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。     

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。     

污泥堆肥过程中氮素形态的变化

以污水污泥(SS)为原料,小麦秸秆糠(WSB,粒径小于0.5cm)和小麦秸秆段(WSS,长度约3cm)为调理剂,采用强制通风静态好氧堆肥与自然通风好氧堆肥相结合的堆肥方法进行了为期120d的堆肥化处理,研究了堆肥化过程中各种氮素形态的变化特征.结果表明,在堆肥过程中,2次处理的堆温变化明显呈现出升温期、高温期和降温期3个阶段.在堆肥过程中,处理ss WSB比处理ss WSS的堆体升温快,高温期持续时间长,并且堆体的含水率也高.处理ss WSB和处理ss WSS的pH值分别从初始的8.74和8.06下降为6.69和6.18,TN含量分别从21.16g·kg-1和11.57g·kg-1增加到31.93g·kg-1和28.02g·kg-1,C/N比分别从23.39和22.90下降到15.31和13.75,水溶性总凯氏氮(TKN(w))含量降低幅度分别为70.43%和34.05%,NH -N含量分别从3.43g·kg-1和1.31 g·kgll下降到0.35g·kg-1和0.42g·kg-1并且在2次处理中NH1 ;-N与pH达到最大值的时间相一致.处理SS WSS比处理SS WSB的高温持续时间短,NO-3 -N含量高,含量高,说明控制堆体的高温期持续时间,有利于硝化反应的进行.处理SS WSB和处理SS WSS的种子发芽指数(GI)在堆肥结束时分别为115.8%和97.52%,说明处理SS WSB的腐熟情况明显优于处理SS WSS.统计分析结果表明,添加不同形态的小麦秸秆作为调理剂对污泥堆肥中pH、NO;.N、GI、含水率、TN、水溶性凯氏氮(TKN(W))和NH 4-N含量变化的影响显著(P<0.05);对C/N比变化的影响不显著(P=0.125);2次处理中NH 4-N的含量对pH的影响均显著(P均为0.027).     

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).     

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.      

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.     

通风量对厨余垃圾堆肥腐熟度和氨气排放的影响

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,探讨了不同通风量对堆肥氨气和腐熟度的影响。结果表明:从温度、pH、固相C/N、电导率(EC)和发芽率指数(GI)来看,只有A1处理的堆肥没有达到完全腐熟,其余2个处理均达到腐熟;从氨气的排放来看,通气量越小,NH3排放越少,氮的损失越低;反之,通气量越大,NH3挥发量越高,氮的损失越高。综合考虑堆肥无害化、最终产品的腐熟度、营养元素的保留以及动力成本,厨余垃圾堆肥(以添加质量为15%的玉米秸秆作为调理剂)的适宜通风量为0.2 L/(kg·min)。     

沸石在猪粪堆肥过程中保氮效果研究

通过设置未添加、添加5%、10%和15%沸石4个处理,试验研究了不同沸石添加量对猪粪、米糠堆肥的保氮效果.结果表明:添加沸石可以降低堆体的pH和水溶性NH4+-N含量,减少NH3的挥发损失;与对照处理相比,添加5%、10%、15%沸石处理可将N损失率分别降低12.33%、35.53%、47.32%;但沸石的添加量达到15%时,其堆体保持高温(≥55℃)的时间及平均堆温均较对照处理低,不利于堆肥的顺利进行,而添加5%、10%沸石处理的堆温较为合理.综合以上各项指标,研究认为沸石的适宜添加量为10%左右.     

超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响

以猪粪、砻糠为原料,利用自行设计的超高温预处理装置,开展了为期56d的模拟堆肥试验,比较了超高温预处理好氧堆肥（HPC）和常规高温好氧堆肥（CK）过程中碳、氮素转化及损失.结果表明,CK有机质最大降解度（42.58%）比HPC堆体（49.29%）小,但降解速率常数（0.1d^-1）高于HPC（0.07d^-1）,两种堆肥工艺碳素降解率差异不显著.HPC堆体NH₄⁺-N、TN质量分数平均比CK高143.9%、11.2%,而NO₃^--N质量分数则比CK低58.8%.HPC堆肥后期胡敏酸含量及腐殖质聚合程度分别比CK高45.2%~56.8%、59.1%~65.3%.在预处理阶段以及后续堆肥阶段,HPC、CK有机碳损失率分别为48%、51%,氮损失率分别为18%、27%.说明超高温预处理不仅有利于堆肥过程的保氮,而且促进富里酸向胡敏酸的转化,提高了堆肥产品腐殖化水平.     

调理剂对厨余垃圾堆肥中H_2S和NH_3排放的影响

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.     

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]     

外加可溶性碳、氮对不同热量带土壤氨挥发的影响

在室内条件下采用静态吸收法,研究了外加可溶性碳、氮对不同热量带经长期施肥的3种农田土壤:黑土、潮褐土和红壤氨挥发的影响.结果表明,施用氮肥显著促进了土壤氨挥发,在单施氮肥和可溶性碳配施氮条件下,不同热量带土壤氨挥发量从高到低分别为潮褐土(14.3、 7.37 mg·kg~(-1)),黑土(1.52、 1.11 mg·kg~(-1)),红壤(0.998、 0.402 mg·kg~(-1)).添加可溶性碳显著减少土壤因施氮肥产生的氨挥发量,其中黑土减少27.0%,潮褐土减少48.5%,红壤减少60.0%.在黑土、潮褐土长期不同施肥土壤中,单施氮肥后氨挥发量均表现为无肥土壤 > 化肥土壤 > 化肥+有机肥土壤,与可溶性碳配施氮后氨挥发量变化规律相反;在红壤长期不同施肥土壤中,单施氮肥和可溶性碳配施氮后氨挥发量均表现为无肥土壤 > 化肥土壤 > 化肥+有机肥土壤.研究结果还表明,外加可溶性碳、氮后,潮褐土铵态氮含量的减少幅度和硝态氮含量的增加幅度均显著高于黑土和红壤,说明潮褐土中氮素损失潜能大.     

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.     

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.     

连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺的温室气体和氨气排放特征

我国污泥堆肥过程中温室气体(CH4、N2O)和氨气(NH3)排放的基础数据十分缺乏.本研究以连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺为对象,通过现场试验和观测,考察不同操作参数下堆肥过程中温室气体和氨气的排放特征.结果表明,减小辅料投加比例不利于有机质的转化(试验组和对照组的有机质降幅分别为1.38%、8.85%),较低的C/N比虽小幅增加了氨气的排放量(高于对照组8.68%),却有助于减少总氮损失(试验组16.1%、对照组21.8%),并可减少污泥堆肥过程的温室气体排放(以eCO2/DC计,试验组为1.70 g·kg-1、对照组为2.85 g·kg-1).采用"初期降低,末期升高"的通风方式,尽管增加了污泥堆肥过程中温室气体排放的CO2当量(高于对照组55.1%),却减少了氨气累积排放量(试验组66.86 g·m-2,对照组72.04g·m-2),进而降低了总氮损失(为对照组的51.34%).     

混合堆肥过程中容重的层次效应及动态变化

城市污泥、猪粪混合堆肥表明:升温期和高温期堆体容重分别为0.82g·cm^-3和0.66g·cm^-3,堆体内的氧气仍能满足微生物生长所需;降温期容重为0.58g·cm^-3,通气较充分;腐熟期容重为0.54g·cm^-3,通风充分.升温期和高温期仓门附近堆料的容重具有层次效应,降温期大部分堆料的容重具有层次效应,腐熟期堆体容重的层次效应减弱.升温期堆体中轴线附近、高温期仓内壁附近、降温期整个堆体、腐熟期仓门和中轴线附近,堆体深度对容重具有显著影响.升温期和腐熟期,仓门对容重产生显著影响.各堆肥期堆体的容重随深度的增加而呈增大的趋势,容重与堆肥时间满足二级动力学方程.     

畜禽粪便和桃树枝工业化堆肥过程中微生物群演替及其与环境因子的关系

为了解畜禽粪便和桃树枝工业化堆肥中微生物群落的变化,本研究以猪粪、桃树枝和腐熟有机肥为堆肥原料进行堆肥,通过测定理化指标和利用高通量测序技术,分析了堆肥中理化参数的变化和堆肥微生物群落结构变化.理化参数结果表明,堆体于第2 d快速进入高温期,整个高温期持续30 d;堆肥过程中有机质含量呈波动性变化,但总体下降;堆肥结束时TN含量为20. 58 g·kg~(-1),与堆肥初期相比损失了5. 90%.α多样性分析表明,不同好氧堆肥时期具有不同的微生物群落多样性.在细菌门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)在整个堆肥过程中占主导地位,其相对丰度所占比例分别为79. 31%～95. 09%和2. 98%～19. 70%;此外,在堆肥初期,厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)相对丰度分别为87. 36%和9. 66%,在堆肥末期,两者的相对丰度分别为79. 38%和19. 70%;在细菌属水平上,随着堆肥的进行,优势类群从Clostridium_sensu_stricto_1、Terrisporobacter和Bacillus演变为norank_f_Bacillaceae、Bacillus、Oceanbacillus和Pseudogracilibacillus;在真菌门水平上,Ascomycota始终为优势门类;在真菌属水平上,norank_c_Sordariomycetes的比例逐渐增加,在堆肥末期成为优势类群.冗余分析结果显示,环境因子对细菌和真菌群落结构影响相关性排序均为pH铵态氮温度 TOC TN,其中pH对微生物群落组成影响最大. norank_c_Sordariomycetes、norank_o_Sordariales和norank_c_Agaricomycetes可能与铵态氮的挥发有关.     

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.     

林可霉素菌渣堆肥微生物群落多样性分析

本试验以林可霉素菌渣-猪粪为原料、污泥-猪粪堆肥作对照,研究了林可霉素菌渣堆肥过程中残留林可霉素的降解情况,并基于Illumina Mi Seq高通量测序分析了林可霉素菌渣堆肥过程中微生物菌群的变化.结果表明:通过堆肥处理可以大幅度降解林可霉素菌渣中残留的林可霉素,经过33 d的堆肥处理后,林可霉素的残留量从最初的1 800 mg·kg-1降到483mg·kg-1,降解率高达73%.同时高通量测序结果表明,由于高含量的林可霉素残留,在堆肥初期和高温期林可霉素菌渣堆肥中细菌群落的分布丰度和多样性指数均低于污泥-猪粪堆肥,但真菌群落丰度和多样性均高于污泥-猪粪堆肥.林可霉素菌渣堆肥中细菌主要以Paucisalibacillus、Cerasibacillus、Bacillus、Virgibacillus、Ureibacillus、Paenibacillus、Sinibacillus属为主,而污泥-猪粪堆肥中主要以Truepera、Actinomadura、Pseudosphingobacterium、Pseudomonas、Luteimonas、Ureibacillus属为主,两者堆肥中微生物群落结构存在显著差异.随着堆肥进入腐熟期,林可霉素残留大幅度降解,抗生素对微生物的胁迫减小或解除,林可霉素菌渣-猪粪堆肥和污泥-猪粪堆肥相比,无论是细菌还是真菌,其微生物群落已逐渐趋同.表明堆肥处理可以大幅降解林可霉素残留,增加微生物多样性,有利于实现林可霉素菌渣无害化处理和资源化利用.