纳米膜覆盖对畜禽粪便好氧堆肥进程及恶臭气体排放的影响

好氧堆肥是处理畜禽粪便的重要途径,但传统堆肥存在效率低和恶臭气体污染严重等问题.为了加快畜禽粪便堆肥进程,减少恶臭气体排放,探究了覆盖纳米膜对提升畜禽粪便堆肥效率的作用机制.设置槽式好氧堆肥发酵实验,通过堆肥过程中堆体物料的理化性质,酶活性和排放的恶臭气体来评估纳米膜对畜禽粪便堆肥效果的影响.结果表明,覆盖纳米膜能够加快升温,降低堆体物料的pH、有机质（OM）和氨氮（NH₄⁺-N）,提高电导率（EC）,增强脲酶、蛋白酶、纤维素酶、木聚糖酶和过氧化物酶的活性,并且NH₃、H₂S和TVOC的总累积排放量分别减少了58%、100%和61%.相关性分析显示,大多数酶活性易受温度（T）、EC、OM和C/N的影响.在一定范围内,NH₃的排放速率与T呈极显著正相关,与pH呈极显著负相关,TVOC的排放速率与多种理化性质显著相关.覆盖纳米膜能够加快堆体腐熟,减少恶臭气体的排放,是一种无害化、低排放的技术手段,能够有效解决畜禽粪便堆肥发酵带来的污染物排放难题,促进养殖业的绿色可持续发展,为推动生物质废弃物的资源化利用提供技术支撑.     

牛粪好氧堆肥发酵微生物群落结构演替与环境因子和腐熟度的相关性

为了解好氧堆肥发酵过程中微生物群落结构变化规律和腐熟度生物学指标研究,以 自然发酵牛粪为研究材料,利用高通量测序技术分析细菌群落结构在发酵不同阶段、层次上的动态变化与环境因子和腐熟度的相互关系.结果显示:堆体上层温度、碳氮比和种子发芽指数指标优于下层;整个堆肥发酵过程中,细菌丰度和多样性指数呈先升高后降低的趋势;在门水...     

污泥堆肥处理过程中氧气消耗的动态变化与分布特征

对城市污水污泥、粪渣污泥和造纸污泥进行好氧堆肥试验,以研究不同物料堆肥过程中氧气消耗的动态变化、分布特征及其差异.结果表明.不同污泥堆肥时,耗氧速率和温度具有相似的动态变化阶段.在堆体刚进入高温阶段时,耗氧速率不断升高并达到峰值,之后则逐渐减小并趋于稳定,堆肥结束时的耗氧速率只相当于最大值的1/3～1/15.物料组成影响升温速率,耗氧速率的最大值及达到最大值的时间.有机物含量高时,堆体温度上升快、维持持续高温的时间长.堆体各部位耗氧速率存在差异;中间部位的耗氧速率始终较高,在升温期,上层的耗氧速率略高于下层,此后下层的耗氧速率高于上层.堆体上层和下层的氧气含量在堆肥过程中波动较小(>18%),而中间部位的氧气含量波动较大,在高温阶段其含量较低(约12%).使用无机调理剂(CTB调理剂)时,耗氧速率明显小于使用有机调理剂的处理,供氧所需的通风量减少35.9%;堆体升温较慢,温度变化较平缓.根据研究结果提出了优化通风控制的建议.     

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.     

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.      

通风对堆肥供氧的影响及堆高优化研究

通风是影响好氧堆肥过程中堆体氧气浓度的重要因素.通过设置0.01 m3/(min ·m3)(Al)、0.1 m3/(min·m3)(A2)和0.2 m3/(min·m3)(A3)三种不同通风速率进行好氧堆肥试验,考查堆体中氧气的变化情况,并利用氧气一维扩散方程进行堆体高度的优化.结果表明,鼓风停止时,处理A2、A3的氧...     

不同四环素浓度对好氧堆肥和蚯蚓堆肥过程影响的对比研究

好氧堆肥及蚯蚓堆肥是对畜禽粪便进行肥料化处置的有效方式,但畜禽粪便中残留的不同浓度四环素对二者堆肥过程的影响是否相同却并不清楚.因此,将不同浓度(5、25、125 mg·kg^-1)的四环素添加到牛粪-秸秆物料中,对比了好氧堆肥与蚯蚓堆肥堆制过程中堆体腐熟度指标的变化、堆肥产品养分含量的区别以及堆肥产品中四环素去除效率的差异,以期为不同浓度四环素的畜禽粪便肥料化提供适宜的处置方法 .研究结果显示,高浓度(125 mg·kg^-1)四环素添加延缓了好氧堆肥的升温进程,但与低浓度(5、25 mg·kg^-1)四环素添加处理相比并未显著影响堆体的腐熟度指标、堆肥产品总养分含量及速效养分含量.高浓度(125 mg·kg^-1)四环素添加导致了蚯蚓堆肥中蚯蚓密度和生物量的显著下降,并导致蚯蚓堆肥无法正常启动.在蚯蚓堆肥中,低浓度(5、25 mg·kg^-1)四环素添加处理之间在堆体的腐熟度指标,堆肥产品总养分含量及速效养分含量方面无显著差异.好氧堆肥对畜禽粪便中四环素的去除率可达90%以上,显著高...     

高水分蔬菜废物和花卉废物批式进料联合堆肥的中试

以滇池流域典型农业废物蔬菜(西芹)和花卉废物(石竹)为原料,进行了2种配比的蔬菜废物和花卉废物联合堆肥的中试研究.堆肥一次发酵采用批式进料温度反馈通气量控制的静态好氧技术,发酵周期15d.对于西芹与石竹废物各占一半的堆肥试验,在一次发酵阶段,堆体温度在55℃以上保持10d,最高温度达65℃,可有效杀灭致病菌,堆体含水率从64.2%减少为46.3%,有机质含量从74.7%下降到55.6%,体积减少为原来的一半,pH值稳定在7左右.二次发酵采用周期性翻堆,自然腐熟,周期30d.对堆肥产物的腐熟度和养分分析表明,堆肥产物稳定性好,养分含量高.这表明,采用温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥技术,蔬菜废物和花卉废物联合堆肥可以在45d内获得高质量的堆肥产品,将堆肥产品返还土壤能有效减少固体废物非点源污染、提高土壤肥力.     

静态垛好氧堆肥堆体中氧气浓度和耗氧速率的垂直分布特征

探讨堆体不同深度的氧气浓度和耗氧速率特征,对于改进堆体结构、改善堆肥工艺有重要意义.本文分析了猪粪好氧堆肥过程中,堆体不同深度氧气补充和消耗的特点及原因.在不同堆肥时期,通风充氧后,堆体各部位氧气浓度都可以恢复到17%～20.6%.停止通风后,堆体上部氧气浓度的减小速度比中、下部快,减小后氧气浓度较下部低,最低可至3%.随着堆肥的进行,停止通风后经过相同的时间,各部位通风前的氧气浓度逐渐升高,高温阶段中期以后,中、下部通风前的氧气浓度可以达到10%以上,氧气浓度的减小趋势也逐渐减缓.     

高水分蔬菜废物和花卉、鸡舍废物联合堆肥的中试研究

以滇池流域的典型农业废物蔬菜、花卉废物和鸡舍废物为原料,进行了不同配比的联合堆肥中试研究.一次发酵采用温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥系统,二次发酵采用周期性翻堆自然腐熟.在一次发酵阶段,堆体温度在55℃以上保持至少3d,最高温度达73.3℃,可有效杀灭致病菌;堆体含水率从75%降低到56%,多余水分得到快速去除;有机质从65%降低到50%,pH值稳定在8.二次发酵后堆肥产物的腐熟度和养分分析结果表明,产物稳定性好,养分含量高.通过堆肥工艺的优化控制,蔬菜废物、花卉废物和鸡舍废物联合堆肥可以获得高质量的堆肥产品,废物还田能有效减少固体废物非点源污染、提高土壤肥力.     

有机垃圾机械强化快速好氧发酵工艺参数优化

好氧发酵(堆肥)技术是实现有机固废无害化的重要手段,但传统自然堆肥技术发酵周期长、占地面积大、操作环境差等问题限制了该技术的广泛应用。以研发有机垃圾强化快速好氧发酵工艺为目的,通过筛选环境温度、微生物接种、辅料投加、搅拌通风频率等强化堆肥关键可控因素,系统研究各项参数对有机垃圾好氧发酵过程的影响。研究结果表明,提高环境温度(25 ℃),合理控制搅拌通风频率(每小时搅拌通风30 min),接种丰甜复合菌种,添加辅料等手段可有效缩短堆肥周期,提高发酵效率。该研究成果对机械强化快速好氧发酵设备的开发具有指导意义。     

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.     

绿化废物低比例补充的市政污泥好氧堆肥可行性分析

为验证绿化废物低比例补充的市政污泥好氧堆肥工艺可行性,以回流污泥堆肥产品替代绿化废物为骨料,采用静态翻堆好氧堆肥工艺处理脱水市政污泥,分析一次发酵过程及产品的主要性质。结果表明:以回流污泥堆肥产品部分替代绿化废物时,堆体的高温期（≥55 ℃）均可持续超过3 d,产品含水率低于40%,挥发性固体含量（VS）超过45%,pH值稳定在6.0~7.0,种子发芽指数（GI）超过70%,满足园林绿化用途要求。其中,脱水市政污泥、绿化废物、回流污泥堆肥产品质量比为5:1.5:1的试验组一次发酵周期可控制为27 d,一次发酵产品总氮、总磷、总钾、腐植酸等营养物质的含量较高,肥效更优,适合于工程规模的园林绿化用途。在回流污泥堆肥产品完全替代绿化废物的试验组中,脱水市政污泥和回流污泥堆肥产品质量比为5:6和5:8的堆体可达到高温要求（≥55 ℃保持至少3 d）,VS、pH、营养物质、蛔虫卵死亡率、粪大肠菌群数等指标均符合园林绿化用泥质和有机肥料的要求,且一次发酵周期可控制在16 d内。当回流污泥堆肥产品与脱水市政污泥质量比≤6/5时,GI超过90%,满足腐熟要求。污泥堆肥产品回流替代绿化废物作为市政污泥堆肥的骨料,可有效调节脱水市政污泥堆体性质,缩短堆肥周期,提高产品肥效。     

基于文献计量学的2001—2020堆肥臭气研究进展

堆肥是有机固废资源化利用的重要方式,而堆肥过程中产生的组分复杂的恶臭气体,限制了该技术的发展与推广应用。为了解堆肥臭气控制领域的研究趋势与重点,通过CiteSpace软件对CNKI和Web of ScienceTM核心合集数据库中2001—2020年共20年关于堆肥臭气研究的文献进行可视化分析。结果表明:近20年以来,堆肥臭气控制领域的发文量呈增长势态。核心研究团队为中国农业大学李国学团队。研究热点主要关注畜禽粪便、污泥、厨余等富含蛋白质或碳水化合物等易产生臭气的堆肥物料,氨气和挥发性有机物等臭气种类,添加外源调理剂、生物作用等除臭手段。食物垃圾堆肥产生的臭气治理,微生物作用下的臭气减排作用机理,以及臭气、重金属与抗生素抗性基因等多种性质污染物间的协同控制可作为未来的研究前沿。综上,堆肥臭气研究领域正处于活跃的发展状态,未来的研究视角也将更为多样化。     

深度脱水污泥好氧堆肥中多环芳烃的含量与风险削减研究

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是影响污泥安全资源化的重要因素.以无机药剂调理的深度脱水污泥有利于污泥的好氧堆肥处置,但对于该处置过程中深度脱水污泥PAHs的降解和风险削减尚缺乏认识.主要以复合铝镁盐调理的深度脱水污泥为对象,分析不同好氧堆肥条件下污泥中PAHs的含量、来源和风险,以明确好氧堆肥工艺过程对风险有机物的削减效果及潜在影响因素.通过气相色谱-质谱仪、特征比值法和风险熵法分析污泥中美国EPA优先控制的16种PAHs的含量、来源和风险,重点考察了深度脱水污泥在好氧堆肥前后PAHs含量和风险变化.结果表明：(1)16种PAHs在6组污泥中均有检出,其总量范围为777.78～1 878.38 ng/g,组成以中高环芳烃为主,主要来源为石油污染和燃烧的混合源.(2)堆肥28 d后6组污泥中PAHs的去除率分别为37.66%、54.29%、12.38%、15.40%、56.78%和34.25%,表明添加颗粒大的返混料或辅料更有利于PAHs的降解.(3)污泥中的PAHs整体处于中低风险,好氧堆肥后除组1的苯并[a]芘和组2的芴由低风...     

膜生物反应器中膜污染机理和控制研究新进展

膜生物反应器(MBR)相比于传统活性污泥法具有出水水质好、设备占地面积小、剩余污泥产率低和便于自动控制等诸多优点,在污水处理和回用方面极具发展前景。然而膜污染是制约MBR广泛应用的最大障碍。文章着眼于总结MBR中膜污染机理和控制的研究新进展。介绍了MBR中膜污染的分类、污染机理和膜污染影响因素的研究概况,在此基础上,综述了MBR膜污染控制方法方面的进展,并对MBR中的膜污染机理和控制的研究发展方向做了展望。     

城市生活垃圾好氧堆肥中氨气变化及其影响

堆肥过程中氮素损失比较严重,而氨气挥发是氮损失的主要途径。利用城市生活垃圾进行好氧堆肥,研究其堆肥过程中氨气变化规律及其对堆肥性质的影响。结果表明:在堆肥期间,氨气含量先增加后减小,最后基本稳定在5 mg/kg左右;而全氮含量先降低后增加;硝态氮含量先降低后增加;铵态氮是先快速增加,后缓慢减小至稳定;pH值先下降后升高,最终稳定在中性范围内;w(C)/w(N)先增加后下降;有机质含量显著下降。     

泥处理处置路径碳排放分析

根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供的核算准则,结合生命周期评价(LCA),对我国常见的污泥处理处置路径包括填埋、焚烧、热解、好氧堆肥、厌氧消化和湿式空气氧化进行了碳排放核算,并对敏感因子污泥有机质含量进行了影响分析.结果表明,对于有机质含量40%~50%的脱水污泥(含水率80%),净碳排放排序为填埋>焚烧>热解>厌氧消化>好氧堆肥>湿式空气氧化;而对于有机质含量60%~70%的脱水污泥,排序为填埋>焚烧>热解>好氧堆肥>湿式空气氧化>厌氧消化.对不同污泥处理处置组合路径进一步分析表明,独立焚烧相对于污泥水泥窑协同处置和燃煤电厂混烧碳排放更低.水解-厌氧消化-土地利用组合路径因提高有机质利用率而降低碳排放.1t脱水污泥处理处置全生命周期碳排放分析的结果表明,当污泥有机质含量低于60%时,上述路径都会产生2.07~494.45kg CO₂eq/t不等的碳排放;当污泥有机质含量达到60%时,热水解-厌氧消化-土地利用组合路径可以实现负碳排放,为-37.91kg CO₂eq/t,厌氧消化及湿式空气氧化路径接近于零碳排放;当有机质含量达到70%时,湿式空气氧化､厌氧消化及组合路径均可以实现负碳排放.     

农副食品加工业高浓度废水的厌氧膜生物反应器技术

农副食品加工业COD年排放量在41种行业废水中排名第2,污染减排刻不容缓.农副食品加工业废水COD浓度高达8 000~30 000 mg·L-1,目前主要采用厌氧-好氧组合工艺处理,存在工艺流程长、管理难和成本高等问题.厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)由于高效的膜与厌氧微生物协同作用,具有COD去除率高(92%~99%),COD负荷率高[2.3~19.8 kg·(m3·d)-1]等工艺特征,同时排泥少(SRT>40 d),基建成本低(HRT为8~12 h).根据高浓度COD的不同构成,COD甲烷化的限速步骤可分为水解酸化限速型、产甲烷限速型.AnMBR的膜污染特征及其控制比好氧MBR更为复杂和困难,现有膜污染控制措施包括错流过滤、曝气冲洗和膜松弛等.针对我国农副食品加工业高浓度废水达标排放的技术需求,AnMBR主要研究方向为提高COD去除率、控制膜污染和提高能源回收率,从而实现短流程厌氧的出水一步达标.     

城市污泥处理过程中有机成分的变化

有机成分是城市污泥处理处置中需要重点关注的对象,对于污泥处理技术路线的选择十分重要。介绍了我国城市污泥有机成分含量的2种测量方法和有机成分的分类研究,阐述了好氧堆肥、厌氧消化、干化、焚烧、水热处理等污泥处理过程中有机成分的变化,包括有机成分的反应机理,产物中有机成分的组成及性质等。