固体废弃物堆肥过程中氮素转化及损失控制策略研究

好氧堆肥是一种有效处理城市固体废弃物的方法,不但操作简便,且能将废弃物转化为有机肥。而氮素作为重要的营养元素,其转化与损失是衡量堆肥效率的重要标准。在堆肥过程中,堆体中的氮素以有机氮、铵态氮、硝态氮等形态存在并相互转化,在转化过程中不可避免会产生氨气,而氨气的挥发是固体废弃物堆肥过程中氮素损失的主要途径。结合国内外专家学者的研究对污泥及餐厨垃圾好氧堆肥过程中氮素的转化过程、损失因素、损失机理及控制其损失的措施进行总结,并对城市固体废弃物好氧堆肥过程进行展望,以期为该领域的研究提供科学参考。     

厨余好氧堆肥中的氮素转化与氮素损失研究

试验采用静态好氧工艺对厨余垃圾进行了堆肥化处理,实验结果反映了厨余堆肥各形态氮的转化规律及其氮损失的数量和氨挥发的阶段。堆制期间,厨余堆肥全氮、有机氮的含量呈显著下降趋势,铵氮含量呈上升趋势,硝氮含量变化不大;堆肥结束后,厨余堆肥水溶性氮组分大量提高,堆肥有机氮90%以上以水溶态形式存在,水溶性总氮达到了堆肥全氮的81%;一次发酵前后,厨余堆肥全氮含量下降了26.3%,总氮损失率达50.0%。氨挥发是厨余堆肥氮损失的重要途径,氨挥发主要集中在堆肥高温阶段的中后期。     

底物含氮量对厨余堆肥氮素转化及其损失的影响研究

采用静态好氧工艺研究了含氮量分别为32.4 g·kg-1、45.3 g·kg-1和58.2g·kg-1的厨余垃圾(N0、N1、N2)与木屑混合堆制时,堆肥过程中不同形态氮的转化及其氮损失规律.结果表明,堆肥中堆体全氮含量呈先升后降趋势,部分有机氮转化为铵氮导致堆体pH升高,在通风和高温的联合作用下,NH3挥发出堆体造成一定的氮损失.随着底物含氮量的增加,NH3挥发速率和氮损失率均呈上升趋势.堆肥结束时N0、N1、N2的堆体全氮含量分别下降了16.4%、26.3%和21.7%,NH3累计挥发量分别为7.0 g·kg-1、9.8 g·kg-1和29.4 g·kg-1,堆肥氮损失率分别为35.0%、49.9%和53.0%.NH3挥发主要集中在高温阶段的中后期,是厨余堆肥氮损失的主要原因.     

复合铜盐对有机废弃物高温好氧堆肥的保氮效果

高温好氧堆肥是资源化利用有机废弃物的途径之一,但堆肥过程中氮素损失严重.本文以复合铜盐CCS为保氮剂,粪便混合物为堆肥原料,通过单因素和正交实验,研究了C/N比(20、30、35)、含水率w(50%、55%、60%)、CCS添加量m(1.2%、1.4%、1.6%)等因素对高温好氧堆肥中氮素的影响,初步探讨了氮素固定的机理.实验结果表明,最佳氮素固定条件为:C/N=20、w=60%、m=1.4%,在此条件下,总氮损失减少率(L)高达62.78%.与其他保氮剂对比发现,复合铜盐具有添加量少、总氮损失减少率较高、成本适中等优点,表明复合铜盐适宜用作堆肥过程中的保氮剂.氮素固定的机理可能是铜离子与铵根离子络合.     

不同四环素浓度对好氧堆肥和蚯蚓堆肥过程影响的对比研究

好氧堆肥及蚯蚓堆肥是对畜禽粪便进行肥料化处置的有效方式,但畜禽粪便中残留的不同浓度四环素对二者堆肥过程的影响是否相同却并不清楚.因此,将不同浓度(5、25、125 mg·kg^-1)的四环素添加到牛粪-秸秆物料中,对比了好氧堆肥与蚯蚓堆肥堆制过程中堆体腐熟度指标的变化、堆肥产品养分含量的区别以及堆肥产品中四环素去除效率的差异,以期为不同浓度四环素的畜禽粪便肥料化提供适宜的处置方法 .研究结果显示,高浓度(125 mg·kg^-1)四环素添加延缓了好氧堆肥的升温进程,但与低浓度(5、25 mg·kg^-1)四环素添加处理相比并未显著影响堆体的腐熟度指标、堆肥产品总养分含量及速效养分含量.高浓度(125 mg·kg^-1)四环素添加导致了蚯蚓堆肥中蚯蚓密度和生物量的显著下降,并导致蚯蚓堆肥无法正常启动.在蚯蚓堆肥中,低浓度(5、25 mg·kg^-1)四环素添加处理之间在堆体的腐熟度指标,堆肥产品总养分含量及速效养分含量方面无显著差异.好氧堆肥对畜禽粪便中四环素的去除率可达90%以上,显著高...     

添加钝化剂对猪粪好氧堆肥过程中理化特性的影响

以猪粪和玉米秸秆粉为堆肥原料,通过添加不同用量的重金属钝化剂(粉煤灰、风化煤或膨润土)进行90d的好氧堆肥,研究钝化剂的种类和添加比例对堆肥理化特性的影响.结果表明:所有处理的堆体温度均能迅速升至近70℃,并维持在55℃以上超过一周;随着堆肥时间的延长,各处理堆体含水量逐渐降低,并在90d后达到30%左右,但添加膨润土能减少一次发酵期水分的损失;添加风化煤会导致堆体pH呈现较强的碱性,而添加膨润土会显著提高堆体EC值;随着堆制时间的延长,堆体Cu、Zn全量逐渐增加,但DTPA提取态Cu、Zn所占的比例则逐渐减小;对照处理和添加风化煤的各处理中,雪里蕻种子的发芽率最终均达到90%以上,GI约1.0左右;而在添加膨润土和粉煤灰的各处理中,到90d堆肥结束,发芽率最高仅达80%,仅有2.5%和5.0%添加比例(质量分数,下同)的处理中GI大于0.5,且GI的增加趋势随着膨润土和粉煤灰的添加比例增加而降低.研究表明,钝化剂的添加比例和种类对猪粪好氧堆肥中堆体温度和含水率变化无显著影响;虽然堆肥过程添加重金属钝化对堆肥重金属Cu、Zn有良好的钝化作用,但对堆体的pH和EC影响较为剧烈,对雪里蕻种子的根系生长也有一定的影响.在堆肥中应合理选择钝化剂的种类和添加比例.     

城市生活垃圾好氧堆肥中氨气变化及其影响

堆肥过程中氮素损失比较严重,而氨气挥发是氮损失的主要途径。利用城市生活垃圾进行好氧堆肥,研究其堆肥过程中氨气变化规律及其对堆肥性质的影响。结果表明:在堆肥期间,氨气含量先增加后减小,最后基本稳定在5 mg/kg左右;而全氮含量先降低后增加;硝态氮含量先降低后增加;铵态氮是先快速增加,后缓慢减小至稳定;pH值先下降后升高,最终稳定在中性范围内;w(C)/w(N)先增加后下降;有机质含量显著下降。     

翻堆频率对厨余垃圾堆肥过程中H_2S和NH_3排放的影响

为研究厨余垃圾堆肥过程中翻堆频率对H2S和NH3排放的影响,以大类粗分后的厨余垃圾为研究对象,玉米秸秆为调理剂,设置4组翻堆频率不同的处理(每周2次,2周1次,2周1次和不翻堆)进行对比研究。结果表明:翻堆频率的变化对H2S的排放影响不大,对NH3的排放有显著的影响,翻堆频率过高会增加NH3的累积排放量,翻堆频率过低虽然能降低NH3的累积排放量,但会影响到堆肥产物的腐熟。综合厨余垃圾堆肥的无害化指标、H2S和NH3的排放以及最终堆肥产品的毒性检验,在实验条件下,翻堆频率设为每周1次在堆料腐熟的基础上对H2S和NH3减排效果最好。     

初始环境温度对餐厨垃圾好氧堆肥过程的影响

为了探索不同初始环境温度对餐厨垃圾堆肥过程和堆肥效率的影响,利用3组卧式可控温堆肥反应器进行了小规模模拟试验.通过测定堆料中水溶性碳氮比、pH值、温度和总有机碳下降率来推断反应进行的程度.试验表明,在堆料初始含水率约55%,水溶性C/N约38∶1,粗灰分质量分数为4%的反应条件下,初始环境温度控制在30℃时,堆料高温期持续时间较短,不能满足堆肥无害化要求;初试环境温度控制在40℃时,能最有效地加快堆料分解时间,缩短堆腐时间,并满足堆肥产品无害化要求;初始环境温度超过50℃,将导致堆肥pH值过低不利于好氧堆肥反应的进行.     

通风量对厨余堆肥氮素转化及氮素损失的影响

采用静态好氧工艺对厨余垃圾进行了堆肥化试验。堆肥设三个处理V0、V1、V2,其对应通风量分别为0.015m3(/kg·h)、0.030m3(/kg·h)和0.060m3(/kg·h),实验结果反映了不同通风量条件下,厨余垃圾堆肥的氨挥发及各形态氮的转化规律和其氮损失的数量。堆肥过程中,堆V0、V1、V2的厨余氨氮总释放率分别为6.02g/kg、8.54g/kg和5.74g/kg。堆制后,V0、V1、V2堆体全氮含量分别下降15.1%、17.1%和23.2%;有机氮分别下降46.5%、24.5%和23.0%;堆V0、V1的氨氮浓度分别提高364.8%和52.7%,V2下降25.7%。堆V0、V1、V2的氮损失率分别为33.3%、35.4%和48.9%,氨挥发占氮损失的比例分别为50.6%、58.2%和34.6%,堆V0、V1氮损失的途径主要是氨挥发,而堆V2的氮损失大部分来自有机氮物质的直接挥发。从堆肥效率、无害化程度和营养持留来看,厨余堆肥系统的通风比率以0.030m3(/kg·h)为宜,通风量过大会使有机氮的挥发增强,氮损失的比率加大。     

Turnover and loss of nitrogenous compounds during composting of food wastes

Few people have so far explored into the research of the dynamics of various nitrogenous compounds (including water-soluble nitrogen) in composting of food wastes. This study aimed to investigate the solid-phase nitrogen, water-soluble nitrogen, nitrogen loss together with ammonia volatilization in the process of food wastes composting. A laboratory scale static aerobic reactor in the experiment was employed in the composting process of a synthetic food waste, in which sawdust was used as the litter amendment. In the experiment, oxygen was supplied by continuous forced ventilation for 15 days. The results have shown that the concentrations of total nitrogen and organic nitrogen decrease significantly in the composting process, whereas NH₄ ⁺-N concentration increases together with little fluctuation in NO₃ ⁻-N. After composting, the total content of the water-soluble nitrogen compounds in the compost greatly increased, the total nitrogen loss amounted to 50% of the initial nitrogen, mainly attributed to ammonia volatilization. 56.7% of the total ammonia volatilization occurred in the middle and late composting of the thermophilic stage. This suggested that the control at the middle and late composting of thermophilic stage is the key to nitrogen loss in the food waste compost. __________ Translated from Environmental Science and Technology, 2006, 29(12): 54–56, IV–V [译自: 环境科学与技术]     

高温好氧菌群用于接种垃圾堆肥的实验研究

采用混合筛选的方法筛选驯化了高温好氧菌群。进行人工接种堆肥实验。通过对堆肥过程中的温度监测．C／N比分析以及堆肥过程中总菌数的分析．比较了处理组与对照组的堆肥效果。实验结果表明。接种高温好氯菌群可使前发酵堆肥高温时间提前．高温持续时间长。从而加快了堆肥过程中有机质降解。缩短堆肥周期。     

调理剂在鸡粪锯末堆肥中的保氮效果

在自动高温堆肥装置中,进行了4种调理剂对鸡粪锯末高温堆肥中的保氮效果实验,分析了堆肥化不同时期各处理中的堆温、pH值、水溶性氨氮、水溶性有机氮、全氮和有机碳的变化.结果表明,几种调理剂的加人对高温堆肥的堆温、pH值、水溶性氨氮、水溶性有机氮、TN和OC指标都有影响.都可降低堆肥过程氮素的损失;对OC的分解都有一定的促进作用.特别是同时添加草炭和过磷酸钙使堆肥高温期延长了5d,使堆制初期和高温期的pH值分别降低了0.89pH单位和0.44pH单位,使OC的降解率增加了60.7%,且使堆制过程中氮素的损失率下降了65.1%,有明显的保氮效果;而单加草炭或过磷酸钙效果次之;加沸石效果不明显.     

接种白腐真菌堆肥处理含Pb垃圾

选取未污染土壤、家庭厨余、稻草、麸皮加入Pb(NO3)2溶液配成模拟含高浓度Pb垃圾,采用接种白腐菌堆制处理和不接菌堆制处理2种方法分别进行室内模拟堆制.通过监测理化因子(pH、挥发性固体、水溶性有机碳/有机氮、木质素、粗纤维)与生化因子(呼吸量、微生物生物量碳)以及生物毒性分析因子(种子发芽指数、重金属含量)随时间的变化,系统地研究了重金属对垃圾堆肥过程的影响和白腐菌堆肥处理重金属污染垃圾的可行性.结果表明,接种白腐菌处理Pb污染垃圾的堆肥过程能顺利进行,较好地减弱了Pb的迁移性从而降低其生物有效性,降低了堆肥潜在的重金属危害性.此堆肥工艺下,堆肥成品pH为7.9,水溶性C/N达4.01,挥发性固体含量降至36.1%,木质素余量22.4 g,粗纤维余量30.1 g;且堆肥中Pb主要以残留态存在,约为63.38%,水溶交换态Pb含量则降至0%,种子发芽指数高达121%.     

Sewage sludge composting simulation as carbon/nitrogen concentration change

Model in composting play a very promising challenge to many scholars, this article adds on the improving ways for model the compost and composting     

分阶段接菌对中药残渣堆肥腐熟度及微生物多样性的影响

堆肥通常用于处理有机固体废弃物,可通过接种木质纤维素降解功能菌群提高堆肥进程及产品品质.然而,堆肥过程中传统的功能菌群一次性添加方式,不仅造成了堆肥过程中较低的堆肥效率,而且堆肥产品品质也并不稳定.为了探究基于不同接种方法对堆肥过程腐熟度和品质的影响,设置M0（不接菌）、M1（分阶段接菌）及M2（一次性接菌）3个好氧堆肥处理,考察各处理堆肥过程中理化性质变化、木质纤维素降解及微生物群落多样性.结果表明:M1处理下,堆肥至第20天,堆体温度达到51.2℃且拥有最高的嗜热温度（67.8℃）;堆肥至第67天,发芽指数达到83.61%.此外,M1处理下腐殖质增长率、总有机碳降解率、纤维素降解率和木质素降解率均最高,分别为50.20%、53.86%、59.87%和40.61%,远高于其他2个处理.变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析显示,在嗜热期,真菌种群对于木质纤维素生物降解的作用比细菌种群更加突出,并且受到总磷含量、pH、碱解氮含量和碳氮比的显著影响.研究显示,分阶段接菌可以显著提高堆体温度及堆体中木质纤维素降解酶活性,促进堆体腐熟进程及堆肥产品中腐殖质等养分积累.      

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.     

三阶段温度控制堆肥接种法对有机氮变化规律的影响

利用原生生活垃圾,通过三阶段温度控制技术进行堆肥试验,探讨在堆肥过程中有机态氮组分的动态变化规律.结果表明,全氮、酸水解有机态氮、氨基酸态氮均在堆肥的前期呈明显的下降趋势,呈较好的相关性.与CK（对照组）处理相比,在堆肥的后期,三阶段温度控制堆肥酸水解有机态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮及酸解未知态氮含量呈不同程度的上升趋势,增加幅度依次为：10.67%、16.17%、7.17%、22.44%.表明三阶段温度控制技术能减少堆肥中氮素的损失,堆肥产品施入土壤后,可提高土壤的供氮潜力.     

外接菌种对污泥堆肥效能及堆体细菌群落的影响

以污泥、锯末、蘑菇渣为堆肥原料,分阶段添加高温复合菌和白腐真菌,通过测定温度、pH、有机质、水溶性有机碳、含水率、总氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和种子发芽率,比较了外接菌种对堆肥效能的影响.利用高通量测序技术,研究了污泥堆肥过程中细菌群落结构变化及外接菌种对细菌群落的影响.结果表明,外接菌种可以延长堆体高温持续时间,降低氮损失,加快堆体腐熟脱毒.在整个堆肥过程中,细菌群落结构发生了较大的演变,同一堆肥的不同阶段的细菌群落结构相似性较低,同一时期不同堆肥的细菌群落结构相似性较高.外接菌种提高了堆体中细菌群落的丰富度,增加了高温期优势菌的所占比例,但未改变优势菌的种类.典型对应分析(CCA)表明pH对细菌群落结构的影响最大,温度主要与9个菌属呈正相关关系.