(生活垃圾堆肥),1.155(杂草堆肥),1.206(鸡粪堆肥)和1.521(污泥堆肥). 相对于草炭胡敏酸,堆肥胡敏酸普遍分子结构简单、芳构化程度较低,且具有较强的土壤元素活化能力,并且植物、牛粪和生活垃圾堆肥的胡敏酸在增大土壤环境容量及降低污染土壤中重金属移动性方面效果最佳.      

好氧堆肥中不同吸附料对氨吸附效果及堆肥性质的影响

采用0.18%磷酸氢钾、0.06%磷酸氢钾+15%锯末屑混合物和30%锯末屑3种材料作为氨的吸附剂加入堆肥进行研究.实验结果表明,3种吸附料对氨的挥发都有抑制作用,其中0.18%磷酸氢钾的吸附作用最强,0.06%磷酸氢钾+15%锯末屑混合吸附料的作用次之,30%锯末屑的吸附作用最低.三者TN的损失率分别降低25%、23%和17%.但是,采用0.18%磷酸氢钾会因磷酸氢钾过量对堆肥性质产生负面影响,包括降低堆料中pH值,影响微生物活性,最终影响有机质降解率.相比较而言,采用0.06%磷酸氢钾+15%锯末屑混合吸附料效果很好,对氨吸附量高,促进有机质降解率提高7%.     

木质素降解酶在不同堆肥基质中的吸附传输特性研究

为了深入探究木质素降解酶在不同堆肥基质中的吸附传输特性,通过批量实验对比了土壤、菜叶、稻草和米糠对木质素降解酶的吸附性能,并进行了动力学分析和等温吸附模型拟合,同时通过柱淋洗实验考察了木质素降解酶在4种堆肥基质中的迁移传输特性.结果表明,堆肥基质对木质素降解酶的吸附与基质种类有关,土壤、菜叶、稻草和米糠对木素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)的吸附量分别为1.22、 1.27、 1.13、 1.22 U·g-1和5.09、 4.88、 4.43、 3.95 U·g-1.比较LiP和MnP吸附的动力学模型,准二级动力学方程为表征木质素降解酶吸附的最佳模型,其R2值为0.9732～0.9997, Elovich方程拟合较差,准一级动力学方程拟合最差;Langmuir模型对等温吸附数据进行拟合效果最好,而实验数据不适合用Freundlich方程表征.土壤、菜叶、稻草和米糠对LiP和MnP饱和吸附容量分别为1.23、1.30、1.17、1.14 U·g-1和5.70、 5.19、 4.73、 4.14 U·g-1.LiP和MnP在稻草和米糠基质中传输效果较好,可传输到最深层10 mL处,而在土壤和菜叶基质中则被滞留在浅层.     

不同肥料施用对设施菠菜地NH3挥发和N2O排放的影响

以湖南设施菠菜地为研究对象,采用通气法和静态箱-气相色谱法研究了设施菠菜生长季施用工厂化堆肥(SC)、农民传统堆肥(SS)和单施化肥(FC)对土壤NH_3和N_2O排放的影响.结果表明在同等施氮水平下,与FC相比,SC处理能减少NH_3和N_2O排放量,分别减少52.9%和95.12%(P0.01);SS处理则增加NH_3挥发量24.8%,减少N_2O排放量48.8%.不同处理NH_3损失率分别为SS(10.97%)FC(4.19%)SC(2.74%);N_2O排放系数分别为FC(4.50%)SC(2.21%)SS(0.60%);与FC处理相比,SC处理条件下菠菜产量和作物吸氮量分别降低19.61%和13.20%,差异不显著;SS处理则显著降低27.9%和40.0%(P0.05).在该地区冬季设施菠菜田中,影响NH_3和N_2O排放的主要因素为土壤水分,环境温度不是此研究中影响气体排放的主要因素.因此,畜禽养殖固体废弃物经过不同处理后作为有机肥施入菠菜田,SC处理的菠菜可保证产量的同时,减少NH_3挥发和N_2O排放损失.     

覆盖处理对猪粪秸秆堆肥中氮素转化和堆肥质量的影响

为了探讨覆盖措施对堆肥化中氮素转化与堆肥质量的影响,在自制的强制通风静态堆肥箱中,模拟研究了覆盖腐熟堆肥后,下层猪粪秸秆堆肥及覆盖层中氮素形态和其他腐熟度指标的变化.结果表明:覆盖处理降低了下层堆肥中的含水率、种子发芽指数(GI值)、升温期和高温期的pH值,增大了降温期后的堆肥电导率EC值,而对堆温影响不大.覆盖处理未改变堆制初期下层堆肥中氨气的释放总量,只延缓了氨气的释放时间,但明显增加了降温期后堆肥中硝态氮和有机氮的含量.在堆制期间,覆盖处理的下层堆肥中硝态氮、有机氮、总氮和总磷含量的增幅分别比对照高66.7％、33.8％、32.7％和138.6％;而有机碳降解率、铵态氮和腐殖质含量的降幅则分别比对照低1.1％、8.0％和3.7％.覆盖层中pH值、铵态氮和硝态氮含量的变化说明腐熟堆肥能够吸收下层堆肥释放的氨气并进行硝化作用;覆盖层的腐熟堆肥总体上进行了矿化作用,从而影响了下层堆肥的氮素转化过程及质量.     

城市污泥堆肥中水溶性有机物的理化特性变化

通过透析和XAD-8树脂等方法研究了城市污泥堆肥过程中水溶性有机物(DOM)的理化特性变化.结果表明,随着堆肥的进行,堆肥DOM的浓度和pH值分别降低了58.4%和9.5%;DOM中小分子组分和亲水性组分分别减少了13.1%和9.2%,而大分子组分与疏水性组分有所增加,疏水性组分/亲水性组分由0.89增至1.29;DOM中C、H、N、S含量和C/H、C/N、C/S、C/(N+S)均呈降低趋势.这些变化趋势与堆肥过程中有机物的变化规律一致,因此,堆肥DOM的理化特性能用以表征堆肥的腐熟度.     

莱芜污水处理厂堆肥法处置污泥应用试验

城市污水处理后的污泥含有一定数量的有机物、重金属、寄生虫卵和致病菌等有毒有害物质,如处理不当仍将对周围环境造成二次污染.莱芜污水处理厂对各种污泥处理工艺进行了分析研究,结合当地实际,借鉴国内外污泥处理的经验,对污泥堆肥的可行性进行了试验.试验工作以规模较小的污水处理厂为对象,其基本工艺可以为与其规模相适应的污水处理厂污泥处理提供经验.     

堆肥厂运行管理的模糊数学评价

文章采用模糊数学评价法评价堆肥厂的运行管理状况,既克服了单、少指标评价的片面性,反映了堆肥厂运行状况评价的多因素、多变量和多层次的特点,又体现了堆肥厂运行状况评价的模糊性。     

污泥堆肥农用效应研究

污泥是污水处理厂剩余物,随着社会的发展,污泥处置将成为一个潜在问题。污泥因其含有大量有机质和氮磷钾等营养成分,是非常值得利用的肥源。以西南科技大学污水处理厂污泥为研究对象。开展了污泥堆肥应用效应的研究。采用大田分区试验的方法,研究了西南科技大学污水厂污泥堆肥土地利用中作物的生长状况。结果表明：污泥堆肥用于作物种植,具有非常好的肥效,不仅能提高作物产量。并且在品质各方面均高于对照,使几种作物表现出高于空白对照的生长状况：不同处理施肥量下,作物生长状况为污泥堆肥＋化肥〉污泥堆肥〉化肥〉空白对照。因此,污泥堆肥供肥潜力大,是一种值得合理利用的肥源。     

环境温度对污泥堆肥的影响

堆体温度受各种理化参数的影响,也与环境温度有密切关系。试验表明,地污泥堆起始升温影响不大,５．８℃以上的环境温度污泥堆肥均可以顺利升温,但是达到高温期的污泥肥,因为易降解有机质含量的减少,使其产热量减少;环境温度的剧烈变化会影响马过程的进行,环境温度降低至５℃以下时,本试验堆量的污泥堆肥已难以进行,环境温度在１０以上时,经过通气等的堆肥可以进行。