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.     

施用不同污泥堆肥品对土壤温室气体排放的影响

通过田间试验,分别施加两种不同的污泥堆肥品（A：含生物质炭堆肥品,B：不含生物质炭堆肥品）和不同施肥量,分析土壤CO₂、CH₄和N₂O动态变化特征和排放系数,研究施用污泥堆肥品对土壤温室气体排放的影响.结果表明,土壤CO₂和CH₄排放主要集中在生长期,生物质炭堆肥品低施用量能减少CO₂排放,而高施肥量增加CO₂排放.CH₄排放主要为负值,总体表现为土壤吸收CH₄,对照处理吸收量远高于其他处理（P<0.01）,A组处理CH₄吸收量随施肥量的增加而增加（P<0.05）.N₂O排放集中在发芽期和幼苗期,施肥量越高,排放量越大（P<0.01）.污泥堆肥品农用过程排放的温室气体主要是N₂O,施用A、B两种污泥堆肥品的土壤N₂O排放系数分别为1.02%~1.90%和1.28%~2.93%.生物质炭堆肥品具有显著的碳减排效果,其温室气体排放量比不含生物质炭堆肥品的土壤低19.49%~35.56%,且对于N₂O的减排效果较CH₄更为显著.     

城市污泥堆肥对土壤温室气体排放的短期影响

采用田间试验,施用2种城市污泥堆肥（含生物质炭和不含生物质炭）,通过静态暗箱-气相色谱法研究污泥堆肥土地利用过程温室气体排放特征,探讨施用污泥堆肥的短期影响作用.结果表明,在观测时间内,N₂O排放主要集中在前3周,约占总排放量的87.9%~95.6%.N₂O排放量均随污泥堆肥施用量的增加而增加（P<0.05）,裸地N₂O排放量高于种植作物处理.施用含生物质炭污泥堆肥能减少土壤N₂O排放,且随着施用量的增加,N₂O减少量越大（P<0.05）.CH₄排放量较低,在试验前期和后期主要为负,总体表现为吸收CH₄.各处理吸收CH₄主要集中在第18d以后,其CH₄吸收量占总吸收量的52.1%~66.7%.施用含生物质炭污泥堆肥处理CH₄吸收量比不含生物质炭污泥堆肥处理低35.2%~62.2%,同时,裸地CH₄吸收量明显高于种植作物处理（P<0.05）.CO₂排放也主要集中在18d以后,约占排放总量的50.5%~61.8%.种植作物能促进CO₂的排放,种植作物处理是裸地的1.34~1.57倍.在观测时间内,污泥堆肥土地利用是CH₄的弱吸收汇,是N₂O和CO₂的排放源,施加污泥堆肥能显著增加土壤N₂O和CO₂的排放.施用生物质炭污泥堆肥短期内能够减少温室气体总排放量,温室气体减排量达到20.41%~62.51%.     

污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体与氨气排放特征

目前我国污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体(N2O、CH4)与氨气(NH3)排放数据极其缺乏,难以满足温室气体减排和氮素保存的需求.本研究通过原位观测,首次开展污泥堆肥及其土地利用全过程温室气体和氨气排放特征的研究.结果表明,基于机械翻堆条垛(turning windrow,TW)工艺的全过程温室气体排放因子(eCO2/干污泥,196.21 kg·t-1)是基于强制通风+机械翻堆条垛(aerated turning pile,ATP)工艺的1.61倍.N2O主要来自土地利用过程,CH4主要来自堆肥过程.ATP工艺的温室气体排放当量(eCO2/干污泥,12.47 kg·t-1)远低于TW工艺(eCO2/干污泥,86.84 kg·t-1).TW工艺的氨气排放因子(NH3/干污泥,6.86 kg·t-1)略高于ATP工艺(NH3/干污泥,6.63 kg·t-1).NH3是全过程最主要的N素损失形式,其中TW和ATP堆肥工艺因NH3排放造成的氮素损失相当,均约占堆料TN损失量的30%.而N2O和CH4带来的N、C元素的损失可以忽略不计.这些结果表明ATP是一种环境友好的污泥堆肥工艺.     

连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺的温室气体和氨气排放特征

我国污泥堆肥过程中温室气体(CH4、N2O)和氨气(NH3)排放的基础数据十分缺乏.本研究以连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺为对象,通过现场试验和观测,考察不同操作参数下堆肥过程中温室气体和氨气的排放特征.结果表明,减小辅料投加比例不利于有机质的转化(试验组和对照组的有机质降幅分别为1.38%、8.85%),较低的C/N比虽小幅增加了氨气的排放量(高于对照组8.68%),却有助于减少总氮损失(试验组16.1%、对照组21.8%),并可减少污泥堆肥过程的温室气体排放(以eCO2/DC计,试验组为1.70 g·kg-1、对照组为2.85 g·kg-1).采用\"初期降低,末期升高\"的通风方式,尽管增加了污泥堆肥过程中温室气体排放的CO2当量(高于对照组55.1%),却减少了氨气累积排放量(试验组66.86 g·m-2,对照组72.04g·m-2),进而降低了总氮损失(为对照组的51.34%).     

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.     

国内外污水污泥系统温室气体排放研究方法

近年来温室气体的排放被认为是全球重大环境问题之一,而污水污泥系统由于排放量大、工艺复杂、标准不一等原因至今还无一套能准确核算且广泛适用的排放清算体系。简述了国内外污水污泥处理系统中温室气体排放的一些核心观点,并从核算方法、体系范围、研究角度、评价标准四个角度进行全方位分析比较,以期能对该排放清算体系的建立与完善提供参考。     

德国的温室气体排放特征

分析了德国的温室气体排放特征，指出了温室气体排放量的年际变化、区域差异及其主要来源。     

翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程温室气体和氨气排放的影响

我国畜禽粪便堆肥过程中有关温室气体(CH4、N2O)和NH3排放的基础数据十分缺乏,难以满足我国畜禽粪便温室气体减排的需求.本研究以猪粪为研究对象,通过现场试验和原位观测,考察翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程中温室气体和氨气排放的影响.结果表明,翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程的温室气体(CH4、N2O)和氨气排放均具有显著影响,不仅提高了温室气体和氨气的排放,而且加大了氨气排放所占总氮损失的比例(对照组42.2%、试验组70.05%).与N2O相比,CH4是猪粪条垛堆肥过程中CO2排放当量的主要贡献者.     

富营养化对城市水体温室气体排放的影响

富营养化是城市水体存在的重要环境问题,城市的河湖生态系统一般都是温室气体重要的源,治理城市水体富营养化和减少温室气体排放是解决城市生态环境问题的迫切需求。为了深刻理解富营养化对城市水体温室气体排放通量的影响,文章通过文献研究和数据再分析,综述了水体富营养化状态下碳、氮、磷等营养盐指标和水质指标对城市水体温室气体总增温潜势和水-气界面温室气体(CO₂、CH₄、N₂O)排放通量的影响。结果表明：城市水体总增温潜势、水-气界面温室气体排放通量与水体碳、氮、磷等营养盐指标呈显著正相关关系,与水体溶解氧、p H呈显著负相关关系。可见,富营养化状态下营养盐的增加会促进城市水体水-气界面温室气体通量排放,说明减污与降碳可以协同增效。     

竹炭和猪炭对空心菜-小青菜轮作土壤N2O和CO2排放的影响

以动物源的猪炭和植物源的竹炭为试验材料,通过田间小区试验,研究生物质炭的种类(竹炭和猪炭)、施用方式(一次施用和分批施用)对空心菜-小青菜轮作土壤N_2O和CO_2排放的影响,结果表明:空心菜季土壤N_2O和CO_2排放显著高于小青菜季,土壤N_2O和CO_2排放与土壤pH、温度呈显著相关(p0.01).与不施炭对照相比,竹炭处理可使两季空心菜和小青菜土壤N_2O累积排放量减少16.9%~39.9%,同时CO_2排放量减少9.2%~15.7%,且一次施用处理优于分批施用.猪炭处理在土壤N_2O减排效果上没有竹炭显著,且一次性施用猪炭处理明显增加了两茬空心菜土壤CO_2排放量,与对照相比,分别增加了13.3%和12.9%.与猪炭相比,一次性施用20 t·hm~(-2)竹炭处理在抑制土壤N_2O和CO_2排放上效果更佳.     

不同堆肥工艺处理的城市污水污泥对滨海湿地土壤中养分释放特征和潜力的影响

通过土壤培养实验研究了4种不同堆肥［纯城市污水污泥堆肥、玉米秸秆生物炭（CSB）改良堆肥、益生菌菌剂（EM）改良堆肥和CSB+EM改良堆肥］在土壤中的碳、氮、磷和钾等养分释放特性及其对土壤溶解有机质（DOM）光谱特征、微生物群落的影响.结果表明,堆肥添加可显著降低土壤的pH,提高土壤的电导率,同时提高土壤中植物可利用养分［如可溶性有机碳（DOC）、NH₄⁺-N、NO₃^--N、速效磷（AP）和速效钾（AK）］含量;比较不同堆肥发现CSB+EM改良堆肥（CSB+EM-C）具备更高的养分释放潜力,且同时显著提高土壤DOM的腐殖化程度;高通量测序结果发现堆肥添加可以增加优势菌门水平上的相对丰度（如变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门）,但不同堆肥之间有所差异,其中CSB+EM-C的提高潜力最大.综合上述结果证实CSB+EM的堆肥工艺具有最佳的堆肥养分供应和改善土壤质量的潜力.该研究能够为建立有效的城市污水污泥资源化利用和滨海湿地退化土壤改良综合技术策略提供科学的理论依据.     

城市固体废弃物管理系统温室气体排放核算研究综述

城市固体废弃物管理系统是产生温室气体的一个不可忽视的排放源。随着社会经济的快速发展和城市化水平的提高,城市固体废弃物排放量逐年增多,如何准确地核算城市固体废弃物管理系统温室气体排放已成为国内外关注的热点问题之一。本文概述了城市固体废弃物管理系统的演进与优化研究进展,重点对城市固体废弃物管理系统温室气体排放核算规范和标准及其影响因素的研究进行了综述,指出了研究中存在的问题。并进一步建议今后在城市不同类别的固体废弃物管理系统演进过程及其影响、温室气体排放的核算方法、温室气体排放的校正系数、城市固体废弃物管理系统的优化模式及温室气体减排机制等方面加强研究。     

城市污水厂污泥快速好氧堆肥技术研究

以污泥静态堆肥工艺为基础,针对上海曲阳污水处理厂的脱水污泥进行动态好氧堆肥处理工艺研究,重点研究了控制参数和评价参数(温度、含水率、pH、水溶性有机碳和发芽指数等)变化规律.结果表明:污泥堆肥过程中,含水率、物料温度、水溶性有机碳、发芽指数等指标变化规律性强,效果指示性明显,均可选作堆肥腐熟度的表征参数或评价参数.在优化工艺条件下,通过添加适量的木屑和回流物料,控制物料初始含水率在60%±2%时,堆肥处理可以实现顺利升温并在>55℃维持4d,100%杀灭了病原菌;14d反应周期结束时,物料含水率显著降低,水溶性有机质降解50%左右,出料松散且无臭味,堆肥产品腐熟,卫生学指标达到了我国标准和美国EPA污泥产品A类标准.     

生物炭添加对土壤温室气体排放影响的长短期效应研究进展

人类活动引起的大气温室气体浓度增加是气候变暖的主要原因,全球变暖已经成为了当今人类社会所面临的严峻挑战,应对气候变暖的关键是减少温室气体排放和增加生态系统碳汇,由于生物炭特有的理化和生物学特性,将其施入土壤被认为是一种有前景的减排增汇措施.因此进行生物炭对土壤温室气体排放的影响研究对于减缓温室效应和实现“碳中和”具有重要意义.通过综述生物炭对土壤温室气体排放影响的长短期效应及其影响机制,发现生物炭添加对土壤温室气体排放的影响因生物炭原料类型、热解温度、添加量、土壤和植被类型的不同而不同.此外,因老化时间、老化方式和培养方法的不同,老化生物炭对土壤温室气体的减排效应可能增强或减弱甚至消失.同时,在总结现有研究不足的基础上,对未来生物炭影响土壤温室气体排放研究的方向和重点进行了分析和展望,提出了今后应加强CO₂、 N₂O和CH₄排放影响的同步研究、减排与固碳效应的同步研究、不同老化方式生物炭和不同培养方法的联合研究和利用¹³C和¹⁵N示踪技术从过程层次上揭示影响机制.     

我国城市固体废物处理情况及温室气体减排启示

对我国城市固体废物(MSW)清运量、无害化处理量、卫生填埋量和场所、焚烧量和堆肥量的变化进行了趋势分析、相关性分析以及时空分布分析;并且对联合国气候变化框架公约(UNFCCC)官方网站公布的《京都议定书》中附件1国家温室气体的排放数据进行了统计分析. 结果表明:我国城市固体废物清运量和卫生填埋量很大并逐年增加;城市固体废物卫生填埋处理厌氧消化产生的温室气体随着填埋量以及标准卫生填埋场所的变化而变化;从发达国家各领域的温室气体排放情况来看,废物领域的减排潜力很大,尤其是城市固体废物卫生填埋处理,这对我国开展城市固体废物卫生填埋处理温室气体减排有一定启示.      

城市污泥堆肥中水溶性有机物的理化特性变化

通过透析和XAD-8树脂等方法研究了城市污泥堆肥过程中水溶性有机物(DOM)的理化特性变化.结果表明,随着堆肥的进行,堆肥DOM的浓度和pH值分别降低了58.4%和9.5%;DOM中小分子组分和亲水性组分分别减少了13.1%和9.2%,而大分子组分与疏水性组分有所增加,疏水性组分/亲水性组分由0.89增至1.29;DOM中C、H、N、S含量和C/H、C/N、C/S、C/(N+S)均呈降低趋势.这些变化趋势与堆肥过程中有机物的变化规律一致,因此,堆肥DOM的理化特性能用以表征堆肥的腐熟度.     

不同污泥处理与处置工艺的碳排放

针对目前主流的污泥处理处置工艺,总结了各工艺碳排放情景及其影响因素.好氧堆肥、干化、土地利用、焚烧的碳主要以CO2的形式排放;而厌氧消化和填埋的碳排放以CH4为主.好氧堆肥的CO2排放当量较低,填埋的CO2排放当量较高.好氧堆肥、厌氧消化、填埋工艺分别可以通过改善通风状况、前处理和不同类型污泥联合处理、覆盖有机材料等方法实现碳减排.而降低能耗是干化和焚烧工艺碳减排的有效措施.土地利用可增加生物量,因此增加了碳汇能力.采用好氧堆肥-土地利用工艺路线处理处置污泥是减少碳排放的重要途径.