堆肥过程中有害气体(NH3、N2O、CH4)减排与氮素保存研究

摘要

随着我国集约化畜禽养殖规模的扩增以及污水处理率的逐年提升，畜禽粪便/污水污泥的处理处置问题日益严峻，若处理处置不当将对环境卫生产生不可估量的损害，并且其处理处置过程中也存在着员工劳动卫生问题。堆肥广泛应用于有机固体废弃物的无害化、减量化和资源化处理，然而在废物堆肥化过程中存在着有毒有害气体释放影响员工劳动健康，严重的氮素流失以至于降低堆肥成品利用效率等问题。
　　因此，本研究以污水污泥和猪粪为研究对象，选取两种常见的堆肥工艺，分别是露天条垛式机械翻堆堆肥技术和连续流强制通风污泥堆肥技术，通过原位观测和对比试验的方式，1)监测堆肥过程中有毒有害气体的排放以及堆肥全过程堆料的变化;2）调节生产操作参数，从劳动卫生与环境卫生学的角度关注堆肥过程毒害气体的减排效果;3）优化操作工艺参数，尽可能降低氮素损失以提高堆肥成品利用价值。主要结论如下:
　　(1)对于露天条垛式堆肥工艺，高温期翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程的有毒有害气体(CH4、N2O、NH3)排放具有显著影响。试验组的CH4和N2O的C、N元素累积排放量（分别为14.63 kg和125.36 g）均明显高于对照组(分别为5.82 kg和53.69g)。增加高温期翻堆频率同样增加了氨气排放(试验组和对照组的氮素总累积排放量分别为14.24kgN和7.68kgN)，氮素损失主要源于氨气排放（试验组、对照组分别达到42.2％和70.05％的总氮损失）。通过对比试验可以得出，增加翻堆频率导致了氨气排放的增加。因此，从有毒有害气体排放引起劳动卫生问题的角度考虑，不应该考虑增加翻堆频率。
　　(2)对于连续流强制通风堆肥工艺，减小辅料投加比例不利于有机质转化，试验组和对照组（辅料与污泥的体积比分别为3∶1和4∶1）的有机质降幅分别为1.38％和8.85％。较低的C/N比(9.21)有助于降低TN损失(对照组TN损失21.68％、试验组16.10％)，并减少污泥堆肥过程有毒有害气体排放（对照组为2.85 g eCO2/kg DC、试验组为1.70 g eCO2/kg DC），却小幅增加了氨气的排放（高于对照组8.68％）。采用降低堆肥初期的曝气时间和加大堆肥末期曝气量的通风策略，可明显降低堆肥周期总氮损失(仅为对照组的51.34％)，却将增大污泥堆肥过程中有害气体排放（对照组为2.85 g eCO2/kg DC，试验组4.42 g eCO2/kg DC），降低堆肥周期平均堆温（试验组54.29℃，对照组64.71℃），进而降低氨气累积排放量（试验组66.86g·m-2，对照组72.04g· m-2）。此外，由于工艺可调控因数较多，水厂污水污泥理化性质不尽相同，该工艺的不可控因素较大，因此，有待进一步深入研究堆肥过程中工艺操作参数对有毒有害气体减排的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 集约化养猪场固体粪便的产量及其危害

1．1．2 污水污泥的产量及其危害

1．2 文献综述

1．2．1 堆肥化技术的研究现状

1．2．2 堆肥过程中有害气体排放与氮素损失

1．2．3 生物干化与好氧堆肥技术

1．3 研究目的和研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程有毒有害气体排放和氮素损失的影响

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 猪粪条垛堆肥工艺

2．2．2 样品采集与分析

2．3 结果

2．3．1 有机质、含水率、pH、电导率和堆体温度的变化

2．3．2 有毒有害气体(NH3、CH4和N2O)的排放

2．3．3 氮素变化

2．4 讨论

2．4．1 甲烷与氧化亚氮的(CH4、N2O)排放

2．4．2 氮素保存

2．5 小结

3 连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺的有毒有害气体(NH3、CH4和N2O)排放特征

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验场地

3．2．2 试验设计与材料

3．2．3 样品采集与分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 含水率、有机质、pH和堆体温度的变化

3．3．2 氮素变化

3．3．3 有毒有害气体排放

3．4 小结

4 结论与建议

4．1 结论

4．2 建议

参考文献

在学期间发表的学术论文和研究成果

后记