餐厨垃圾和绿化废弃物换向通风好氧堆肥

以某高校餐厨垃圾和绿化废弃物为原料,利用一种换向通风的堆肥降解装置对其进行好氧堆肥处理,研究了2个进气温度(35℃、45℃)和3个通风速率(1.5、2.5和4 m3/h)6个处理组对堆肥原料理化性质(堆体温度、含水率、pH值、有机质含量、C/N、种子发芽指数)的影响。餐厨垃圾和绿化废弃物进行15 d好氧堆肥后,pH值上升到7左右,有机质含量达到20%~80%,C/N都降到20以下,种子发芽指数均大于50%。经过1个月腐熟,其含水率≤30%。上述指标符合有机肥料标准(NY525-2011)的要求,该堆肥产物可用于园林绿地,具有显著的经济效益和生态效益。本研究结果表明,将城市餐厨垃圾和绿化废弃物混合后进行好氧堆肥是废弃物处理的高效工程,具有良好的发展前景。     

塔式自然通风好氧堆肥反应器的开发与应用

针对现有堆肥反应器处理效率低、运行和维护成本较高及堆肥效率不稳定等问题,开发了塔式自然通风好氧堆肥反应器。从物料和热量平衡、通风量优化等方面对反应器进行研究。反应器主要包括反应器主体、通风管、物料承托筛板和温度监控系统等,具有运行及维护简单、能源耗费低等优点。在通风高度为3 m,初始物料投加量5.65 kg(干重比︰粪便/锯末=1∶2.5),含水率约60%时,对人粪便进行好氧堆肥实验。结果表明,堆体温度最高至62℃,并且在50℃以上高温保持5 d;TOC和COD均呈持续下降趋势,降解率分别为64.14%和56.45%;种子发芽指数为113.64%,完全达到腐熟标准。     

石灰投加与搅拌对生态厕所的灭菌效果

以发展中国家农村地区的卫生条件改善为目的,开展了简易生态厕所的粪便堆肥处理实验。在投加石灰作为抑菌剂的条件下,研究了搅拌混合对杀灭致病微生物的影响,以及使堆肥终产物达到可接受风险值所需的最佳搅拌条件。实验确定了石灰的投加量,并应用Beta-Possion模型对堆肥处置过程中致病微生物对暴露人群的健康风险进行评价,从而从健康风险控制的角度确定了最佳的搅拌次数。研究结果表明,石灰投加量约占堆肥干重1.5%,手动搅拌50次,经搅拌后放置12 h能达到可接受的风险值(3.2×10-5)。     

调理剂对堆肥产品重金属生物有效性的影响

城市污泥中重金属含量及其生物有效性是限制污泥农用的主要因素,因此,研究污泥堆肥化处理过程中重金属生物有效性,对污泥的农用具有重要意义。实验以城市污泥为原料,以菌菇渣和秸秆为调理剂,设置4个处理:A(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.4∶0.025)、B(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.3∶0.025)、C(污泥∶秸秆=1∶0.12)和D(污泥∶秸秆=1∶0.09),进行好氧堆肥实验,采用BCR顺序提取法测定各种形态的重金属,研究堆肥前后重金属形态的变化规律。结果表明,城市污泥中Cu、Ni、Pb和Cr主要以可氧化态及残渣态存在,生物有效性较低,而Zn和Cd主要以酸溶态和可还原态存在,生物有效性较高;堆肥过程显著降低了Cu、Zn、Ni和Pb的生物有效性,并改变了Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd的形态分布,使污泥中的Cu、Zn、Ni、Pb和Cd向着更稳定的可氧化态或残渣态转变;污泥经过堆肥处理后,Cu、Zn和Ni 3种重金属生物有效性关系为:ABCD,与其他处理相比,处理A残渣态的Pb和Cr增加比例较多,综合来看,处理A对重金属生物有效性的降低最为明显,重金属钝化效果最佳。     

Home composting versus industrial composting: Influence of composting system on compost quality with focus on compost stability

Stability is one of the most important properties of compost obtained from the organic fraction of municipal solid wastes. This property is essential for the application of compost to land to avoid further field degradation and emissions of odors, among others. In this study, a massive characterization of compost samples from both home producers and industrial facilities is presented. Results are analyzed in terms of chemical and respiration characterizations, the latter representing the stability of the compost. Results are also analyzed in terms of statistical validation. The main conclusion from this work is that home composting, when properly conducted, can achieve excellent levels of stability, whereas industrial compost produced in the studied facilities can also present a high stability, although an important dispersion is found in these composts. The study also highlights the importance of respiration techniques to have a reliable characterization of compost quality, while the chemical characterization does not provide enough information to have a complete picture of a compost sample.     

Degradation of sulfonamides during anaerobic composting of swine manure

Residual antibiotics in manure pose a potential threat to public and ecological health as a result of the application of manure from animals treated with antibiotics to land. The environmental fate of sulfonamides (SAs) in swine manure after composting and field application remains largely unknown. We studied the degradation of the antibiotics sulfadiazine (SD), sulfathiazole (ST), and sulfamethazine (SM2) during anaerobic composting. We tested the effects of temperature and antibiotic concentration on degradation rates. We also evaluated the changes in pH, moisture, and biological degradation material in manure spiked with SAs and in a control. Results showed that the 3 SAs decreased by between 52.31% and 90.30% in all 9 treatments following 14 days of anaerobic composting, and the highest removal efficiencies were observed at a temperature of 35°C and initial concentrations of 6.03, 6.48, and 6.32?µg/g of SD, ST, and SM2, respectively, which were degraded by 90.30%, 85.78%, and 75.18%. Removal efficiencies for all SAs correlated well with moisture and biological degradation material of the manure. These results indicate that composting may be a practical and effective way to reduce concentrations of these three SAs in swine manure prior to its land application.     

农业废物好氧堆肥中环境因子对nirK、nirS和nosZ数量的影响

应用定量聚合酶链式反应(real-time PCR)技术对农业废物好氧堆肥过程中参与反硝化过程的功能基因(nirK、nirS和nosZ)丰度在堆体不同位置处随时间的变化情况进行了研究.结果表明,随着堆肥进程,3种基因数量整体呈现出先升后降的变化规律,且不同位置处的反硝化基因数量之间存在着显著的差异性.使用Canoco 4.5软件对获得的反硝化功能基因丰度数据与不同时期不同层次堆体温度、pH、含水率、NH4+-N、NO3--N和水溶性有机碳(WSC)等环境因子的相关性进行冗余分析(redundancy analysis,RDA).基于手动选择的RDA分析结果表明,WSC、NH4+-N和堆体温度对反硝化基因丰度有着显著的影响(P<0.05),且前2个因子达到了极显著水平(P<0.01).应用t-value回归分析方法单独分析每种环境因子与3种基因的相关性,其中nirK与温度和pH显著正相关(P<0.05),nirS与温度显著正相关(P<0.05),nosZ与NH4+-N显著正相关(P<0.05)、与WSC显著负相关(P<0.05).     

农业废物堆肥化中理化参数对GH6家族基因影响

采用PCR-DGGE技术,研究农业废物稻草堆肥化过程中参与纤维素降解的糖苷水解酶GH6家族基因的变化,并使用冗余分析(redundancy analysis,RDA)和蒙特卡罗置换检验(Monte Carlo permutation test)研究了生物信息矩阵与环境因子矩阵间的相关性.结果表明,8个理化参数对GH6家族基因变化影响的相对大小为:p H堆体温度TN(total nitrogen)TOM(total organic matters)C/N(TOC/TN)含水率环境温度WSC(water soluble carbon),8个理化参数共解释了83.1%的GH6家族基因变化,对GH6家族基因变化有重要影响,其中pH(P=0.002)、堆体温度(P=0.004)和TN(P=0.004)是影响GH6家族基因变化的显著因子,三者分别解释了24.92%、15.57%和15.04%的GH6家族基因变化.含GH6家族基因的优势菌种在堆体不同时期有所不同.GH6家族基因的多样性和丰度随堆肥化进程整体呈现出波动趋势.基于冗余分析的t-value分析表明3个显著因子对GH6家族基因的动态变化具有不同的正负相关性.     

钙基膨润土辅助对堆肥及土壤Cu、Zn形态转化和白菜吸收的影响

通过好氧堆肥和盆栽试验,探究不同比例（0%、2.5%、5%、7.5%和10%）钙基膨润土（CB）辅助猪粪堆肥过程及盆栽土壤中Cu、Zn形态的变化,并分析CB对白菜生物量及吸收Cu、Zn的影响.结果表明,在所有处理的堆肥过程中,可交换态Cu、Zn的分布比例逐渐下降,而可氧化态和残渣态逐渐升高,与0% CB相比,2.5%~10% CB可使堆肥结束时生物可利用态（可交换态和可还原态）Cu、Zn的分布比例分别降低19.84%~48.90%和4.94%~16.39%,并以10% CB的效果最为显著.进而开展的盆栽试验显示,施用堆肥后,土壤有机质和EC显著升高,而pH有所下降;CB辅助堆肥能够促使土壤EC的降低及pH的升高,稳定土壤有机质.与纯土处理相比,施用堆肥可显著提升白菜的生物量,且10% CB处理中的生物量最大（6.51 g·盆^-1±0.34 g·盆^-1）.施用CB辅助堆肥后,种后土壤中生物可利用态Cu含量增加;但各处理中可交换态Zn含量分别降低38.91%、43.69%、46.02%、45.12%和54.65%.白菜在施用堆肥后Cu、Zn的吸收量显著降低,并且随着CB辅助比例的增加Zn的吸收量随之减少,而Cu的吸收量呈增加趋势.本研究表明,钙基膨润土能够降低堆肥过程中Cu、Zn活性,在堆肥施入土壤后仍对Zn有持续的固定作用,同时CB辅助堆肥可以提高白菜的生物量,减少重金属Zn在白菜中的累积,并以10% CB的效果最为显著.     

沼渣堆肥中Cu和Zn形态与有机官能团特征

以猪粪沼渣和水稻秸秆为原料,采用BCR提取法和同步辐射红外显微成像法研究了沼渣堆肥过程中Cu和Zn形态的变化和有机官能团的原位分布特征.研究发现,沼渣堆肥后Cu和Zn含量分别增加28%和38%.同时,可交换态Cu和Zn比例明显降低,而残渣态Cu和Zn比例普遍升高.同步辐射红外显微成像结果显示,与猪粪沼渣原料相比,堆肥后的沼渣在3400cm^-1处吸收峰强度显著降低,而在1430cm^-1处吸收峰强度明显增加,表明堆肥过程中多糖类物质发生了降解进而形成了芳香类物质.综上,同步辐射红外显微成像技术有望成为表征有机物演变规律及解释重金属形态转化的一个新手段.