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.     

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.     

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.     

双氰胺、氢醌与含磷添加剂联合使用对堆肥温室气体排放的影响

为实现堆肥过程N2O、CH4和NH3的同步减排,在双氰胺和氢醌的基础上进一步研究磷石膏和过磷酸钙添加对猪粪堆肥温室气体和NH3排放的影响.以猪粪和玉米秸秆为堆肥原料,设置3个堆肥处理:只添加双氰胺和氢醌(HD)、添加双氰胺、氢醌和磷石膏(HD+P)和添加双氰胺、氢醌和过磷酸钙(HD+S),在60L的发酵罐中进行40d的...     

电场辅助对厨余垃圾好氧堆肥的影响机制研究

以厨余垃圾为原料,在小型反应器中进行32d的高温堆肥,探究电场辅助好氧堆肥中胞外聚合物的变化.结果表明,电场显著加快有机质的生物转化,在堆肥初期增加23.1%的挥发性脂肪酸和40.8%的还原糖含量.与对照组相比,电场组的类富里酸和类胡敏酸物质分别提高了91.4%和82.7%.此外,相关性分析表明堆肥期间胞外聚合物变化和有机物转化有显著相关性.首先胞外聚合物的蛋白质成分可能加速电子和氧气的接触,促进有机物的降解,同时其多糖和蛋白质成分可以作为腐殖质前体参与腐殖化过程.而电场促进了堆肥过程中胞外聚合物的分泌,因此胞外聚合物变化可能是电场强化好氧堆肥有机物降解的潜在机制.本文为电场辅助好氧堆肥调控腐殖化过程提供新思路.     

不同原料堆肥胡敏酸的荧光特性

从以植物、鸡粪、生活垃圾、污泥、牛粪和杂草为主要原料的6种堆肥产品和草炭中提取胡敏酸类物质,对他们的激发、发射、同步和三维荧光光谱进行了研究. 结果表明:各荧光谱图中,草炭胡敏酸特征荧光峰出现在最大波长处,植物、牛粪和生活垃圾堆肥胡敏酸次之,鸡粪和杂草堆肥胡敏酸紧接其后,污泥堆肥胡敏酸最低,并且含有较强的类蛋白荧光. 各类堆肥的类富里酸荧光峰强度与类胡敏酸荧光峰强度的比值从小到大及腐殖质化程度由高到低均依次为0.708(草炭堆肥),0.893(植物堆肥),0.932(牛粪堆肥),0.940(生活垃圾堆肥),1.155(杂草堆肥),1.206(鸡粪堆肥)和1.521(污泥堆肥). 相对于草炭胡敏酸,堆肥胡敏酸普遍分子结构简单、芳构化程度较低,且具有较强的土壤元素活化能力,并且植物、牛粪和生活垃圾堆肥的胡敏酸在增大土壤环境容量及降低污染土壤中重金属移动性方面效果最佳.      

添加剂对牛粪堆肥不同阶段真菌群落演替的影响

为研究物理添加剂对牛粪堆肥过程中真菌群落结构的影响,以牛粪和小麦秸秆为原料,以生物炭、火山石作为添加剂,进行了为期30d的堆肥实验.结果表明,好氧发酵基本实现牛粪无害化和稳定化的要求.高通量测序结果显示,堆肥原料中Wallemia占主导地位,相对丰度达到86.85%;堆肥高温阶段,空白处理和火山石处理中Wallemia、Aspergillus为优势菌属,而生物炭处理中Scedosporium、Acremonium相对丰度较高;降温阶段,Mycothermus和Thermomyces占优势,添加生物炭的处理中Thermomyces的相对丰度较其他两个处理高.腐熟阶段,3个处理中Mycothermus的相对丰度均为最高,而火山石的添加增加了Remersonia及Trichosporon的相对丰度.Spearman相关性分析结果表明,牛粪堆肥过程中Mycothermus与GI、TN、TP、NH₄⁺-N、含水率、pH值、VS、脲酶显著相关（P<0.05）.本研究从真菌变化的角度,为牛粪好氧发酵机理研究与工艺优化提供参考.     

沸石粉和硝化抑制剂投加对污泥堆肥过程中氮素保存和温室气体排放的影响

沸石粉能够通过对氨氮的物理吸附作用,降低堆肥过程中的氮素损失;硝化抑制剂(如3,4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)能够抑制氨氧化细菌的活性,阻止硝化反应中铵态氮向硝态氮的转化,从而从源头减少反硝化作用而造成的氧化亚氮温室气体的排放.目前国内针对沸石粉和硝化抑制剂(DMPP)作为添加剂对污泥堆肥过程中的保氮作用研究较少,其是否能够实现污泥堆肥过程中温室气体减排也值得深入探讨.本研究以脱水污泥作为研究对象,以蘑菇渣为辅料,设置空白对照、沸石粉和硝化抑制剂(DMPP)添加组,进行21 d的堆肥试验,研究沸石粉和DMPP的添加对污泥堆肥过程的氮素损失和温室气体排放的影响.结果表明,1%的沸石粉添加(湿重)不仅可以减少5%的温室气体排放,而且能够减少2.9%的总氮损失;而DMPP的添加虽然可以减少N_2O的排放,但会显著增加CH_4及NH_3的排放,从而导致温室气体排放和氮素损失的增加.     

猪粪堆肥过程保氮固磷及温室气体（N2O）减排研究

针对畜禽粪便堆肥过程存在的氮素流失与温室气体（N2O）排放及畜禽粪便堆肥产品土地利用过程的磷素流失等不足,采用强制通风反应器堆肥系统进行小试规模的猪粪堆肥试验,以改性赤泥和改性镁橄榄石为添加剂,考察和比较了这2种改性金属盐添加剂在猪粪堆肥过程对氮磷保存与温室气体（N2O）减排的效果.结果表明,添加改性镁橄榄石（pH=7...     

牛粪生物堆肥有机酸变化及对腐熟度的影响

利用外源微生物(发酵菌,EM)进行牛粪工厂化堆肥,堆肥期间,分析了小分子有机酸及大分子腐殖酸动态变化。结果表明,接种外源微生物可明显提高堆肥前期小分子有机酸含量,在堆肥后期又呈明显降低的趋势;腐殖酸呈先降低而后趋于稳定的趋势,胡敏酸呈先降低而后增加的趋势,富里酸呈一直下降的趋势。对堆肥过程中有机酸、腐殖化指数分析表明,接种外源微生物可明显提高堆肥的腐熟度,但与微生物添加量有关。     

菌渣-发酵床废弃垫料堆肥中温室气体排放及与微生物的关系

堆肥是处理农业废弃物最适宜的技术之一,但堆肥产生的有害和温室气体排放导致环境污染问题.本研究以生猪养殖发酵床废弃垫料及菌渣为原料,利用强制通风静态堆肥技术研究垫料和菌渣不同配比及添加EM菌剂对堆肥过程温室气体排放和微生物区系的影响.结果表明,不同堆肥处理温室气体排放通量以堆肥前20 d较大,堆肥中后期降低;微生物总量和种类在不同堆肥处理间没有发生显著性变化;CO_2和N_2O排放速率与细菌、真菌和甲烷氧化菌间具有显著的正相关关系.整个堆肥期间,以菌渣为主料并添加EM菌剂的堆肥处理温室气体减排效果最佳,相对其他3个处理温室气体减排0.7%~10.2%.由此认为,以菌渣为主料和通过添加EM菌剂的堆肥方式可以作为降低菌渣-发酵床废弃垫料堆肥过程温室气体排放的策略.     

不同物料堆肥富里酸的结构特征的研究

通过三维荧光平行因子分析（EEM-PARAFAC）和二维相关光谱（2DCOS）分析了富含木质纤维素类物料（果蔬废物和杂草废物）和富含木质素类物料（秸秆废物和园林修剪废物）堆肥形成的富里酸的结构和组成.结果显示，两类堆肥物料形成的富里酸结构差异显著.虽然两类物料的荧光组分含量及变化基本相似，但是特征官能团与其荧光组分的变化顺序却不同.富含木质纤维素类物料堆肥形成的富里酸中类酪氨酸和类色氨酸先于芳环形成，而富含木质素类物料堆肥形成的富里酸中芳环先于类酪氨酸和类色氨酸.并且，研究发现在堆肥高温期和腐熟期，富里酸的芳环含量在木质纤维类和木质类物料中分别增加了约10%和5%，脂肪族的含量分别下降了约10%和6%，说明堆肥过程中富里酸结构中脂肪族逐渐降解并伴随其芳香性逐渐增加；结构方程模型结果表明，类富里酸、脂肪族基团和羧基是富里酸中芳环形成的关键组分.本文研究结果可为明确堆肥过程中富里酸的形成提供理论基础.     

稀酸水解玉米秸秆两步发酵联产氢气和甲烷

在批式试验中以牛粪堆肥为天然产氢菌源,分别以蔗糖和稀酸水解玉米秸秆为底物,通过厌氧发酵考察不同牛粪堆肥处理方式对发酵产氢性能的影响,并在此基础上构建了稀酸水解玉米秸秆两步发酵联产氢气-甲烷体系。当以蔗糖为底物时,牛粪堆肥处理方式对产氢影响不显著,产氢量均较高;当以稀酸水解玉米秸秆为底物时,室温浸泡处理的牛粪堆肥产氢效果最好,氢气最大产量达到213.8 m L/g TS。以稀酸水解玉米秸秆产氢发酵液为底物进行甲烷发酵,使秸秆的综合能量回收率达到41.2%,较单一发酵产氢时的能量回收率13.2%显著提高。     

生物表面活性剂在农业废物好氧堆肥中的应用

以稻草秸秆和麸皮为堆肥原料,本实验室制取的鼠李糖脂为促进剂,进行了控温条件下堆肥一次发酵的实验研究.堆肥采用好氧静态堆肥技术,含水率控制在60%～70%,通气量采用时间控制方式,发酵周期18d.实验分析了堆肥过程中有机质、pH值、水溶性有机碳、微生物种群密度、半纤维素酶活、羧甲基纤维素酶活、半纤维素和纤维素含量等指标随时间的变化特征.实验结果表明,堆肥过程中,实验组的有机质降解率比对照样高13.4%,水溶性有机碳的平均含量提高了2.2g/kg,同时半纤维素和纤维素的降解率分别增加了5.7%、10.7%.研究表明,添加鼠李糖脂能够改善堆肥处理的微环境,增强聚合物的水合程度,促进有机质降解,从而加快堆肥进程,提高堆肥产品品质.     

电场对污泥堆肥富里酸结构特征的影响

为了研究电场对污泥堆肥富里酸结构特征及电子转移能力(ETC)的影响,以市政污泥和米糠为原料,设置施加5V的直流电场(T1)和不施加电场(CK)的两个堆肥进行对比实验.通过三维荧光-平行因子分析(EEM-PARAFAC)、紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)结合二维相关光谱(2DCOS)分析堆肥过程中富里酸结构和组成变化.通过电化学方法测定了堆肥富里酸的电子接受能力(EAC)和电子供给能力(EDC).结果表明,类色氨酸、类富里酸和类胡敏酸是堆肥FA的主要组分,随着堆肥的进行,FA中类色氨酸物质减少,类富里酸和类胡敏酸含量增加,电场能够促进FA在堆肥过程中类色氨酸的降解和类胡敏酸的形成,提高了FA的芳香性、分子量和腐殖化程度.电化学分析结果表明,FA的ETC呈现先增后减的趋势.相比CK处理,施加电场降低了FA的EDC,但同时增强了其EAC,使得堆肥后期的FA具有更强的ETC.结果将有助于进一步了解污泥堆肥过程中FA的形成过程及其氧化还原特性.     

生活垃圾堆肥过程中腐殖质及有机态氮组分的变化

利用实际城市生活垃圾,采用工厂化工艺进行堆肥试验,探讨在堆肥过程中腐殖质及有机态氮组分的动态变化.结果表明,随着堆肥的进行,有机碳、富里酸、全氮、酸水解性有机氮含量均有不同程度的降低,与堆肥前相比,降低幅度分别为53.00%、64.73%、21.78%、22.80%.而腐殖质、胡敏酸、氨基酸态氮则分别在堆肥的第35d达到最低点,而后呈逐渐增加的趋势.酰胺态氮、氨基糖态氮在堆肥的第21d达到最高峰.堆肥过程中,腐殖质与胡敏酸、酸水解有机态氮与全氮含量显著相关.胡敏酸的红外光谱分析结果表明,堆肥后胡敏酸分子的芳构化程度明显增强.     

不同发酵方式对鸡粪重金属及有机质影响

以鸡粪和稻草秸秆为原料,研究了一次堆肥发酵（包括液体菌剂发酵,L;固体菌剂发酵,S;高温酵素发酵,E）,以及连续二次堆肥发酵（高温酵素发酵+液体菌剂发酵,EL;高温酵素发酵+固体菌剂发酵,ES）下有机肥中重金属含量和形态分布规律、理化性质以及有机质变化特征.结果表明,与堆肥前相比,堆肥后鸡粪有机肥pH值显著增加（P < 0.05）,而EC值和含水率均显著减少（P < 0.05）.小白菜种子发芽率由堆肥前的高达58.1%下降到堆肥后小于20%.堆肥后重金属由可溶态向难降解残渣态转化,有机肥中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb和As钝化率分别达到27.2%~69.3%、17.1%~50.7%、24.0%~68.7%、16.9%~46.3%、33.1%~54.3%和0.4%~29.5%.腐殖物质和胡敏酸含量显著增加（P < 0.05）,胡敏酸/富里酸（HA/FA）比值均上升.堆肥中多糖类和脂肪族化合物含量均有所增加,但香族类化合物有所降低.从重金属钝化率、有机肥腐熟度等有机肥无害化指标来看,连续二次发酵效果优于一次发酵,其中EL效果最佳.     

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...     

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.     

农业废弃物静态高温堆肥过程中纤维素酶活性的变化

在静态通气条件下,以养殖场鸡粪、猪粪、牛粪为材料,小麦秸秆作为调节物质.研究了堆肥过程中纤维素酶活性变化特性及其与堆肥温度的关系,旨在为农业废弃物资源化利用提供科学依据.结果表明:添加微生物菌剂后堆体升温迅速.堆肥1-2d后进入高温期,且高温腐解持续16-20d;对照处理在堆肥4-5d后进入高温期,持续时间仅为7-8d;整个堆肥过程中加菌剂处理的堆体温度高于对照.加菌剂处理在堆肥10-12d时纤维索酶活性达最高,依次为牛粪(0.642 mg·g-1·d-1)>鸡粪(0.457 mg·g-1·d-1)>猪粪(0.380 mg·g-1·d-1);对照处理推迟2d达纤维素酶活性高峰,且酶活性高峰值低于同等物料的加菌剂处理,依次为牛粪(0.491 mg·g-1·d-1)>猪粪(0.335 mg·g-1·d-1)>鸡粪(0.258 mg·g-1·d-1),整个堆肥过程中加菌剂处理平均纤维紊酶活性较对照提高了33.17%(牛粪)、20.17%(鸡粪)和12.4%(猪粪).堆肥初期堆肥温度过高不利于微生物的活动,纤维素酶活性在堆肥开始的3-4d低于初始水平.而后迅速上升.当堆肥温度等于或者低于60℃后,纤维素酶活性与有机物料温度变化间有显著正效应,对照处理两者间为线性关系,加菌剂处理两者间呈显著指数递增关系.