生物炭添加对猪粪堆肥过程碳素转化与损失的影响

堆肥是最合适的处理农业废弃物的技术之一,但在堆肥过程中,碳素的损失及温室气体的大量排放引起越来越多的关注.因此,如何减少堆肥过程中碳素损失成为堆肥面临的重要问题.本研究以猪粪等为原料,利用强制通风反应箱研究了生物炭添加对堆肥过程中碳素转化及碳素损失的影响.结果表明,在堆肥过程中总有机碳呈下降趋势,添加生物炭处理的总有机碳含量提高了6.69%~20.60%;可溶性有机碳的变化规律与总有机碳相似.腐殖质碳含量呈先下降后上升的变化趋势,添加生物炭处理的腐殖质碳含量下降了0.39%~14.97%;腐殖化系数(胡敏酸/富里酸)与生物炭添加量成正比,说明生物炭添加有利于堆肥的腐熟.至堆肥结束,堆料干物质失重率为23.51%~30.91%,碳素损失率为20.71%~28.85%,添加3%生物炭的处理干物质失重率与碳损失率均最高,添加9%生物炭处理均最低.     

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.     

猪粪秸秆高温堆肥过程中碳氮转化特征与堆肥周期探讨

将猪粪与秸秆以7：1（质量比,以鲜重计）的比例,在自制的强制通风静态堆肥反应箱中进行高温堆肥试验,研究了堆肥过程中碳氮转化特征及其腐熟时间.同时,在堆制的23d中,根据堆温变化采样6次,分析了堆肥样品中各种氮素和碳素含量及其它性质的变化情况.结果表明：堆肥结束时,硝态氮含量增加了103.0%,铵态氮、有机氮、总氮含量分...     

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.     

堆肥处理过程中猪粪有机物的动态变化特征

为了解猪粪堆肥过程中各种有机物的变化特征,并为判断猪粪堆肥腐熟度提供参考指标,进行42d的高温好氧堆肥.结果表明,堆体中的有机质含量呈下降趋势;水溶性有机碳(DOC)含量在第10d达到最大值,之后呈下降趋势;易分解有机质含量呈下降趋势,但在高温开始阶段呈上升趋势;腐殖质含量呈上升趋势.说明堆肥过程中有机物不断向腐殖化方向转化.在研究H/F变化时发现,它与判断堆肥腐熟度常用的化学指标(有机质、DOC)呈一定的相关性,而且与易分解有机质和腐殖质也有较好的相关性.     

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.     

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.     

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。     

抗生素降解菌剂对猪粪堆肥腐熟和细菌群落演替的影响

接种抗生素降解菌可促进畜禽粪便中抗生素去除,但相关污染物降解菌对堆肥进程及土著微生物群落演替的影响研究甚少.分析一种以抗生素降解菌种为核心的复合微生物菌剂在猪粪抗生素去除中的作用,探究接种菌剂对猪粪堆肥理化进程以及细菌群落演替的影响.结果表明,抗生素降解菌剂接种处理猪粪中抗生素去除率达81.95%,与对照相比,其抗生素残留总量下降42.18%.在堆肥条件下,接种抗生素降解菌剂促进了猪粪堆肥升温,加速了堆体水分去除,降低了堆肥中氨气和硫化氢累积排放量,使得堆肥产物中氮磷钾总养分含量和萝卜种子发芽指数分别提高6.80%和68.33%,同时堆肥产物中稳定性有机质含量增加,纤维素和半纤维素等难分解物质含量下降.细菌群落结构分析指出,接种菌剂提高了堆肥中放线菌门和厚壁菌门细菌的相对丰度,其中与堆体升温正相关的嗜热菌丰度显著增加（P<0.01）,而致病细菌相对丰度下降.细菌群落共现网络分析表明,接种菌剂改变堆肥土著细菌群落互作模式,降低了细菌群落网络的复杂度和连通性,优化了有益细菌与其他菌群的生态关系,为建立新的和更加健康的堆肥细菌群落奠定了基础,可为抗生素降解菌剂在堆肥中的应用开发提供了科学依据.     

污泥超高温堆肥过程中DOM结构的光谱分析

为了明确超高温堆肥新工艺在促进腐殖化进程中的优势,采用三维荧光光谱(3D-EEM)等光谱学方法研究了污泥超高温堆肥过程中DOM的结构特征及其变化规律.结果表明,堆体≥80℃的超高温阶段持续5 d(最高温度90℃),50℃以上高温阶段达到22 d,反映了堆肥过程中强烈的微生物代谢活性.E253/E203、SUVA280、S275~295等9个紫外-可见光光谱(UV-Vis)指标在0~23 d变化显著,指出DOM的芳香化和堆肥腐殖化程度逐渐增强.3D-EEM光谱结合荧光区域体积积分技术(FRI)分析指出,DOM中蛋白类物质在超高温堆肥过程的0~6 d几乎完全被降解;腐殖酸和富里酸类物质在0~23 d大量形成,堆肥在高温阶段达到完全腐熟,这与种子发芽指数(GI)在23 d所指示的腐熟度评价结果(98.5%)一致.基于多种光谱学指标的相关性分析,PⅤ,n/PⅢ,n与其它光谱学均呈现较好的相关性(r≥0.68),可以作为评价超高温堆肥腐熟度的光谱学指标.上述结果证实了超高温堆肥工艺可加快堆肥腐熟进程、缩短堆肥周期至20 d左右,在有机固废资源化领域具有极大的应用潜力.     

Nitrogen transformations during pig manure composting

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

好氧高温堆肥处理对猪粪中重金属形态的影响

用 Tessier 连续提取法研究了好氧高温堆肥处理对猪粪中重金属结合形态变化的影响.结果表明,经过好氧堆肥处理,猪粪中 Pb、Cu、Zn、Ni、Cr、Cd、As 的总浓度升高;碳酸盐结合态 Ni、Zn 的浓度降低,其余 Pb、Cu、Cr、Cd 的浓度都升高;硫化物及有机结合态、残渣态重金属的浓度普遍升高,仅有硫化物及有机结合态 As 和 Zn 的浓度下降;可交换态 Cu、Zn、Cr、As 的浓度显著降低.堆肥处理可以降低可交换态和碳酸盐交换态 Pb、Ni、Cu、Cr、Zn、As 和铁锰氧化物结合态 Pb、Cu、Cr、As 的分配系数,因此可以降低猪粪中重金属的有效性.堆肥处理有利于降低猪粪土地利用中重金属污染的风险.     

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".     

重金属Zn对猪粪堆肥过程中微生物群落的影响

利用Biolog微平板技术,对不同浓度重金属Zn影响下堆料微生物群落多样性进行了研究.结果表明,较低浓度Zn处理（Zn含量分别为0mg.kg-1,300mg.kg-1,600mg.kg-1,900mg.kg-1）的堆料升温快,在高温期持续时间长,并达到无害化处理,堆料微生物中起分异作用的碳源主要为多聚物类和糖类.重金属...     

不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化

利用室内模拟堆肥试验,对不同畜禽粪便在堆肥过程中酸水解态氮及其组分的变化规律进行了研究.研究结果表明,随着堆肥的进行,酸水解态氮呈现先降后增的变化趋势,且与堆肥前相比,堆肥处理后酸水解态氮占全氮比例增加,尤其是在猪粪、鸡粪等家禽粪便更为明显,表明畜禽粪便经过堆肥处理后有利于氮素的保蓄;非酸解性氮占全氮比例的变化趋势与酸水解态氮的变化趋势相反;酸解铵态氮、氨基酸态氮和氨基糖态氮占全氮的比值在堆肥过程中均呈现先增加后降低的趋势;未鉴别态氮占全氮比例在整个堆肥过程中的变化趋势与上述3种可鉴别态的酸水解态氮的变化趋势相反.温度、pH值与氨基糖态氮变化趋势相同,这可能是影响氨基糖态氮变化的主要因素;而温度与酸解铵态氮、未鉴别态氮变化的趋势相同,可能是影响酸解变化的主要因素,pH 值与酸水解态氮、非酸解性氮变化趋势相同,可能是影响它们变化的主要因素.     

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.     

过磷酸钙和腐烂苹果联合添加对猪粪堆肥过程中碳素转化和腐熟的影响

调控堆肥过程中CO_2的排放,对于保证堆肥进程的有效进行和减少碳素损失具有重要意义.本文以过磷酸钙和腐烂苹果为添加剂,共设置4个处理:不添加添加剂(CK)、过磷酸钙处理(P)、腐烂苹果处理(A)及混合添加处理(1/2过磷酸钙+1/2腐烂苹果,PA),研究在自制堆肥反应箱猪粪堆肥过程中碳素转化特征及其对堆肥腐熟的影响.结果表明,单加过磷酸钙处理进入高温期的时间晚于其他处理3～4 d,而混合添加处理并没有出现高温期推迟的现象.整个堆肥过程中,CK、P、A和PA处理CO_2-C的累积排放量分别占起始碳素的37.0%、33.0%、40.1%和36.7%,碳素损失分别为54.1%、50.3%、59.4%和55.7%.虽然单加过磷酸钙处理降低了堆肥中碳素损失,但却抑制了有机质的降解,增加了电导率值,而混合添加处理促进了有机质的降解,并使腐殖质含量较对照提高了11.8%.此外,单加过磷酸钙处理的种子发芽指数在40 d时才达到80%,而混合添加处理在24 d时已达到80%.综上分析,1/2过磷酸钙+1/2腐烂苹果联合添加是一种可行的畜禽粪便堆肥添加剂使用方法.     

畜禽粪便堆腐过程中有机碳组分与腐熟指标的变化

以牛粪、菌糠、鸡粪等为材料按照两种比例调配为混合基质,在添加或不添加发酵启动剂的条件下在发酵罐中进行为期38 d的堆肥发酵试验,研究4种处理方式下畜禽粪便腐解过程中有机碳及其组分的变化,同时通过综合发芽指数(GI)评判腐解物料的腐熟度,确定GI与有机碳组分的关系.结果表明,添加发酵启动剂可以加速有机物质的降解,使水溶性有机碳和有机酸的含量下降(比初始值含量分别下降了41.85%、85.18%),促进类富里酸向胡敏酸转化,使畜禽粪便达到快速腐熟.在两种物料配比下,较高比例的牛粪不利于堆肥物质的分解和腐熟.根据达到腐熟要求的标准(GI0.8),当TOC357.27 g·kg-1,DOC7.00 g·kg-1,FA6.45 g·kg-1,腐解后期物料的红外光谱在1020 cm-1、1427 cm-1出现较为尖锐的峰值,即碳酸盐和硝酸盐含量增加,且草酸大幅度下降时,可以认为有机物料达到完全腐熟.当牛粪、菌糠、鸡粪的混合体积比为1∶1∶1时,在添加发酵启动剂条件下有机物料在腐解29 d时达到以上腐熟指标.     

堆肥嗜热纤维素分解菌的筛选鉴定及其强化堆肥研究

对采集于农业堆肥高温期的微生物样品进行30d的高温驯化,驯化完成后从中筛选得到15株嗜热纤维素分解菌,经形态学特征、生理生化反应及16S rDNA序列同源性比对鉴定为:Bacillus sp3株,Paenibacillus sp1株,Bacillus licheniformis3株,Bacillus subtilis4株,Brevibacillus borstelensis1株,Bacillus coagulans3株.将筛选得到的菌种添加至高纤维素含量的堆体进行效果验证,结果表明添加嗜热纤维素分解菌对堆肥pH变化无显著影响,但可提高堆肥高温期温度、延长高温期并显著地降低堆肥产品的C/N和有机质含量,显著降低纤维素和半纤维素含量,加快堆肥腐熟.堆体有机质降解动力学结果表明,堆体接菌和不接菌处理的有机质最大降解度分别为62.5481%和61.7101%,速率常数分别为0.1250d-1和0.1051d-1,接菌处理的堆肥比对照堆肥提前6d达到稳定.研究表明,添加筛选的嗜热纤维素分解菌能缩短堆肥周期.