生物炭对猪粪好氧发酵产生的硫醚的控制研究

好氧发酵作为农业废弃物资源化利用的主要方式,以其投资小,工艺简单等特点得到广泛应用,农业废弃物好氧发酵化处理不仅可以减轻环境压力,还能够节约大量养分资源。然而在好氧发酵过程中会产生微量的、对人体健康和环境有危害作用的、以硫醚类为代表挥发性有机物(VOCs),目前尚无高效率去除好氧发酵中产生的硫醚的控制方法与技术,故该实验以生物炭为吸附材料,在猪粪和秸秆好氧发酵中添加不同比例的生物炭,研究生物炭对猪粪好氧发酵中产生的硫醚的减排作用。研究表明,在以好氧发酵物料干基比100∶25添加生物炭能够有效降低猪粪好氧发酵中各个阶段TVOCs的排放浓度,缩短好氧发酵前期二甲二硫高浓度排放时间,降低好氧发酵前期二甲三硫94.30%的排放浓度,为猪粪好氧发酵中臭气和TVOCs的控制提供了科学依据。     

不同物料堆肥腐熟度评价指标的变化特性

为探讨工厂化好氧堆肥的堆肥周期及腐熟度评价体系,提高工厂堆肥效率,选取上海地区不同来源典型的9种物料,采用工厂化工艺进行堆肥试验,对堆体的温度、含水率、pH、C/N、w(OM)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(DOC)、ρ(DOC)/ρ(DON)及GI(种子发芽指数)腐熟度评价指标变化规律进行研究. 结果表明:堆肥腐熟度受多方面因素影响,T〔(C/N)终点/(C/N)起点)〕与w(OM)、ρ(NH₄+-N)、GI、ρ(DOC)/ρ(DON)之间相关性显著,T、ρ(NH₄+-N)、GI 3个指标能准确有效地判断堆肥腐熟情况,堆肥结束后T在0.50~0.59之间,ρ(NH₄+-N)为301~346 mg/L,GI为81.31%~91.03%. 不同物料堆肥腐熟难易程度不同,通过聚类分析将9种物料分为5类:第1类,厨余、杂草、生活垃圾、园林垃圾;第2类,果蔬、污泥;第3类,秸秆;第4类,鸡粪;第5类,猪粪. 厨余、杂草、生活垃圾、园林垃圾、污泥、秸秆堆肥成分复杂较难腐熟,需要35 d达到腐熟标准;鸡粪及猪粪堆肥结构简单较易腐熟,29 d即可达到腐熟标准. 据此可适当将工厂化堆肥周期缩短为35 d.      

厨余垃圾、猪粪和秸秆联合堆肥的腐熟度评价

以厨余垃圾、猪粪和玉米秸秆作为堆肥原料,采用好氧堆肥的方法,探讨了厨余垃圾和猪粪、秸秆联合堆肥对腐熟度的影响。结果表明:从温度、pH、电导率(EC)、腐植酸光学特性(E4/E6)、固相C/N和发芽率指数(GI)来看,只有厨余垃圾单独堆肥的处理没有达到腐熟的要求,其余3个处理均达到腐熟。所以厨余垃圾、猪粪和秸秆联合堆肥可以更好地实现废弃物的无害化,促进堆肥腐熟。     

资源化利用冲施猪粪水高温堆肥研究

为有效处理采用水泡粪养殖模式的养猪企业粪污处理提供新的途径,评估辅料中添加不同量猪粪水对猪粪高温堆肥的影响,以期建立利用冲施猪粪水无害肥料化高效堆肥工艺.通过工厂堆肥,以蘑菇渣、砻糠和木屑为原料混匀建堆,堆体顶部挖槽,分7次添加不同量的猪粪水,研究添加不同量猪粪水高温堆肥过程中堆体温度、含水量、p H值、EC、C/N、铵态氮含量、硝态氮含量、水溶性有机碳含量、木质素含量、纤维素含量半纤维素含量、发芽指数和养分等理化指标的变化.结果表明,相比每次添加0.5t猪粪水(Z1)和每次添加1t猪粪水(Z2)的处理,每次添加2t猪粪水(Z3)的处理高温期温度最高,降温后熟阶段降温速率也最大;堆肥过程中各处理p H值变化基本一致,均是先降低再升高最后降低趋于稳定;各处理堆体在堆肥过程中,C/N均呈现逐步减小的趋势,并最终保持稳定,根据终点C/N与初始C/N的比值,至堆肥结束时,Z1、Z2处理未腐熟,Z3处理基本腐熟;各处理铵态氮含量逐渐下降,硝态氮含量逐渐增加;堆肥结束时,Z2和Z3处理类酪氨酸类物质和类色氨酸类物质减少至消失,胡敏酸类、富里酸类等物质成为DOM的主体部分,基本腐熟,而Z1处理未腐熟..相比Z1和Z2处理,Z3处理在堆肥过程中木质素、纤维素和半纤维素降解速率更快;堆肥过程中,各处理发芽指数(GI)不断增大,至堆肥结束时,Z1、Z2、Z3处理的发芽指数分别为72%、84%和101%,Z2和Z3处理腐熟,且Z3处理堆肥腐熟所需时间更短(第43d GI为85%).各处理有机质含量均下降,全氮、全磷、全钾含量在堆肥结束时比堆肥初始均有所增加.分次将猪粪水注入蘑菇渣、砻糠和木屑混合物进行高温堆肥可以有效解决规模化养猪厂猪粪水难处理的问题.     

蔬菜废弃物和小麦秸秆对堆肥过程中温室气体排放的影响

以蔬菜废弃物和小麦秸秆为原料,设二者体积比分别为1∶1(V1W1)、1∶2(V1W2)、2∶1(V2W1)3个处理,每个处理添加20%(体积比)的鸡粪并混合均匀,进行为期30 d的好氧发酵试验,以对好氧发酵过程中温室气体的排放特征进行研究.结果表明:在整个腐解过程中,V1W2处理堆体的高温阶段温度(68 ℃)最高且高温持续时间(13 d)最长.在堆肥结束时,与堆肥初期相比,V1W1和V1W2处理的w(TN)分别增加了7.44%、10.92%;3个处理的w(TOC)分别降低了12.44%、12.41%、13.44%;在堆肥的前期(1～15 d)w(NH₄+-N)增加,中后期NH₄+-N向NO₃--N转化.V1W1、V1W2和V2W1处理的CO₂累计排放量分别为13.21、13.04、15.93 g/kg;CH₄的累计排放量分别为215.72、171.83、249.80 mg/kg;N₂O的累计排放量分别为56.13、35.62、98.71 mg/kg.V1W2处理的CO₂累积排放量比V2W1处理显著降低了18.14%;V1W2处理的CH₄累积排放量分别比V1W1和V2W1处理显著降低了20.35%、31.22%;V1W2处理的N₂O累积排放量分别比V1W1和V2W1处理显著降低了36.54%、63.91%.研究显示,从腐解过程中碳氮转化和温室气体的排放考虑,蔬菜废弃物和小麦秸秆的配比为1∶2的处理更有利于堆肥保氮保碳和减少温室气体的排放.      

双氰胺、氢醌与含磷添加剂联合使用对堆肥温室气体排放的影响

为实现堆肥过程N₂O、CH₄和NH₃的同步减排,在双氰胺和氢醌的基础上进一步研究磷石膏和过磷酸钙添加对猪粪堆肥温室气体和NH₃排放的影响.以猪粪和玉米秸秆为堆肥原料,设置3个堆肥处理：只添加双氰胺和氢醌（HD）、添加双氰胺、氢醌和磷石膏（HD+P）和添加双氰胺、氢醌和过磷酸钙（HD+S）,在60L的发酵罐中进行40d的堆肥实验.结果表明：在双氰胺和氢醌的基础上添加磷石膏和过磷酸钙可提高堆肥腐熟度,降低碳（7.58%~11.33%）和氮（25.03%~33.42%）的损失.3种添加剂联用可同步减少15.21%~16.91% NH₃和23.75%~38.30% CH₄排放,主要是由于含磷添加剂较低的pH值和磷酸成分,可以固定铵态氮,减少NH₃排放,同时硫酸离子会抑制产甲烷菌活性进而降低CH₄排放.在双氰胺和氢醌降低N₂O排放基础上,添加含磷添加剂会增加0.14%~20.57% N₂O排放,总温室效应降低7.60%~24.30%,其中双氰胺、氢醌和磷石膏处理总温室气体减排效果最佳.     

翻堆策略对猪粪沼渣好氧发酵特性的影响

为探究翻堆对好氧发酵过程及产品理化性质的影响,明确沼渣好氧发酵的最佳翻堆策略,开展7组不同翻堆时间和频率的猪粪沼渣好氧发酵试验,分别在好氧发酵高温中、后期和降温前、中、后期进行翻堆1次、2次或3次,对好氧发酵过程中的理化性质和腐熟指标进行分析评价。结果表明:翻堆可延长好氧发酵高温期,加快降温期的降温速度。在高温期和降温期进行翻堆2~3次,能够更有效促进可挥发性固体的降解,提高产品腐殖化程度和种子发芽指数。综合好氧发酵过程的无害化和腐熟度指标,最佳翻堆策略是在高温期后期、降温期中期（T2）和高温期中期、降温期前期（T3）进行翻堆2次。此外,经翻堆处理后好氧发酵20 d即可达到腐熟,因此可将发酵周期缩短至20 d。     

浅层淹水条件下不同施肥处理对黑土温室气体排放的影响

以东北黑土区长期耕作土壤为对象,通过室内培养试验研究了浅层淹水条件下不同施肥处理对黑土温室气体排放的影响.结果表明,浅层淹水条件下,与不施肥对照处理相比,单施氮肥处理对土壤CO₂排放没有显著影响,氮肥配施猪粪或者秸秆则显著促进了CO₂的排放,使得CO₂排放速率提高了一个数量级,氮肥配施秸秆处理的CO₂排放量最高.浅层淹水条件下,与不施肥对照处理相比,施用氮肥显著促进了土壤N₂O的排放.而与单施氮肥处理相比,氮肥配施猪粪和秸秆则显著抑制了N₂O的排放,表现为土壤对N₂O的微量吸收,氮肥配施秸秆处理的N₂O吸收量相对较高.浅层淹水条件下施用氮肥抑制了土壤CH₄的排放,而与单施氮肥处理相比,氮肥配施猪粪或者秸秆则促进了土壤CH₄的排放.     

碳氮比对厨余垃圾堆肥腐熟度的影响

以厨余垃圾和玉米秸秆作为堆肥原料,采用好氧堆肥的方法,探讨了不同C/N比对堆肥腐熟度的影响。结果表明:从温度、pH、电导率(EC)、腐植酸光学特性(E4/E6)、固相C/N和发芽率指数(GI)来看,只有C/N为21(T4)的处理没有达到无害化和腐熟的要求,其余3个处理均达到腐熟;建议采用C/N为17的方案,厨余垃圾和秸秆按照湿基质量9∶1的比例进行堆肥;如果秸秆资源比较丰富,可采用C/N为19的方案,此时厨余垃圾和秸秆湿基比例为5.7∶1。     

供氧方式及供氧量对堆肥发酵进程的影响

对于麦秸、牛粪和鸡粪为原料的堆肥系统,通过翻堆和强制通气实现微好氧和好氧处理,测定了各种发酵参数的变化.结果表明,微好氧处理堆体内氧浓度始终小于1.5%,而通气处理堆体的氧浓度始终在4%以上;微好氧处理50℃以上高温期为23d,比通气处理多6d,而通气虽然高温期短但后期温度下降慢;微好氧处理的半纤维素含量从发酵开始时的13.86%下降到堆肥结束时的7.99%,纤维素含量由21.45%下降到16.07%,而通气处理最终半纤维素含量为8.50%,纤维素含量由21.45%下降到18.02%;从各种成分的下降曲线看,微好氧处理为一次下降,而通气处理基本为缓慢的2峰曲线.从硝酸根浓度、温度和C/N综合评价产物的腐熟度,微好氧处理进入腐熟约经35d,而通气处理经45～50d才进入腐熟.富集培养堆肥样品的试验证明0.01～0.05mg/L的微好氧和50～60℃高温是纤维素分解的最适宜条件.     

纳米膜覆盖对畜禽粪便好氧堆肥进程及恶臭气体排放的影响

好氧堆肥是处理畜禽粪便的重要途径,但传统堆肥存在效率低和恶臭气体污染严重等问题.为了加快畜禽粪便堆肥进程,减少恶臭气体排放,探究了覆盖纳米膜对提升畜禽粪便堆肥效率的作用机制.设置槽式好氧堆肥发酵实验,通过堆肥过程中堆体物料的理化性质,酶活性和排放的恶臭气体来评估纳米膜对畜禽粪便堆肥效果的影响.结果表明,覆盖纳米膜能够加快升温,降低堆体物料的pH、有机质（OM）和氨氮（NH₄⁺-N）,提高电导率（EC）,增强脲酶、蛋白酶、纤维素酶、木聚糖酶和过氧化物酶的活性,并且NH₃、H₂S和TVOC的总累积排放量分别减少了58%、100%和61%.相关性分析显示,大多数酶活性易受温度（T）、EC、OM和C/N的影响.在一定范围内,NH₃的排放速率与T呈极显著正相关,与pH呈极显著负相关,TVOC的排放速率与多种理化性质显著相关.覆盖纳米膜能够加快堆体腐熟,减少恶臭气体的排放,是一种无害化、低排放的技术手段,能够有效解决畜禽粪便堆肥发酵带来的污染物排放难题,促进养殖业的绿色可持续发展,为推动生物质废弃物的资源化利用提供技术支撑.     

生物滤池净化城市生活垃圾BMT发酵恶臭气体的研究

针对城市生活垃圾BMT过程中的恶臭气体,以堆肥为填料,在现场进行了生物滤池处理研究,分别测定了臭气的成分、臭气中TVOC浓度变化的规律、滤池的净化效率、填料中有机质、全氮、全碳、全磷和pH等特征,以及填料菌落数的变化. SPME-CC-MS的分析结果表明,恶臭气体中的主要有机污染物包括苯系物、萜烯和烷烃;臭气中TVOC浓度在发酵初期较大,而后逐渐减少,变化范围为68.3×10-6～3.3×10-6(体积分数),滤池净化效率范围为31,5%～84,8%;在4个月的运行过程中,填料中有机质、总氮、总碳、总磷的含量基本上保持在比较稳定的数值,而水溶性总氮增加了53.7%.水溶性总磷减少了19.6%,填料的pH值在初始经历了一个升高阶段后稳定在7.8左右;填料中细菌和霉菌的数量呈上升趋势,而酵母菌和放线菌的数量呈下降趋势,分别为初始填料的3.1、3.4、0.04、0.07倍.     

多元混合物料协同促进厌氧消化产甲烷性能试验研究

为评估农牧废弃物多元物料混合厌氧发酵对产甲烷性能的协同促进作用,研究了中温（37±1）℃和固体质量分数为12%时,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合原料的厌氧消化产甲烷性能,最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程.结果表明：3种物料混合厌氧发酵发生了明显的协同促进作用,协同效应作用值为34.85%~70.39%,贡献效果显著（P<0.05）;当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS混合比例为50：20：30时,甲烷产率、累计甲烷产量和VS降解率达到最大值,分别为286.0mL/g VS、20713mL和65.6%,比单一牛粪、蔬菜废弃物以及玉米秸秆厌氧消化甲烷产量分别提高了32.9%、229.9%和82.0%.修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R²均大于0.99,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS比例为50：20：30时具有最大产甲烷速率17.34mL/（d×g）和较短的迟滞时间2.97d.该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考.     

畜禽粪污生物好氧发酵固氮研究现状及其影响因素研究

好氧发酵是有效实现畜禽粪便处理及资源化利用的有效途径,尽管好氧发酵在处理畜禽粪便过程中有很多优势,但其存在潜在的环境问题.大多数氮素是以氨气的形式挥发损失,还有少量的氧化态氮挥发,或者以硝态氮随水流失,氮的流失一方面降低了好氧发酵成品中的氮含量,也就降低了成品农学价值;另一方面成了臭气的环境污染源.本文阐述了畜禽粪便好氧发酵过程中氮素转化及主要损失途径,在实践经验的基础上,总结分析了影响好氧发酵过程中氮素损失的主要因素(包括物料初始特性、堆体环境参数、工艺条件),提出了有效控制氮素损失的调控措施.     

臭氧在蔬菜废弃物发酵液深度处理中的应用

研究了臭氧直接氧化对蔬菜废弃物好氧发酵液中8项主要污染物指标的影响。臭氧通量浓度设为1.67 mg/L,曝气时间分别选择30,60和120 min,考察了臭氧氧化对蔬菜废弃物发酵液中pH值、粪大肠菌群、COD、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮和总磷的作用效果。结果表明:随着曝气时间的延长,pH值呈不断升高的变化趋势;曝气时间120min,粪大肠菌群被全部去除,COD的去除率为31.7%;臭氧氧化过程中发酵液的各种氮素形态相互转化呈动态变化过程;随着臭氧投加时间的延长,总磷含量会略有上升。     

不同钝化剂对鸡粪堆肥重金属钝化效果及其腐熟度指标的影响

为探究不同钝化剂对畜禽粪便处理效果,以鸡粪和稻草秸秆为原料,采用高温酵素快速堆肥方法,研究添加海泡石(SE)、钙镁磷肥(NP)、生物炭(BI)单一及复配钝化剂海泡石+钙镁磷肥(S+N)、海泡石+生物炭(S+B)、钙镁磷肥+生物炭(N+B)、海泡石+钙镁磷肥+生物炭(SNB)对鸡粪有机肥的理化性质、重金属形态分布及有机质变化的影响.结果表明,添加不同钝化剂堆肥后显著增加鸡粪有机肥pH(P 0. 05),种子发芽率有所增加(80%以上),发芽抑制率相应降低,而电导率(EC)、有机碳全氮含量和碳氮比(C/N)均较堆肥前有所降低,各项指标均达到有机肥腐熟标准.但堆肥后各组间差异为:在pH方面复配处理pH增加较高,在电导率方面单一海泡石和钙镁磷肥处理下EC值降幅较大,而有机碳全氮含量和碳氮比各组差异不明显.虽然由于"浓缩效应"导致鸡粪有机肥重金属总量有所增加,但鸡粪有机肥中重金属可溶态比例下降,残渣态比例均有所增加,添加钝化材料后发现复配钝化剂对重金属钝化效果好于单一钝化剂,其中SNB处理对Ni、Zn、As和Pb钝化效果最好.堆肥处理后,腐殖酸(HS)和胡敏酸(HA)浓度均显著上升(P 0. 05),最高分别增加19. 8%和78. 9%,富里酸(FA)则较初始条件下降低4. 47%～20. 11%.红外光谱分析发现堆肥后多糖小分子类物质均不同程度增加.综上所述,投加钝化剂对鸡粪有机肥重金属钝化有一定的促进作用,从而使堆肥达到无害化效果.     

Characterization of odorous charge and photochemical reactivity of VOC emissions from a full-scale food waste treatment plant in China

Food waste treatment plants (FWTPs) are usually associated with odorous nuisance and health risks, which are partially caused by volatile organic compound (VOC) emissions. This study investigated the VOC emissions from a selected full-scale FWTP in China. The feedstock used in this plant was mainly collected from local restaurants. For a year, the FWTP was closely monitored on specific days in each season. Four major indoor treatment units of the plant, including the storage room, sorting/crushing room, hydrothermal hydrolysis unit, and aerobic fermentation unit, were chosen as the monitoring locations. The highest mean concentration of total VOC emissions was observed in the aerobic fermentation unit at 21,748.2–31,283.3 μg/m³, followed by the hydrothermal hydrolysis unit at 10,798.1–23,144.4 μg/m³. The detected VOC families included biogenic compounds (oxygenated compounds, hydrocarbons, terpenes, and organosulfur compounds) and abiogenic compounds (aromatic hydrocarbons and halocarbons). Oxygenated compounds, particularly alcohols, were the most abundant compounds in all samples. With the use of odor index analysis and principal components analysis, the hydrothermal hydrolysis and aerobic fermentation units were clearly distinguished from the pre-treatment units, as characterized by their higher contributions to odorous nuisance. Methanthiol was the dominant odorant in the hydrothermal hydrolysis unit, whereas aldehyde was the dominant odorant in the aerobic fermentation unit. Terpenes, specifically limonene, had the highest level of propylene equivalent concentration during the monitoring periods. This concentration can contribute to the increase in the atmospheric reactivity and ozone formation potential in the surrounding air.