有机固体废弃物的堆肥化处理与资源化利用

随着人口的持续增长、工农业生产的飞速发展以及社会生活的不断进步,各种废弃物的排放量也日益增加,严重威胁着人类的生存环境和质量。本文从节约资源、保护环境的角度,探讨了有机固体废弃物的堆肥化处理技术以及堆肥的农业利用优势和限制因素。     

有机固体废弃物堆肥的腐熟度评价指标

有机固体废弃物堆肥的腐熟度指标是评价堆肥稳定及安全农用的重要参数，通过综述堆肥的物理、化学、生物学指标，提出评价堆肥的腐熟度时，物理指标一般作为辅助指标，化学指标中T值≤0．6、水溶性C／总有机N≤0．70可以稳定应用，核磁共振和红外光谱分析可以精细地评价腐熟后堆肥产品中各组分，发芽率指标可作为堆肥产品安全稳定的生物指标。在应用时要与BOD、CEC、腐殖化参数等多方面结合来评价堆肥的腐熟程度。     

有机固体废弃物堆肥的腐熟度评价指标

有机固体废弃物堆肥的腐熟度指标是评价堆肥稳定及安全农用的重要参数,通过综述堆肥的物理、化学、生物学指标,提出评价堆肥的腐熟度时,物理指标一般作为辅助指标,化学指标中T值≤0 6、水溶性C/总有机N≤0 70可以稳定应用,核磁共振和红外光谱分析可以精细地评价腐熟后堆肥产品中各组分,发芽率指标可作为堆肥产品安全稳定的生物指标。在应用时要与BOD、CEC、腐殖化参数等多方面结合来评价堆肥的腐熟程度。     

有机固废堆肥过程的水分平衡模型研究进展

畜禽粪便等有机固体废物堆肥过程中水分含量影响堆肥反应过程,并最终影响堆肥产品质量和后续的产品加工,建立堆肥过程中的水分平衡模型有利于深入理解堆肥过程并优化堆肥过程的工艺参数。该文基于国内外研究进展,对堆肥模型建立基础、水分模型及有机质降解模型研究现状进行综述,概括了堆肥过程中水分迁移转化的主要途径,明确了堆肥过程有机质降解产生的水分是水分平衡模型的重要组成部分。同时,提出可以根据物料平衡思想建立堆肥过程中质量平衡模型,由此分析了堆肥过程中水分平衡模型和有机质降解模型。现在的水分质量平衡模型考虑了堆肥过程中通风对流、水汽蒸发以及微生物作用有机质降解产水对水分的影响,将水分模型分为对流模型、反应—对流模型、反应—蒸发模型和反应—对流—扩散模型4种模型。堆肥产水过程中的有机质降解模型主要有一阶动力学模型、Monod模型和经验模型。     

基于通风频率控制的好氧堆肥评价指标优化研究

采用自动控制的精细化通风系统实现城市污泥减量化、无害化的处理,研究以城市污泥与蘑菇渣为原料,在SIEMENS-PLC自控一体化发酵桶内设计2组处理进行静态好氧堆肥试验,通过改变不同阶段的通风速率和单位时间内通风频率,分析其对堆肥过程的影响。结果表明,在初始堆肥混料含水率为60%±2%时,从氧气消耗、含水量、电导率、种子发芽指数、全氮损失和氨气累积排放量来看,处理1(阶段速率0.1、0.4、0.6、0.3、0.6m~3/h,通风单次15 min/h)堆肥效果较好;综合分析指标间的相关性,确定了第一层级指标(温度、含水量、电导率、pH值)用于简便快速的产业化腐熟度判定。     

低蛋白饲喂技术对猪粪好氧堆肥腐熟度的影响

  【目的】  猪粪由于产生量大、碳氮比低、水分含量高等导致储存处理难度较大,好氧堆肥处理猪粪因原料所提供微生物活动环境较差,导致堆肥效率低下。低蛋白饲喂技术在不影响猪生长发育的同时降低了饲料中的氮投入,可以显著改变猪粪的养分组成。本研究通过多种有机肥腐熟指标判定,分析低蛋白含量日粮饲喂的猪粪通过不同堆肥方式是否可快速有效地达到腐熟,并符合安全施用标准。  【方法】  动物试验选取初始体重为60 kg的去势公猪72头,分高、低蛋白饲喂两个处理,每个处理6次重复,每个重复6头猪。试验饲料均适应喂养7天后,开始收集粪便,收粪期为60天。堆肥试验共设4个处理,分别是高蛋白饲喂静态堆肥 (MH)、低蛋白饲喂静态堆肥 (ML)、高蛋白饲喂好氧堆肥 (CH)、低蛋白饲喂好氧堆肥 (CL),堆肥周期为14天。监测了堆肥过程中堆体温度和碳、氮含量等指标,并测定堆肥处理的小白菜种子发芽指数 (GI)。  【结果】  以堆肥过程中高温持续时间、堆肥NH₄+-N含量、T值 (堆肥结束C/N与堆肥初始C/N的比值) 和GI (小白菜种子发芽指数) 4项为腐熟判断指标,在14天堆肥周期内,高蛋白饲喂产生的猪粪在静态堆肥情况下 (MH),高温持续时间为0天,NH₄+-N含量为0.43 g/kg、T值为0.91、GI指数为0,未能达到腐熟标准;高蛋白饲喂产生的猪粪堆肥在好氧堆肥条件下 (CH),高温持续时间为5天,NH₄+-N含量为0.33 g/kg、T值为0.70、GI指数为0.31,T值和GI值均未能达到腐熟标准;低蛋白饲喂产生的猪粪,在静态堆肥中 (ML) 高温持续时间为0 天,NH₄+-N含量为0.54 g/kg、T值为0.81、GI指数为0.25,均未能达到腐熟标准;而在好氧堆肥 (CL) 中,高温持续时间为6天,NH₄+-N含量0.14 g/kg、T值为0.57、GI指数为0.96,均达到腐熟标准。  【结论】  高蛋白饲养产生的猪粪在静态和好样发酵条件下堆放14天,都不能完全腐熟。低蛋白饲喂产生的猪粪在静态堆放条件下,堆肥14天也不能达到腐熟标准。而低蛋白饲养产生的猪粪在好样条件下,可以在堆放14天时达到腐熟,因为低蛋白饲喂技术使猪粪碳氮比提高了约15%,高温发酵时长延长了40%,极大提高了猪粪短时间内的腐熟程度。因此,在循环农业中,通过上游低蛋白饲喂技术可促进下游猪粪的快速处理和循环利用。     

堆肥化过程中有机污染物生物降解的研究进展

简介了卤代烃、多环芳烃、农药类及石油烃类等几种有机污染物在堆肥过程中的生物降解及其机理研究进展,并指出今后应重点加强高效降解微生物的分离培养、基因工程菌的开发、表面活性剂对生物降解的强化作用以及适合有机污染物降解的堆肥条件和有机污染物在堆制过程中降解的中间产物及终产物等方面研究。     

牛粪和秸秆好氧发酵堆肥的初始条件研究

为了研究堆肥混合物料不同初始含水率、C/N值和秸秆粉碎尺寸等因素对牛粪好氧堆肥的影响,找出各因素的最佳配比参数,以期能够科学有效地指导畜禽养殖场或有机肥生产厂家开展牛粪、秸秆的资源化再利用。提出了以新鲜牛粪和小麦秸秆为堆肥原料和辅料,在添加微生物发酵菌剂的基础上,对上述3因素进行人工调控,并设计分组对比试验,依据相关标准从堆体温度、全养分(N、P_2O_5、K_2O)等指标进行验证。结果表明:试验过程中,各组发酵温度≥45℃以上的时间均大于14 d,满足NY/T 1168—2006 《畜禽粪便无害化处理技术规范》的安全卫生要求;在牛粪好氧发酵堆肥时,添加粉碎后的小麦秸秆不仅能够良好的调节水分、C/N,还能作为结构调理剂,增加混合堆体的粒度和孔隙率。试验结果表明,堆体初始含水率在60%左右,C/N在30∶1左右,小麦秸秆粉碎尺寸≤1 cm的条件下堆肥效果最佳。     

农村有机生活垃圾和秸秆快速好氧发酵技术参数研究

近年来,中国农村有机生活垃圾和农作物秸秆废弃资源引发的环境问题日益严重,在现有农业废弃物资源化利用技术中,好氧发酵堆肥技术由于运行成本低、操作简便成为农村有机生活垃圾和秸秆的首选处理技术.该文通过正交试验方法分析通风量、含水率和碳氮比3因素对快速好氧发酵效果的影响.结果表明:通风量是首要影响因素,其次是含水率和碳氮比;适宜的通风量参数为0.148～0.173 m3/d,含水率为60%,C/N为25:1.本研究将为开展北方寒冷地区冬季好氧发酵设施增温保温技术研究提供理论依据.     

我国城市厨余垃圾好氧堆肥研究综述

随着社会经济的发展,我国2000年之后逐渐开展城市厨余垃圾的好氧堆肥研究,且厨余垃圾好氧堆肥相关理论技术研究成果逐渐增多,源头处理、动态堆肥等新课题相继提出。本文介绍了好氧堆肥的一般机理,总结了厨余垃圾好氧堆肥预处理、微生物选择与接种、工艺条件控制、腐熟度判定、堆肥形式的研究成果。好氧堆肥处理厨余垃圾需要对原料进行一定的预处理,过程控制主要是通风量和搅拌,堆肥周期和对环境的影响因堆肥形式而异,堆垛式、槽式、容器式、蚯蚓和蝇类抗菌肽堆肥技术特点和优缺点有所不同,适用场所也不一,但都应达到相同的腐熟标准,已有实时、在线监测系统用于腐熟度测定。厨余垃圾堆肥的未来发展是基于源头容器式动态或静态堆肥,生产可就近使用的有机肥或能集中至堆肥厂再经规模化堆制加工为成品肥。     

城市生活垃圾堆肥过程中腐熟度指标及控制参数

以日处理400 t经马家楼筛分处理后的15～60 mm生活垃圾的北京南宫堆肥厂垃圾堆肥过程为研究对象,对堆肥过程中垃圾的理化性质、腐熟度指标与控制参数进行了研究。结果表明,堆肥过程中水分含量是下降的;不同季节堆肥pH值的总体变化均呈上升趋势;电导率(EC)降到了作物受抑制的限定值以下,不会对作物产生盐分毒害;堆肥水浸提的腐殖酸E₄/E₆值随着垃圾堆肥腐熟度升高呈增加趋势;24 h和96 h的发芽率指数(GI)表明垃圾堆肥时间可以从8周缩短到5周;有机碳、总氮和C/N比随着堆肥时间的增加均呈下降趋势;C/N比与E₄/E₆值和GI(24 h和96 h)值呈显著负相关关系,EC值与E₄/E₆值和GI(24 h和96 h)值呈极显著负相关,而E₄/E₆值与GI(24 h和96 h)值呈极显著正相关。     

Isolation and characterization of novel thermophilic nitrifying Bacillus sp. from compost

A thermophilic nitrifying bacterium, strain T3, was isolated from compost made of animal waste by using a novel selective medium. Strain T3 was classified into the genus Bacillus, close to Bacillus halodurans, but identified as a novel species. To evaluate the effect of adding strain T3 on ammonia emission during the process of composting animal waste, laboratory scale composting was done. Ammonia emission was lower when strain T3 was added than in the control material to which strain T3 was not added. Thermophilic nitrifying bacteria in the strain T3-containing material increased from 6.24 (log value) to 7.55 (log value) on average during the tests. These results suggested the possibility of reducing ammonia emission from composting of animal waste by adding strain T3.     

Improvement of media for thermophilic ammonia-oxidizing bacteria in compost

Thermophilic ammonia-oxidizing bacteria (AOB) have the potential to reduce ammonium emissions from commercial-scale animal waste composting operations. Two new media have been designed to culture and enumerate thermophilic AOB species. C-1 medium was designed to reflect compost composition. C-2 medium and CQ-2 medium were modified synthetic organic wastewater for the cultivation and enumeration of AOB, respectively. These new media have several advantages over the conventional medium. C-2 medium is effective for nitrification at 50°C, and C-1 and C-2 media support reasonable growth of thermophilic AOB. Furthermore, C-1 and CQ-2 media allow enumeration of thermophilic AOB during the composting process. This is the first report of the successful cultivation and enumeration of thermophilic AOB in compost. These results suggest the possibility of isolation and manipulation of novel thermophilic AOB species for environmental bioremediation.     

垃圾堆肥对难溶性磷转化及土壤磷素吸附特性影响

在城市生活垃圾进行工厂化堆肥过程中,加入难溶性磷矿粉,探讨堆肥对难溶性磷的转化能力及堆肥产品培肥后对土壤磷素吸附特性的影响。结果表明,加入磷矿粉可使堆肥中活性有机磷、中等活性有机磷、中稳性有机磷、高稳性有机磷及速效磷含量均有不同程度的提高,与对照相比分别增加212.69%、80.36%、61.21%、62.74%、157.89%。通过电镜观察表明,堆肥后磷矿粉典型的矿物特征消失,表面呈蜂窝状。将堆肥后的产品进行培肥试验表明,富磷垃圾肥处理可明显改善土壤磷素的吸附特性,与施化肥相比,最大吸附量(Q_m)下降8.76%,最大缓冲容量(Q_m·K)下降13.58%,而磷素的吸附饱和度(DPS)、零净吸附浓度磷(EPC₀)则呈不同程度的增加,幅度依次为98.52%、7.13%。试验结果显示,通过堆肥生产富磷垃圾肥可为解决中国磷素资源缺乏、化学磷肥利用率低等问题提供一条生物学途径。     

堆肥过程中水溶性有机物常规荧光与固体表面荧光光谱比较

为研究固体表面荧光表征堆肥有机质结构及物质转化特征的可行性,采集堆肥原样,提取水溶性有机物,分别对两者的含碳量及前者的固体表面荧光和后者的常规荧光光谱进行分析。结果显示：堆肥过程中,水溶性有机物占总堆肥有机物的比例不断下降,第40天降至5.1 g/kg。堆肥进行时,水溶性有机物的发射、激发光谱及同步荧光光谱中的类腐殖质荧光的强度均不断增强,而堆肥原样的激发、发射和同步3种扫描形式的固体表面荧光却不断降低。3种荧光光谱中,堆肥原样和水溶性有机物的同步荧光光谱在常规荧光光谱和固体表面荧光中都出现了类蛋白和类腐     

不同促腐菌剂对有机废弃物堆肥效果的研究

为了促进当地农业有机废弃物资源的循环利用,以牛粪、鸡粪、食用菌渣为堆肥原料并协调碳氮比为30∶1,添加不同的微生物菌剂进行堆肥,研究堆肥过程中的温度、pH值、全氮、铵态氮、硝态氮和发芽指数的变化趋势,比较不同菌剂处理在堆肥前后养分含量的差异。结果表明,枯草芽孢菌剂和EM菌剂处理堆肥初期升温快,发酵基和速腐剂处理堆肥初期升温相对缓慢;枯草芽孢菌剂处理高温阶段温度基本上维持在70℃上下,堆肥前后氮素损失率最大为33.18%,发芽指数最低,而EM菌剂处理的高温阶段温度维持在55~68℃,氮素损失率最小为10.73%,发芽指数在堆肥21 d为51.55%,达到了基本腐熟,堆肥35 d为84.27%,达到了完全腐熟,堆肥腐熟快于其他处理。因此,在利用牛粪等有机废弃物进行高温好氧堆肥过程中,需要选择具有多种微生物能够相互协调作用并适应高温堆肥的菌剂,并且菌剂用量适宜,以达到减少氮素损失,提高堆肥的效果。     

Physicochemical,including spectroscopic,and biological analyses during composting of green tea waste and rice bran

The aims of this study were to monitor the changes in physicochemical, including spectroscopic, and biological characteristics during composting of green tea waste–rice bran compost (GRC) and to define parameters suitable for evaluating the stability of GRC. Compost pile temperature reflected the initiation and stabilization of the composting process. The pH, electrical conductivity, NO₃ ⁻-N content, and carbon-to-nitrogen ratio were measured as chemical properties of the compost. The color (CIELAB variables), humification index (the absorption ratio Q _4/6 = A ₄₇₂ / A ₆₆₄ of 0.5 M NaOH extracts), absorption at 665 nm of acetone extracts, and Fourier-transform infrared (FT-IR) spectra were measured to evaluate the organic matter transformation; germination of komatsuna or tomato seeds was measured to assess the potential phytotoxicity of composting materials during composting. No single parameter was capable of giving substantial information on the composting process, the nutrient balance, phytotoxicity, and organic matter decomposition. The FT-IR spectra at 3,300, 2,930, 2,852, and 1,065 cm⁻¹ provided information on the molecular transformation of GRC during composting and they decreased over the composting. Most of the assayed parameters showed no further change after about 90 days of composting suggesting that GRC can be used for agricultural purposes after this period.     

城市污泥与调理剂混合堆肥过程中有机质组分的变化

【目的】研究城市污泥堆肥过程中各项有机质组分及碳、 氮在堆肥过程中的形成与转化,以期改善堆肥的生物有效性,促进其土地利用。【方法】在工厂规模化下,以城市污泥、 蘑菇渣锯末以及返混料按照6∶3∶1的质量比混合形成堆肥物料,辅以强制通风措施和翻抛,进行为期18 d的高温堆肥试验。堆肥期间定期采样,测定指标包括温度、 C/N值、 pH、 含水率、 有机质降解率、 水溶性组分、 半纤维素、 纤维素和木质素,研究堆肥期间不同阶段堆肥物料中有机质组分的动态变化。【结果】堆体温度随着发酵时间的延长呈现先升高后降低的趋势,最高温度达到71.3℃; 含水率由60.7%降低到51.4%,pH呈现先升高后降低的趋势,总体处于6.0~7.5之间; 总有机碳含量持续下降,氮素含量表现为高温期持续下降随后呈上升的趋势; 初始阶段,堆肥物料中四种成分含量分布为: 水溶性组分纤维素半纤维素木质素,至堆肥结束变化为: 纤维素水溶性组分木质素半纤维素,经过堆肥之后水溶性组分及半纤维素含量分别由39.5%和20.1%下降为27.9%和14.4%,纤维素含量由初始的21.8%上升至29.5%,木质素含量相对稳定不变。物料经过堆肥化处理后达到腐熟标准,水溶性组分和半纤维素含量分别降低了38.6%和38.8%,纤维素和木质素含量在高温期分别降解了11.7%和18.5%; 物料总量降低了9.8%。水溶性组分的主要降解阶段为高温期,期间降解部分占总降解量的65.5%; 半纤维素的主要降解阶段为稳定期,稳定期降解部分占总降解量的69.1%,且有继续降解的趋势; 纤维素和木质素仅在高温期有少量降解; 氮素则表现为高温期铵态氮的损失及稳定期硝态氮的积累。【结论】堆肥化处理在实现污泥减量化基础上,污泥中有机质得到了稳定化,有利于城市污泥的土地利用。     

微生物菌剂对厨余垃圾堆肥温室气体减排的影响

为对厨余垃圾堆肥过程中的温室气体进行减排,在60 L强制通风静态堆肥装置中进行为期35 d的厨余垃圾和园林废弃物的联合好氧堆肥试验。在堆肥原料中分别添加复合微生物菌剂VT1000（VT）、枯草芽孢杆菌（BS）和地衣芽孢杆菌（BL）三种菌剂,并以不加菌剂的堆肥处理（CK）作为对照,监测堆肥过程中的CH4和N2O排放,以研究不同微生物菌剂对于厨余垃圾堆肥温室气体排放的影响。结果表明：微生物菌剂的添加会加快堆体升温和促进腐熟,同时能够实现不同程度的温室气体减排。堆肥过程中N2O的排放量在总温室气体二氧化碳排放当量中占比远高于甲烷,达到总排放当量的76.83%～88.57%,排放高峰期分别出现在堆肥初期和腐熟期。各处理的总温室气体排放当量分别为95.84 kg/t（CK）、52.31 kg/t（VT）、42.03 kg/t（BS）和62.49 kg/t（BL）。与CK处理相比,BS处理的总温室气体的减排效果最好,减排率为56.15%,BL处理的减排率最低,为34.80%,VT处理减排率为45.42%。相较于CH4,菌剂对N2O的减排效果更好,可达35.32%～61.86%。结合堆肥过程的温度及各腐熟度指标,该研究选取的微生物菌剂能够在保证堆肥效率和产品质量的前提下有效减少温室气体排放。