通风控制方式对动物粪便堆肥过程中氮、磷变化的影响

以动物园内的动物粪便和水杉落叶为原料,分别采用时间-温度联合控制(Ⅰ号堆体)、时间控制(Ⅱ号堆体)的强制通风控制方式进行堆肥试验,考察了2种强制通风控制方式对动物粪便堆肥过程中氮、磷元素变化的影响.研究结果表明,经过51d的堆肥化以后,Ⅰ、Ⅱ号堆体的NH4 -N平均含量分别从0.95 g·kg-1和0.78 g·kg-1下降到0.36 g·kg-1和0.62 g·kg-1,NO3--N平均含量分别从152mg·kg-1和120mg·kg-1增加到351 mg·kg-1和243 mg·kg-1.由于"浓缩效应",堆肥过程中TN、TP、速效磷的含量均有所增加,Ⅰ、Ⅱ号堆体的TN平均含量分别从16.05 g·kg-1和15.71 g·kg-1增加到19.70 g·kg-1和21.41 g·kg-1,TP平均含量分别从8.17 g·kg-1和8.23 g·kg-1增加到9.38 g·kg-1和9.62 g·kg-1,速效磷平均含量分别从1.83 g·kg-1和1.99 g·kg-1增加到2.81 g·kg-1和3.57 g·kg-1.统计分析结果表明,这2种强制通风控制方式对堆肥过程中速效磷含量变化有着显著的影响(p=0.002),但对其它指标(C/N比、NH4 -N、TN、NO3--N、TP)含量变化的影响却不显著(p＞0.05).     

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.     

土霉素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对相关参数的影响

为了探明四环素类抗生素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对鸡粪好氧堆肥过程参数的影响,采用室内好氧堆肥法,以土霉素为四环素类抗生素模式化合物,研究了鸡粪好氧堆肥过程中,不同起始浓度土霉素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对堆体温度、pH、发芽指数等指标的影响.结果表明:①土霉素在鸡粪堆肥初期(0～10 d)降解较快,随后逐渐减缓.在堆肥开始0～10 d内,添加浓度为25 mg·kg-1处理组土霉素降解最快,去除率达67.43%;添加浓度为75 mg·kg-1处理组土霉素降解最慢,去除率仅为45.91%.土霉素在各堆肥处理中的降解均符合一级动力学方程,其相关系数介于0.911 1～0.991 3.②土霉素对鸡粪堆肥过程具有一定的影响.土霉素处理在一定程度上降低了鸡粪堆肥堆体温度升高的速率,缩短了堆肥高温期的时间.③高浓度(100 mg·kg-1)土霉素处理对鸡粪堆肥过程中pH等指标是有影响的,堆肥第42 d时,堆体pH较对照增加4.58%;堆体TN、WSC分别较对照增加12.62%和49.06%;堆体NH4+-N较对照增加35.30%.④土霉素能够在一定程度上降低鸡粪堆肥堆体的腐熟度.当土霉素初始添加浓度低于50 mg·kg-1时,对腐熟度没有太大影响,而当土霉素初始浓度>50mg·kg-1可以显著降低鸡粪堆肥产品的腐熟度,主要表现为NH4+-N/NO3--N>0.5,GI<80%.结果表明,尽管土霉素在鸡粪好氧堆肥中可以快速降解,半衰期仅为1.79～4.88 d,但当鸡粪中土霉素浓度高于50 mg·kg-1即会抑制堆肥过程的顺利进行.     

锌污染对猪粪堆肥过程中氧化还原类酶活性的影响

以猪粪和秸秆为主要试验材料,添加不同浓度重金属Zn,采取发酵罐处理方法,在好氧高温条件下,研究了重金属锌污染对猪粪堆肥过程中多酚氧化酶、脱氢酶活性的影响,以及对堆腐过程堆体温度、堆料pH值、胡敏酸E4/E6值的影响.结果表明:①CK以及低量重金属Zn污染的堆料升温快,高温期持续时间长,达到无害化处理.②Zn含量为600mg·kg-1和900mg·kg-1的堆料E4/E6平均值小,有利于腐殖质的缩合和芳构化.③Zn含量为600mg·kg-1的堆料多酚氧化酶平均活性、脱氢酶平均活性最高,有助于堆料中木质素的降解及其产物的转化、微生物生长繁殖.④Zn含量为300mg·kg-1、600mg·kg-1、900mg·kg-1的堆料对pH有较强的控制能力,其脱氢酶活性均表现出一定的不稳定性,可能是重金属对脱氢酶活性有抑制作用的同时发生"抗性酶活性现象".     

酸性物质对猪粪秸秆堆肥过程中氮素转化的影响

了解不同酸性物质对堆肥过程中氮素转化和NH_3排放的影响,是筛选保氮添加剂的重要环节,对于堆肥中氮素控制具有重要意义.以新鲜猪粪和小麦秸秆为堆肥原料,磷肥、腐烂苹果和食用醋为添加剂,在实验室进行40 d的静态高温堆肥试验,研究堆肥过程中温度、pH、EC、GI、氮素化合物和TOC含量的变化特征.结果表明,CK、P、A和V这4个处理高温期(50℃)均持续了10 d以上,达到高温堆肥化卫生标准.添加磷肥延缓了堆体进入高温期的时间,降低了堆体的pH值,使整个过程的EC值保持较高水平.各处理氮素损失分别为53.1%、36.2%、46.5%和41.5%,主要集中在0~16 d之间,而P和V处理在16~24 d之间仍有20%左右的氮素损失.其中NH_3-N损失占氮素损失的26.0%、11.8%、21.5%和20.2%.添加酸性物质有效降低了堆肥的氮素和NH_3-N损失,其中以添加磷肥效果最好.堆肥结束时,各处理GI均达到80%以上,达到了腐熟的要求.     

高温菌剂的添加时间对污泥堆肥指标影响研究

为研究高温菌剂对堆肥指标的影响,实验采用对照方法,分别设计了不加菌剂(1号)、在堆肥开始时加入常温菌(2号)和高温菌剂(3号)、在堆肥物料升温至45℃左右加入高温菌剂(4号)四种处理方式,探讨发酵过程中堆肥温度、水分、pH值、NH4+-N、总氮和有机质含量变化。结果显示:4号堆体升温是最快的,且4号堆体在各项堆肥指标上均明显优于其他三组。说明后加高温菌剂能够加快堆肥的升温速度,更好地促进有机物的降解,提高堆肥的最高温度,延长堆肥高温期,且能在一定程度上控制高温阶段pH,减少氮素流失,提高污泥堆肥效果。     

土霉素降解菌TJ-1在猪粪无害化处理中的作用

利用普通理化分析结合Biolog微平板技术研究了土霉素高效降解菌Staphylococcus sp.TJ-1在新鲜猪粪无害化处理中的作用.结果表明,土霉素高效降解菌的接种能显著提高猪粪中土霉素的降解效率(p＜0.05),21d堆肥结束时可将土霉素降解率从62.7％提升至82.0％.堆肥结束后,不接种降解菌的普通堆肥工艺和接种降解菌的高效堆肥工艺中NH+4-N含量分别为189.34、42.36 mg·kg-1,NO-3-N含量分别为439.38、238.06 mg·kg-1.Biolog结果显示,土霉素降解菌TJ-1对土霉素中碳源的代谢有利于堆体中氨基酸类及芳香族化合物等氮源的降解,缓解了堆体中有毒有害物质对其他微生物的损伤,保证了微生物群落的多样性和活性,对维护堆体生态系统的稳定性具有良好作用.因此,接种高效降解菌进行堆肥是一种良好的消除抗生素残留的猪粪无害化工艺.     

复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响

秸秆资源化利用对于农业环境保护和可持续农业发展具有重要意义.利用实验室分离获得的15株高效纤维素降解菌,筛选出可有效降解秸秆的复合菌剂JFB-1,研究了复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响.结果表明,接种该复合菌剂能将秸秆堆肥的单个发酵周期缩短1~2 d,堆肥中有机质含量达到403.5~515.1 g·kg-1,C/N比降低至15.30~10.53.盆栽试验发现,施用水稻秸秆堆肥的效果总体好于相应的芦笋秸秆堆肥.与水稻秸秆对照堆肥比较,施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥150 g·kg-1时,土壤中有机质和全氮含量分别提高33.5%和7.3%,土壤脲酶和纤维素酶活性分别提高16.7%和30.8%;与不施肥处理比较,施用秸秆堆肥可改善土壤微生物群落结构,增加微生物多样性指数.当施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥100 g·kg-1时,栽培30 d的普通白菜生物量比水稻秸秆对照堆肥提高46.4%,表明复合菌剂JFB-1在秸秆堆肥中具有很大的应用潜力.     

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.     

磺胺甲噁唑对堆肥过程中酶活性及微生物群落功能多样性的影响

为了探讨磺胺甲噁唑(Sulfamethoxazole,SMZ)对猪粪堆肥过程的影响,以猪粪、小麦秸秆为试验材料,研究了SMZ对好氧高温堆肥过程中温度、脱氢酶活性及微生物群落功能多样性的影响.结果表明,在整个堆腐过程中,SMZ含量为50 mg·kg-1的处理中脱氢酶活性受到不同程度的抑制作用;SMZ含量为95 mg·kg-1时对脱氢酶活性有激活作用.SMZ含量为95 mg·kg-1的处理中AWCD值与未添加SMZ的处理差异不显著,Simpson指数显著高于其他处理,有利于提高微生物的优势度,Shannon多样性指数显著高于未添加SMZ的处理,提高了微生物群落的丰富度和均匀度.SMZ含量为50 mg·kg-1的处理中AWCD值显著低于其他处理,对微生物活性具有一定的抑制作用.SMZ含量为50 mg·kg-1的堆料中微生物对多酚化合物类和多胺类等物质利用率显著低于其他处理,SMZ含量为95 mg·kg-1的堆料中微生物对糖类、多聚物类及多胺类等物质利用率较低.主成分分析表明,堆料中微生物中起分异作用的碳源主要为糖类、羧酸类及AA酸类.     

磺胺甲噁唑对猪粪堆肥过程中堆料性质与酶活性的影响

以猪粪、小麦秸秆为材料,研究了磺胺甲噁唑（SMZ）对高温堆肥过程中理化性质（温度、pH值、E₄/E₆）和酶活性（纤维素酶、磷酸酶、脲酶、多酚氧化酶）的影响.结果表明：SMZ对堆肥理化性质的影响与其浓度有关.高浓度（95 mg·kg^-1）SMZ会对微生物活性产生显著抑制作用,表现出堆肥温度难以达到无害化标准,堆料pH值较低（<9.0）.但高浓度（95 mg·kg^-1）SMZ能激活多酚氧化酶活性,且水提浸液E₄/E₆值较低.在堆肥过程中,SMZ对纤维素酶和脲酶活性呈现出“抑制-激活-抑制”的作用,50 mg·kg^-1的SMZ对纤维素酶产生不同程度的激活作用.相比之下,脲酶活性对SMZ的敏感性比纤维素酶更敏感,5 mg·kg^-1的SMZ即能显著抑制脲酶活性,中浓度（50 mg·kg^-1）的SMZ对碱性磷酸酶活性产生了显著的抑制作用.综上,SMZ通过影响酶活性而影响堆肥过程的物质转化.此外,SMZ浓度越大,种子发芽指数越低.当SMZ≥50 mg·kg^-1时,堆肥难以腐熟而对植物毒性较大.     

3种基质材料对高浓度养殖废水处理效果及降解过程

养殖场直排废水负荷高,易造成湿地植物无法生长、处理效率低等问题.为使养殖废水通过前端生态治理技术,出水达到湿地植物耐受范围,探索高效利用作物秸秆,降低污染负荷的可行性,开展野外控制实验,对比分析了三大粮食作物秸秆——麦秸、稻草和玉米秆对猪场废水N、P的吸附去除效率.三级基质池各填充12. 5 kg干秸秆,设定连续式进水,水力停留时间7 d.结果表明,在进水COD、TN、NH_4~+-N、NO_3~--N和TP平均质量浓度分别为1 652. 83、371. 31、303. 51、0. 67和65. 22 mg·L~(-1)时,麦秸对COD、TN和TP的去除效果最好,去除率分别为32. 1%、40. 9%和33. 3%,稻草对NH_4~+-N的去除效果最好,去除率达到43. 4%.经180 d处理后3种基质材料木质素、纤维素和半纤维素均未完全分解.各种基质材料木质素降解速率低于纤维素与半纤维素,且稻草中木质素和纤维素降解最快,麦秆中半纤维素降解最快.结果表明,麦秆和稻草对去除高浓度养殖废水污染物效果均好于玉米秆,并且建议基质材料更换周期为5个月,可为生物基质材料运用于养殖废水处理提供数据支撑.     

低温期浅水湖泊氮的分布及无机氮扩散通量:以白洋淀为例

本文以我国华北地区最大的浅水湖泊白洋淀为研究对象,探究其低温期沉积物-水界面无机氮的分布特征,分析沉积物孔隙水中无机氮扩散通量对上覆水水质的影响.结果表明,低温期白洋淀表层水总氮（TN）平均浓度范围为4.83~8.23 mg·L^-1,氨氮（NH₄⁺-N）平均浓度维持在0.21~0.34 mg·L^-1之间,硝氮（NO₃^--N）平均浓度在0.01~2.75 mg·L^-1之间.TN污染较严重,超过地表水Ⅴ类水质标准.表层沉积物TN平均含量在681~4365 mg·kg^-1之间,其中有机氮（TON）为氮素的主要存在形式,占总氮比例61.6%~93.1%.NH₄⁺-N为无机氮（TIN）的主要存在形式,平均含量范围为28.9~116.3 mg·kg^-1,NO₃^--N含量整体较低,平均值范围为5.2~23.7mg·kg^-1.低温期白洋淀0~30 cm沉积物孔隙水中NH₄⁺-N浓度是上覆水中的3~16倍,呈现逐渐累积趋势.沉积物-水界面NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N扩散通量范围分别为-0.55~4.09、-1.44~3.67和-0.88~0.04 mg·（m²·d）^-1,冬季低温期仍具有潜在释放风险.低温期沉积物中积累大量的NH₄⁺-N,可能会在温度升高后影响白洋淀上覆水体水质.因此研究低温期白洋淀沉积物-水界面氮的分布特征和沉积物中无机氮的内源释放风险对于改善白洋淀水质和认识浅水湖泊内源氮污染具有重要意义.     

外源酶对秸秆堆肥进程的影响及腐熟度模糊评价

为探讨外源酶制剂对秸秆堆肥腐熟进程的影响,通过模拟堆肥试验研究了分别添加纤维素酶、蛋白酶,以及纤维素酶与蛋白酶混合添加情况下堆肥各项指标的动态变化规律,并利用模糊综合评价法对堆肥腐熟度进行了评价.结果表明,纤维素酶与蛋白酶配合使用对堆肥中纤维素的降解及氮素释放都有较强的促进效果,与对照处理相比,纤维素含量降低了14.9%,C/N降低了18.4%,发芽指数提高了6.0%;单施外源纤维素酶主要是促进了纤维素类物质降解速率,显著提高了发芽指数;单施外源蛋白酶则显著促进了含氮物质的分解,铵态氮及硝态氮含量提高;通过对E4/E6、NH+4-N、NO-3-N、C/N、发芽指数等指标进行模糊综合评价,得出纤维素酶与蛋白酶的配合使用对于促进堆肥腐熟效果最佳,其次是纤维素酶堆肥和蛋白酶堆肥,常规堆肥腐熟程度最低.可见,纤维素酶与蛋白酶配合使用对堆肥腐熟有更好的促进效果,可以推测外源纤维素酶和蛋白酶对于促进堆肥腐熟具有协同作用.     

梁子湖沉积物营养盐的空间分布特征及其污染评价

采集梁子湖柱状沉积物,分析其硝氮、亚硝氮、氨氮、总氮和总磷的空间分布特征,并评价其污染程度.结果表明:梁子湖表层沉积物(0~5 cm)总氮、总磷、氨氮、硝氮、亚硝氮的含量范围依次为598~1372 mg·kg~(-1)、323~804 mg·kg~(-1)、60.7~142 mg·kg~(-1)、4.16~31.6 mg·kg~(-1)和0.001~2.29 mg·kg~(-1).湖心区营养盐含量较低,湖区西部营养盐含量高于湖区东南部.人类活动和污染物输入强度对梁子湖表层沉积物营养盐的空间分布特征有较大影响.沉积物硝氮、亚硝氮含量从深层到浅层递增,在2~3 cm处达到峰值,这表明梁子湖流域在该沉积时期的营养物污染较为严重.沉积物5~10 cm深度的氨氮含量为各深度中的最高值,但因水生生物对氨氮的优先吸收作用,其含量均在150 mg·kg~(-1)以下.同一区域的沉积物总氮、总磷含量的垂向变化特征相似,来自地壳释放的磷使得总磷含量的垂向波动幅度远大于总氮,这揭示了梁子湖沉积物中氮、磷的富集很可能来自同源污染物.该流域发达的水产养殖业是导致沉积物中氮、磷富集的原因之一.表层沉积物总氮和总磷的标准指数变化范围分别为1.09~2.49和0.54~1.34,梁子湖环境质量受到氮素的影响更为严重.湖区表层沉积物总氮、总磷的含量范围分别为598~1372 mg·kg~(-1)和323~804 mg·kg~(-1),均已超出我国东部浅水湖泊沉积物的营养物阈值参考范围,对湖泊生态系统构成了一定的威胁,需要格外关注.     

污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体与氨气排放特征

目前我国污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体(N2O、CH4)与氨气(NH3)排放数据极其缺乏,难以满足温室气体减排和氮素保存的需求.本研究通过原位观测,首次开展污泥堆肥及其土地利用全过程温室气体和氨气排放特征的研究.结果表明,基于机械翻堆条垛(turning windrow,TW)工艺的全过程温室气体排放因子(eCO2/干污泥,196.21 kg·t-1)是基于强制通风+机械翻堆条垛(aerated turning pile,ATP)工艺的1.61倍.N2O主要来自土地利用过程,CH4主要来自堆肥过程.ATP工艺的温室气体排放当量(eCO2/干污泥,12.47 kg·t-1)远低于TW工艺(eCO2/干污泥,86.84 kg·t-1).TW工艺的氨气排放因子(NH3/干污泥,6.86 kg·t-1)略高于ATP工艺(NH3/干污泥,6.63 kg·t-1).NH3是全过程最主要的N素损失形式,其中TW和ATP堆肥工艺因NH3排放造成的氮素损失相当,均约占堆料TN损失量的30%.而N2O和CH4带来的N、C元素的损失可以忽略不计.这些结果表明ATP是一种环境友好的污泥堆肥工艺.     

污泥富磷堆肥前后重金属赋存形态及释放能力变化

市政污泥富含有机质和N、P等营养元素,经堆肥稳定化处理后可成为矿山废弃地复垦的良好基质,但市政污泥中含有的重金属成为限制其土地利用的主要瓶颈.以磷尾矿为辅料进行污泥堆肥处理,既可利用其中磷酸盐固定市政污泥中的重金属,又可实现磷尾矿和市政污泥的协同资源化利用.以磷尾矿渣为辅料,采用高温好氧堆肥工艺,研究污泥堆肥前后重金属As、Cr、Cu、Ni、Pb、Cd和Zn的赋存形态以及不同pH条件下的重金属浸出特性,探讨污泥富磷堆肥处理对堆肥中重金属迁移转化的影响.结果表明,污泥添加磷尾矿渣经过堆肥处理,促进了重金属由不稳定形态向稳定形态转化,降低了重金属在土壤自然pH范围(6~8)内及强碱性条件下的潜在释放风险,有利于污泥的土地利用.