稻秸秆对羊粪好氧堆肥理化特性与氮素转化的影响

为评价稻秸秆对羊粪好氧堆肥理化特性和氮素转化的影响,本研究以不同湿质量比的羊粪与稻秸秆为原料,进行好氧堆肥,羊粪与稻秸秆湿质量比分别为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4和5∶5,研究稻秸秆与羊粪不同湿质量比组合对羊粪堆肥进程、堆肥理化性质、气体排放以及氮损失的影响,对比不同堆肥产品特性,采用主成分分析法综合评价堆肥腐熟度。研究结果表明:添加稻秸秆能够加速羊粪堆肥进程以及有机质分解,使堆肥体3 d内进入高温期,并且高温期维持了13~21 d;羊粪与稻秸秆湿质量比8∶2(C/N比为19.75)的堆肥体最高温度可达73.88℃,高温阶段(≥50℃)持续时间最长(27 d),30 d时种子发芽指数达到80%以上(81.8%);堆肥过程中O_(2)含量与温度呈负相关(R=−0.615,P<0.001);羊粪与稻秸秆湿质量比9∶1、8∶2、7∶3、6∶4和5∶5组合的总氮损失分别为20.54、17.91、17.07、15.28 g和13.26 g,表明堆肥初始C/N比越低,总氮损失率越高;羊粪堆肥时添加稻秸秆可以缩短进入高温发酵期的时间,加快堆肥进程;羊粪添加稻秸秆堆肥时初始C/N比越高,NH_(3)和N_(2)O的累计排放量越小,NH_(4)^(+)-N、NO_(3)-N和总凯氏氮(TKN)的损失率越小;主成分分析综合评价结果表明羊粪与稻秸秆按湿质量比8∶2混合堆肥最优,堆肥的腐熟速度最快。

牛粪好氧堆肥发酵微生物菌剂组合筛选研究

为了筛选出牛粪好氧堆肥发酵效果好的微生物菌剂组合,试验将胶质芽孢杆菌、细黄链霉菌、固氮菌和黑曲霉菌按不同组合配伍开展牛粪好氧堆肥试验。结果表明,添加0.2%的胶质芽孢杆菌+细黄链霉菌+固氮菌+黑曲霉菌1∶1∶1∶1组合对牛粪好氧堆肥发酵效果最好,堆体升温快,温度高,高温持续期长,堆肥后含水量低,有机质和C/N降低幅度大,全氮、全钾和全磷含量增加,pH和种子发芽指数高,可以在牛粪好氧堆肥发酵中推广应用。

畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化剂研究进展

含有重金属添加剂肥料的大量使用,导致畜禽粪便中重金属含量增加,造成土壤重金属污染。研究表明,好氧堆肥可以降低畜禽粪便中重金属的生物有效性,使其向可氧化态和残渣态转变,减少畜禽粪便对土壤的重金属污染。通过添加不同种类的物理、化学、生物钝化剂来增强堆肥钝化重金属能力,有利于提升堆肥品质及安全性。阐述了好氧堆肥过程中重金属的形态和重金属钝化剂的研究进展,对好氧堆肥重金属钝化剂研究进行了展望。

有机固废好氧堆肥中氮素转化的研究现状

目前我国有机固废产量大、处理时间长,好氧堆肥是有机固废资源化利用的有效技术手段。氮素转化与损失是影响堆肥质量的关键,降低氮素损失有助于提高堆肥产品的质量。阐述了氮素转化原理,总结了厨余垃圾、剩余污泥及畜禽粪便等有机固废好氧堆肥中氮素转化的研究现状,并对控制氮素损失的研究提出了展望。

外源物质调控好氧堆肥氮损失研究进展

好氧堆肥是处理有机垃圾的常用手段,但在堆肥过程中存在高温、高pH值以及局部厌氧等情况,导致含氮物质以NH3、N2O、N2等形式逸出体系,从而降低了堆肥产品品质并污染了环境。通过改善堆体环境、提高微生物活性、调控堆体氮循环反应,生物炭、磷镁添加剂、微生物菌剂等外源物质显著降低了堆肥氮损失。介绍了好氧堆肥氮循环的基本机理,综述了近年来物理、化学、生物3类添加剂在控制好氧堆肥氮损失方面的研究成果,总结了外源添加剂对堆肥氮素转化代谢过程的影响机制,最后展望了氮循环路径以及添加剂与基质相互作用方面的研究潜力。

氮素转化菌群对牛粪好氧堆肥的保氮效果

为探明氮素转化微生物菌群对牛粪好氧堆肥效果的影响,以牛粪和玉米秸秆为原料,以添加自行研制的复合微生物菌群为接种组,以添加同等体积的无菌水为对照组,研究不同处理下堆体温度、pH值、电导率、总氮含量、硝态氮含量、铵态氮含量及种子发芽指数等指标的变化。结果表明:在试验中,按照10 mL·kg^(-1)的比例添加自行研制的微生物菌群进行牛粪好氧堆肥能够使堆肥的最高温度较对照组上升5.8℃,缩短升温延滞期,提前4 d进入高温期(>50℃),且高温期持续的时间延长4 d,加快牛粪堆料的腐熟;同时,能够固定堆料中的氮素,堆肥结束后,接种组的总氮含量较对照组增加8.14%,氨气减排29.02%。

规模化好氧堆肥底部曝气系统管道内流场仿真与试验

规模化好氧堆肥通过微生物的作用将较大堆体中的有机物质分解,转变成为稳定的腐殖质,是解决畜禽粪便污染问题实现其资源化利用的有效途径。底部曝气作为规模化好氧堆肥工程实施的关键研究对象。有效设计底部曝气系统可提高输氧效率,抑制局部厌氧环境的形成,改善堆肥环境。该研究基于4种规模堆体(48、90、180、270 m^(3))所需风机和管道参数;建立了底部曝气系统流场模型,模拟分析了通风管道内及通风孔处的流速分布;并依据实例进行了深入分析。结果表明,对于较小规模堆体(48、90 m^(3)),不同布风方式对管道内和通风孔处流速分布的均匀性影响不大,而渐密布孔相比于均匀布孔可以提高其均匀性。对于较大规模堆体(180、270 m^(3)),可通过铺设多排管道的方式来提高其均匀性,其中四管相比于三管可以减少10%的动能损失;基于对工厂100 m^(3)堆体的实例仿真,发现仿真得到的流速与实际测量值没有显著差异,该研究结果可为后续工程建设提供理论依据和数据支撑。

外源酶强化厨余垃圾好氧堆肥降解及氮素转化

中温淀粉酶、葡萄糖氧化酶及β-葡聚糖酶分别以60 mg/kg的比例加入厨余垃圾好氧堆肥堆体中,考察其对好氧堆肥过程堆肥周期、固氮效果、有机物降解的影响及其潜在机制。结果表明,尽管堆肥过程中三种外源酶添加没有强化高温期的峰值表现,但是中温淀粉酶和葡萄糖氧化酶可以使堆肥有机质降解率提高3.8%~4.1%,这可能归因于酶解预处理导致的酸积累。此外,中温淀粉酶和β-葡聚糖酶有效加速了堆肥的氨化过程,而葡萄糖氧化酶有利于硝态氮的累积,提升硝态氮含量6.0%,表明外源酶会产生酶的连锁反应,分别刺激β-葡萄糖苷酶和脱氢酶的活性。

农村厕所粪污好氧堆肥技术研究进展

农村厕所粪污有效处理作为农村环境卫生核心工作之一,既要遵循无害化与资源化利用理念,又要考虑因地制宜原则。就生态价值与经济效益而言,采用好氧堆肥技术处理厕所粪污具有显著的优势,在农村地区应用广泛。结合“厕所革命”的时代背景,通过文献查阅,总结分析了农村厕所粪污的特性和资源化利用潜力,逐条梳理了好氧堆肥的影响因素,重点从农村厕所类型的研发、联合堆肥处理研究、工艺参数优化、外源菌剂和调理剂的应用等方面探讨了厕所粪污的好氧堆肥技术现状及进展,并对农村厕所粪污堆肥处理研究及工程应用提出了展望,为农村厕所粪污高效资源化利用及无害化处置提供借鉴和参考。

不同物理添加剂对白菜尾菜好氧堆肥的影响

为了研究不同物理添加剂对尾菜好氧堆肥的影响,同时为复合物理添加剂提高尾菜好氧堆肥效率并减少潜在的环境污染提供参考,该试验使用白菜尾菜为堆肥原料,水稻秸秆为调理剂,添加了麦饭石、生物炭及两者的混合物作为物理添加剂,通过好氧堆肥方式,探究不同物理添加剂对白菜尾菜好氧堆肥的影响。添加麦饭石、生物炭以及混合物能够提高堆体温度、增加高温阶段时间、提升pH,降低含水率下降程度,有利于微生物对堆体有机质的降解,同时提高种子发芽指数,使堆肥产物处于腐熟状态,无害化。结果表明:添加麦饭石、生物炭和混合物的效果比单一添加麦饭石、生物炭更好。物理添加剂能够提高尾菜好氧堆肥效率,而复合物理添加剂则更能促进好氧堆肥过程并提高堆肥品质。

好氧堆肥的生物除臭机制及原位控制技术进展

因子调控是实现好氧堆肥臭气原位控制的最主要途径之一。总结了好氧堆肥中原位生物除臭的过程机制,从主控环境因子调控的角度综述了碳氮比、通气量、温度、含水率和pH对原位生物除臭技术中微生物群落结构和代谢活性的影响,总结了覆盖除臭法、腐熟堆肥回流法、功能菌接种法和其他辅助方法等综合环境因子调控技术。研究发现,未来应在不同臭气的协同转化路径和微生物作用机制,主控环境因子对臭气物质去除的微生物代谢影响,生物除臭技术的联用及辅助方法的使用等方面加强研究,为原位生物除臭技术的优化和应用提供理论指导。

不同粪源好氧堆肥过程中养分变化及温室气体排放特征

以牛粪、羊粪、猪粪、鸡粪、鹿粪5种不同畜禽粪便与玉米秸秆为试材,采用好氧堆肥的方法,研究了不同粪源好氧堆肥对堆肥温度、pH、电导率(EC)、纤维素、有机碳(TOC)、总氮(TN)、温室气体(CH_(4)、CO_(2)、N_(2)O)等指标的影响,以期为农业废弃物资源化高效利用、农业温室气体减排提供参考依据。结果表明:C处理(猪粪+秸秆)和D处理(鸡粪+秸秆)在堆肥前期升温较快,而B处理(羊粪+秸秆)高温持续时间要长于其他处理;除E处理(鹿粪+秸秆)外其他4个处理pH均小于8.5;E处理(鹿粪+秸秆)的EC值最小且变化幅度最小,提升比例仅有27.36%;D处理(鸡粪+秸秆)纤维素降解率最高,为47.07%;D处理(鸡粪+秸秆)TOC降解率最高,为21.64%;B处理(羊粪+秸秆)的TN升高了103.30%;在温室气体减排方面,CH_(4)、CO_(2)、N_(2)O排放速率最低的均为B处理(羊粪+秸秆),而CH_(4)累积排放量最低的为E处理(鹿粪+秸秆),CO_(2)、N_(2)O累积排放量最低的均为A处理(牛粪+秸秆)。综上可知,B处理(羊粪+秸秆)和D处理(鸡粪+秸秆)在促进养分转化方面效果更佳。不同粪源温室气体排放特征不同,B处理(羊粪+秸秆)在温室气体减排方面效果更佳。

畜禽粪便好氧堆肥过程中抗生素的消减规律

本文以牛粪、鸡粪、猪粪为对象,采用开放式堆肥方式,通过API5000三重四极杆质谱仪(最低检出限为0.5~1.0μg/L),考察了初始含水率及堆肥翻堆频率对好氧堆肥过程中抗生素消减的影响.结果表明,3种粪便中均存在磺胺类、氟喹诺酮类和四环素类抗生素残留.其中,这3类抗生素残留含量分别为1.37~72.43,26.26~37.1和24.48~34.81μg/kg.随着堆肥时间延长,粪便中抗生素残留量均呈下降趋势.经过32d堆肥处理,在一定初始含水率(55.87%~68.11%)和翻堆频率(不翻堆和2次/d)下,鸡粪、猪粪、牛粪的总抗生素去除率为78.09%~92.01%.改变堆肥初始含水率和翻堆频率可显著影响畜禽粪便中抗生素的消减速率.当堆肥初始含水率为68.11%,采用1次/2d的翻堆频率时,畜禽粪便中抗生素去除率高达100%.因此,可通过合理设计堆肥处理条件提高粪便中抗生素的去除效率,实现畜禽粪便资源化与无害化利用.

低温环境下野外自然好氧堆肥理化特征及微生物群落结构变化

[目的]研究低温环境下野外自然好氧堆肥理化特征及微生物群落结构变化,实现低温季节养殖废弃物的资源化利用。[方法]以猪粪和稻壳为原料在低温环境下进行自然好氧堆肥处理,对堆肥过程中温度、pH、含水率、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N和种子发芽指数(GI)进行分析,选取细菌16S rDNA V3~V4区和真菌ITS序列进行高通量测序,比较好氧堆肥过程中不同阶段微生物群落多样性及组成差异。[结果]当环境温度为-6.7~6.4℃时,整个堆肥过程高温阶段持续11 d,经过38 d的好氧堆肥处理,堆体含水率、pH、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N等指标均趋于稳定,堆肥结束时GI达到了122.12%,表明堆肥产品完全腐熟。低温条件下堆肥不同阶段样本微生物群落分析表明,Acinetobacter是堆肥初期和升温阶段优势细菌属,而Pseudofulvimonas和Ensifer在堆肥高温阶段丰度最高,Parapedobacter为堆肥末期优势细菌属。Ascobolus是堆肥初期优势真菌属,而Mycothermus为好氧堆肥升温、高温和腐熟阶段的优势菌群。细菌群落功能预测结果表明,氨基酸转运和代谢、碳水化合物运输和代谢等是堆肥过程中细菌的主要代谢功能。理化指标与微生物多样性相关性分析表明,堆肥过程中pH与属水平上丰度较高的微生物相关性强,含水率、温度、NH_(4)^(+)-N和发芽指数次之。[结论]低温条件下野外自然好氧堆肥可顺利进行并完全腐熟,这为低温环境下野外自然好氧堆肥提供了依据。

厨余垃圾好氧堆肥技术研究进展

随着人们生活水平的提高及城市化进程加快,垃圾产生量逐年激增,其资源化处理已成社会共识。好氧堆肥作为厨余垃圾资源化的主要方式,具有巨大的研究潜力和研究前景。好氧堆肥处理厨余垃圾有助于土壤固碳,降低大气CO 2含量,更可获得有机肥料,符合目前“碳中和”和化肥减量化的政策。基于此,本文总结了好氧堆肥基本机制及微生物菌剂的作用,并对厨余堆肥腐熟度的评价和相应的肥料应用进行了综述。堆肥方式、含水率、碳氮比、通气量、温度和辅料种类等会影响厨余堆肥的效果,未来应进一步优化工艺,在发酵时间和处理成本之间获得最佳的平衡,不断完善堆肥产品腐熟度的评价指标,加强厨余垃圾有机肥的肥效评估。

鸡粪好氧堆肥中影响抗生素降解的理化因子和优势菌群分析

以鸡粪为原料,外源添加土霉素、泰乐菌素模拟抗生素残留来进行模拟堆肥,研究EM菌剂作用下对抗生素降解的关键优势菌群的影响,揭示好氧堆肥过程中抗生素去除的生物强化作用机制.试验设置4个处理:OCK(土霉素)、OTK(土霉素+EM菌剂)、TCK(泰乐菌素)、TTK(泰乐菌素+EM菌剂),抗生素添加量均为100mg/kg,菌剂添加量为堆体总质量的5%,结果表明:抗生素残留几乎不影响堆肥腐熟,各处理均能达到腐熟标准.其中堆肥温度在60℃持续6d以上,pH值为8.5~9.0,EC为3~3.5mS/cm.高温期是抗生素去除速率最快的阶段,高温期各处理抗生素去除率分别为OCK:71.63%,OTK:76.40%,TCK:93.86%,TTK:92.95%.EM菌剂能够加快抗生素特别是土霉素的降解,可使土霉素降解速率增加5倍,泰乐菌素降解速率增加2.24倍.好氧堆肥有效的地去除了抗生素的残留,腐熟期各处理抗生素去除率分别为OCK 89.97%,OTK 91.32%,TCK 99.99%,TTK 99.99%.pH值是影响土霉素、泰乐菌素降解的关键理化因子,与抗生素的含量呈现负相关性,适当的调节堆体的pH值有利于更快的降解抗生素.利于土霉素降解的优势菌群主要有扁丝菌(planifilum),温双岐菌(Thermobifida),芽孢杆菌(Bacillus)和类芽孢杆菌(Paenibacillus),相对丰度(RAs)分别为0.24%~8.76%,2.70%~10.91%,11.38%~26.16%,1.95%~4.56%.利于泰乐菌素降解的优势菌群主要有热芽孢杆菌(Thermobacillus),芽孢杆菌(Bacillus).RAs分别为7.19%~39.09%,41.70%~44.29%.芽孢杆菌对土霉素和泰乐菌素的降解均有促进作用.

市政污泥好氧堆肥过程中PAHs的去除

为探究市政污泥好氧堆肥过程中多环芳烃(PAHs)的去除动态,本研究以沈阳市市政污泥为研究对象,进行3个批次的好氧堆肥现场试验,分析了市政污泥中PAHs的污染特征、污染来源及堆肥过程中PAHs的去除动态。结果表明:不同季节沈阳市市政污泥中∑PAHs含量差异较大,范围为0.82~3.73 mg·kg^(-1),夏季污泥成分以高环PAHs(n≥4)为主(质量比为94.0%),而冬季和春季污泥以低环PAHs(n<4)为主,质量比分别为76.0%和63.0%。采用双比值法对沈阳市污泥中PAHs进行源解析,结果显示污泥中PAHs的主要来源为煤的燃烧源。经过堆肥处理后∑PAHs去除率大小顺序为春季(52.8%)>夏季(49.1%)>冬季(46.7%)。研究表明,好氧堆肥对PAHs有明显的降解效果,有利于实现污泥的无害化和资源化。

厌氧消化和好氧堆肥对城市污泥中新污染物的削减

城镇污水处理规模的扩大使得城市污泥的产生量增加,而药物及个人护理品(PPCPs)、生物性污染物、微塑料(MPs)和雌激素等新污染物在污泥中的检出率也呈增加趋势。污泥厌氧消化制沼气、好氧堆肥制土壤改良剂具有削减污染物、回收有价值组分、降低环境风险等多重功效,然而它们对新污染物的削减效果尚待考察。以上述4种新污染物为例,比较了它们在不同国家城市污泥中的存在状况,综述了厌氧消化、好氧堆肥、厌氧消化和好氧堆肥结合以及与物化措施联合对新污染物的削减情况及存在的问题。针对污泥中多种新污染物并存的状况,提出未来应开发针对多种新污染物的去除技术,同时强化新污染物削减机制的研究,以保障城市污泥的安全利用。

硫酸亚铁和生物炭对牛粪秸秆好氧堆肥的保氮及还田效果

为研究硫酸亚铁和生物炭对牛粪秸秆好氧堆肥的保氮及还田效果,进行堆肥桶室外模拟试验和莴苣小区试验。结果表明,与堆肥初始点相比,堆肥结束时无添加剂的对照组(CK)总氮含量降低,而添加湿基5%生物炭+湿基2.5%硫酸亚铁处理组(FB)以及添加湿基5%生物炭+湿基5%硫酸亚铁处理组(FC)堆肥总氮含量分别提升41.19%、22.16%。堆肥还田种植莴笋后,与CK相比,施用FB和FC堆肥处理的莴苣鲜重及品质也有显著提升,其中地上部鲜重分别提高171.51%、153.37%,可溶性蛋白含量分别提高了53.41%、43.63%。同时,FB和FC堆肥处理对土壤有机质、全氮、有效磷、有效钾含量均有改善效果。通过线性回归分析发现,莴苣鲜重与土壤总氮含量、速效钾含量、有机质含量及硫酸亚铁、生物炭添加量均呈显著正相关关系,但莴苣品质仅与土壤有机质及有机肥堆肥过程生物炭的添加量有关。综上所述,添加硫酸亚铁和生物炭对牛粪秸秆好氧堆肥具有一定的保氮效果,堆肥还田能够提高莴苣的产量及品质并改善土壤理化。

好氧堆肥对畜禽粪便氟喹诺酮类抗性基因消减的研究进展

在畜禽养殖业中,氟喹诺酮类抗菌药(fluoroquinolones antibiotics, FQs)的广泛使用导致氟喹诺酮类抗性基因(fluoroquinolones resistance genes, FRGs)在环境中传播,对环境生态造成威胁。目前,好氧堆肥是去除FRGs的有效手段之一。笔者综述了畜禽粪便好氧堆肥中不同因素[FQs、微生物群落、可移动遗传元件(mobile genetic elements, MGEs)、环境因素(温度、pH值、含水量、碳氮比、电导率等)和重金属]对FRGs去除效果的影响,旨在为FRGs的有效控制提供参考。