堆肥含水量与腐熟度对其粉碎度的影响研究

以鸡粪和麦秸为原料，通过堆肥不同腐熟度和不同含水量下粉碎度的测定，表明堆肥含水量是控制粉碎度大小的首要因素，堆肥粉碎度随含水量的增加而降低，两者满足二级动力学方程。粉碎度的临界含水量为20％，含水量低于20％时，粉碎度的变化较小。含水量大于20％时，腐熟度对粉碎度的影响增强。腐熟的堆肥更容易粉碎。粉碎度与GI(发芽指数)、EC、pH值等腐熟度指标并不存在相关关系。但与TOC呈负线性相关，与全N、C/N比呈显著负二次相关。粉碎度与堆肥化学参数：纤维素、半纤维素含量呈负线性相关，与木质素无相关性。     

不同填充料对猪粪堆肥腐熟过程的影响

采用稻草、木屑、粉煤灰、树叶为猪粪堆肥的填充料,研究了不同填充料与猪粪混合堆肥的温度、总氮、NH4 N、NO3- N、水溶性有机碳(DOC)和种子发芽系数随时间的变化规律。结果发现,稻草在堆肥过程中很容易腐烂和结块,不宜单独用作猪粪堆肥的填充料;稻草 粉煤灰或树叶 木屑作为填充料加入猪粪混合堆肥中可改善堆肥物料的物理性质,减少物料的结块现象,促进NH4 N向NO3- N转化,有利于水溶有机碳的分解,提高种子发芽率,促进堆肥的腐熟。     

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。     

基于卷积神经网络的堆肥腐熟度预测

【目的】目前堆肥腐熟度主要采用复杂的化学、生物学方法进行判断,操作繁琐且效率低。卷积神经网络 (convolutional neural network,CNN) 模拟人类视觉,既可保留堆肥图像的颜色信息,也提取了轮廓、线条、粒度等更加具有代表性的特征,从而避免了因光照条件不同对堆肥腐熟度预测识别效果的影响。本文提出了通过堆肥图像判断堆肥腐熟度的方法,构建基于卷积神经网络的堆肥腐熟度预测模型,并验证了该模型进行堆肥腐熟度判断的准确度。【方法】供试堆肥样本采集自江苏、山东、浙江三省,堆肥原料分别为秸秆、尾菜和畜禽粪便,堆肥周期依次为50 d、45 d和60 d。在厂棚内的堆肥槽中,用海康威视摄像头 (型号为C3W,焦段为广角,焦距2.8 mm,清晰度1080 p,夜间自动补光,摄像头距堆肥表面约1 m) 拍摄不同腐熟时期的堆肥图像,图像格式为JPEG。分别取三种不同原料的堆肥图像样本构成三组图像数据集,将三种原料的图像按照尾菜∶秸秆∶畜禽粪便原料1∶1∶1构成第四组图像数据集。每组数据集中,80%的图像数据用于训练基于卷积神经网络模型,并建立预测模型参数。剩余20%的图像用于测试,验证模型的腐熟度预测效果。【结果】搭建的堆肥腐熟度预测模型由输入层、3层卷积层、3层池化层、2层全连接层和输出层构成。构建的腐熟度预测模型在秸秆、尾菜、畜禽粪便及三者堆肥混合图像数据集上的腐熟度预测平均准确率分别为98.7%、98.7%、98.8%和98.2%。与几种经典高效的图像特征提取、分类方法相比,较每个数据集上最优经典算法的平均准确率提升了3～14个百分点。通过CNN方法判断堆肥腐熟度,纹理特征比颜色特征更加有效。【结论】采用卷积神经网络的堆肥腐熟度预测模型能够提取堆肥图像外观特征,实现在可见光条件下直接通过堆肥图像准确、快速地识别堆肥腐熟度,可为堆肥企业生产实践提供指导。     

鸡粪堆肥腐熟度参数及波谱的形状研究

本研究从农业固体废弃物资源化利用角度出发,设计了以鸡粪、玉米秸秆为原料和填充料的高温堆肥体系,应用物理分析法、化学分析法、波谱分析法和植物生长分析法研究了高温堆肥的腐熟度参数及指标。结果表明,温度是表征高温堆肥腐熟度的最直接参数。随着堆肥进程的进行,C/N、NH4+-N含量呈下降趋势,HA/FA呈上升趋势,它们能较好地反映高温堆肥腐熟程度,可以作为堆肥的腐熟指标。堆肥胡敏酸可见光谱、红外光谱、核磁共振光谱对堆肥有机质结构变化和腐熟度判定具有重要的参考价值;堆肥过程中堆肥腐熟指标变化与种子发芽率变化规律具有一定的相关性。     

含水率对羊粪堆肥腐熟度及污染气体排放的影响

为了优化羊粪好氧堆肥的工艺条件,研究初始含水率对羊粪堆肥腐熟度及污染气体排放的影响。该研究以高湿新鲜羊粪为堆肥原料（含水率为75%）,添加玉米秸秆调节初始物料含水率分别为70%、65%、60%和55%,堆肥在60 L密闭发酵罐中共持续35 d。结果表明：75%含水率羊粪堆体单独不能顺利启动升温,且在试验期间释放了大量的甲烷和氧化亚氮等温室气体,在所有处理中产生的总温室效应最大（41.4 g/kg）。玉米秸秆与羊粪联合均能成功启动堆肥过程,且堆肥产品均可以达到无害化卫生要求和腐熟标准。其中初始含水率为65%时,堆体不仅高温期持续时间长,且有机质降解程度高,物料干质量降解率达45%,同时比其他处理可降低4.81%～16.99%的总氮损失和7.56%～48.62%的总温室气体排放量。因此,在羊粪和玉米秸秆联合堆肥时,初始含水率65%左右为最佳条件。     

风干预处理对堆肥腐熟度及臭气排放量的影响

该研究以风干猪粪堆肥为处理,以新鲜猪粪堆肥为对照,在秸秆调理相同C/N基础上,对两个处理腐熟度和臭气排放进行比较分析。从温度、p H值、电导率和发芽率来看,利用新鲜猪粪和风干猪粪堆肥所得的产品均能达到腐熟和无害化标准;在硫化氢、羰基硫、二硫化碳、甲硫醚、乙硫醚、二甲二硫、甲硫醇和乙硫醇几种含硫臭气中,甲硫醚和二甲二硫占96%以上;风干猪粪堆肥比新鲜猪粪堆肥少排放71.09%的氨气,66.11%的甲硫醚和9.66%的二甲二硫。在不考虑风干环节存在的问题条件下,与新鲜猪粪堆肥相比,风干猪粪堆肥堆肥时间短,在堆肥品质提高的基础上,堆肥产品产量增加60%。通过降低水分和体积风干猪粪运输成本降低1/3,且对环境影响小,是远距离资源化处理畜禽粪便的较好途径。     

北京南宫静态堆肥隧道仓不同区间的垃圾堆肥腐熟度模糊评价

以南宫堆肥厂27 m长的静态高温堆肥发酵隧道仓为研究对象,对其10个不同区间的垃圾堆肥腐熟度进行分析并进行了模糊评价。结果表明：经过14d的高温静态发酵,10个区间的垃圾堆肥物理组分均发生了明显变化;垃圾堆肥含水率均未达到一次发酵结束时的要求;从电导率、pH值、E₄/E₆、固相C/N、GI等指标来看,10个区间的垃圾堆肥均达到了基本腐熟。模糊评价结果表明：南宫堆肥厂的堆肥隧道仓中,各区间垃圾堆肥的腐熟程度并不一致：隧道仓第6区间(13.5～16.2 m)的垃圾堆肥腐熟程度最好;第1区间(0～2.7 m)、第9区间(21.6～24.3 m)、第10区间(24.3～27 m)垃圾堆肥腐熟程度最差;其他区间的垃圾堆肥腐熟度居中。     

木质纤维素降解菌剂DN-1促进堆肥腐熟度的评估

为提高堆肥中木质纤维素降解效率,促进堆肥腐熟进程,主要采用红外光谱法(FTIR),同时结合堆肥温度、种子发芽率及木质纤维素含量变化,研究了添加木质纤维素降解菌剂DN-1对堆肥腐熟的促进作用。结果表明,加入菌剂使堆肥在45℃以上高温期持续20 d,比自然堆肥高温期延长6 d;堆肥结束时,添加菌剂堆肥的种子发芽指数为93.3%,自然堆肥仅为56.7%;菌剂堆肥中木质素、纤维素和半纤维素的降解率分别为42.54%、62.57%和67.14%,分别高出自然堆肥14.33、31.31、19.57个百分点。红外光谱变化反映了堆肥过程中木质纤维素、多糖、脂肪和酰胺等成分的减少及芳香结构成分的增加,为菌剂DN-1促进堆肥中有机成分的转化和腐熟进程提供了有力的直接证据。菌剂DN-1具有很好地促进堆肥中木质纤维素降解和提高堆肥腐熟度的潜力,可以将其进一步应用于较大规模的堆肥处理。     

不同通风速率对堆肥腐熟度和含氮气体排放的影响

NH3和N2O等含氮气体的排放不仅对堆肥腐熟度和堆肥产品的品质产生影响,同时也与环境污染有直接关系。以鸡粪、秸秆和干草皮为堆肥原料,采用好氧堆肥的方法,探讨了不同通风速率对堆肥腐熟度及NH3和N2O等含氮气体排放变化的影响。结果表明,通风速率为0.01、0.1、0.2 m3.min^-1.m^-3的处理高温期持续时间分别为0、11、7 d;0.1 m3.min^-1.m^-3的堆肥积温为16 176.4℃.h,在各处理中为最高;到堆肥结束时,各处理的全碳降解率分别为9.87%、24.94%、19.01%,总氮增加率分别为19.67%、32.00%、12.14%,其中处理A2的有机质降解及总氮增加效果最好。对堆肥产物腐熟度的测试结果表明,除通风速率为0.01 m3.min^-1.m^-3不能达到堆肥腐熟外,其他两个处理均达到了要求。氨气累积释放量与通气速率有关,通气速率越大,越有利于氨气的挥发。低的通气量可能会促成N2O的生成,到堆肥结束时,3个处理的N2O平均排放率分别为6.2、2.37、1.5 mg.kg^-1.d^-1。     

堆高对生活垃圾中15 mm筛下物堆肥腐熟的影响

为了解小粒径生活垃圾的独立堆肥适宜性,并筛选最佳堆高,本文以北京市马家楼垃圾转运站筛分后的0～15 mm生活垃圾为研究对象,在南宫堆肥厂隧道发酵仓分别以2.5、2.0、1.5和1.0 m 4个堆高进行强制通风条件下密闭静态高温发酵对比试验。通过高温发酵（8 d）前后采样测定堆肥水浸提液的电导率（EC）、腐殖酸光学特性（E4/E6）、水溶性碳（WSC）质量分数、水溶性铵态氮（NH4+-N）质量分数和发芽率指数（GI）,堆肥固相碳氮比（C/N）和粪大肠菌值等腐熟度指标,并应用模糊评价法进行腐熟度评价。结果表明：0～15 mm粒径的生活垃圾可单独堆肥,且1.5和1.0 m 的2个堆体的腐熟程度最好,综合考虑后推荐在隧道发酵仓中采用1.5 m为最适宜堆高。     

不同粒径生活垃圾对腐熟度影响统计分析(简报)

为了解不同粒径生活垃圾之间腐熟度的差异以及影响腐熟度最大的粒径范围,该文以南宫堆肥厂的物料为研究对象,将15～80 mm混合垃圾细分为15～30、30～40、40～50、50～60及60～80 mm五个粒径组,分别进行物理组成分析,并在发酵的0、8、18、42天分别采样测定其腐熟度指标铵态氮(NH 4-N)、硝态氮(NO-3-N)、水溶性碳(WSC)、发芽率指数(GI)、pH值、电导率(EC)和固相碳氮比(C/N),利用SAS统计软件对数据进行统计分析并建立了多元回归模型。结果表明:较大粒径垃圾中可填埋和可焚烧物较多,更适宜填埋和焚烧处理;不同粒径垃圾对腐熟度的影响不同,其中15～30 mm垃圾堆肥产品的GI和固相C/N等指标反映其腐熟程度较好,并且在多元模型中其腐熟度与混合垃圾腐熟度的相关频率最高、系数较大,由此可见15～30 mm垃圾对堆肥腐熟度的贡献最多。该研究为今后垃圾前处理及堆肥工艺的优化改进提供了必要的数据支持和研究基础。     

添加不同辅料对污泥堆肥腐熟度及气体排放的影响

选择玉米秸秆和木本泥炭两种辅料添加至脱水污泥中进行联合好氧堆肥,研究了秸秆和木本泥炭作为添加剂对污泥堆肥腐熟度和堆肥过程中气体排放(NH_3、CH_4和N_2O)的影响。两种辅料添加量均为初始物料的15%,堆肥在60 L的密闭反应器中共持续35 d。研究结果表明,秸秆作为添加剂与污泥联合堆肥,堆肥产品可以达到卫生标准和腐熟标准。添加秸秆处理整个堆肥过程中累积NH_3、CH_4和N_2O排放量分别为2.2、0.14和0.09 g/kg,NH_3和CH_4排放主要发生在堆肥的升温期和高温期,N_2O排放主要发生在堆肥的后腐熟阶段。添加木本泥炭作为添加剂不能成功启动堆肥,整个堆置过程中未检测到NH_3和CH_4排放,但是在堆肥前期有大量N_2O产生。对于添加秸秆的处理,CH_4、N_2O和NH_3对总温室气体排放的贡献率分别为45%,36%和19%,CH_4所占比重最高。     

倒仓破碎对缩短发酵周期后生活垃圾堆肥腐熟度的影响

为了满足日益增长的垃圾处理发展的需要,解决城市生活垃圾产生与消纳、处理之间的矛盾,以北京市南宫堆肥厂垃圾堆肥工艺和密闭隧道发酵仓为研究对象,以马家楼转运站筛分出的15-80mm粒径垃圾作为堆肥原料,以14d高温隧道发酵（不倒仓不破碎）→21d后熟化发酵→21d最终熟化发酵工艺为对照,以8d高温隧道发酵（不倒仓不破碎）→12d后熟化发酵→12d最终熟化发酵工艺为处理1,8d高温隧道发酵（第3d倒仓破碎1次）→12d后熟化发酵→12d最终熟化发酵工艺为处理2。通过不同发酵阶段采样和各类指标的测定,探求缩短堆肥发酵周期后倒仓破碎工艺对于生活垃圾堆肥腐熟度的影响。结果表明,处理1产品的腐熟度较差,处理2与对照处理的堆肥产品腐熟度差异不明显。将高温隧道发酵时间由14d缩短为8d,并且第3d倒仓破碎1次,后熟化与最终熟化时间分别由21d缩短为12d,可以在保证堆肥产品品质的基础上显著提高堆肥效率,使南宫堆肥厂的垃圾处理能力得到大幅提高,该成果为南宫堆肥工艺优化的实施和改进及其推广应用提供了技术支持。     

添加菌糠对鸡粪-烟末堆肥腐熟度及污染气体排放的影响

为探索鸡粪-烟末混合堆肥体系合适的菌糠投入量,减轻堆肥过程中污染气体的排放,通过35 d的堆肥试验,设置3个菌糠投入量[0(CK)、5%、10%],研究鸡粪-烟末堆肥条件下添加菌糠对堆肥腐熟度和污染气体排放的影响。结果表明,堆肥处理堆体温度均能在55℃持续8 d以上,达无害化标准。与CK相比,添加5%、10%菌糠处理堆肥产品对作物生长无毒害作用,腐熟度得到有效改善,但均未达到腐熟标准;添加5%菌糠处理总有机碳(TOC)损失降低了2.39个百分点,总氮(TN)损失降低了8.92个百分点;添加10%菌糠处理TOC损失增加了0.27个百分点,但TN损失降低了11.89个百分点。综合考虑堆肥腐熟度、碳氮损失和环境效应,添加菌糠作为膨松剂能够提升堆肥腐熟度并减少污染气体排放,更有利于农业废弃物肥料化的可持续发展。     

碳氮比对鸡粪堆肥腐熟度和臭气排放的影响

为确定鸡粪堆肥最优碳氮比（C/N比）,该研究以新鲜鸡粪为堆肥原料,添加玉米秸秆调节初始C/N比为14、18和22进行好氧堆肥,研究不同C/N比对鸡粪堆肥腐熟度和臭气排放（NH3和H2S）的影响。结果表明：C/N比为14的处理堆肥产品未腐熟,C/N比为18和22的处理均达到腐熟。C/N比为18的处理NH3累积排放量和总氮（TN）损失率最高;C/N比为18～22时,C/N比越高,NH3累积排放量和TN损失率越低。C/N比为14的处理H2S累积排放量和总硫（TS）损失率最高;C/N比为18和22的2个处理,H2S累积排放量显著降低,且无显著差异。此外,C/N比为18处理的微生物群落多样性在整个堆肥过程中显著高于C/N比为14和22处理。堆肥的理化指标、臭气排放与微生物群落之间的相关性分析表明,高温、高pH值和缺氧环境会增加Firmicutes丰度,进而促进NH3和H2S的排放,相反地,低温、低pH和氧气充足的环境更有利于Actinobacteria增殖,有利于减少NH3和H2S的排放。综合考虑堆肥产品腐熟度和臭气减排效果,建议低C/N比鸡粪堆肥的初始C/N比为18～22。当秸秆资源不足时,建议初始C/N比为18;秸秆资源充足时,建议初始C/N比为22。     

菌、热及菌热联合对垃圾堆肥腐熟的比较分析

为研究菌剂、余热及其联合作用对堆肥腐熟度的影响,采用强制通风静态堆肥系统,以现有堆肥工艺为对照（CK）,比较研究了添加菌剂（T1）、余热利用（T2）、添加菌剂并利用余热（T3）3种工艺垃圾对堆肥过程中腐熟度的影响。结果表明：从温度、pH、电导率（EC）、腐植酸光学特性（E4/E6）、水溶性碳（WSC）、固相C/N和发芽率指数（GI）来看,4个处理均达到腐熟;添加菌剂（T1）对EC、E4/E6、WSC、C/N和GI有显著影响;除E4/E6、WSC和C/N外,循环热风（T2）对其余腐熟度指标有显著影响,菌剂和余热的联合作用可显著提高堆肥的腐熟度,且二者对堆肥腐熟度的影响是一种协同作用。     

添加碳酸盐岩对好氧堆肥发酵过程、养分和腐熟度的影响

为探索农用矿物"西班牙河"碳酸盐岩作为堆肥添加剂对堆肥发酵效果的影响,以动物源堆肥(猪粪堆肥)和植物源堆肥(包菜堆肥)为例,研究碳酸盐岩对堆肥发酵过程(堆肥温度、有机碳动态、全氮动态、碳氮损失)、堆肥产品养分(全氮、全磷、全钾、全钙、全镁)和腐熟度(电导率、种子发芽指数)的影响.试验设置不添加碳酸盐岩对照和添加碳酸盐岩...     

不同腐熟度猪粪、奶牛粪在小白菜和香瓜上施用的农学效应研究

进行猪粪和奶牛粪自然高温堆肥发酵,分别在15、25、35、50 d取样,获得了不同腐熟程度堆肥产物,分别进行了小白菜和香瓜种子发芽与田间应用试验,以期获得不同腐熟堆肥在蔬菜上施用的农学效应,旨在从堆肥农田施用的农学效应角度,为制订堆肥腐熟度标准提供科学依据。结果表明:牛粪堆肥过程中的最高温度高于猪粪,且高温期也长于猪粪;两种处理在35d有机碳含量均显著降低,全氮含量为先降低后升高趋势;两种堆肥在35d后,均达到无害化标准。不同腐熟程度堆肥对小白菜株高和主根长及香瓜苗重和主根长均没有明显抑制作用,对小白菜和香瓜出苗率、根系活力及小白菜单株鲜重和生物产量影响较大,尤其是猪粪腐熟25d,奶牛粪腐熟15d的堆肥表现出显著抑制作用。将堆肥理化参数与小白菜、香瓜生长指标进行相关分析表明:pH值、全氮含量和C/N这3种指标均与小白菜和香瓜各项生物性状无显著相关性;有机碳和DOC与各项生物性状指标均表现出显著或极显著相关性;铵/硝与小白菜和香瓜的GI和根系活力均表现极显著或显著的相关性,其结果与现行的堆肥腐熟度指标并不一致。因此,在制订堆肥腐熟度标准时,应关注堆肥产物农田施用后不同作物所表现出的不同农学效应。     

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