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.     

通风对餐厨垃圾快速高温堆肥腐熟与氮素转化的影响

针对传统堆肥周期长、脱水效率低、保温效果差等问题,以餐厨垃圾和锯末作为原料,基于外加热源的堆肥反应器,研究不同通风方式(自然通风和外加热源的高温通风)和通风速率对餐厨垃圾高温堆肥过程中温度、含水率、氧气含量、腐熟指标(pH、电导率、发芽指数)以及氮素形态转化的影响。结果表明:1)高温通风有助于堆体维持较高温度,显著延长高温期,提升水分去除率和堆体腐熟度。与自然通风相比,高温通风处理下的高温期(≥50 ℃)延长了6 d,累计温度增加51.77%,水分去除率相对提高了62.37%,种子发芽率相对提高了14.75%;2)高温通风方式会延长高温期进而促进氨排放并抑制硝化作用,造成更多的氮素损失,与自然通风相比,高温通风处理下的氨挥发量相对提高了131.46%,氮素损失相对提高了74.87%;3)通气速率增加可提高堆体的水分去除率,在通气速率达到0.75 L/(kg DM·min)时,水分去除率达到80.31%,除水效果最好;4)高温通风方式下,氨挥发量和氮素损失随着通风速率的增加而增加,其中氨挥发占氮损失的比例为55.48%~70.73%,是氮素损失的主要途径。     

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)。     

耦合厌氧氨氧化反应的高氮负荷型双室MFC性能研究

实验针对厌氧氨氧化反应在双室型MFC阳极和阴极2种形式的耦合,将厌氧氨氧化菌分别接种于a、b-双室型MFC的阳、阴极,并探究其产电、脱氮性能及脱氮机理.结果表明,2种类型的MFC均可在NH+4-N、NO-2-N浓度分别为400 mg·L-1和528 mg·L-1的高氮浓度模拟配水条件下稳定启动.与开路状态下的线性关系曲线不同,2类MFC在闭路状态下氨氮、亚硝态氮浓度均呈单指数关系衰减曲线,脱氮效率显著提高,周期内氨氮、亚硝态氮去除率均分别达到99%和85%以上.另外a、b-MFC平均容积氮去除负荷分别为0.417 kg·m-3·d-1和0.516 kg·m-3·d-1.在外阻1500Ω条件下,a-MFC最高输出电压48.0 m V,b-MFC最高输出电压可达到502.2 m V,b-MFC稳定输电周期约2170 min.     

通风速率对厨余垃圾堆肥NH3和H2S排放及腐熟度影响

为了减少厨余垃圾堆肥过程中NH3和H2S产生,该研究以通风速率0.16m3/h的纯厨余堆肥作为对照,以添加15%玉米秸秆(湿基)的厨余垃圾堆肥作为处理,并设置3个不同的通风速率(0.08、0.16和 0.24m3/h),研究通风速率对NH3和H2S排放及堆肥腐熟度的影响.结果表明:纯厨余垃圾堆肥总氮含量有所下降,添加秸秆后总氮量都有不同程度的提高,通风速率为0.16m3/h的处理效果最好,总氮含量可提高39.05%.与纯厨余堆肥相比,添加秸秆可减排14%~53% 的NH3 和67%~80%的H2S.随着通风速率的增加,NH3累计排放量呈对数增长趋势;H2S排放无明显规律,但过低和过高的通风速率,都会导致较高的H2S排放.堆肥结束后, 4个处理均可达到无害化标准和腐熟要求.综合NH3和H2S控制效果,厨余垃圾堆肥合适通风速率为0.16m3/h.     

通风方式对厨余垃圾堆肥腐熟度的影响

以大类粗分后的厨余垃圾为研究对象,玉米秸秆为调理剂,按照通风方式设置4个处理,以考察通风方式对厨余垃圾堆肥腐熟度的影响。综合厨余垃圾堆肥的无害化指标和对堆肥产品的毒性检验,本实验条件下以2.2 m3/(m3·h)进行全天强制通风最有利于堆肥腐熟。     

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.     

花卉废物和牛粪联合堆肥中的氮迁移

以花卉废物和牛粪为原料,进行了温度反馈的通气量控制联合堆肥中的氮迁移中试研究.采用自制的静态好氧床进行一次发酵,过程控制采用温度反馈通气量控制方法,发酵周期20d;采用周期性翻堆进行物料二次腐熟,腐熟周期40d.研究了堆肥过程中总氮、有机氮、无机氮、氨氮、硝氮等氮素形态转化随时间的变化特征及温度反馈的通气量控制对氮迁移的影响.结果表明:堆肥初期的氨化作用和反硝化作用显著,氮素总量损失累计达41.98%,其中主要是有机氮的损失,99.95%的氮损失发生在一次发酵阶段;氮素损失主要是在pH和温度较高条件下的氨气大量挥发造成的.对通风进行有效控制、提高物料C/N及添加酸性物质有望减少N损失.对于C/N较低,硝态氮含量较高的物料堆肥,NH₄⁺-N≤0.04%、NH₄/NO₃≤0.16不能作为腐熟度指标.     

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]     

不同碳源农林废弃物与厨余垃圾协同堆肥对腐熟度和臭气排放的影响

针对北京市生活垃圾分类后厨余垃圾含水率高,在堆肥过程中存在酸化严重、升温慢、渗滤液产率高、产品品质差和臭气排放严重等问题,研究了玉米秸秆、园林剪枝和西瓜秧作为外加碳源对厨余垃圾堆肥腐熟度和臭气排放的影响,其中3种辅料添加比例均为15%,采用机械强制连续通风,通风速率为0.5 L/（kg DM·min）。堆肥周期为16 d,每4 d翻堆1次。结果表明:纯厨余垃圾单独堆肥酸化严重,未升温,添加辅料高温期（>55℃）持续时间超过10 d。碳源辅料影响有机质降解难易程度,西瓜秧添加在堆肥前期升温迅速,园林剪枝在堆肥中期温度较高,玉米秸秆在堆肥中后期温度较高。添加玉米秸秆、园林剪枝和西瓜秧可分别减少95%、39%和17%的渗滤液生成。秸秆和西瓜秧处理的种子发芽率指数（GI）第12天达到100%,比园林剪枝缩短4 d。与西瓜秧相比,添加秸秆减少了66.6%硫化氢（H₂S）和86.3%甲硫醚（Me₂S）排放,园林剪枝减少了82.3% Me₂S排放。影响厨余垃圾堆肥腐熟度和臭气排放的主要理化因素为pH和温度。     

张红玉,张玉冬,顾军,李国学,袁京

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.     

滏阳河典型河段沿河垃圾分布及河岸垃圾氨氮入河研究

针对海河流域汛期降雨淋溶和冲刷作用使沿岸垃圾中氨氮大量入河现象,选择滏阳河典型河段牛尾河、北澧河作为研究对象,对沿岸垃圾存量及堆放位置、垃圾种类进行实地调查,选择具有代表性的厨余垃圾和秸秆垃圾在不同条件下进行模拟降雨实验,研究沿河垃圾氨氮入河通量及其影响因素.结果表明,牛尾河、北澧河沿河垃圾分布与沿河村落分布基本一致,主要分布在牛尾河郊区段、牛尾河任县段及北澧河段上游,牛尾河郊区段垃圾分布呈现量大且分布集中的特点,占研究区域垃圾总量的60.9%,北澧河段垃圾存量较小且分布松散,占垃圾总量的18.1%,垃圾类型以生活垃圾为主,堆放在沿河两岸;模拟30°岸坡厨余垃圾较夯实土壤情况和模拟15°岸坡厨余垃圾较夯实土壤情况垃圾氨氮入河通量接近,分别为0.233 mg·mm-1·m-3和0.236 mg·mm-1·m-3,说明河岸角度对垃圾氨氮入河通量影响较小.模拟30°河岸厨余垃圾着重夯实土壤垃圾氨氮入河通量为0.196 mg·mm-1·m-3,说明土壤密实度通过影响下渗流量和下渗浓度对垃圾氨氮入河量有一定影响.模拟30°河岸秸秆垃圾较夯实土壤情况垃圾氨氮入河通量最小,为0.0533 mg·mm-1·m-3,说明秸秆垃圾氨氮入河贡献量小于厨余垃圾.本研究首次通过室内模拟的方式定量分析了傍河垃圾氨氮入河通量,为北方河网区域傍河垃圾氨氮入河通量的精确定量计算提供了重要参考.     

碳氮比对厨余垃圾堆肥腐熟度的影响

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C/N比对堆肥腐熟度的影响。结果表明:从温度、pH、电导率(EC)、腐植酸光学特性(E4/E6)、固相C/N和发芽率指数(GI)来看,只有C/N为21(T4)的处理没有达到无害化和腐熟的要求,其余3个处理均达到腐熟;建议采用C/N为17的方案,厨余垃圾和秸秆按照湿基质量9∶1的比例进行堆肥;如果秸秆资源比较丰富,可采用C/N为19的方案,此时厨余垃圾和秸秆湿基比例为5.7∶1。     

园林/餐厨垃圾联合堆肥工艺研究

以干草落叶混合物及酒店餐厨垃圾为原料,在自然通风条件下,利用自行研制的引风式堆肥装置,通过为期10d的园林/餐厨垃圾混合物高温好氧初级发酵,研究混合原料中餐厨垃圾不同配比对园林垃圾快速堆肥效果的影响。结果表明:在质量配比75.64%、67.45%、51.37%中,当餐厨垃圾质量比67.45%时,含水率61.15%对园林垃圾堆肥效果最好,减容率24.83%,减重率28.33%,初级发酵结束C/N比15.41。