“厨余堆肥”跨学科实践活动的设计与实施

以跨学科实践活动“厨余堆肥”为主题,基于初中生物学、化学和数学学科的知识与技能,呈现了主题确立、调查研究、对比分析、实践探究和评价反思等活动环节的经验和做法,以提高学生面对真实问题的解决能力、公民意识和社会责任感。

厨余堆肥对土壤典型肥力指标的影响初探

采用室内土壤培育实验,以菜园土、水稻土和旱地土为供试土壤,旨在探讨厨余堆肥对土壤典型肥力指标的影响。结果表明:不同类型的土壤对厨余堆肥的pH反应存在一定差异;整个培育过程中,厨余堆肥处理的土壤碱解氮含量增加。经计算得出,菜园土、水稻土和旱地土中厨余堆肥的有效氮释放当量分别为0.646、0.546和0.475。此外,在供试条件下厨余堆肥显著提高了土壤水溶性钠含量,这可能会对土壤理化性状具有潜在危害,需进一步研究。

厨余垃圾如何再利用——中国厨余堆肥项目首席科学家张雪华来青岛实地指导试点社区

2019年11月30日上午,阴冷的天空不时飘过一阵冬雨,路上行人纷纷裹紧衣服,青岛市郑州路社区广场菜果果堆肥箱前围着不少好奇的居民。“出锅啦,热气腾腾真像蒸馒头……”社区志愿者李师傅一边翻堆,-边看着冒着腾腾热气的厨余堆肥箱,高声欢快地说,仿佛他翻的不是厨余垃圾,而是超级美味!

基于RAHP-FKM-QFD模型的家用厨余垃圾堆肥机设计研究

目的为了降低用户需求重要度确定过程中的主观性,并融合用户满意度意见,构建了基于RAHP-FKM-QFD模型的用户需求分析框架,以提升设计分析过程的客观性和合理性,设计出符合用户期望的家用厨余垃圾堆肥机。方法首先通过用户访谈的方式收集有关家用厨余垃圾堆肥机的需求,再经过亲和图法构建用户需求层级模型;紧接着运用粗糙层次分析法(RAHP)确定用户需求重要度,同时考虑到用户需求属性类别携带着用户满意度的意见信息,能为设计提供更加全面的分析视角,故利用模糊卡诺模型(FKM)对用户需求属性类别进行划分,并引入重要度调整函数,对用户需求重要度进行调整;然后借助质量功能展开(QFD)实现用户需求向设计要求的映射过程,指导完成家用厨余垃圾堆肥机的方案设计;最后通过用户评分验证设计方案。结论设计方案得到了用户的认可,达到了用户的期望,说明构建的RAHP-FKM-QFD模型能较好地实现用户需求的合理分析与转化,以及用户满意度意见的有效融合,提升了用户需求分析与转化过程的客观性和全面性,同时也为相关设计人员在进行用户需求分析时提供了一种新的思路。

厨余垃圾堆肥对烤烟土壤酶活性和细菌群落结构的影响

以滇中植烟土壤为研究对象,设置不同厨余垃圾堆肥(基肥)施用量:不施肥对照(CK)、低施肥量8 t/hm^(2)(FWL)、中施肥量16 t/hm^(2)(FWM)、高施肥量24 t/hm^(2)(FWH),研究厨余垃圾堆肥施用后土壤酶活性和细菌群落结构的变化特征,为厨余垃圾堆肥农田推广使用提供依据。结果表明:与CK相比,FWH处理可显著提高土壤的pH、有机碳、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、脲酶活性、酸性磷酸酶活性、荧光素二乙酸水解酶活性(↑0.39%~89.42%)、土壤细菌OUT数目(↑12.91%)、Chao指数(↑11.20%)、Ace指数(↑11.37%)。变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度随施肥量的增加而增加,而酸杆菌门(Acidobacteria)则相反;细菌群落的膜运输和碳水化合物代谢功能均在施肥后显著增强。脲酶活性、酸性磷酸酶活性、pH、全氮、全磷、碱解氮、有效磷指标对土壤细菌的群落组成和多样性均有影响,其中碱解氮和脲酶活性是调控菌群最主要的因子。

厨余垃圾沼渣堆肥与化学改良剂对城市搬迁地土壤团聚体形成的影响

为改善城市土壤团粒结构,以上海典型搬迁地土壤为研究对象,通过室外培养试验,研究了不同用量厨余垃圾沼渣堆肥和化学改良剂分别单施以及混施对土壤水稳定性团聚体、团粒结构形成的影响。结果表明:20%、30%沼渣堆肥单施处理可显著增加搬迁地土壤0.5~1.0、1.0~2.0 mm粒径大团聚体以及0.106~0.25 mm粒径微团聚体质量分数(P<0.05),而显著降低<0.106 mm粒径微团聚体质量分数(P<0.05)。化学改良剂β-环糊精单施处理可显著增加土壤微团聚体总量(P<0.05);3 kg/m^(3)用量硫酸钙、氧化铁单施处理均可显著促进土壤大团聚体的形成(P<0.05)。沼渣堆肥和化学改良剂混施处理较单施处理显著增加土壤>2.0、0.25~0.5 mm粒径大团聚体质量分数(P<0.05),而降低<0.106 mm粒径微团聚体质量分数(P<0.05)。在沼渣堆肥处理中,以20%沼渣堆肥添加量对土壤团粒结构改良效果最佳;在化学改良剂处理中,以3 kg/m^(3)硫酸钙处理对土壤团粒结构改良效果最佳,其次是3 kg/m^(3)氧化铁处理。WG_(20)+SM_(mix)处理(20%沼渣堆肥+化学改良剂混施)对搬迁地土壤团粒结构改良效果最佳,团粒结构达19.03%,较CK(对照组)、SM_(mix)(化学改良剂混施)、WG_(20)(20%沼渣堆肥)处理分别提高了94.0%、73.5%和26.0%。

烘焙对厨余垃圾堆肥特性影响

厨余垃圾数量的不断增加对环境造成了严重影响,目前厨余垃圾堆肥化产生的厨余垃圾堆肥品质较差,并且易对土壤造成污染。本文探讨厨余垃圾堆肥在五个不同烘焙温度(250℃、300℃、350℃、400℃和450℃)、停留时间30 min条件下获得固体产物的燃料品质和燃烧特性。结果表明,烘焙对厨余垃圾堆肥样品燃料品质(元素分析、工业分析、热值、Cl含量、质量产率和能量产率)和燃烧特性有明显影响。随着烘焙温度的升高,烘焙固体产物的固定碳和C含量、热值等提高;Cl含量降低,可以有效抑制燃烧过程中二噁英前驱体的生成,减少二次污染。烘焙后的厨余垃圾堆肥的燃烧放热主要在固定碳燃烧阶段,总体燃烧放热量增加,燃烧特性改善。厨余垃圾堆肥的烘焙温度宜选择250~300℃。烘焙预处理对厨余垃圾堆肥燃料特性有明显的改善作用,可以实现厨余垃圾堆肥无害化、减量化和资源化利用。

不同用量厨余垃圾堆肥对土壤理化性质的影响

通过微区试验研究不同用量(0、45、180、360、540m^3/hm^2)厨余垃圾堆肥对土壤理化性质的影响。结果表明,厨余垃圾堆肥对土壤的影响主要集中在表土层,厨余垃圾堆肥改变了土壤的物理性质,显著增加了土壤养分含量(P<0.05),对土壤的pH值和EC值无显著影响(P>0.05)。当施用量大于45m^3/hm^2,土壤的田间持水量显著增加(P<0.05)。当施用量大于180m^3/hm^2,土壤的干密度显著降低(P<0.05)。当施用量大于180m^3/hm^2时,土壤中的硝态氮显著增加(P<0.05)。当施用量大于360m^3/hm^2时,土壤中的有机质和有效磷显著增加(P<0.05)。当施用量为540m^3/hm^2时,土壤中的硝态氮、有效磷均小于环境风险临界值。

厨余垃圾沼渣堆肥对搬迁地土壤团聚体及其有机质含量的影响

探究厨余垃圾沼渣堆肥和化学改良剂对搬迁地不同粒径土壤团聚体组成及其稳定性和有机质分布的影响,可为土壤质量提升和沼渣堆肥土地利用提供理论依据。设置厨余垃圾沼渣堆肥不同施加量、化学改良剂(β-环糊精、硫酸钙和氧化铁按质量比1∶1∶1混合)及对照(100%土壤)处理,研究了不同处理土壤团聚体组成、团聚体稳定性及不同粒径团聚体有机质分布特征。结果表明:与对照相比,20%(土壤∶沼渣堆肥=8∶2)、30%(土壤∶沼渣堆肥=7∶3)沼渣堆肥处理显著降低了<0.106 mm粒径的土壤微团聚体含量,增加了0.5~1.0 mm粒径的土壤大团聚体含量;各处理均显著增加了≥2.0 mm粒径的土壤大团聚体、团粒结构体含量和平均重量直径,降低了团聚体破坏率,其中20%沼渣堆肥和化学改良剂混施处理效果最佳。沼渣堆肥显著影响各粒径土壤团聚体有机质分布,30%沼渣堆肥处理对土壤团聚体有机质分布的影响最大;沼渣堆肥显著增加了各粒径土壤有机质含量,其中0.106~0.25 mm粒径的土壤微团聚体有机质增幅最大。综上,沼渣堆肥有助于增加搬迁地各粒径土壤团聚体有机质含量,促进土壤大团聚体的形成和提高团聚体的稳定性,且沼渣堆肥和化学改良剂混施对搬迁地土壤的改良效果更佳。

生物降解塑料在厨余垃圾堆肥中厌氧降解性能研究

选取4种典型生物降解塑料PLA、PBAT、PBS和淀粉混合物,通过自主搭建厌氧生物降解性能检测平台,进行为期290天的厨余垃圾堆肥中厌氧降解性能评估。进一步通过监测PLA、PBAT薄膜降解过程中形貌尺寸、失重、分子量和结构变化,研究了厌氧降解过程机制。研究表明4种生物降解塑料在厌氧厨余垃圾堆肥中发生不同程度降解,但矿化率变化趋势都是先快后趋于缓慢,其中PLA最快,然后是PBS和淀粉混合物,PBAT最慢,在290天后累积矿化率依次分别达到33.8%,27.3%,20.1%和12.7%。相同的是,无论PLA还是PBAT,都存在微生物酶催化氧化作用,进而促进降解;不同的是,PLA薄膜经历快速本体水解过程,而PBAT薄膜经历表面腐蚀降解过程。本工作为生物降解塑料大面积推广应用的环境安全性评价,以及回收并厌氧堆肥处理可行性提供科学依据。

农村厨余垃圾堆肥对土壤环境及苹果重金属含量的影响

结合北京市生态清洁小流域建设中垃圾治理现状,开展了农村厨余垃圾堆肥对土壤环境及苹果重金属含量的影响试验研究,旨在为北京市农村厨余垃圾资源化利用提供科学依据,提高生态清洁小流域治理成效,保障首都水环境安全。研究结果表明,农村厨余垃圾堆肥对苹果园土壤养分状况具有明显的改良效果,土壤中重金属含量虽有不同程度的增加,但均远低于GB 15618-1995《土壤环境质量标准》二级限值要求,重金属污染综合指数小于土壤安全限值0.7,表明苹果园土壤未受到重金属污染;施用农村厨余垃圾堆肥,苹果中重金属含量虽均呈现增加趋势,但均远低于GB18406.2-2001《农产品安全质量无公害水果安全要求》限值要求,且苹果重金属单因子污染指数均小于1,综合污染指数均小于0.85,苹果未受到重金属污染。

Study on Aerobic Composting of Mixed Municipal Sludge, Kitchen Waste and Water Hyacinth

In this study, a in vessel aerobic composting method is adopted to investigate the variation rules of various evaluation parameters （temperature, moisture content, pH, organic matter, water soluble ammonia nitrogen, water soluble nitrate nitrogen and germination index） in cocomposting of municipal sludge, kitchen waste and water hyacinth at different proportions. The results show that, in composting, the parameters of moisture content, pH, water soluble ammonia nitrogen and water soluble nitrate nitrogen demonstrate marked dynamic change rules during composting process; the temperature of three groups of compost materials rapidly rise to above 55 ~C within 96h, and last for 3 - 7d, meeting the harmless requirements, and their organic matter degradation rate excess 30%, the GI index is higher than 83%, in line with the requirements on maturity, which proves that the co-composting of municipal sludge, kitchen waste and water hyacinth can realize harmlessness and resource reutilization after composting.