混合堆肥过程中挥发性固体含量的层次效应及动态变化

城市污泥与猪粪混合堆肥表明:升温期和高温期堆体上部有机物降解的差异较大,降温期堆体下部各层有机物降解的差异较大,且堆体内挥发性固体(VS)含量已形成明显的层次效应,腐熟期堆体中部有机物降解的差异较大,堆体内VS含量的层次效应仍很明显;不同堆肥期堆体内VS含量的差异由大到小分别为:降温期≥腐熟期>高温期>升温期,不同部位有机物降解程度由大到小为:上部>中部>下部;VS含量随时间的变化满足一级反应动力学方程,城市污泥和猪粪混合堆肥过程中VS的降解速率约为0.3kg·d^-1,VS含量降低了8.2%.     

城市污泥-猪粪混合堆肥过程中湿度的层次效应及其动态变化

由城市污泥、猪粪混合堆肥试验表明:升温期堆体各剖面的湿度在50.82%～60.87%之间,高温期在38.7%～52.17%之间;升温期和高温期堆体中湿度的层次效应不明显,堆肥仓门、仓内壁以及堆体深度对湿度层次效应的影响较小;降温期堆体各剖面的湿度在24.54%～49.39%之间,湿度层次效应非常明显,仓门、仓内壁和堆体深度对湿度层次效应产生明显影响;后熟期堆体各剖面的湿度在19.18%～49.34%之间,湿度层次效应相对减弱,仓门和仓内壁是导致湿度层次效应减弱的重要原因.不同堆肥期堆体剖面的湿度差异由大到小为:后熟期>降温期>高温期＝升温期,堆体的湿度由大到小为:下部>中部>上部.堆肥过程中湿度随时间的变化满足二级动力学方程.     

混合堆肥过程中容重的层次效应及动态变化

城市污泥、猪粪混合堆肥表明:升温期和高温期堆体容重分别为0.82g·cm^-3和0.66g·cm^-3,堆体内的氧气仍能满足微生物生长所需;降温期容重为0.58g·cm^-3,通气较充分;腐熟期容重为0.54g·cm^-3,通风充分.升温期和高温期仓门附近堆料的容重具有层次效应,降温期大部分堆料的容重具有层次效应,腐熟期堆体容重的层次效应减弱.升温期堆体中轴线附近、高温期仓内壁附近、降温期整个堆体、腐熟期仓门和中轴线附近,堆体深度对容重具有显著影响.升温期和腐熟期,仓门对容重产生显著影响.各堆肥期堆体的容重随深度的增加而呈增大的趋势,容重与堆肥时间满足二级动力学方程.     

翻堆对强制通风静态垛混合堆肥过程及其理化性质的影响

为了了解翻堆对堆肥过程及理化性质的影响,开展了城市污泥、猪粪强制通风静态垛堆肥试验,试验共设4个处理,分别为升温期(3d)、高温期(10d)、降温期(20d)翻堆处理和不翻堆的对照处理.结果表明:翻堆处理能降低堆肥的挥发性固体含量,减轻其在堆体剖面的差异.升温期翻堆不利于堆体DOC含量的降低及腐熟度的提高.降温期翻堆会减小再次升温速率及其所达到的最高温度.升温期和降温期翻堆,虽然有利于堆体内湿度的均匀分布,但却会缩短高温持续时间、降低堆肥的减容率和脱水率.不同时期翻堆,堆肥的pH和EC有降低的趋势,但总体而言其影响并不是特别明显.在高温期翻堆的处理中高温期持续时间长达15d,堆体减容率高达29%,再次升温的升温速率和所达到的最高温度分别为4℃·d-1和60 5℃,且与其它处理相比,其堆肥的VS、DOC和湿度都较低,GI较大.由此试验表明,高温期翻堆的堆肥处理能提高强制通风静态垛堆肥的堆肥效率和质量.     

城市污泥与猪粪混合堆肥过程中湿度空间变异

对城市污泥与猪粪混合堆肥过程中堆体内湿度的空间变异性进行了研究 ,利用克里格法对湿度进行最优插值 .结果发现 :不同堆肥期湿度半变异函数在堆体水平方向上用对数函数拟合效果较好 ,在垂直方向上用线性函数拟合效果较好 .升温期、降温期和腐熟期各剖面的等湿线呈不同的分布特征 ,高温期呈较规则的“拱形”分布 .升温期、高温期及腐熟期 ,仓门附近的湿度变化较大 ,降温期堆体中轴线附近的湿度变化较大 .升温期堆体湿度最佳 ,从高温期开始 ,堆体中下部出现高湿区 ,且不断缩小 ;同时 ,堆体的顶部和两侧壁出现低湿区 ,且向堆体的中下部扩大 .由升温期到降温期 ,湿度空间变异不断增大 ,但腐熟期开始减小 .最后讨论了形成湿度空间变异的原因 ,并提出相应提高堆肥效率和质量的措施 .     

生活垃圾堆肥过程中细菌群落演替规律

应用PCR-DGGE技术研究生活垃圾堆肥过程中的细菌群落演替规律,对堆肥不同时期的宏基因组DNA进行提取,扩增16S rDNA的V3区,分析生活垃圾堆肥过程中细菌群落的变化. DGGE图谱表明,随着堆体温度的升高,DNA条带表现出了明显的动态变化,降温期出现了新的优势条带并趋于稳定,说明堆肥不同时期的细菌群落发生了更替. 对条带分布进行聚类分析,结果表明:以55 ℃为界,将14个堆肥样品划分为2个族,族间的相似性仅为13%,说明堆肥过程中常温期(<55 ℃)和高温期(>55 ℃)微生物群落结构差别较大. 对优势条带回收测序的结果表明:在升温期,堆肥堆体中检测到H. obtusa和人类排泄物中的细菌;但随着温度的升高,具有纤维素降解功能的嗜热微生物Clostridium thermocellum成为堆肥高温期的优势细菌;当堆体温度小于55 ℃时出现了大量的未培养微生物.      

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.     

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.     

高温菌剂的添加时间对污泥堆肥指标影响研究

为研究高温菌剂对堆肥指标的影响,实验采用对照方法,分别设计了不加菌剂(1号)、在堆肥开始时加入常温菌(2号)和高温菌剂(3号)、在堆肥物料升温至45℃左右加入高温菌剂(4号)四种处理方式,探讨发酵过程中堆肥温度、水分、pH值、NH4+-N、总氮和有机质含量变化。结果显示:4号堆体升温是最快的,且4号堆体在各项堆肥指标上均明显优于其他三组。说明后加高温菌剂能够加快堆肥的升温速度,更好地促进有机物的降解,提高堆肥的最高温度,延长堆肥高温期,且能在一定程度上控制高温阶段pH,减少氮素流失,提高污泥堆肥效果。     

微生物复合菌剂对污泥好氧堆肥过程的影响

研究了黄孢原毛平革菌与枯草芽孢杆菌复合菌剂在剩余污泥静态强制通风好氧堆肥中的作用.结果表明,根据堆肥过程中的温度(0~5d为中温阶段,6~12d为高温阶段,16~28d为腐熟阶段)变化,复合菌剂的变化导致堆体细菌数量明显高于空白堆体,且堆体中的嗜热真菌在高温期显著增多,促进了有机物的降解,加速了堆体的腐熟.试验组萝卜种子发芽指数(GI)相对空白组提前3d达到了50%,表明复合菌剂的加入迅速地降低了堆体的生物毒性,但由于相对浓缩效应使得堆肥产品Cd含量略有增加.     

翻堆策略对猪粪沼渣好氧发酵特性的影响

为探究翻堆对好氧发酵过程及产品理化性质的影响,明确沼渣好氧发酵的最佳翻堆策略,开展7组不同翻堆时间和频率的猪粪沼渣好氧发酵试验,分别在好氧发酵高温中、后期和降温前、中、后期进行翻堆1次、2次或3次,对好氧发酵过程中的理化性质和腐熟指标进行分析评价。结果表明:翻堆可延长好氧发酵高温期,加快降温期的降温速度。在高温期和降温期进行翻堆2~3次,能够更有效促进可挥发性固体的降解,提高产品腐殖化程度和种子发芽指数。综合好氧发酵过程的无害化和腐熟度指标,最佳翻堆策略是在高温期后期、降温期中期（T2）和高温期中期、降温期前期（T3）进行翻堆2次。此外,经翻堆处理后好氧发酵20 d即可达到腐熟,因此可将发酵周期缩短至20 d。     

Ambient air temperature Effects on the temperature of sewage sludge composting process

Using data obtained with a full-scale sewage sludge composting facility, this paper studied the effects of ambient air temperature on the composting temperature with varying volume ratios of sewage sludge and recycled compost to bulking agent. Two volume ratios were examined experimentally, 1 ： 0 ： 1 and 3 ： 1 ： 2. The results show that composting temperature was influenced by ambient air temperature and the influence was more significant when composting was in the temperature rising process： composting temperature changed 2.4-6.5℃ when ambient air temperature changed 13℃. On the other hand, the influence was not significant when composting was in the high-temperature and/or temperature falling process： composting temperature changed 0.75-1.3℃ when ambient air temperature changed 8-15℃. Hysteresis effect was observed in composting temperature＇s responses to ambient air temperature. When the ventilation capability of pile was excellent（at a volume ratio of 1：0：1）, the hysteresis time was short and ranging 1.1-1.2 h. On the contrary, when the proportion of added bulking agent was low, therefore less porosity in the substrate（at a volume ratio of 3：1：2）, the hysteresis time was IonQ and ranging 1.9-3.1 h.     

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.     

冬季污泥堆肥过程温室气体排放特征

污泥堆肥处理是一种简便高效的污泥稳定化技术,但堆肥过程产生的温室气体也引起了国内外的广泛关注,我国关于污泥堆肥,特别是低温环境下的堆肥温室气体排放特征研究和基础数据还很缺乏.本实验采用城市脱水污泥,考察低温环境条件下不同调理剂混合污泥堆肥过程中温室气体的排放特征.结果表明,低温环境条件下污泥堆肥能够顺利进行,但高温期持续时间相对较短而腐熟期温度降低过快.木屑处理的总氮损失低于秸秆处理,然而温室气体总排放当量却高于秸秆处理,木屑和秸秆处理总的CO2排放当量(以干污泥计)分别为169.45 kg·t~(-1)、133.13 kg·t~(-1).木屑与秸秆CH_4累积排放量(以干污泥计)分别为0.648 kg·t~(-1)、0.689 kg·t~(-1),N_2O累积排放量(以干污泥计)分别为0.486 kg·t~(-1)、0.365 kg·t~(-1).CH_4的排放75%以上集中在堆肥前2周,而N_2O则90%以上出现在后腐熟期.整体而言,冬季堆肥高温期持续时间相对较短而腐熟期温度低,出现CH_4排放量相对较低而N_2O较高的现象,CH_4排放量均低于IPCC推荐值,N_2O则均高于IPCC推荐值.因此针对低温环境堆肥工艺,温室气体的减排应重点关注堆肥后期N_2O排放的降低策略.     

双氰胺对污泥堆肥过程中酶活性和细菌群落演变的影响

鉴于氮肥增效剂在农田中的保氮经验,研究其对堆肥中氮素的保持具有重要意义.因此,本研究以氮肥增效剂-双氰胺（Dicyandiamide, DCD）为添加剂,脱水污泥为堆肥原料,进行了20 d的堆肥试验,探讨DCD对堆肥过程中氮素转化和酶活性变化及其细菌群落演变的影响.结果表明,DCD的添加降低了堆肥高温期的温度,延长了高温期的持续天数;DCD组显著降低了高温期NH₄-N的含量和整个时期NO₃-N的含量.堆肥结束时,总氮含量与对照相比提高了14.8%.此外,DCD的添加抑制了高温期纤维素分解酶和蛋白酶的活性,抑制了整个过程的硝酸还原酶的活性,而且高温期时,DCD组中厚壁菌门和绿弯菌门的丰度显著低于对照.冗余分析表明,NH₄-N、pH和温度主要影响高温期时酶的活性,NO₃-N和总氮主要影响稳定期时酶的活性.综上所述,DCD通过降低高温期的微生物丰度和相关酶活性,减缓了高温期的氨化作用和后期的硝化作用,减少了氮素损失,是一种可行的污泥堆肥添加剂.