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.     

林可霉素菌渣堆肥微生物群落多样性分析

本试验以林可霉素菌渣-猪粪为原料、污泥-猪粪堆肥作对照,研究了林可霉素菌渣堆肥过程中残留林可霉素的降解情况,并基于Illumina Mi Seq高通量测序分析了林可霉素菌渣堆肥过程中微生物菌群的变化.结果表明:通过堆肥处理可以大幅度降解林可霉素菌渣中残留的林可霉素,经过33 d的堆肥处理后,林可霉素的残留量从最初的1 800 mg·kg-1降到483mg·kg-1,降解率高达73%.同时高通量测序结果表明,由于高含量的林可霉素残留,在堆肥初期和高温期林可霉素菌渣堆肥中细菌群落的分布丰度和多样性指数均低于污泥-猪粪堆肥,但真菌群落丰度和多样性均高于污泥-猪粪堆肥.林可霉素菌渣堆肥中细菌主要以Paucisalibacillus、Cerasibacillus、Bacillus、Virgibacillus、Ureibacillus、Paenibacillus、Sinibacillus属为主,而污泥-猪粪堆肥中主要以Truepera、Actinomadura、Pseudosphingobacterium、Pseudomonas、Luteimonas、Ureibacillus属为主,两者堆肥中微生物群落结构存在显著差异.随着堆肥进入腐熟期,林可霉素残留大幅度降解,抗生素对微生物的胁迫减小或解除,林可霉素菌渣-猪粪堆肥和污泥-猪粪堆肥相比,无论是细菌还是真菌,其微生物群落已逐渐趋同.表明堆肥处理可以大幅降解林可霉素残留,增加微生物多样性,有利于实现林可霉素菌渣无害化处理和资源化利用.     

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.     

菌渣还田量对紫色水稻土净温室气体排放的影响

中国是食用菌生产大国,每年食用菌菌渣产出量较大,为探明菌渣还田量对紫色水稻土净温室气体排放的影响,于2017年3~9月,通过盆栽试验,采用静态暗箱/气相色谱法,研究了不施肥(CK)、常规施肥(NPK)、9 t·hm~(-2)菌渣+NPK(LM)、18 t·hm~(-2)菌渣+NPK(MM)、36 t·hm~(-2)菌渣+NPK(HM)这5种处理稻田土壤温室气体的排放规律,并采用土壤碳库法对农田系统净温室气体排放(NGHGE)进行评价.结果表明:(1)土壤温室气体(包括CH_4、CO_2、N_2O)排放随着菌渣还田量的增加而增加,CH_4排放量顺序为:HMMMLM≈NPKCK;HM处理显著增加了CH_4的排放通量(P0.01),其他处理差异并不显著(P0.05),CH_4排放通量LM处理呈双峰型曲线,MM处理呈多峰型,HM处理呈现非常明显的单峰型曲线;CO_2累积排放量大小依次为:MMNPK≈LMHMCK,CO_2排放通量曲线LM处理呈单峰型、MM处理呈双峰型、HM处理呈现多峰型;NPK处理N_2O累积排放量显著高于其他处理,N_2O排放通量曲线NPK处理呈双峰型、LM和MM处理呈现多峰型,HM呈单峰型变化;(2)LM处理土壤固碳能力较低,NPK、MM与HM处理土壤固碳能力均较高;MM处理土壤固碳能力显著高于其他处理(P0.01),比纯施化肥处理提高了59.2%,比LM和HM处理提高了87.79%和65.65%;与土壤固碳能力相反,LM处理植物固碳能力最高,比NPK和MM处理提高了16.1%~22.2%,约为CK处理和HM处理的2.1倍;(3)MM处理整个水稻生产期NGHGE值最小,为-490.29 kg·hm~(-2),表现为温室气体的"汇",18 t·hm~(-2)菌渣还田是紫色水稻土净温室气体排放最优的还田方式.     

青霉素菌渣堆肥过程中青霉素钠降解菌的分离与鉴定

为了研究开发青霉素发酵菌渣堆肥资源化与无害化技术,采用传统的富集、分离、纯化等微生物学方法,在青霉素菌渣与猪粪混合堆肥过程中筛选出一株青霉素钠高效降解菌——PC-2,并对其进行形态表征和基于16S rRNA基因序列的微生物种属鉴定. 结果表明:菌株PC-2属螯合球菌属(Chelatococcus sp.),其能够利用青霉素钠为唯一碳源生长,但外加碳、氮源可显著提高菌株PC-2对青霉素钠的降解效率. 当葡萄糖为碳源、蛋白胨为氮源、菌株PC-2接种量为14%、pH为6~8时,菌株PC-2在37 ℃下振荡培养6 h,对初始ρ(青霉素钠)为400 mg/L的青霉素钠的降解率可达98%以上. 自堆肥过程中获取高效青霉素钠降解菌PC-2,预示着其在菌渣堆肥过程中的应用潜力,也有助于深入开展青霉素制药菌渣的安全有效与无害化处理处置方法的研究.      

添加剂对堆肥温室气体排放和碳素转化的影响

该文针对好氧堆肥过程中的二次污染以及堆肥产品质量问题,以牛粪和小麦秸秆为堆肥材料,采用密闭式强制通风系统进行好氧堆肥试验,探究了添加过磷酸钙（SP）和硫酸（AS,20%V/V）对牛粪-小麦秸秆好氧堆肥时期温室气体排放和碳素转化的影响。研究结果表明,硫酸的添加对堆肥升温过程产生一定的影响,延长了堆体进入高温期所需的时间;添加过磷酸钙和硫酸实现了堆肥温室气体的减排,其中以硫酸添加剂减排效果最佳。加入添加剂后显著减少了好氧堆肥碳素的损失,不同的是相较于过磷酸钙的添加,硫酸添加剂能够显著减少好氧堆肥以气体形式损失的碳素量;添加剂的加入促进了堆肥可溶性碳以及胡敏酸的生成与积累。结构方程模型结果表明,富里酸与胡敏酸之间存在一定的转化关系,而相较于硫酸的添加,添加过磷酸钙更有利于富里酸向胡敏酸的转化;与对照相比,添加过磷酸钙能够显著促进好氧堆肥木质素、纤维素和半纤维素的降解,而硫酸添加剂显著抑制了木质纤维素的降解。添加过磷酸钙和硫酸均能提高堆肥产品腐熟度,并且其中以添加过磷酸钙后的堆肥产品质量最佳。     

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%.     

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%).     

不同用量竹炭对污泥堆肥过程温室气体排放的影响

采用城市污泥为堆肥基质,设置4个堆肥处理,分别为添加2.5%竹炭(S1,占污泥的质量分数)、添加5%竹炭(S2)、添加10%竹炭(S3)和未添加竹碳(CK),研究城市污泥堆肥过程中温室气体的动态变化特征及添加不同用量竹炭的影响.结果表明,CH_4排放主要在升温期和高温前期,占排放总量的99.01%~99.81%.当竹炭添加量低于5%时,CH_4排放量随添加量的增加而减少;竹炭添加量高于5%时,其排放量又明显增加.CO_2排放集中在升温期和高温期,占排放总量的75.65%~86.58%;添加竹炭可减少3.37%~13.48%的CO_2排放,但处理间不存在显著差异(P0.05).N_2O排放集中在升温期和降温腐熟期,添加竹炭能减少16.37%~41.52%的N_2O排放,竹炭添加量越多,减排效果越好(P0.05).S1、S2和S3处理CO_2排放当量(以干污泥计)分别为37.57、35.10和35.44 kg·t~(-1),比CK处理减少了14.81%~20.41%.添加竹炭能降低污泥堆肥温室气体排放,其中,以S2处理的减排效果较为显著.     

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.     

北京市城市生活垃圾处理温室气体排放特征及减排策略

根据《IPCC国家温室气体清单指南》和《省级温室气体清单编制指南》方法,建立北京市3种生活垃圾处理方式温室气体排放清单,测算2010—2019年不同生活垃圾处理方式下温室气体CH₄、CO₂、N₂O排放量,分析CO₂排放量随时间变化特征,并基于此提出碳减排策略。结果表明：1）2010—2019年北京市生活垃圾处理温室气体的排放量总体呈先增后减的趋势,且变动幅度减缓,2019年达到最低水平,这主要与近年来北京市生活垃圾处理方式从以卫生填埋为主转变为以焚烧为主有关。2）2018年北京市生活垃圾焚烧量已超过填埋量,而垃圾焚烧处理CO₂排放量远低于填埋处理,表明焚烧处理方式CO₂排放强度低于填埋处理。3）生活垃圾处理温室气体排放量与垃圾处理方式及处理量密切相关,随着生活垃圾产生量的日益增加,建议在生活垃圾管理全过程加强垃圾精细化分类,推进源头减量;合理开展垃圾处理设施的建设,优化垃圾收运系统,防止垃圾处理二次污染,探索适合我国城市生活垃圾处理低碳优化模式。

     

废弃物领域协同减排是实现温室气体减排的重要途径

温室气体减排背后巨大的利益博弈成为我国开展减排工作不得不考虑的因素。从国际经验看来,＂避重就轻＂的减排策略成效显著,通过对一些国家和地区温室气体减排路径的比较和分析,结果表明,废弃物领域成为他们减排效果最好的领域之一。废弃物领域协同减排具有空间大、难度小、成本低、效果好、技术成熟、手段多样的优点,应当成为我国实现温室气体减排的重要途径,为经济发展腾出合理的碳排放空间。     

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。     

冷凝水回流对堆肥腐熟度和污染气体排放影响

为探究堆肥过程中高温水蒸气携带的冷凝水回流对腐熟度及温室气体排放的影响,本文以猪粪和厨余垃圾为堆肥原料,在60L密闭好氧堆肥反应器中进行48d的高温好氧堆肥实验.结果表明,堆肥高温期产生的饱和水蒸汽因发酵罐封闭体系不能及时排出,会在发酵罐壁形成冷凝水回流入堆体中,整个堆肥过程冷凝水产率为物料湿重的18%.此外,回流冷凝水中主要成分为NH₄⁺-N(11.40g/L)、溶解性有机碳(6.3g/L)以及无机盐离子,具有较高的EC值(41.05mS/cm)和pH值(9.22),而较高的NH₄⁺-N含量使冷凝水回流处理的堆肥产品种子发芽指数(GI)略达到腐熟(71.4%),与排出处理相比GI下降了25.5%.同时,冷凝水回流使NH₃和CH₄排放量分别增加了55.2%的60.2%,但是CO₂和N₂O排放量分别降低了16.8%的34.8%.研究表明,冷凝水回流可降低17.8%总温室效应.本文建议堆肥过程将高温水蒸气冷凝排出,一...     

生活垃圾分类对固体废弃物和温室气体协同减排的影响研究——以浙江省为例

通过垃圾分类解决垃圾处理问题、促进资源循环利用已成为普遍共识,生活垃圾分类对垃圾处理过程温室气体减排的协同作用日益凸显。废弃物处理是浙江省温室气体排放尚未达峰的领域之一,因此废弃物处理领域特别是生活垃圾处理领域的温室气体减排,对浙江省温室气体排放全面达峰至关重要。本研究基于生活垃圾处理过程温室气体排放核算方法,设定到2022年浙江省未全面推进生活垃圾分类和全面推进生活垃圾分类两个情景,预测和比较两种情景下生活垃圾产生量、分类回收量及处理过程产生的温室气体排放量。结果显示,通过推进生活垃圾分类,生活垃圾处理过程温室气体排放量减少24%,且焚烧处理过程减排效果更明显,可促成生活垃圾处理温室气体排放的提前达峰。基于上述结论,本研究最后针对生活垃圾分类工作及末端处理方式提出了三点建议。     

不同填料甲苯生物滤塔中微生物群落结构与代谢功能解析

对填料为珍珠岩、玻璃珠和聚苯乙烯泡沫(EPS)的甲苯生物滤塔中微生物群落的结构和代谢功能进行了分析.结果表明,在稳定运行阶段,生物滤塔的微生物群落结构相似且与接种物存在较大差异.3种填料的生物滤塔中在门水平上的优势菌均为变形菌门Proteobacteria(36.1%~67.5%)、放线菌门Actinobacteria(4.3%~43.4%)、厚壁菌门Firmicutes(3.0%~16.4%)和拟杆菌门Bacteroidetes(1.9%~10.2%);属水平上,相同的优势属为红球菌属Rhodococcus(2.4%~38.5%)和假单胞菌属Pseudomonas(5.9%~25.3%),在珍珠岩生物滤塔中相对丰度更高的属为戴沃斯氏菌属Devosia、戈登氏菌属Gordonia和根瘤菌科某属Rhizobiales_E,在玻璃珠和EPS生物滤塔中相对丰度更高的属为着色菌科某属Chromatiaceae_A和Fluviicola.不同填料的生物滤塔中微生物群落整体碳源代谢能力相似且相比接种物均显著下降,微生物群落结构与代谢呈现一致性,多样性水平均为珍珠岩EPS玻璃珠.与接种物相比,不同填料的生物滤塔中微生物结构物种多样性都降低,代谢多样性都升高.     

Use of additive and pretreatment to control odors in municipal kitchen waste during aerobic composting

The effects of adding a bulking agent and chemically pretreating municipal kitchen waste before aerobic composting were studied using a laboratory-scale system. The system used 20-L reactors and each test lasted 28 days. The objective was to decrease NH₃ and H₂S emissions during composting. The bulking agent, dry cornstalks, was mixed with the kitchen waste to give a mixture containing 15% (wet weight) bulking agent. A combined treatment was also conducted, in which kitchen waste mixed with the bulking agent was pretreated with ferric chloride (FeCl₃). Less leachate was produced by the composted kitchen waste mixed with bulking agent than by the kitchen waste alone, when the materials had reached the required maturity. The presence of cornstalks also caused less H₂S to be emitted, but had little impact on the amount of NH₃ emitted. The FeCl₃ was found to act as an effective chemical flocculant, and its presence significantly decreased the amounts of NH₃ and H₂S emitted. Kitchen waste mixed with cornstalks and treated with FeCl₃ emitted 42% less NH₃ and 76% less H₂S during composting than did pure kitchen waste.     

张红玉,张玉冬,顾军,李国学,袁京

为了降低厨余垃圾堆肥过程中H₂S和NH₃这2种恶臭物质的排放,通过向堆肥原料中添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑3种调理剂,同时以厨余垃圾单独堆肥作为对照,研究调理剂添加对H₂S和NH₃排放的影响.结果表明,3种调理剂的添加均促进了有机物的降解和堆体的快速升温,与对照相比,使堆肥进入高温期的时间提前了3~4d;从电导率和发芽率指数来看,添加玉米秸秆处理的堆肥产品达到完全腐熟的要求,而添加木本泥炭和木屑处理的堆肥产品只是达到了无害化的要求;3种调理剂的添加均不同程度减少了厨余垃圾堆肥中H₂S和NH₃的排放,与对照相比,添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑使厨余垃圾堆肥中H₂S的累积排放量分别降低了78.7%,50.3%和89.8%,NH₃的累积排放量分别降低了53.8%、87.7%和63.9%,可见木屑更能有效控制H₂S的排放,而木本泥炭更能有效控制NH₃的排放.     

复合铜盐对有机废弃物高温好氧堆肥的保氮效果

高温好氧堆肥是资源化利用有机废弃物的途径之一,但堆肥过程中氮素损失严重.本文以复合铜盐CCS为保氮剂,粪便混合物为堆肥原料,通过单因素和正交实验,研究了C/N比(20、30、35)、含水率w(50%、55%、60%)、CCS添加量m(1.2%、1.4%、1.6%)等因素对高温好氧堆肥中氮素的影响,初步探讨了氮素固定的机理.实验结果表明,最佳氮素固定条件为:C/N=20、w=60%、m=1.4%,在此条件下,总氮损失减少率(L)高达62.78%.与其他保氮剂对比发现,复合铜盐具有添加量少、总氮损失减少率较高、成本适中等优点,表明复合铜盐适宜用作堆肥过程中的保氮剂.氮素固定的机理可能是铜离子与铵根离子络合.