超高温好氧发酵技术:堆肥快速腐熟与污染控制机制

高温好氧发酵(堆肥化)技术是实现有机固体废物处理与资源化利用的重要手段。长期以来,发酵温度低、腐熟周期长、无害化不彻底等缺点严重制约传统堆肥工艺广泛应用。超高温堆肥(或称超高温好氧发酵)作为一种新颖的好氧发酵技术,已在工程实践中被证明能够克服传统高温堆肥的诸多缺点;该工艺利用外源添加的超高温好氧发酵菌剂,使堆体温度迅速上升至80℃以上,并能持续5～7 d,在促进堆肥快速腐熟和污染控制等方面展现出优越的技术性能。本文综述了超高温堆肥技术发展历程、核心技术特征以及在堆肥腐熟过程和二次污染控制机制等方面的最新研究进展,包括超高温堆肥快速腐殖化、氧化亚氮减排、抗生素抗性基因消减、微塑料降解、重金属钝化等多种污染物去除或控制机制等,以期为有机固体废物超高温堆肥处理与资源化利用工程实践提供科学依据。     

一体化好氧发酵设备研究现状与展望

好氧发酵是畜禽粪便资源化利用的有效途径之一,大规模好氧发酵处理工程在我国已取得快速发展。一体化好氧发酵设备适用于中小型规模养殖场粪污处理利用,不仅可以提高堆肥产品质量,还可以解决建设用地限制、降低建设成本,对于促进我国畜禽养殖废弃物资源化利用具有重要意义。但好氧发酵设备的研制在我国起步较晚,标准化、智能化、产业化水平仍然不高,通过对国内外立式、卧式一体化好氧发酵设备及翻抛、曝气、除臭等关键组成部分的研究发展现状进行综述,提出好氧发酵设备目前研究进展及存在问题,并提出研究重点。卧式好氧发酵设备多用于中小型养殖场,设备密闭,易于控制氧气供给和臭味物质排放,堆肥效果理想;立式好氧发酵设备广泛用于大型养殖场及堆肥厂内,处理能力大,但不易实现翻抛与曝气,堆肥质量仍有待提升。今后,应从智能控制、翻抛、高效除臭等环节进一步提升好氧发酵设备性能,提高有机肥品质和农业废弃物资源化利用水平。     

不同堆肥方式对农业废弃物堆肥腐熟效率的影响

本文以提高库车市农业废弃物资源化效率为目标,通过好氧、厌氧、兼性发酵3种不同堆肥方式进行试验,监测堆肥温度、有机质含量、水分、种子发芽指数等指标对堆肥腐熟效率的影响,结果表明:好氧和兼性堆肥模式较厌氧堆肥模式堆肥腐熟效率高,好氧发酵和兼性发酵方式升温快,高温时间保持较长,腐熟较彻底,好氧和兼性堆肥2种方式可作为库车市农业废弃物资源化利用有效方式进行推广应用。     

鸡粪好氧堆肥腐熟度的研究

[目的]测定、评价鸡粪好氧堆肥腐熟度,为堆肥生产提供参考。[方法]采用自制的简易发酵罐,实验室模拟鸡粪便好氧堆肥发酵,测定堆肥不同时段具有实用意义的腐熟度和粪便无害化标准的各项指标,并对堆肥腐熟情况进行分析与评价。[结果]好氧堆肥温度最高达50～55℃以上并持续5～7 d,pH的变化范围为7.3～8.6,含水率基本维持在60%左右,有机质含量由最初的86.2%降至63.9%,C/N由最初的24.7降至堆肥12 d 20.0、0,种子发芽指数在堆肥第10天达80%以上,粪大肠菌值由0.001升至0.173,蛔虫卵的死亡率在第7天左右达95%以上。[结论]堆肥过程中的温度、pH、含水率、有机质含量、C/N、种子发芽指数、粪大肠菌值及蛔虫卵的死亡率等指标均达到鸡粪好氧堆肥腐熟度的要求,保证了堆肥的充分腐熟。     

复方肤清洗剂中药渣堆肥发酵条件研究

为研究复方肤清洗剂中药渣堆肥发酵条件,采用有氧人工发酵、有氧自然发酵、无氧人工发酵以及无氧自然发酵4种堆肥方式处理,监测堆肥过程中温度、电导率、pH、种子发芽指数、全磷含量以及碳氮比（C/N）的变化。结果表明,有氧人工发酵堆肥温度高,腐熟进度快,是复方肤清洗剂中药渣堆肥的有效制备方法;其堆肥发酵条件为含水量60%,pH 6～8,Rw促腐剂含量0.1 g/kg,每天翻堆1～2次。     

鸡粪堆肥周期中养分指标和腐熟程度变化研究

为了提高及改善农业废弃物中禽畜粪便和农作物秸秆的资源利用率,采用肉鸡鸡粪和玉米秸秆为原料,同时添加不同发酵剂进行高温好氧堆肥试验.应用物理和化学分析法研究鸡粪高温好氧堆肥过程中堆体温度、pH、C/N,NPK含量、重金属含量等理化指标的变化,以研究在玉米秸秆添加量一定的情况下,发酵剂的有无及不同发酵剂以及翻抛和通气对堆肥腐熟度变化的影响.结果表明,初始堆积物鸡粪与秸秆的C/N达到堆肥发酵最适的C/N后,升温很快,温度最高为60℃,其pH在7.2～8.5,整体上偏弱碱性,呈先下降后上升趋势.发酵剂对堆肥温度变化无明显影响,但添加发酵剂的处理除臭效果显著.鸡粪堆肥原料和工艺复杂,其腐熟度需多种指标参数进行综合判断.     

鸡粪筒仓式反应器堆肥产品质量评估和经济效益分析

为评估筒仓式反应器堆肥产品质量，利用大型筒仓式反应器开展鸡粪堆肥试验，探究堆肥原料组成、曝气强度和发酵菌剂对反应器堆肥产品的腐熟状况、氮素含量、总养分含量等的影响，并分析反应器堆肥处理鸡粪的经济效益。结果显示，添加菌渣和发酵菌剂、维持适中的曝气强度可以提高堆肥温度，降低堆肥pH值。添加菌渣和发酵菌剂、增大曝气强度可以降低堆肥含水率。添加菌渣、降低曝气强度可以抑制总有机碳和腐殖质的降解，添加发酵菌剂可以促进总有机碳降解，但对腐殖质的影响较小。原料组成对腐熟堆肥的种子发芽指数的影响较小，增大曝气强度和添加发酵菌剂可以提高堆肥的种子发芽指数。反应器处理鸡粪堆肥产品的铵态氮(NH⁺₄-N)含量为100～150 mg/kg,硝态氮(NO^-₃-N)含量较低且差别较小。反应器处理后的腐熟堆肥的总养分含量为5.58%～7.44%,达到国家有机肥料标准要求；总有机质含量为26.44%～48.12%,含水率为25.00%～35.00%,pH值为9.40,腐熟堆肥的种子发芽指数为19.33%～59.50%,均未达到国家标...     

木薯皮和鸡粪的堆肥化利用研究

由于木薯皮含有大量的纤维素等难分解物质,且其碳氮比值较高,难以直接利用。本研究以木薯皮和鸡粪为原料进行高温堆肥发酵,研究了堆肥化过程中理化性质的变化情况及堆肥腐熟程度。结果表明:在堆肥发酵过程中,温度变化呈先上升后下降趋势,到后期已趋近于初始温度;而含水率变化不大。各处理的pH值在发酵结束时为7.3～7.5。水溶性有机碳含量随着堆肥化进行而降低;而水溶性氮含量的变化受通气状况和氮源条件的影响较大。纤维素酶活性在堆肥初期增加,然后逐渐降低。考虑到堆肥腐熟度受多方面因素的影响,判断堆肥腐熟度时应根据多种指标(包括生物学、化学、物理学指标)综合判断。     

棉渣堆肥过程理化性质变化及腐熟度评价

对新疆特色农业废弃物棉渣进行堆肥化处置,以牛粪为调理剂,采用人工翻堆的方法进行高温好氧堆肥试验,研究添加牛粪对棉渣堆肥发酵的影响,探讨堆肥过程中不同部位物料理化性质的差异,并依据发芽指数(GI)评价物料的腐熟程度。结果表明,添加牛粪可以加速物料升温,提高主发酵温度,缩短发酵时间,添加牛粪处理的T值(终点C/N与初始C/N之比)比对照组提前12 d降到0.6以下,且发酵后GI较高,对植物毒性较小。不同部位温度的变化,以中层升温最快,温度最高。中层总有机碳(TOC)下降速率和总氮(TN)上升速率最快,深层次之,表层最慢。深层易形成厌氧区,物料腐熟较慢,堆肥腐熟之前深层GI最低,完全腐熟之后各层之间理化性质无显著差异。     

不同有机物料腐熟剂对农业废弃物堆肥腐熟效率的影响

为提高农业废弃物资源化利用效率,选择6种不同有机物料腐熟剂进行牛粪和棉花秸秆的堆肥试验,监测堆肥温度、pH值、碳氮比、含水量、种子发芽指数等指标.结果表明:添加有机物料腐熟剂后,堆肥沤制初期升温快,堆肥沤制后期腐熟效率高;添加有机物料腐熟剂能缩短堆肥腐熟周期;根据试验结果和使用成本判断6种有机物料腐熟剂性价比,以四川绿微公司生产的有机肥发酵剂和鹤壁人元生物公司生产的促腐剂应用于牛粪和秸秆堆肥发酵效果较好.     

屠宰场污泥锯末混合好氧堆肥腐熟的最佳条件

为了无害化处理屠宰场污泥并提高其利用价值,对屠宰场污泥进行了锯末混合好氧堆肥腐熟试验,以种子发芽指数作为参考指标,研究了不同C/N值、初始含水率、通风方式对好氧堆肥腐熟度的影响。结果表明:随着堆肥时间的增加,不同C/N值的种子发芽指数均呈持续增加趋势,其中C/N为25的处理发芽指数、最高温度和最大pH值均最高,分别达114.3%、68.7℃和9.0,腐熟效果较好;发芽指数与最高温度正相关,最大pH值的变化与发芽指数的变化规律保持一致;原料初始含水率与微生物活动密切相关,直接影响堆肥腐熟效果,以含水率为55%的处理腐熟效果好;通风+翻堆的处理方式更利于堆肥升温和提高腐熟度。     

不同微生物菌剂处理对鸡粪堆肥发酵的影响

选择5种发酵菌剂进行了鸡粪堆肥发酵试验.研究表明,鸡粪堆肥通过接种微生物菌剂,可以明显提高堆肥初期的发酵温度,加快堆肥物料的水分挥发,降低物料对种子发芽指数的影响,缩短堆肥发酵周期,促进堆肥快速腐熟;接种菌剂的处理与对照相比,堆肥发酵初期温度平均高5～14℃,达到55℃以上的高温提早5～10 d,氮素含量提高1.8%～16.8%,堆肥达到腐熟提早5 d以上,根据试验结果综合评判5种供试菌剂性价比,初步认为菌剂2、菌剂3、菌剂4应用于鸡粪堆肥发酵效果较好.     

利用智能堆肥系统堆沤腐熟农业有机物料示范效果初报

为有效降低农业有机物料堆沤腐熟中的劳动用工投入,提高发酵效果、易于操作,引进微秸宝智能堆肥系统,用粉碎的葡萄果枝和羊粪混合物作为有机物料,开展堆沤腐熟示范效果观测。示范表明:利用该系统对有机物料进行堆沤腐熟发酵,具有场地无须硬化、过程全程可控、发酵时间短、效果好、无须翻堆、节省用工等优点,为今后大面积推广农业有机物料堆沤腐熟还田技术探索出了新模式。     

复合菌剂接种鸡粪堆肥的效应研究

传统自然堆肥耗时长,发酵不易完全腐熟。该研究将复合菌剂接种于鸡粪堆肥,旨在短时间内使堆肥达到完全腐熟。选用鸡粪为堆肥原料进行自然通风堆肥试验,研究了添加复合菌剂在堆肥过程中对温度、含水率、C/N比、NH4+-N、pH值、种子发芽指数等腐熟指标的影响。结果表明,相对于CK处理,复合菌剂能够快速提高堆料温度,使温度迅速超过50℃达到63℃,加快有机物料分解速率和堆料脱水速率,使含水率和C/N比分别降至20.20%和17.52,速递分别提高了33.28%、30.54%,促进了堆肥的腐熟、稳定;试验13 d时,NH4+-N降至0.19 g/kg,验证了复合菌剂使堆料完全腐熟;pH值下降至7.63偏中性,有效控制了氨气挥发和臭气产生,减少营养损失和环境污染;种子发芽率达到55.98%,堆肥达到腐熟指标,可以作为有机肥施用。添加复合菌剂有助于鸡粪堆肥发酵腐熟,显著缩短鸡粪发酵时间,对堆肥的科学生产具有重要指导意义。     

不同微生物菌剂在鸡粪堆肥中的应用效果

选择4种微生物菌剂进行鸡粪堆肥发酵试验。结果表明,鸡粪堆肥通过接种微生物菌剂,可以显著提高堆肥初期的发酵温度、延长堆肥高温时间、缩短堆肥发酵周期、促进堆肥快速腐熟;接种菌剂的处理与对照比较,堆肥发酵初期温度提高了12～20℃,达到60℃以上的高温提早了12～13 d;接种微生物菌剂不仅加速有机质的利用,还能加快C/N的下降,提高堆肥的腐熟度;在整个堆肥过程中,接种菌剂2的处理pH较低,在一定程度上控制了高温阶段pH升高导致的氮损失。根据试验结果综合评判,4种微生物菌剂中菌剂2和菌剂3在加速鸡粪堆肥腐熟中的作用效果较好。     

旋切式槽用翻抛机的设计与研究

通过对好氧堆肥过程中翻抛技术的全面分析和研究,设计了一种旋切式槽用翻抛机,该翻抛机以减速机为翻抛搅拌动力,具有搅拌、打碎、翻抛三重作用,能够使物料在翻抛过程中与空气充分接触,达到良好的发酵效果。     

复合菌剂对农业废弃物堆肥过程中理化指标变化的影响

选用鸡粪和玉米秸秆为堆肥原料，进行高温好氧堆肥试验，研究了添加的复合菌剂在堆肥过程中对温度、pH值、EC、氮素及碳氮比等理化指标的影响。结果表明，复合菌剂能够迅速提高发酵体的温度，使温度超过65℃，能加快有机物料的分解速度，碳氮比降低速率提高11．1％，促进了堆肥的腐熟、稳定。在NH3释放比较集中的堆肥初期，pH值降低0．2以上，腐熟堆肥中铵态氮增加13．1％，供试菌剂能够有效地抑制NH3释放，减少臭气的产生并促进氮素积累，全氮增加5．4％。添加的复合菌剂有利于鸡粪和玉米秸秆的发酵腐熟，试验结果对堆肥生产具有指导意义。     

翻堆工艺对0~15 mm垃圾堆肥腐熟度空间变异影响研究

针对好氧堆肥高温发酵阶段堆体腐熟度差异大、空间存在变异的问题,以经北京市马家楼垃圾转运站筛分后的0～15mm生活垃圾为研究对象,在南宫堆肥厂隧道仓进行密闭式静态发酵试验.设计添加高温发酵阶段翻堆处理1次,与未经翻堆的处理进行对比,进行空间各种腐熟度指标测定及统计分析配对t检验.结果表明,未翻堆和翻堆物料的腐熟度指标经统计分析配对t检验,容重、pH值、EC、WSC、NH+4-N、发芽率指数Pr值均小于0.01,差异极显著,含水率和E4/E6的件值小于0.05,差异显著;只有固相C/N的Pr值为0.445 5,大于0.05,差异不显著.高温发酵阶段进行翻堆处理,可以使堆体各处腐熟度均匀一致,空间变异性得到改善,同时可以明显促进微生物对垃圾的分解转化,加快垃圾的腐熟速度,提高堆肥产品的品质,为南宫堆肥厂提供了技术保障.     

添加油菜籽饼粕对茶树菇菌渣高温堆肥进程的影响

以茶树菇菌渣和油菜籽饼粕为原料进行高温好氧堆肥发酵试验,研究了油菜籽饼粕添加量对茶树菇菌渣堆肥过程中各种理化指标的影响。试验结果表明:在茶树菇菌渣中添加适量的油菜籽饼粕进行高温堆肥发酵,有利于加快堆体的升温速度,提高堆体的最高温度,升高堆体的pH值,增大堆体的电导率(EC),降低堆体的C/N。在4个处理中,以C2处理的效果最佳:在堆肥进程中50℃以上高温持续8 d;发酵结束时pH值为8.48,符合腐熟要求; EC值为1746μs/cm,在敏感植物忍受的EC值4000μs/cm以下;水分下降率最大,达14.4%;碳氮比(C/N)为15.61,满足C/N为16以下的理论腐熟要求;总有机碳和总氮含量最高,分别为27.17%和1.74%;总有机碳和总氮含量增幅最高,分别增加了26.49%和59.63%。因此,茶树菇菌渣高温好氧堆肥的最佳配比为80%茶树菇菌渣+20%油菜籽饼粕。     

不同堆肥条件对种子发芽指数影响的研究

研究了添加外源微生物菌荆、调理剂及堆肥C/N比、堆肥初始水分、翻堆频率对猪粪堆肥腐熟度指标种子发芽指数(GI值)的影响.结果表明,添加外源菌剂和调理剂可以促进堆肥腐熟,与单一菌剂相比,复合菌剂的作用效果更明显,木屑作为调理剂的效果优于砻糠;堆肥C/N比为25,初始水分在60%～70%情况下,利于堆肥的腐熟;在堆肥过程中,翻堆频率越大,堆肥腐熟越快;在优化堆肥条件下,20d左右堆肥GI值达到80%以上(腐熟).