Nitrogen transformations during pig manure composting

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ,ｉｎｔｅｎｓｉｖｅａｎｉｍａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈａｓｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｏｆａｎｉｍａｌｓｉｎｓｍａｌｌａｒｅａｓ,ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｗａｓｔｅｗｉｔｈｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｎｅａｒｂｙｌａｎｄｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ .ＩｎＨｏｎｇＫｏｎｇ ,ｔｈｅｐｉｇｉｎｄｕｓｔｒｙｈａｓｓｅｅｎａｓｔｅａｄｙｇｒｏｗｔｈｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ .Ｉｔｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｉｎｄｉｓｃｒｉｍｉｎ…     

堆肥化处理TNT红水污染土壤

DNTS[二硝基甲苯磺酸盐,主要包括2,4-DNT-3-SO₃-(2,4-二硝基甲苯-3-磺酸盐)和2,4-DNT-5-SO₃-(2,4-二硝基甲苯-5-磺酸盐]是TNT (2,4,6-三硝基甲苯)红水污染土壤中主要污染物质,为研究堆肥化对土壤中DNTS的降解效果,采用有机废物堆肥方法,探讨堆肥化对TNT红水污染土壤中DNTS降解的可行性,以及温度、含水率和pH变化对降解效果的影响.结果表明,有机废物堆肥能处理TNT红水污染土壤,在堆肥60 d内,5个堆肥体系(猪粪+木屑、猪粪+麦壳、污泥+木屑、污泥+麦壳和马粪+木屑)对2,4-DNT-3-SO₃-的降解率为65.5%~88.4%,对2,4-DNT-5-SO₃-的降解率为60.9%~100%.在第4天各堆肥体系的高温阶段(29.7~53.6℃),5个堆肥化体系中2,4-DNT-3-SO₃-总量的49.5%~67.3%被降解,说明各堆体的中温-高温阶段对有机物的降解起重要作用.堆体含水率随堆肥时间的延长呈下降趋势,在堆肥第8天,外源补水至体系含水率为50%,猪粪+麦壳体系对2,4-DNT-3-SO₃-的降解率从70.2%增至88.4%,说明适当的外源补水可提高2,4-DNT-3-SO₃-的降解率.5个堆肥体系中pH均呈初期上升、后期下降并趋于稳定的趋势,但在整个堆肥过程中,堆体pH始终保持在7.3~8.3之间.研究显示,5个堆肥体系中猪粪+麦壳体系对DNTS的降解率最高,分别为88.4%和100%.      

张红玉,张玉冬,顾军,李国学,袁京

为了降低厨余垃圾堆肥过程中H₂S和NH₃这2种恶臭物质的排放,通过向堆肥原料中添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑3种调理剂,同时以厨余垃圾单独堆肥作为对照,研究调理剂添加对H₂S和NH₃排放的影响.结果表明,3种调理剂的添加均促进了有机物的降解和堆体的快速升温,与对照相比,使堆肥进入高温期的时间提前了3~4d;从电导率和发芽率指数来看,添加玉米秸秆处理的堆肥产品达到完全腐熟的要求,而添加木本泥炭和木屑处理的堆肥产品只是达到了无害化的要求;3种调理剂的添加均不同程度减少了厨余垃圾堆肥中H₂S和NH₃的排放,与对照相比,添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑使厨余垃圾堆肥中H₂S的累积排放量分别降低了78.7%,50.3%和89.8%,NH₃的累积排放量分别降低了53.8%、87.7%和63.9%,可见木屑更能有效控制H₂S的排放,而木本泥炭更能有效控制NH₃的排放.     

添加辅料对污泥堆肥产品的生物肥效的影响

为探讨添加辅料对好氧共堆肥效果的影响,设置分别添加木屑、蘑菇渣、微生物发酵菌和酸化生物质炭进行好氧共堆肥实验研究。通过正交实验,以堆体最高温度和>50 ℃天数为基准,得出最佳堆肥质量配比为:污泥66.9%、微生物发酵菌0.1%、木屑20%、蘑菇渣8%和生物质炭5%。该条件下,堆肥第4天,堆体最高温度达到69 ℃,温度高于50 ℃的天数为15 d,满足堆肥无害化指标要求;TKN、TP和TK养分含量较高,分别达到3.76,0.65,1.08 g/kg,发芽指数GI随着堆肥时间的延长逐渐增长,GI值最高达到156%;将堆肥产品用于土壤改良,并通过种植海芋发现经过土壤改良后的荒地,海芋的存活率更高。检测堆肥产品和改良土壤样品浸出液中的重金属浓度均低于1 mg/L,说明堆肥产品中重金属在施用中不易进入自然环境中造成二次污染。     

堆肥预处理对麦秸与奶牛废水混合物厌氧产沼气的影响

为深入探讨堆肥预处理对秸秆厌氧发酵产沼气的影响,分别以堆肥0d(T1)、3d(T2)、6d(T3)和9d(T4)的麦秸与奶牛废水混合物(质量比1:2)为原料进行厌氧消化实验.结果表明,堆肥造成麦秸干物质(TS)大量损失,堆肥3,6,9d麦秸TS损失率分别为2.63％、11.46％和20.00％,各处理间差异显著,堆肥后麦秸纤维素结晶程度增强;厌氧发酵后,T1、T2、T3和T4的TS产气量分别为377.50,388.85,354.71353.65mL/g,考虑到堆肥过程中麦秸TS的损失,T2、T3和T4的TS产气量仅为T1的100.30％、83.19％和77.59％;各处理麦秸产气中甲烷含量差异不显著(P=0.3681);堆肥后麦秸产气速率和气峰值均增加,T2、T3累积产气量达到总产气量80％的时间较对照提前了8d和2d,T2产气峰值较对照增加了2.65mL/d,但堆肥9d麦秸产气速率和产气峰值反而降低;厌氧发酵后麦秸TS和挥发性固体损失率均随着堆肥时间的延长而降低.从提高麦秸产沼气量的角度看,堆肥预处理并不合适,但对加快反应器启动,提高麦秸产气速率有一定促进作用,以堆肥3d的效果最好.     

城市污水厂污泥快速好氧堆肥技术研究

以污泥静态堆肥工艺为基础,针对上海曲阳污水处理厂的脱水污泥进行动态好氧堆肥处理工艺研究,重点研究了控制参数和评价参数(温度、含水率、pH、水溶性有机碳和发芽指数等)变化规律.结果表明:污泥堆肥过程中,含水率、物料温度、水溶性有机碳、发芽指数等指标变化规律性强,效果指示性明显,均可选作堆肥腐熟度的表征参数或评价参数.在优化工艺条件下,通过添加适量的木屑和回流物料,控制物料初始含水率在60%±2%时,堆肥处理可以实现顺利升温并在>55℃维持4d,100%杀灭了病原菌;14d反应周期结束时,物料含水率显著降低,水溶性有机质降解50%左右,出料松散且无臭味,堆肥产品腐熟,卫生学指标达到了我国标准和美国EPA污泥产品A类标准.     

人粪便序批式好氧堆肥热平衡分析

利用以锯末为载体的Bio—LuxS15型生态卫生设备,进行人粪便连续堆肥试验。在90天的试验周期内,每天定时定量投加1kg粪便,分析了系统的输入热量与输出热量组成和热量平衡。试验结果表明,水蒸发速率随着反应时间而增加,其值在1．1kg／d～5．1kg／d的范围内。反应器温度维持在50℃～60℃时下,输入热量的77．2％-99．5％主要用来进行水分的蒸发,在保证堆肥反应器中含水率维持在50％-60％的前提下,减少多余水分可有效减少热量消耗。整个过程无臭无味,通过外加热源,可以保证高含水率粪便堆肥化顺利的进行。     

粪便堆肥反应器载体性质变化及其对微生物影响

使用锯末作为堆肥反应器的微生物载体,研究了锯末载体性质的变化特性及其对微生物的影响。在历时90d的反应试验中,每日定时定量投加粪便,均匀混合,控制含水率和反应温度,对载体的总固体(TS)、灰分(Ash)、容重、孔隙度、木质素、纤维素以及好氧细菌和兼性细菌的数量进行了分析。实验结果表明,在每日定量投加1kg粪便(4~5人/d排泄量)的条件下,TS和Ash分别由最初的0.393g/g和0.024g/g增加到0.586g/g和0.138g/g。TS和Ash的增加导致载体容重的增加,容重由最初的0.052g/cm3增加到0.137g/cm3。相反,孔隙度由92.24%降低到89.42%。反应前后,载体的主要成分纤维素、半纤维素和木质素的含量分别下降了9.5%、3.2%和0.86%。好氧细菌总数由109cfu/g下降至107cfu/g,而兼性菌数量由105cfu/g增加到108cfu/g。由此可知,孔隙度是保障载体通气性和微生物良好生长环境的重要条件,由于载体通气性能下降,好氧微生物生长条件不断恶化,这是反应器工作周期受到限制的主要原因。     

蓝藻好氧堆肥及其氮素损失控制的研究

选取锯木屑和药渣作为调理剂并分别添加酸化沸石、过磷酸钙和氢氧化镁与磷酸的混合液作为氮素固定剂或损失抑制剂,研究了蓝藻堆肥的效果.结果表明,V(蓝藻)∶V(锯木屑)∶V(药渣)=1∶1∶1时极易发酵.添加氮素固定剂在堆肥前期能促进发酵,特别是添加过磷酸钙的处理最高温度达66.8℃.固定剂的添加能促进物料的降解,尤其添加过磷酸钙的促进作用比较明显;各氮素固定剂在蓝藻堆肥过程中都起到了抑制氮素损失的作用,其中过磷酸钙和Mg(OH)2与H3PO4混合液对氮素的固定率达50%以上,且对氨氮的固定效果较好.堆肥结束后,添加过磷酸钙和Mg(OH)2与H3PO4混合液的两处理氨氮比堆肥起初分别增加23.52%和28.06%,P素分别增加了67.56%和36%.随着堆肥的进行,各处理堆肥物料中N、P、K含量均明显升高,C/N比显著下降,发芽指数增加到75%以上,而且添加氮素固定剂的处理效果更为明显.可见采用高温堆肥和氮素固定技术可有效实现蓝藻的资源化利用.     

深度脱水污泥好氧堆肥中多环芳烃的含量与风险削减研究

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是影响污泥安全资源化的重要因素.以无机药剂调理的深度脱水污泥有利于污泥的好氧堆肥处置,但对于该处置过程中深度脱水污泥PAHs的降解和风险削减尚缺乏认识.主要以复合铝镁盐调理的深度脱水污泥为对象,分析不同好氧堆肥条件下污泥中PAHs的含量、来源和风险,以明确好氧堆肥工艺过程对风险有机物的削减效果及潜在影响因素.通过气相色谱-质谱仪、特征比值法和风险熵法分析污泥中美国EPA优先控制的16种PAHs的含量、来源和风险,重点考察了深度脱水污泥在好氧堆肥前后PAHs含量和风险变化.结果表明：(1)16种PAHs在6组污泥中均有检出,其总量范围为777.78～1 878.38 ng/g,组成以中高环芳烃为主,主要来源为石油污染和燃烧的混合源.(2)堆肥28 d后6组污泥中PAHs的去除率分别为37.66%、54.29%、12.38%、15.40%、56.78%和34.25%,表明添加颗粒大的返混料或辅料更有利于PAHs的降解.(3)污泥中的PAHs整体处于中低风险,好氧堆肥后除组1的苯并[a]芘和组2的芴由低风...     

冬季污泥堆肥过程温室气体排放特征

污泥堆肥处理是一种简便高效的污泥稳定化技术,但堆肥过程产生的温室气体也引起了国内外的广泛关注,我国关于污泥堆肥,特别是低温环境下的堆肥温室气体排放特征研究和基础数据还很缺乏.本实验采用城市脱水污泥,考察低温环境条件下不同调理剂混合污泥堆肥过程中温室气体的排放特征.结果表明,低温环境条件下污泥堆肥能够顺利进行,但高温期持续时间相对较短而腐熟期温度降低过快.木屑处理的总氮损失低于秸秆处理,然而温室气体总排放当量却高于秸秆处理,木屑和秸秆处理总的CO2排放当量(以干污泥计)分别为169.45 kg·t~(-1)、133.13 kg·t~(-1).木屑与秸秆CH_4累积排放量(以干污泥计)分别为0.648 kg·t~(-1)、0.689 kg·t~(-1),N_2O累积排放量(以干污泥计)分别为0.486 kg·t~(-1)、0.365 kg·t~(-1).CH_4的排放75%以上集中在堆肥前2周,而N_2O则90%以上出现在后腐熟期.整体而言,冬季堆肥高温期持续时间相对较短而腐熟期温度低,出现CH_4排放量相对较低而N_2O较高的现象,CH_4排放量均低于IPCC推荐值,N_2O则均高于IPCC推荐值.因此针对低温环境堆肥工艺,温室气体的减排应重点关注堆肥后期N_2O排放的降低策略.     

基于光谱学技术对生物沥浸污泥与不同辅料堆肥过程中富里酸的研究

以生物沥浸污泥与不同农林废弃物混合堆肥为研究对象,采用紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)技术分析了堆肥过程中富里酸结构、组成和含量变化。基础理化性质表明：4个处理组(T1:污泥+甘蔗渣,T2:污染+秸秆,T3:污染+米糠,T4:污染+木屑)均达到堆肥成熟标准;UV-vis和紫外参数SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀的变化表明4个堆肥处理组中的腐熟度和富里酸的芳香碳含量均增加,其中T2处理组的腐熟度优于其他处理组。FTIR分析表明富里酸中多糖类、碳水类和脂肪族物质的含量逐渐降低,合成的腐殖酸类物质含量逐渐增加,T3处理组的腐殖化、芳构化程度要优于其他处理组。3D-EEMs分析表明结构简单、共轭程度低的有机物如辅酶、色素等物质被降解消耗,形成共轭程度高的类腐殖质物质,T2处理组的荧光峰强度最大,表明堆肥腐熟效果更好。富里酸含量变化则表明T3处理组腐熟效果优于其他处理组。结果表明,秸秆和米糠与生物沥浸污泥共同堆肥效果较好。     

鸡粪/木屑强制通风堆肥的研究

在鸡粪与木屑的体积配比为3:2的情况下,采用强制通风堆肥工艺考察了堆肥产品的物理化学特征和生物学特征的变化。研究结果表明,堆肥的第2天就达到高温阶段(≥55℃)并能保持5d以上,局部温度达71℃,大肠杆菌由最初时的2.8×1010CFU/g降到试验结束时的1.8×102CFU/g。堆体温度的变化引起了细菌、真菌和放线菌数量发生变化。堆肥过程中有机质、C/N比、含水率、NH4+-N明显下降,而NO3——N的含量成上升趋势。pH在第1周内升高8.45,随后逐渐降低到7.22。在第43天堆肥产品的水芹种子发芽指数达到了92.2%,堆肥产品已经达到腐熟。     

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.      

重金属在猪粪堆肥过程中的化学变化

运用DTPA浸提、化学分级提取、透析及G-75凝胶色谱分离等方法研究不同堆肥工艺及不同原料对猪粪混合堆肥重金属化学形态的影响及其机理.结果表明,堆肥后,树叶+翻DTPA-Cu、DTPA-Zn、DTPA-Pb浓度占其金属总浓度比例的减少量分别为3.36%、8.63%和4.68%,木糠+通翻分别为3.35%、7.45%和4.36%,均显著大于木糠+翻;树叶+翻有机态Cu的增加量为4.49%,木糠+通翻残渣态Zn的增加量为8.42%,均显著大于木糠+翻;木糠+翻及树叶+翻两处理<8000Da组分Zn增加,>25000Da组分Zn减少,而木糠+通翻的变化正好相反;Cu更易与大分子腐殖质组分结合,而且结合较紧密;Zn更易与小分子腐殖质组分结合,但结合不紧密.总的来说,加入树叶或采用强制通风结合翻堆的通风方式有助于降低猪粪堆肥的重金属活性.     

餐厨垃圾堆肥理化特性变化规律研究

餐厨垃圾主要包括厨余和泔脚,二者的化学组成、物料结构以及初始微生物量均存在差异. 对厨余和泔脚分别与相同质量比的木屑混合堆制的一次好氧堆肥过程进行了比较研究. 结果表明,在相同好氧堆肥条件下,二者的特性变化不同:与厨余堆肥系统相比,泔脚堆肥系统初始水溶性w(C)/w(N)高,堆肥pH较低,高温持续时间长,CO₂释放率高,NH₃挥发少,氮素损失低,堆制后堆肥含氮量升高; 但泔脚一次堆肥所需时间偏长,应采取有效方法加速其堆肥进程. 厨余堆肥系统升温快,堆肥周期短, 但生物可利用碳的短缺造成系统氮素损失量大,可采用在厨余堆肥中添加适当碳源等措施来减少氮素损失.      

微生物发酵菌和生物质炭及蘑菇渣对污泥堆肥效果的影响

为解决污泥的处理处置难题,实现污泥减量化、无害化和资源化,在污泥中添加蘑菇渣、微生物发酵菌和生物质炭等辅料,进行共堆肥试验,设置T1（不添加辅料）、T2（添加30%的园林枯枝）、T3（添加20%的园林枯枝、9.9%的蘑菇渣和0.1%的微生物发酵菌）、T4（添加20%的园林枯枝和10%的生物质炭）,以及T5（添加20%的园林枯枝、4.9%的蘑菇渣、0.1%的微生物发酵菌和5%的酸化生物质炭）5个好氧堆肥处理,考察各处理堆肥过程中温度变化、肥料的理化特性以及GI（发芽指数）.结果显示:①T5处理的效果最好,堆肥至第3天,堆体温度达到70.5℃,并且温度不低于50℃的时间达到19 d. ②T5处理肥料的w（TKN）（TKN为总凯氏氮）、w（TP）和w（TK）均最高,分别达到3.88、0.64和1.10 g/kg,远高于其他4个处理;产品的GI随堆肥时间的延长逐渐增长,达到183%. ③T5处理的NH₃排放最少,氮元素流失最低,能最大程度的转化成固化无机氮;残渣态重金属含量最高,不易浸出到环境中进入生态系统,生物毒性低.研究显示,蘑菇渣、微生物发酵菌和生物质炭能够促进污泥的腐熟,减少二次污染的产生,产品质量较好.      

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%.     

菌渣-发酵床废弃垫料堆肥中温室气体排放及与微生物的关系

堆肥是处理农业废弃物最适宜的技术之一,但堆肥产生的有害和温室气体排放导致环境污染问题.本研究以生猪养殖发酵床废弃垫料及菌渣为原料,利用强制通风静态堆肥技术研究垫料和菌渣不同配比及添加EM菌剂对堆肥过程温室气体排放和微生物区系的影响.结果表明,不同堆肥处理温室气体排放通量以堆肥前20 d较大,堆肥中后期降低;微生物总量和种类在不同堆肥处理间没有发生显著性变化;CO_2和N_2O排放速率与细菌、真菌和甲烷氧化菌间具有显著的正相关关系.整个堆肥期间,以菌渣为主料并添加EM菌剂的堆肥处理温室气体减排效果最佳,相对其他3个处理温室气体减排0.7%~10.2%.由此认为,以菌渣为主料和通过添加EM菌剂的堆肥方式可以作为降低菌渣-发酵床废弃垫料堆肥过程温室气体排放的策略.     

Nitrogen-retaining property of compost in an aerobic thermophilic composting reactor for the sanitary disposal of human feces

Aerobic composting is a method for the sanitary disposal of human feces as is used in bio-toilet systems. As the products of composting can be utilized as a fertilizer, it would be beneficial if the composting conditions could be more precisely controlled for the retention of fecal nitrogen as long as possible in the compost. In this study, batch experiments were conducted using a closed aerobic thermophilic composting reactor with sawdust as the bulk matrix to simulate the condition of a bio-toilet for the sanitary disposal of human feces. Attention was paid to the characteristics of nitrogen transformation. Under the controlled conditions of temperature at 60°C, moisture content at 60%,anda continuous air supply, more than 70% fecal organic removal was obtained, while merely 17% fecal nitrogen loss was observed over a two-week composting period. The nitrogen loss was found to occur mainly in the first 24 h with the rapid depletion of inorganic nitrogen but with an almost unchanged organic nitrogen content. The fecal NH₄-N which was the main component of the inorganic nitrogen ( > 90%) decreased rapidly in the first day, decreased at a slower rate over the following days, and finally disappeared entirely. The depletion of NH₄-N was accompanied by the accumulation of NH₃ gas in the ammonia absorber connected to the reactor. A mass balance between the exhausted NH₃ gas and the fecal NH₄-N content in the first 24 hours indicated that the conversion of ammonium into gaseous ammonia was the main reason for nitrogen loss. Thermophilic composting could be considered as a way to keep a high organic nitrogen content in the compost for better utilization as a fertilizer.