农村有机固体废弃物混合堆肥技术研究

摘要

我国是世界上农业废弃物产生量最大的国家，随着我国城镇化速度的加快，农村生活水平逐步提高，农村固体废弃物的处理处置成为亟待解决的环境问题。本文针对农村污泥、生活垃圾、人粪便和秸秆，采用堆肥的资源化途径，分别从堆肥技术要点控制和调理剂添加两方面着手，以期获得更高质量的堆肥产品和较小的环境影响。 试验包括三部分：一是三种主要有机固体废弃物（农村污泥、生活垃圾、人粪便）的混合堆肥配比优化研究；二是以氨氮吸附能力为目的污泥生物炭改性和机理探讨；三是污泥生物炭的投加对农村固体废弃物堆肥过程中影响，包括理化性质、氮素转化和温室气体排放。主要研究结果如下： （1）混料设计响应面分析方法可通过少量的试验点得到较为系统的试验结论，针对优化堆肥物料配比具有可行性；用生活垃圾与秸秆进行单独堆肥时，由于原料有机质、C含量和C/N过大，N含量相对越低，有机碳素的转化不能彻底完成，不利于短时间内堆体的腐熟；用人粪便或农村污泥与秸秆进行单独堆肥时，原料N含量相对越高，而过量的N由于转化不彻底造成堆肥产品中溶解性氮素累积，降低堆肥产品品质；生活垃圾占比在 50-75%左右，人粪便和农村污泥占比25-50%，在该区间内，堆肥产品WSCorg、WSC/WSN、T、k、NH4+、NH4+/NO3-分别在7.57-8.78 mg/g、4.97-6.07、0.43-0.48、0.10-0.12、0.62-1.31 mg/g、0.33-2.04之间；在此范围内相应的原料C/N在18-24，期望值可达0.6以上，堆肥效果最好。 （2）酸性改性剂改性后的污泥生物炭不利于后续氨氮的吸附，而改性剂过氧化氢、高锰酸钾和氢氧化钾、氢氧化钠不同程度的提高了污泥生物炭的氨氮吸附量；酸、碱改性污泥生物炭C含量明显增加，而O含量与原污泥生物炭相比明显降低；KMnO4、H2O2改性污泥生物炭的C含量无明显变化，而O含量均有增加；金属离子交换对氨氮的吸附起到重要作用，硝酸改性污泥生物炭与原生物炭相比，Mg、K、Ca 发生了显著的减少，减少了铵根离子的可吸附位点，降低了生物炭的阳离子交换容量，因而氨氮的吸附性能下降，而其他改性剂并未对生物炭表面的金属元素产生较大的影响；酸改性和氧化改性的3种生物炭的酸性官能团均明显高于原生物炭，尤其是羧基的增加有利于增加氨氮的吸附位点；考虑实际吸附效果，本文选择高锰酸钾作为最优改性剂。 （3）污泥生物炭的投加可以有效改善堆体透气性能，并为微生物提供适宜的生存环境，促进微生物的新陈代谢从而加速有机物的降解，更快的达到并维持高温期以达到腐熟标准；改性生物炭相较原污泥生物炭而言，可以更加有效的吸 附氨氮，从而抑制氨气的挥发，提高肥料氮素含量，但在温室气体减排方面，改性生物炭并没有进一步减少甲烷、氧化亚氮以及二氧化碳的排放。

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