猪粪堆肥中挥发性有机物的产生规律及影响因素研究

摘要

高温堆肥过程中易产生挥发性有机物(VOCs)，VOCs对人体健康造成的影响不容忽视。本文以降低VOCs的产生与排放为目标，开展了猪粪堆肥中挥发性有机物(VOCs)的产生规律及影响因素，首先明确猪粪和玉米秸秆堆肥过程中产生的VOCs组分清单与不同VOC的浓度变化特征，通过VOCs与臭气浓度的相关性分析，确定猪粪堆肥中主要致臭VOCs种类。其次，对含水率、C/N和通风速率三因素设置三水平试验，进行猪粪和玉米秸秆堆肥，通过极差分析法，明确猪粪堆肥中主要致臭VOCs的关键影响因素，并确定减排VOCs的最优工艺方案。最后，采用上一试验最优工艺方案进行堆肥，添加不同比例的生物炭吸附VOCs，确定生物炭的最佳添加比例，最大程度减排VOCs。不论对于有机垃圾处理厂的安全生产，亦或是减少环境污染，还是对于促进农业的可持续发展都具有重要意义。试验结果如下:
　　(1)在对猪粪和玉米秸秆堆肥阶段，高温期持续10d以上，堆体达到无害化处理，符合一般堆肥标准的规定，在发酵期间共检测到包括NH3和H2S在内的33种致臭气体，其余31种均为VOCs，包括12种芳香烃化合物，8种醛类化合物，1种硫醇化合物、3种硫醚化合物，4种卤代烃化合物，2种酮类化合物，1种胺类化合物;猪粪堆肥中臭气的产生主要集中在堆肥的初始阶段，随堆肥时间的增加臭气浓度逐渐降低，主要致臭物质依次为:二甲基二硫醚＞二甲基三硫醚＞甲硫醚＞H2S＞乙醛，除H2S外，其余4种均为VOCs，其中以硫醚类气体为猪粪和玉米秸秆堆肥中产生的主要致臭VOCs。
　　(2)猪粪堆肥中二甲基二硫醚排放浓度的影响因素依次为:通风速率＞C/N＞含水率，二甲基三硫醚排放浓度的影响因素依次为:含水率＞通风速率＞C/N，本试验中的最佳减排致臭VOCs组合为:含水率65％、C/N:30∶1、通风速率:1.0m3/(min·m3)，以控制猪粪和玉米秸秆堆肥中VOCs的产生与释放。
　　(3)在试验二最优参数的基础上向堆体添加不同比例的生物炭，能够使不同处理间堆肥高温期(＞50℃)的持续时间均达到10d，符合《粪便无害化卫生要求》(GB7959-2012)中的规定，且能够降低氮素损失，保证堆体肥效。向猪粪堆肥中添加干基比100∶25的生物炭不仅能够降低堆肥初始阶段二甲基三硫醚的排放浓度的94.3％，缩短二甲基二硫醚的高浓度排放时间至3d以下，从而达到降低堆肥中臭气的危害的目的，同时还能够有效降低堆肥过程中高温期TVOCs的53.9％的最高排放浓度，对堆肥中TVOCs的控制提供了参考依据。
　　本论文通过研究猪粪堆肥中VOCs的产生规律及影响因素，明确了猪粪堆肥中主要致臭物质及其类型，提出了最优减排猪粪堆肥中主要致臭VOCs的试验方案，为猪粪堆肥中臭气及VOCs的治理提供了参考依据。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 国内外废弃物处理中VOCs的产生与控制研究进展

1．2．1 VOCs简介

1．2．2 VOCs排放标准

1．2．3 废弃物处理中VOCs排放状况

1．2．4 堆肥中VOCs的研究进展

1．2．5 生物炭除臭研究进展

1．3 问题的提出和研究意义

1．4 研究内容

1．4．1 猪粪堆肥中产生的主要VOCs及致臭因子研究

1．4．2 猪粪堆肥中主要致臭VOCs产生规律与影响因素研究

1．4．3 生物炭对猪粪堆肥中主要致臭VOCs的减排效应研究

1．5 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验地点

2．2 试验材料

2．3 试验方案

2．3．1 猪粪堆肥中产生的主要VOCs及致臭因子研究的试验方案

2．3．2 猪粪堆肥中主要致臭VOCs产生规律与影响因素研究的试验方案

2．3．3 生物炭对猪粪堆肥中主要致臭VOCs的减排效应研究的试验方案

2．4 VOCs样品的采集与处理

2．5 测定指标及分析方法

2．6 数据分析

3 结果与分析

3．1 猪粪堆肥中产生的主要VOCs及致臭因子研究

3．1．1 猪粪堆肥中基础理化性质变化状况

3．1．2 猪粪堆肥中TVOCs的排放规律变化

3．1．3 猪粪堆肥高温期VOCs排放GC-MS图谱

3．1．4 猪粪堆肥中主要致臭VOCs及其排放规律

3．1．5 猪粪堆肥中主要致臭物质的确定

3．2 猪粪堆肥中硫醚的产生规律与影响因素研究

3．2．1 不同堆肥参数下堆体理化性质变化状况

3．2．2 不同堆肥参数下TVOCs的排放状况

3．2．3 不同堆肥参数下硫醚的排放状况及排放规律

3．2．4 最优水平组合的确定

3．3 生物炭对猪粪堆肥中硫醚的减排效应研究

3．3．1 生物炭对猪粪堆肥中理化性质的影响

3．3．2 生物炭对猪粪堆肥中TOVCs排放的影响

3．3．3 生物炭对猪粪堆肥中硫醚的减排效应

4 结论与讨论

4．1 讨论

4．2 结论

4．3 研究展望

参考文献

在读期间发表论文

作者简介

致谢