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固体放弃物堆肥历程中氮素转化、损失因素、机理、控制战略

固体放弃物堆肥历程中氮素转化、损失因素、机理、控制战略

分类：手艺和信息
作者：
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宣布时间：2020-11-18
会见量：

【提要形貌】餐厨垃圾容易腐坏变质，，，，且易滋生细菌，，，，如安排不当，，，，会对社会情形与人体康健造成不良影响。。但餐厨垃圾中富含营养元素，，，，是一种潜在的资源。。都会污泥是在污水处置惩罚历程中爆发的放弃物，，，，未经由合理处置惩罚的污泥如直接进入情形中，，，，会给情形带来二次污染。。同时，，，，污泥中的有机质和氮、磷、钾等营养元素如能被合理地开发使用，，，，不但可以解决情形污染问题，，，，还能将其转化为有用的资源。。而好氧堆肥可将上述两种都会固废举行无害化、资源化，，，，其不但操作轻盈，，，，并且能够有用稳固污泥与餐厨垃圾中的有机质。。

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固体放弃物堆肥历程中氮素转化、损失因素、机理、控制战略

【提要形貌】餐厨垃圾容易腐坏变质，，，，且易滋生细菌，，，，如安排不当，，，，会对社会情形与人体康健造成不良影响。。但餐厨垃圾中富含营养元素，，，，是一种潜在的资源。。都会污泥是在污水处置惩罚历程中爆发的放弃物，，，，未经由合理处置惩罚的污泥如直接进入情形中，，，，会给情形带来二次污染。。同时，，，，污泥中的有机质和氮、磷、钾等营养元素如能被合理地开发使用，，，，不但可以解决情形污染问题，，，，还能将其转化为有用的资源。。而好氧堆肥可将上述两种都会固废举行无害化、资源化，，，，其不但操作轻盈，，，，并且能够有用稳固污泥与餐厨垃圾中的有机质。。

分类：手艺和信息
作者：
泉源：
宣布时间：2020-11-18 11:29
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（泉源：情形工程原创廖黎明，，，，等）

研究配景

餐厨垃圾容易腐坏变质，，，，且易滋生细菌，，，，如安排不当，，，，会对社会情形与人体康健造成不良影响。。但餐厨垃圾中富含营养元素，，，，是一种潜在的资源。。都会污泥是在污水处置惩罚历程中爆发的放弃物，，，，未经由合理处置惩罚的污泥如直接进入情形中，，，，会给情形带来二次污染。。同时，，，，污泥中的有机质和氮、磷、钾等营养元素如能被合理地开发使用，，，，不但可以解决情形污染问题，，，，还能将其转化为有用的资源。。而好氧堆肥可将上述两种都会固废举行无害化、资源化，，，，其不但操作轻盈，，，，并且能够有用稳固污泥与餐厨垃圾中的有机质。。

氮素在堆肥时代的转化历程直接影响堆肥效率，，，，同时氮素在堆肥时代会以氨气的形式逸散损失，，，，不但散发臭气，，，，污染情形，，，，且会降低堆肥的农用价值。。因此，，，，控制氮素的损失是好氧堆肥手艺的要害所在。。而对此，，，，海内外各专家学者对堆体中氮素的转化历程、影响因素及其损失机理举行研究，，，，并提出改善步伐。。虽然大大降低了氮素的损失率，，，，但这些要领与步伐仍保存一定的缺陷与缺乏，，，，为更周全与深入地研究控制氮素损失的要领，，，，本文就以上几方面举行总结并提出好氧堆肥手艺未来生长偏向的展望，，，，以期为该领域的相关研究提供参考。。

摘要

好氧堆肥是一种有用处置惩罚都会固体放弃物的要领，，，，不但操作轻盈，，，，且能将放弃物转化为有机肥。。而氮素作为主要的营养元素，，，，其转化与损失是权衡堆肥效率的主要标准。。在堆肥历程中，，，，堆体中的氮素以有机氮、铵态氮、硝态氮等形态保存并相互转化，，，，在转化历程中不可阻止会爆发氨气，，，，而氨气的挥发是固体放弃物堆肥历程中氮素损失的主要途径。。连系海内外专家学者的研究对污泥及餐厨垃圾好氧堆肥历程中氮素的转化历程、损失因素、损失机理及控制其损失的步伐举行总结，，，，并对都会固体放弃物好氧堆肥历程举行展望，，，，以期为该领域的研究提供科学参考。。

01

好氧堆肥原理

好氧堆肥是指在通气状态优异，，，，氧气浓度相宜的情形下，，，，依赖好氧微生物的作用降解物料中有机物的生物化学历程。。当物料水分和碳氮比相宜时，，，，物料中的微生物会快速滋生并降解有机质，，，，在此历程中会爆发较高的温度，，，，从而杀死物料中的寄生虫卵及病原菌等，，，，抵达稳固物料中有机物的效果，，，，最终使物料酿成无臭并富含养分，，，，能为农作物所使用的腐殖质。。

02

污泥及餐厨垃圾好氧堆肥历程中氮素的转化历程

污泥及餐厨垃圾初始堆体中的氮素主要是有机氮，，，，如卵白质、肽等，，，，在堆肥历程中与可以通过氧化作用与细胞质合成作用相互转化。。同时，，，，铵态氮可在硝化细菌的作用下转化为硝态氮，，，，而则在反硝化细菌的作用下转化为氨气，，，，如图1所示。。

图1 堆肥历程氮素的转化

逯延军等将都会垃圾与污泥划分以9∶1、5∶1和3∶1的体积配比举行研究，，，，其堆体全氮的初始浓度与体积比呈负相关，，，，体积比越大，，，，全氮越低；；；；；而全氮在堆肥前6 d下降显着；；；；；在堆肥竣事时，，，，全氮的初始浓度越大，，，，竣事时的浓度就越大；；；；；而堆肥时的高温抑制了硝化细菌，，，，因此硝态氮浓度较低，，，，其全程转变不显着。。相反，，，，氨氮转变则很是显着，，，，3组堆肥的氨氮一连镌汰，，，，划分从11.1，，，，10.9，，，，10.5 g/kg下降至1.1，，，，2.1，，，，3.1 g/kg，，，，主要是由于一部分转化为氨气，，，，另一部分被微生物转化使用。。徐灵等研究批注：当氮素含量较高时，，，，加速了微生物的生长和滋生，，，，大宗氮素被剖析为氨氮，，，，因此在堆肥前期氨氮会大宗增添，，，，之后由于微生物的活动以及部分转化为氨气，，，，使氨氮一连降低。。而贾程平划分以小麦秸秆糠和小麦秸秆段为调理剂与污泥混淆，，，，在强制透风静态好氧堆肥与自然透风好氧堆肥相连系的堆肥条件下举行实验，，，，探讨了堆肥化历程中种种氮素形态的转变特征，，，，效果显示，，，，差别调理剂堆体中的总氮含量划分从21.16，，，，11.57 g/kg增添到31.93，，，，28.02 g/kg，，，，水溶性总凯氏氮和氨态氮含量均大幅降低，，，，同时污泥和小麦秸秆段混淆堆体的高温一连时间比污泥和小麦秸秆糠混淆堆体短，，，，而硝态氮含量却比污泥和小麦秸秆糠混淆堆体高，，，，批注堆体高温一连时间越短越有利于硝化反应的举行。。

03

污泥及餐厨垃圾好氧堆肥历程中影响氮素损失的因素

1.通宇量

好氧堆肥是在有氧条件下举行的，，，，因此堆肥时代需要一定的透风，，，，且透风可以带走部分热量与多余水分，，，，为堆体微生物提供优异的活动情形，，，，但同时其也会带走大宗氨气，，，，造成氮素损失。。Guardia等研究批注：通气率越大，，，，氮素损失量就越大。。张红玉以通宇量划分为0.1，，，，0.2，，，，0.3 L/(kg·min)举行比照研究，，，，效果批注通宇量对氨气的挥发效果有较大影响，，，，3种通宇量下的氨气平均排放浓度划分为279.1，，，，480.5，，，，627.4 mg/m3。。

2.温度与pH值

好氧堆肥中的生化反应一样平常以温度转变体现出来。。堆体中的温度由于反应放热而急剧升高，，，，在坚持一段高温后，，，，由于透风带走热量而又逐渐下降。。而pH不但关系着微生物的生命活动，，，，且与铵态氮的保存方法亲近关联，，，，当pH较高时，，，，铵态氮会大宗转化为氨气，，，，反之则抑制其向氨气转化。。杨延梅等研究发明：在堆体温度凌驾60 ℃时，，，，pH也抵达8以上，，，，此时氨释放率抵达最高，，，，占总氮释放量的57.6%。。

3.含水率

含水率也是影响堆体氮素损失的主要因素。。过高的含水率会使堆体孔隙度差，，，，倒运于透风，，，，虽然可镌汰氨挥发量，，，，但会在堆体局部泛起缺氧情形，，，，使反硝化作用增强，，，，使氮素以氮气的形式挥发，，，，且过高的含水率会延伸堆肥时间，，，，并爆发臭味污染情形；；；；；而过低的含水率会降低堆体微生物的活性，，，，延伸堆肥时间，，，，降低堆肥效率，，，，因此相宜的含水率很是主要。。洪磊等以为，，，，使用污泥来举行堆肥时，，，，含水率在55%～60%最佳。。而蔡旺炜等以为含水率在45%～55%时，，，，更相宜微生物活动。。

4.碳氮比

堆体的初始碳氮比对堆肥的效果显著。。当初始碳氮比过小时，，，，由于碳素相对较少，，，，过剩的氮素无法被微生物所使用，，，，会形成氨气，，，，加剧氮素损失。。当初始碳氮比过高时，，，，此时碳素较多，，，，氮素含量缺乏，，，，微生物生长受限制，，，，微生物量镌汰，，，，将延伸堆体堆肥时间。。因此，，，，相宜的碳氮比关于堆肥历程是很是主要的。。逯延军等通过改变餐厨垃圾与污泥的混淆比，，，，将堆体碳氮比划分调到22、18和15，，，，效果批注：随着碳氮比的降低，，，，氮素损失趋于严重，，，，当碳氮比为15时氮素损失率抵达45%，，，，主要损失在高温期。。

5.其他因素

除以上几种影响因素外，，，，堆体颗粒巨细、堆体翻动频率等也会对氮素的损失爆发影响。。牛明芬等将秸秆划分切割成粒径为5，，，，1cm，，，，以差别的投加量与猪粪混淆堆肥，，，，发明在混淆堆体粒径过大时，，，，堆体透风情形更好，，，，升温更快，，，，但高温期变短，，，，氨气散失严重，，，，且更易爆发淋失，，，，造成氮素损失。。由此可以看出，，，，堆体的粒径影响堆体中气体和水的交流水平。。而堆体翻动频率同样不可忽视，，，，虽然堆体翻动有助于微生物使用堆体废物，，，，缩短堆肥稳固期，，，，但太过翻动可能会导致氨气大宗挥发，，，，造成氮素损失。。

由此可见，，，，通宇量、温度与pH、含水率、初始碳氮比、堆体颗粒粒径等均有相宜的规模。。当通宇量过大时，，，，其大宗带走堆体温度和氨气，，，，不但会使堆体杀菌不充分，，，，还会使氮素大宗损失，，，，而通宇量过小时，，，，则会供氧缺乏，，，，抑制堆体中的好氧微生物，，，，同时使厌氧微生物活跃，，，，爆发反硝化作用爆发氮气，，，，亦使氮素损失。。同样，，，，当温度与pH过大时，，，，会使氨气大宗爆发挥发。。含水率过高会使堆体粘连，，，，局部缺氧，，，，过低时倒运于微生物的生命活动，，，，降低堆肥效率。。初始碳氮比过高时会延伸堆肥时间，，，，过低时会大宗爆发氨气，，，，造成氮素损失。。

04

污泥及餐厨垃圾好氧堆肥历程中氮素损失机理

好氧堆肥历程主要分为逐渐升温的初始阶段、一连高温的杀菌发酵阶段和逐渐降温的腐熟固肥阶段，，，，在每个阶段均会有氮损失的情形保存。。在初始阶段，，，，嗜温微生物较为活跃，，，，此时在氨化反应下，，，，大宗有机氮被剖析为氨态氮，，，，少部分的氨态氮也会在硝化细菌的作用下变为硝态氮，，，，尚有小部分则在氨同化作用下转化为有机氮被微生物吸收使用；；；；；而高温阶段则是氨气挥发的主要阶段，，，，由于铵态氮的累积，，，，再加上高温高pH，，，，使部分氮素以氨气形式挥发，，，，此时高温抑制了氨化反应、硝化反应和氨同化反应，，，，这一阶段硝态氮的量险些稳固，，，，而铵态氮由于氨气的挥发快速降低；；；；；当高温期竣事后，，，，随着温度的降低，，，，嗜温菌最先活跃，，，，此时硝化作用增强，，，，硝态氮显着增多，，，，而反硝化作用需要厌氧情形，，，，以是只会在堆体一些透气性差的地方爆发，，，，在透风和翻堆的情形下很少爆发。。

Sommer研究发明：在堆肥的初始阶段，，，，N2O的浓度与其在情形中的浓度相近，，，，其主要是由于硝化和反硝化微生物不是嗜热菌，，，，在堆肥的初始阶段，，，，硝化作用和反硝化作用不强，，，，尤其是在透风的情形下，，，，反硝化作用更难以爆发。。而周少奇等以为，，，，好氧堆肥历程中在高温顺pH>7.5时，，，，氨气就最先挥发损失；；；；；同时氨气会消融为铵态氮为微生物所转化吸收或直接渗滤流失；；；；；也会爆发硝化反应天生硝态氮渗滤流失，，，，在氧化历程中可能会有N2O的爆发、挥发；；；；；而在反硝化作用下硝态氮又重新变为氨气、氮气等挥发掉。。

如图2所示，，，，马丽红等探讨以为，，，，堆肥历程中与氮相关的反应主要包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用和牢靠作用。。氨化作用使堆体中的铵态氮大宗增添，，，，增进了氨气挥发，，，，堆体中的氨化细菌在高温期和降温期时数目抵达最大，，，，其与铵态氮和氨气呈正相关；；；；；硝化细菌可通过硝化作用将氨气和铵态氮转化为硝态氮，，，，但其在堆体中的含量较少，，，，与氨气和铵态氮呈负相关；；；；；反硝化细菌可通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气和氧化氮，，，，在其举行的实验中，，，，反硝化细菌在高温期后显着增多，，，，并一连到稳固期，，，，说明反硝化作用也是氮素损失的途径之一；；；；；牢靠作用将铵态氮和硝态氮转化为有机氮，，，，堆体中固氮菌数目也较少，，，，主要在降温期大宗增殖，，，，其具有保氮作用。。总体而言，，，，氮素在堆肥时代的转化主要是在升温顺降温阶段，，，，在此时代会爆发氨化、硝化、反硝化、氨同化等反应，，，，而氮素的损失主要是在高温阶段，，，，此时是反硝化作用和氨气挥发的主要阶段。。

图2 氮素的转化机理

05

污泥及餐厨垃圾好氧堆肥历程中控制氮素损失的步伐

好氧堆肥中的氮素主要以氨气挥发的形式损失，，，，因此控制氮素损失主要从镌汰氨气损失着手。。郭炜将稻壳生物质碳以0、3%、5%和10%划分加入堆体，，，，发明生物质炭可以使微生物活性更强，，，，其也可以吸附氨气，，，，镌汰氨气的挥发，，，，且生物质炭量越多，，，，固氮效果越强，，，，综合各项指标,最终以为5%为最佳投加量。。胡伟桐等则用麦糠、菇渣与稻壳等作为调理剂举行比照实验，，，，最终得出麦糠可以使高温一连更长时间，，，，加速腐熟，，，，但菇渣和稻壳混淆调理剂可有用镌汰氨气的挥发，，，，固氮能力更强。。Du等向堆体中添加等物质的量的铵盐，，，，镁盐和磷酸盐形成鸟粪石晶体，，，，而该晶体不但可以镌汰氮损失，，，，且其自己也是优质的肥料和化学添加剂。。

Wang等总结了调解pH值、调解初始碳氮比、形成鸟粪沉淀、增进硝化等改善步伐。。在调解pH值方面:调理pH值理论上可镌汰NH3的挥发，，，，但操作规模较窄，，，，底物pH值降至6以下，，，，微生物活性被强烈抑制。。在初始碳氮比调理方面:由于餐厨垃圾的碳氮比通常较低，，，，因此更多研究旨在将富含碳的物质引入餐厨垃圾，，，，且添加可被嗜热微生物使用的碳源可增进氨气同化，，，，由此降低了氨气排放。。在鸟粪沉淀方面:Mg和P盐能使铵态氮沉淀成鸟粪石晶体，，，，添加Mg和P盐的量不影响氮素的有机矿化，，，，餐厨垃圾中初始氮素的33%～36%可被矿化，，，，然而过量的H3PO4对生物降解具有负面影响。。在增进硝化方面:将富含硝化微生物的成熟堆肥产品引入堆体,有助于通过硝化将氨气氧化镌汰氮损失，，，，但这样会刺激氮氧化物的排放；；；；；一个选择是添加一种硝化抑制剂阻止完全硝化，，，，以减轻氨气和氮氧化物排放；；；；；另一种选择是增进硝态氮的氧化，，，，镌汰氮氧化物的爆发。。

综上所述，，，，控制氮素损失的步伐包括选择适合的堆肥参数，，，，添加物理或化学调理剂，，，，选择可以互补的放弃物举行联合堆肥，，，，形成鸟粪石沉淀，，，，增进硝化和调解pH值，，，，调解初始碳氮比等。。虽然，，，，控制氮素损失的步伐尚有许多，，，，如在堆体上笼罩防水油布来镌汰氨气挥发等。。

06

结论与展望

迄今为止，，，，控制好氧堆肥历程中氮素损失的步伐依然值得探讨，，，，如化学添加剂固氮效果好，，，，但其本钱较高，，，，无法大规模堆肥；；；；；物理调理剂虽廉价，，，，也适合大规模堆肥，，，，但其固氮效果并不十分理想；；；；；在理论上,调理pH可以降低氨气的挥发，，，，但其操作规模狭窄；；；；；大部分关于好氧堆肥的研究都是以单个放弃物为堆体来举行的，，，，如动物粪便、污泥、生涯垃圾等，，，，联合堆肥方面的氮素损失机理研究还不敷系统。。

因此，，，，未来堆肥方面的研究偏向主要包括：1)加大对堆肥效果影响因素的研究，，，，进一步缩小可操作的最适条件规模；；；；；2)实验2种或更多种能够互补的放弃物举行联合堆肥；；；；；3)寻找性价比更高的调理剂，，，，并找出较适合的添加量；；；；；4)实验多种步伐配相助用，，，，如在污泥与餐厨垃圾联合堆肥的堆体中添加调理剂，，，，并适当曝气等。。好氧堆肥不但可以减轻情形压力，，，，并且可以使放弃物资源化，，，，随着研究的一直深入，，，，堆肥手艺的刷新会使好氧堆肥向更环保，，，，更廉价，，，，更适合大规模堆肥应用的偏向生长。。

（原创：廖黎明1 赵力剑1 卢宇翔1 陈孟林1 宿程远1,2）（1.珍稀濒危动植物生态与情形�；；；；；そ逃恐氐闶笛槭�；；；；；2.广西师范大学情形与资源学院）

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