中国环境科学 2014,34(11)：2897~2904 China Environmental Science 牛粪堆肥过程中水溶性有机物演化的光谱学研究
崔东宇1,2,何小松1,2*,席北斗1,2,李丹1,2,陈凤先3,潘红卫1,2,袁英1,2(1.中国环境科学研究院,环境基准与风险评估国家重点实验室,北京 100012；2.中国环境科学研究院,地下水与环境系统创新基地,北京 100012；3.环境保护部环境工程评估中心,北京 100012)
摘要：采用紫外-可见吸收光谱、1H-核磁共振(NMR)和同步荧光光谱,研究了牛粪堆肥水溶性有机物(DOM)的结构特征及其演化规律.紫外-可见吸收光谱分析显示,SUV A254由堆肥起始的1.161上升至堆肥结束的2.543;E465/E665在整个堆肥过程中呈现上升趋势,变化范围在2.333~3.500;260~280,460~480,600~700nm范围内的面积积分A1、A2和A3均呈现出先增大后减小的趋势,峰值分别出现在26,14, 14d.1H-NMR分析显示,堆肥0d到堆肥41d,0.5~3.1δ面积积分所占比例从43.06%下降至8.63%,3.1~5.5δ从56.07%上升至89.68%,5.5~10δ不足总体的6%且变化趋势不明显.同步荧光光谱结果显示,经过41d 的堆肥,蛋白质类物质区积分面积比例(A PLR)由0.331下降到0.252,而富里酸类物质区积分面积比例(A FLR)由0.325增加到0.336,同时胡敏酸类物质区积分面积比例(A HLR)由0.344增加到0.412;A FLR/A PLR比与同步荧光光谱3个荧光峰峰高存在显著相关性,A HLR/A FLR与两个荧光峰光强的比值I351/I284和I382/I351存在显著相关性.上述结果表明,随着堆肥进行, DOM中的非腐殖质物质转化为类腐殖质,同时其芳香性结构增多,碳链结构发生氧化反应,分子量从小变大,堆肥腐殖化程度加大,稳定度增加.
关键词：牛粪堆肥；水溶性有机物；紫外-可见吸收光谱；1H-核磁共振；同步荧光光谱
中图分类号：X703.5 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2014)11-2897-08
Spectrum analysis on the evolution of dissolved organic matter during cattle manure composting. CUI Dong-yu1,2, HE Xiao-song 1,2*, XI Bei-dou1,2, LI Dan1,2, CHEN Feng-xian3, PAN Hong-wei1,2,YUAN Ying1,2 (1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；2.Innovation base of Ground Water and Environmental System Engineering, Chinese Research Academy of Environmental Science, Beijing 100012, China；3.Appraisal Center for Environment and Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China). China Environmental Science, 2014,34(11)：2897~2904
Abstract：UV-visible spectra, 1H-nuclear magnetic resonance (NMR) and synchronous-scan fluorescence spectra were applied to investigate the structural characteristics and evolution of dissolved organic matter (DOM) from cattle manure during the process of composting. The result from UV-visible spectra showed that, SUV A254 increased from 1.1614 at the initial stage to 2.543 at the curing stage, E465/E665 exhibited an upward trend with a variation range of 2.333~3.500, and the integration area within the range of 260~280 (A1), 460~480 (A2) and 600~700 nm (A3) all increased first then decreased with the maximum values at 26,14 in 14d, respectively. The result from the 1H-N MR analysis showed that, percentage of the integration area within the range of 0.5 ~ 3.1δ decreased from 43.06% to 8.63%, 3.1 ~ 5.5δ increased from 56.07% to 89.68%, and 5.5~10δ was below 6% with a insignificant variation tendency during composting. The analysis from synchronous-scan fluorescence spectra showed that, the integrated area ratio of protein-like substances (A PLR) decreased from 0.331 to 0.252, that of fulvic-like acid matter (A FLR) increased from 0.325 to 0.336, while that of humic-like acid matter (A HLR) increased from 0.344 to 0.412 at the same time. The A FLR/A PLR ratio and the fluorescence intensities of three peaks from synchronous-scan spectra exhibited an obvious correlation. In addition, significant correlation also observed between A HLR/A FLR ratio and I351/I284 and I382/I351 ratios. of DOM increased, the carbon structure In conclusion non-humic substances were transformed into humic matter during cattle manure composting, the aromaticity
收稿日期：2013-12-31
基金项目：国家自然科学基金项目(51325804),中国博士后科学基金(2012M520349);中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2012GQ-14) * 责任作者, 助理研究员, hexs82@https://www.doczj.com/doc/e03025156.html,
2898 中国环境科学 34卷
chains were oxidized, and the molecular weight of DOM increased, which increased the humification degree and stability of composts.
Key words：cow dung composting；dissolved organic matter；UV-visible absorption spectroscopy；1H-nuclear magnetic resonance；synchronous-scan fluorescence spectra
随着中国农村发展进步,农业有机废物大量堆积,堆肥作为一种有效的有机废物资源化手段逐渐成为回收再利用农业有机废物的方式[1].为提高堆肥产品质量,需要对堆肥过程中有机物质转化进行监测,进一步对堆肥产品稳定性进行评估[2-4].根据相关报道,目前主要通过以下几种参数表征堆肥的稳定性,包括C/N比、水溶性有机物(DOM)含量、电导率、阳离子交换容量等[5-7].由于堆肥过程是一种发生在水溶相中的在微生物作用下有机物的转化的过程,因此,DOM对表征有机质的转化和堆肥的稳定性具有重要意义.此外,由于DOM结构中含氧基团和芳香官能团的存在,使其可以与无机和有机污染物相互作用,从而显著改变后者在土壤系统的生物化学和地球化学行为[8-9].因此,从堆肥材料中提取出DOM结构特性的表征对堆肥有效利用至关重要.
关于DOM的研究主要集中在传统参数如水溶性有机碳(DOC)的浓度和水溶性有机碳和氮之比,对牛粪堆肥过程中DOM的结构特性和组成进行的研究报道较少.在研究有机物结构特性时,紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、核磁共振分析(1H-NMR)和荧光光谱等方法被证明是有效的.紫外光谱分析作为一种经济快速的方法,其特定波长能提供DOM分子结构信息的相关数据[10].相比之下,核磁共振能够提供有机物的C、H骨架结构信息[11].荧光光谱分析可以在不破坏有机物本身结构的前提下,用于量化表征有机质的腐殖化程度[12].目前国内外学者主要采用其中一种方法研究DOM,不能全面而充分的表征有机物结构特征及组成特性.本研究将联用紫外-可见光谱、荧光光谱及核磁共振,并结合多元统计分析方法综合全面分析堆肥过程中DOM的结构转化特性,以其为堆肥条件优化和产品质量改善提供科学依据. 1材料与方法
1.1材料与堆肥过程
试验样品取自河北某堆肥厂,该堆肥厂年产堆肥约1×105t.堆肥原料主要为牛粪,发酵方式为槽式发酵,发酵槽1.5m,宽10m,长度超过20m,发酵过程中每2d翻堆一次,整个堆肥过程持续41d,由于在冬季进行堆肥且牛粪有机质难以降解,堆肥过程升温较慢,第10d达到最高温度55℃,随后温度逐渐下降并于26d后降至室温,加水翻堆进行二次发酵,41d后结束.分别在第0,7,14,26,41d 从堆体顶端到底端平均分为上中下3个点位采集样品,每点取3份后混合均匀.
1.2 DOM的提取与分析
堆肥样品在-54℃下冻干,磨碎并过筛.过筛选出粒径<2mm的样品待实验分析用.每份样品(20g)置于200mL去离子水中(固液比=1:10)振荡24h.提取物于12000r/min离心15min,并过0.45μm滤膜.滤出液中DOM浓度使用Analytik Jena Multi N/C 2100型 TOC分析仪测量.部分浸出液在-54℃下冻干,其余置于酸洗过的干燥棕色玻璃瓶中避光保存于4℃,用于其他分析.
1.3紫外-可见光谱
根据预实验结果,将所有DOM样品加入一定量超纯水,将DOC调至7mg/L.紫外-可见吸收光谱的测量使用日本岛津UV-1700PC 型分光光度计,扫描波长范围为200~700nm,以Milli-Q 纯净水作为参比[10].
1.41H-NMR分析
将一定量的DOM固体粉末置于0.5mL DMSO-d6中,超声溶解后,在干燥环境下将溶解液小心吸入5mL样品管中盖严.在Bruker DRX500仪器上进行核磁共振测定,测定条件为:共振频率79.452MHz,取样时间2s,90°脉冲,脉冲间隔4s[11].
11期 崔东宇等：牛粪堆肥过程中水溶性有机物演化的光谱学研究 2899
1.5 荧光光谱
同步荧光光谱测定仪器为Perkin -Elmer LS -50B 型荧光分光光度计.测定时激发和发射单色器的狭缝宽度分别设置为5nm,扫描速度为240nm/min,波长间隔5nm,波长差为30nm [12]. 2 结果与讨论
2.1 紫外-可见光谱分析
充分分析紫外-可见光谱图能够提供大量关于DOM 组成和转化的重要信息[13].本研究选用特征吸收值、特定波长峰强度比、面积积分及面积积分比值等参数研究DOM 的特性.
将堆肥DOM 在254nm 处的吸光度乘上100与该溶液的DOC 值之比定义为SUV A 254(= A 254×100/TOC).Nishijima 等[14]研究认为, 具有不饱和碳-碳键的化合物会引起有机物在254nm 下的紫外吸收,这类化合物包括芳香族化合物等
较难分解的物质,而在相同的DOC 浓度条件下,
有机质在该波长下的吸光值越高,表明腐殖质含量越高,即腐殖化程度越高.还有研究表明,单位浓度样品在254nm 的紫外吸收强度越高意味着DOM 分子质量越大,其所含有的芳香族和不饱和共轭双键结构越多[15].如图1(a)所示,随着堆肥的进行,DOM 在254nm 下的紫外吸收强度不断增强,由堆肥起始的1.161上升至堆肥结束的2.543.在堆肥过程中有机质主要发生降解和腐殖化两个过程,有机质降解会使堆肥物质矿化,腐殖化会使堆肥过程中的非腐殖质向腐殖质转化[16].堆肥腐殖质主要是由木质素的不完全降解产物和氨基酸等合成,因此,随着堆肥的进行,DOM 在254nm 下的吸光度增大主要是由于氨基酸与木质素类降解物的不断缩合,致使堆肥腐殖质不断增加,堆肥期间发生了由非腐殖质向腐殖质转化的过程,腐殖化程度随着堆肥进行而升高[17].
E
4
65/E
665
S U V A
254
堆肥时间(d)
(a)
(b) 面积积分
堆肥时间(d)
(c)面积积分比值
堆肥时间(d)
图1 堆肥不同阶段DOM 紫外-可见光谱图特征参数变化
Fig.1 Evolution of the parameters from the UV -vis spectra of DOM during composting
E 465/E 665定义为水溶性有机物在465nm 与
665nm 吸光度的比值,它是一个常用来表征苯环Ｃ骨架的聚合程度的参数,在堆肥过程中常用于表征有机物的稳定度,该值越小,有机质聚合程度越大[18].如图1(a)所示,牛粪堆肥样品的E 465/E 665值随着堆肥的进行呈现出先上升、后下降再上升的趋势,由堆肥开始时的2.333最终变为堆肥结束时的3.500.根据相关文献报道可知,E 465/E 665值除了与苯环结构有关,还与pH 值、有机物中-COOH 含量和总酸度有关[19].在许多情况下E 465/E 665并不能反映有机质结构复杂度及分子量等方面的信息[20].
紫外-可见光谱主要有3个吸收带[21].第1个
吸收带(A 1) 位于260~280nm 波长处,根据已有文献可知[10],该吸收带积分面积值反映出堆体有机质中的木质素开始转化剧烈程度.如图1(b)所示,在堆肥的前26d,A 1呈现出上升趋势,由堆肥开始时的2.037上升至第26d 的最高值3.163,在堆肥后期A 1呈现出下降趋势,在第41d 降低为2.502.说明在堆肥前期开始转化的木质素等有机质的量呈现出上升趋势,随着堆肥进行可发生转化的有机质的量减少,第26d 为堆肥中生物化学反应最活跃的阶段中的一天.第2个吸收带(A 2) 对应460~480nm 波长处,该吸收带积分面积越大表示堆体腐殖化程度越高,A 2变化趋势与A 1相似,在整个堆肥过程中呈现出先上升后下降的趋势,由
2900 中国环境科学 34卷
堆肥开始的0.137变化为堆肥结束时的0.196,在堆肥的第26d达到最高值0.260.表明随着堆肥进行有机质开始腐殖化的量越来越多,在第26d时达到了顶峰,堆肥后期由于堆体中可转化的非腐殖质含量降低,所以可进行腐殖化的有机质减少,堆肥开始进行腐殖化过程的程度降低.第3个吸收带(A3) 对应的600~700nm波长处,该处积分面积表示随着堆肥进行,产生了腐殖化程度较高的芳香性和缩合基团.A3在整个堆肥过程中仍然呈现出先上升后下降的趋势,在堆肥第14d出现峰值,高达0.513.数据表明整个堆肥过程中芳香性和缩合基团产生的量先增大后减少,在堆肥14d 时高腐殖化程度产物产量最大.
3个重要吸收带的面积积分比值同样能够提供大量关于DOM组成和转化的重要信息[22]:第一,A2和A1面积的比值(A2/1=A2/A1)反映了堆体中原有的有机质包括木质素等物质在腐殖化开始的比例;第二,A3和A1面积的比值(A3/1=A3/A1)可表示腐殖化物质和非腐殖化物质之间的关系;第三,A3和A2面积的比值(A3/2=A3/A2)可指出芳香性成分的压缩和聚合程度;第四,A2+A3的面积与A1面积的比值A(2+3)/1=((A2+A3)/A1)可解释腐殖化与非腐殖化物质的相关性,此比值增大速率越快,腐殖化水平越大.如图1(c)所示,在堆肥初期0到14d,A2/1、A3/1和A(2 + 3)/1的值呈增大的趋势,说明木质素与其他物质在腐殖化开始的比例逐渐增大,腐殖化与非腐殖化物质比率越来越大.堆肥后期15~41d,A2/1、A3/1和A(2 + 3)/1的值呈现出先减小后增大的趋势,主要是由于随着堆肥进行,堆体腐殖化程度达到一定水平后,经过堆肥前期有机质转化,可转化的木质素含量越来越小.而通过改变堆肥条件包括供氧量、pH值和含水率等因素后,堆肥有机质继进行非腐殖质向腐殖质转化的过程.因此可以得出,随着堆肥进行,堆体腐殖化水平升高,达到一定程度后会发生一定波动后继续上升.
2.2H骨架组成及变化
根据前人报道可知[23],1H-NMR化学位移主要分为3个区:(1)0.5~3.1δ区,该区信号主要源于多支链脂肪族结构和聚亚甲基链的末端甲基中H的吸收;(2)3.1~5.5δ区,该区为连氧(或氮)碳上的H(主要为碳水化合物、有机胺、含甲氧基类物质)与脂环族H的吸收;(3)6.0~10.0δ区,该区信号主要归属于芳香结构中H的贡献,本研究中各组分在3个化学位移区均存在不同程度的吸收.观察图2可以发现,在整个堆肥过程的1H-NMR 图谱中有几个共同特征.在3.1~4.6δ区均出现了连续3个峰,表明存在3种不同类别的甲氧基上的质子.在4.0~5.5δ区出现了一个最强的峰,意味着堆肥中存在大量碳水化合物中及内酯上与碳相连的质子
.
41d
26d
14d
7d
0d
1098765 4 3 2 1
化学位移(δ)
图2 堆肥不同阶段DOM的1H-NMR图谱
Fig.2 1H-NMR spectra of DOM fractions during
composting
为了详细分析堆肥有机物中H的存在形式,本研究将样品的总积分面积扣除溶剂峰的积分面积后的总H量假定为100%,各段化学位移的积分面积H占总H量的百分比如表1所示.由表1可知,化学位移5.5~10δ范围内的芳香族结构结合的H整体含量较低,不足总体的6%且含量变化趋势不明显.相比之下,化学位移在3.1~5.5δ范围内的表征与碳水化合物、有机胺、含甲氧基类
11期崔东宇等：牛粪堆肥过程中水溶性有机物演化的光谱学研究 2901
物质结合的H相对含量最多,在整个堆肥过程中呈现出上升趋势,从堆肥开始的56.071%上升至堆肥结束的89.681%.其次相对含量较高的是化学位移在0.5~3.1δ范围内的烷基链烃-H,最高时在堆肥开始阶段,达43.060%,在堆肥结束时降至8.634%,在整个堆肥阶段总体呈现出下降趋势.通过分析数据可知,随着堆肥的进行,大量支链脂肪族结构和聚亚甲基链结构在微生物作用下通过复杂的生物、化学变化转化为碳水化合物、有机胺和含甲氧基类物质.即在微生物的作用下,有机质的某些分解产物,或微生物的某些合成产物,进一步缩聚为复杂的腐殖质,进一步验证了堆肥腐殖化过程.
表1堆肥不同阶段DOM各类质子的相对含量(%)
Table 1 Relative contents of protons in DOM with
different composting time (%)
化学位移0d 7d 14d 26d 41d 0.5~3.1δ 43.060 18.710 26.35926.1998.634 3.1~5.5δ 56.071 78.899 70.85868.44789.681 5.5~10δ0.869 2.402 2.777 5.349 1.897
0.5~1.0δ 4.872 0.562 0.910 0.328 0.658
1.0~1.9δ 26.714 5.522 15.742 6.721 3.042 1.9~3.1δ 11.481 1
2.631 9.711 19.152 4.931
n 3.612 1.468 2.683 1.363 1.710 注:n值由γ-H(0.5~1.0δ)、β-H(1.0~1.9δ)和α-H(1.9~3.1δ)的相对含量计算,n=(γ/3+β/2)/(α/2)+1
观察图2还发现,各组分在化学位移0.5~ 3.1δ处均显出很多强弱不等的尖锐信号峰,研究价值较高,故本文将此区域进行进一步详细分析.已有报道表明,在0.5~1.0δ归属于多支链脂肪族结构和聚亚甲基链的末端甲基中H的吸收,即为γ-H[24];1.0~1.9δ段出现的信号峰归属于脂肪族结构中亚甲基H的吸收,即为β-H[23].在这两个区域出现的峰变化趋势相似,在堆肥开始阶段较明显,随着堆肥进行逐渐减弱甚至消失,说明脂肪C 链被氧化发生了降解.1.9~3.1δ则主要归属于与各官能团连接的脂肪族α-H[25],这个区域出现峰变化不大,说明堆肥并没有明显改变有机物这部分官能团数量.
将各个阶段的γ-H、β-H及α-H按面积积分算出相对含量,并通过公式n=(γ/3+β/2)/ (α/2)+ 1计算得到n值,n可表征烷基链烃的含量.由表1可见,γ-H在堆肥开始阶段高达4.872%,后期发生了下降但均超过1%.β-H随着堆肥进行,总体呈现出下降趋势,由开始阶段的26.714%下降至堆肥结束的3.042%.α-H变化趋势并不明显,波动较大,在堆肥前期较稳定保持在10%左右,堆肥后期最高时达19.152%,堆肥结束时低至4.931%.n 值总体保持下降趋势,n值减少说明DOM中烷基链烃物质含量降低,且支链变短.综合分析可知,在整个堆肥过程中,多支链脂肪族结构、聚亚甲基链以及脂肪族结构中亚甲基逐渐减少,同时烷基链烃的结构也随着堆肥进行含量降低.
2.3同步荧光光谱分析
与常规荧光光谱相比,荧光同步扫描光谱虽然容易受到拉曼散射影响,但是它能获得较清晰、独特波谱,从而给出更多的结构和官能团信息.图3为波长差为30nm时不同堆肥时期DOM 的同步荧光光谱.堆肥DOM同步荧光光谱中出现了3个明显的荧光峰,其峰位置分别位于284nm,351nm,382nm.根据已有报道可知,在270~ 290nm范围内的荧光峰为类蛋白峰,与堆肥DOM中类蛋白物质有关.Kalbitz等[26]通过分析腐殖质的同步扫描光谱,发现在360nm和400nm 附近出现了荧光峰.随着类腐殖质的芳化度的上升荧光峰将不断地向长波长方向移动,因此荧光峰光强的比值(I382/I351)可以用来表征类腐殖质芳香碳的结构和数量变化情况.由于芳香碳能够表征堆肥DOM的腐殖化程度,所以I382/I351可用来评价堆肥腐殖化程度的指数,并且堆肥有机物腐殖化程度随着I382/I351增大而升高.
由表2可知,在284nm处的类蛋白荧光峰强度从堆肥开始的132.442降至堆肥结束时的95.972,表明其所代表的类蛋白物质在堆肥过程主要进行降解过程;I382/I351变化幅度小,但仍然呈现出上升趋势,由最初的0.855上升至最后的0.899,表明腐殖质类物质的相对含量不断增多,腐熟度提高.图3还显示,堆肥过程DOM同步荧光光谱中1个类蛋白峰和2个类腐殖质峰的最大峰位置都发生了红移,分别从堆肥起始的284,
2902 中 国 环 境 科 学 34卷
351,382nm 红移至堆肥结束的292,359,389nm. Kalbitz 等[26]认为,最大荧光峰位置的红移与有机质中稠环芳烃的存在有关,因此,堆肥过程中最大峰位置的红移表明有机质的苯环结构增多,共轭度增大,提高了堆肥的稳定度.
250 300 350 400
450
500
550
600
强度(a .u .)
波长(nm)
图3 堆肥不同阶段DOM 同步扫描荧光光谱 Fig.3 Synchronous -scan fluorescence spectra of DOM
during composting
堆肥DOM 的同步扫描荧光光谱如图3所示,
该光谱主要存在3个区:A 区 (250~308nm)为类蛋白质类物质区(PLR),与蛋白质类物质和芳香性化合物的存在有关[27];B 区 (308~363nm)为富里酸类物质区(FLR),与富里酸类物质中带3~4个苯环的多环芳香烃和带2~3个共轭体系的不饱
和脂肪结构的存在有关[27-28];C 区 (363~595nm)
为胡敏酸类物质区(HLR),与胡敏酸类物质中带5~7个苯环结构的多环芳香烃的存在有关[28].本研究中,3个标记为PLR 、FLR 和HLR 的荧光区分别对应于250~310nm 、310~370nm 和370~ 550nm 范围内荧光积分面积占总面积的比例.经过41d 的堆肥(表2),PLF 的值由0.331下降到0.252,而FLR 的值由0.325增加到0.336,同时HLR 的值由0.344增加到0.412.上述结果表明,堆肥过程是一个DOM 组分中类蛋白质类物质降解和类富里酸类物质及类胡敏酸类物质增加的过程,这与Marhuenda -Egea 等[29]的报道类似.
表2 堆肥不同阶段DOM 同步扫描荧光光谱的参数变化
Table 2 The changes of the parameters from the synchronous -scan fluorescence spectra of DOM
with different composting time
项目 0d 7d 14d 26d 41d 284nm
132.442117.051106.342 86.961 95.972 351nm 96.453112.2298.820 124.483 105.883 382nm 82.511
98.273
86.461 109.450 95.151
I 351/I 284 1.373 1.043 1.076 0.699 0.906 I 382/I 351
0.855 0.876 0.875 0.879 0.899
A PLR 0.331 0.279 0.286 0.212 0.252 A FLR 0.325 0.34 0.336 0.359 0.336 A HLR 0.344 0.381 0.378 0.429 0.412 A FLR /A PLR 0.984 1.221 1.173 1.689 1.333 A HLR /A FLR
1.057 1.121 1.127 1.197 1.224
表3 堆肥DOM 同步扫描荧光光谱的面积积分比值与其他参数相关性分析
Table 3 Correlation analysis between the area integral ratio and the other parameters from the synchronous -scan
fluorescence spectra of DOM from composed sample
比值 284nm 351nm 382nm I 351/I 284 I 382/I 351
A PLR
A FLR
A HLR
A FLR /A PLR -0.905* 0.914* 0.937*
-0.965** 0.537 -0.980** 0.960** 0.946*
A HLR /A FLR
-0.928* 0.591 0.692 -0.890* 0.926*
-0.885* 0.628 0.944*
注:*为P <0.05,**为P <0.01
由于DOM 中不同组分在堆肥过程发生了不同变化,使得荧光峰发生红移现象,可以用FLR 面积与PLR 面积、HLR 面积与FLR 面积的比值(A FLR /A PLR 和A HLR /A FLR )来表征堆肥过程中DOM 的转化过程,.通过SPSS 16.0进行相关性分析,结果见表3.A FLR /A PLR 与同步荧光光谱3
个荧光峰强度存在显著相关性,其中与284nm 荧光峰强度呈显著负相关(r =-0.905,P =0.035),与351和382nm 荧光峰峰高呈显著正相关(r =0.91,P =0.030;r =0.914,P =0.019).同时A FLR / A PLR 与同步荧光光谱三个荧光峰峰面积存在显著相关性,其中与A PLR 呈极显著负相关(r =
11期崔东宇等：牛粪堆肥过程中水溶性有机物演化的光谱学研究 2903
-0.980,P=0.003),与A FLR和A HLR呈显著正相关(r=0.960,P=0.010; r=0.946,P=0.015).说明A FLR/ A PLR与DOM的组成变化有重要联系,并且类蛋白物质含量随A FLR/A PLR的增大而降低,类腐殖质含量随A FLR/A PLR增大而上升.表2可知,本文中A FLR/A PLR值总体呈现出先上升后下降的趋势,在堆肥的前26天从0.984上升至1.689,到堆肥的第41d又下降为1.333.显示在堆肥前期类腐殖质物质逐渐形成使堆肥达到一定腐熟程度,堆肥后期由于堆肥环境使堆肥的稳定度略有下降.A HLR/A FLR与两个荧光峰光强的比值I351/I284和I382/I351存在显著相关性,其中与I351/I284呈显著负相关(r = -0.890,P=0.043),与I382/I351呈显著正相关(r = 0.926,P=0.024).说明A HLR/A FLR与DOM的结构变化有重要联系,并且与腐殖质芳香碳的数量变化成正比,进一步表征堆肥腐熟度.表2可知,本文中A HLR/A FLR呈现出上升趋势,从堆肥开始时的1.057上升至堆肥结束时的1.224.说明随着堆肥的进行腐殖质芳香性结构增多,堆肥趋于稳定.
3结论
3.1堆肥中期14~21d,腐殖化反应发生条件最适宜,发生转化的木质素等有机质量最大,产生的类腐殖质物质最多,同时结构上发生芳化和聚合等产生高级腐殖化的反应最剧烈.
3.2堆肥腐殖化过程中多支链脂肪族结构、聚亚甲基链以及脂肪族结构中亚甲基逐渐减少,同时烷基链烃的结构也随着堆肥进行含量降低.有机质的某些分解产物,或微生物的某些合成产物,进一步缩聚为复杂的腐殖质,由聚合度较低的小分子量有机物结合成为稳定度较高的大分子量有机质.
3.3牛粪堆肥不同阶段DOM的波长差为30nm 的同步荧光光谱中的A FLR/A PLR与284、351、382nm处的峰强及峰面积A PLR、A FLR和A HLR具有显著的相关性,同时A HLR/A FLR与峰强比值I351/I284和I382/I351也具有显著相关性.表明在堆肥过程中腐熟度评价可以参考A FLR/A PLR和A HLR/ A FLR值. 参考文献：
[1] 陈广银,鲍习峰,叶小梅,等.堆肥预处理对麦秸与奶牛废水混合
物厌氧产沼气的影响 [J]. 中国环境科学, 2013,33(1):111-117.
[2] Castaldi P, Alberti G, Merella R, et al. Study of the organic matter
evolution during municipal solid waste composting aimed at identifying suitable parameters for the evaluation of compost maturity [J]. Waste Management, 2005,25(2):209-213.
[3] Bernal M P, Alburquerque J A, Moral R. Composting of animal
manures and chemical criteria for compost maturity assessment. A review [J]. Bioresource Technology, 2009,100(22):5444-5453. [4] Goyal S, Dhull S K, Kapoor K K. Chemical and biological
changes during composting of different organic wastes and assessment of compost maturity [J]. Bioresource Technology, 2005,96(14):1584-1591.
[5] Ouatmane A, Provenzano M R, Hafidi M, et al. Compost maturity
assessment using calorimetry, spectroscopy and chemical analysis [J]. Compost Science and Utilization, 2000,8(2):124-134.
[6] Said-Pullicino D, Erriquens F G, Gigliotti G. Changes in the
chemical characteristics of water-extractable organic matter during composting and their influence on compost stability and maturity [J]. Bioresource Technology, 2007,98(9):1822-1831. [7] 赵洪颜,李杰,刘晶晶,等.沼液堆肥和牛粪堆肥发酵过程中酶
活性及理化指标变化的差异 [J]. 中国农业大学学报, 2013, 18(2).
[8] Plaza C, Xing B, Fernández J M, et al. Binding of polycyclic
aromatic hydrocarbons by humic acids formed during composting [J]. Environmental Pollution, 2009,157(1):257-263.
[9] 凌婉婷,徐建民,高彦征,等.溶解性有机质对土壤中有机污染物
环境行为的影响 [J]. 应用生态学报, 2004,15(2):326-330. [10] Westerhoff P, Anning D. Concentrations and characteristics of
organic carbon in surface water in Arizona: influence of urbanization [J]. Journal of Hydrology, 2000,236(3):202-222. [11] 周江敏,代静玉,潘根兴.应用光谱分析技术研究土壤水溶性有
机质的分组及其结构特征 [J]. 光谱学与光谱分析, 2004,24(9): 1060-1065.
[12] Hur J, Lee D H, Shin H S. Comparison of the structural,
spectroscopic and phenanthrene binding characteristics of humic acids from soils and lake sediments [J]. Organic Geochemistry, 2009,40(10):1091-1099.
[13] Fuentes M, González-Gaitano G, García-Mina J M. The
usefulness of UV–visible and fluorescence spectroscopies to study the chemical nature of humic substances from soils and composts [J]. Organic Geochemistry, 2006,37(12):1949-1959. [14] Nishijima W, Speitel J r G E. Fate of biodegradable dissolved
organic carbon produced by ozonation on biological activated carbon [J]. Chemosphere, 2004,56(2):113-119.
[15] 岳兰秀,吴丰昌,刘丛强,等.红枫湖和百花湖天然溶解有机质的
2904 中国环境科学 34卷
分子荧光特征与分子量分布的关系 [J]. 科学通报, 2005, 50(24):2774-2780.
[16] 李鸣晓,何小松,刘骏,等.鸡粪堆肥水溶性有机物特征紫外吸
收光谱研究 [J]. 光谱学与光谱分析, 2010(11):3081-3085.
[17] 固体废物处理处置与资源化 [M]. 中国农业出版社, 2007.
[18] 占新华,周立祥,沈其荣,等.污泥堆肥过程中水溶性有机物光谱
学变化特征 [J]. 环境科学学报, 2001,21(4):470-474.
[19] Chen Y, Senesi N, Schnitzer M. Information provided on humic
substances by E4/E6 ratios [J]. Soil Science Society of America Journal, 1977,41(2):352-358.
[20] Waldrip H M, He Z, Todd R W, et al. Characterization of organic
matter in beef feedyard manure by ultraviolet-visible and Fourier transform infrared spectroscopies [J]. J ournal of Environmental Quality, 2014,43(2):690-700.
[21] Albrecht R, Le Petit J, Terrom G, et al. Comparison between UV
spectroscopy and nirs to assess humification process during sewage sludge and green wastes co-composting [J]. Bioresource Technology, 2011,102(6):4495-4500.
[22] He X, Xi B, Wei Z, et al. Spectroscopic characterization of water
extractable organic matter during composting of municipal solid waste [J]. Chemosphere, 2011,82(4):541-548.
[23] Wilson M A, Collin P , Tate K R. 1H-nuclear magnetic
resonance study of a soil humic acid [J]. Journal of Soil Science, 1983,34(2):297-304.
[24] Chefetz B, Hadar Y, Chen Y. Dissolved organic carbon fractions
formed during composting of municipal solid waste: properties and significance [J]. Acta Hydrochimica et Hydrobiologica, 1998, 26(3):172-179.
[25] Christensen J B, J ensen D L, Gr?n C, et al. Characterization of
the dissolved organic carbon in landfill leachate-polluted groundwater [J]. Water Research, 1998,32(1):125-135.
[26] Kalbitz K, Geyer W, Geyer S. Spectroscopic properties of
dissolved humic substances—a reflection of land use history in a fen area [J]. Biogeochemistry, 1999,47(2):219-238.
[27] Santín C, González-Pérez M, Otero X L, et al. Characterization
of humic substances in salt marsh soils under sea rush [J].
Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2008,79(3):541-548. [28] Paaso N, Peuravuori J, Lehtonen T, et al. Sediment–dissolved
organic matter equilibrium partitioning of pentachlorophenol: The role of humic matter [J]. Environment International, 2002,28(3): 173-183.
[29] Marhuenda-Egea F C, Martínez-Sabater E, ordá , et al.
Dissolved organic matter fractions formed during composting of winery and distillery residues: evaluation of the process by fluorescence excitation–emission matrix [J]. Chemosphere, 2007, 68(2):301-309.
作者简介：崔东宇(1990-),男,黑龙江省齐齐哈尔人,中国环境科学研究院硕士研究生,主要从事固体废物处理处置研究.发表论文1篇.
《中国环境科学》2012年度引证指标
根据《2013年版中国科技期刊引证报告(核心版)》,《中国环境科学》2012年度引证指标继续位居环境科学技术及资源科学技术类科技期刊前列,核心影响因子1.657,学科排名第1位,在被统计的1994种核心期刊中列第21位;综合评价总分72.0,学科排名第3位.《中国科技期刊引证报告》每年由中国科学技术信息研究所编制,统计结果被科技管理部门和学术界广泛采用.
《中国环境科学》编辑部
国内最成熟养牛场牛粪处理方案 当前，规模化养牛场的舍内多为水泥硬化地面，为使干粪与尿液及污水分离，需在牛舍内装备机械清粪设备，进行无害化处理，提高资源利用率，降低劳动力成本。下面，介绍几种适合我市规模养牛场的粪污无害化处理技术，主要有人工清粪、半机械清粪、刮粪板清粪、牛粪堆肥发酵，养殖户可根据实际选择适合自己的处理利用方式。 一、人工清粪。即人工利用铁锨、铲板、扫帚等将粪便收集成堆，人力装车运至堆粪场或直接施入农田，是小规模牛场普遍采用的清粪方式。饲养员定期对舍内水泥地面上的牛粪进行人工清理，无需设备投资、简单灵活，但工人工作强度大、环境差，工作效率低。
二、半机械清粪。半机械清粪将铲车、拖拉机改装成清粪铲车，或者购买专用清粪车辆、小型装载机进行清粪。目前，铲车清粪工艺运用较多，是从全人工清粪到机械清粪的过渡方式。清粪铲车由小型装载机改装而成，推粪部分利用了废旧轮胎制成一个刮粪斗，更换方便，小巧灵活。饲养员开车把清粪通道中的粪刮到牛舍一边后集中运走。 三、刮粪板清粪。新建的规模牛场主要使用刮粪板清粪，该系统主要由刮粪板和动力装置组成。清粪时，动力装置通过链条带动刮粪板沿着牛床地面前行，刮粪板将地面牛粪推至集粪沟中或牛舍一边。这种设备投资不高，当牛舍长度在100米至120米和200米至240米时，设备的利用效率最高，设备的耗电量不超过18度/天，仅需对转角轮进行润滑维护(间隔2周至3周)。此清粪方式能随时清粪，机械
操作简便，工作安全可靠，刮板高度及运行速度适中，基本没有噪音，对牛群的行走、饲喂、休息不造成任何影响。刮粪板不需要专门的安装基础，无论是新建的还是旧牛舍，设备的安装都非常方便，可称为最适合牛场的“低碳”污粪处理系统。 四、堆肥发酵。清理的牛粪送至堆粪场经堆积发酵无害化处理后，即成为有机肥料，堆肥过程中形成高温，能杀死各种病菌和虫卵，粪污中的多种成分能转变成植物生长需要的有效养分，可直接施于设施农业栽培或农作物种植。堆肥处理具有运行费用低、处理量大、无二次污染等优点而被广泛使用，具体作法是在堆粪场铺一层厚10厘米至15厘米的细草，以吸收下渗液体，然后将牛粪堆积成条垛状，表面用稀泥封好，1个月后翻堆一次，重新堆好，再用泥土封严，达到完全腐熟夏季约需2个月，冬季则需3至4个月。通过堆肥发酵处理
第33卷 第6期 农 业 工 程 学 报 V ol.33 No.6 192 2017年 3月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2017 中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征 周谈龙1，尚 斌1，董红敏1※，陶秀萍1，刘统帅1，王 悦2 （1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081； 2. 北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京 100081） 摘 要：为监测堆肥过程挥发性有机物（volatile organic compounds, VOCs ）排放情况，该文开展了猪粪堆肥现场试验，采用苏玛罐采样，气相色谱-质谱法分析了猪粪好氧堆肥过程中VOCs 浓度。结果表明：猪粪好氧堆肥过程中可以检测出的VOCs 有81种，包括烷烃类34种，芳香烃类21种，卤烃类19种，胺类1种，含硫化合物3种，氟利昂类3种；其中检出率高且浓度远远超过其嗅阈值的VOCs 包括三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫，VOCs 排放主要发生在堆肥的前2周。该研究将为控制猪粪堆肥过程中VOCs 气体排放提供科学数据支持。 关键词：堆肥；猪粪；排放控制；挥发性有机物 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025 中图分类号：X712 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-06-0192-07 周谈龙，尚 斌，董红敏，陶秀萍，刘统帅，王 悦. 中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征[J]. 农业工程学报，2017，33(6)：192－198. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025 https://www.doczj.com/doc/e03025156.html, Zhou Tanlong, Shang Bin, Dong Hongmin, Tao Xiuping, Liu Tongshuai, Wang Yue. Emission characteristics of volatile organic compounds during pilot swine manure composting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(6): 192－198. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025 https://www.doczj.com/doc/e03025156.html, 0 引 言 挥发性有机物VOCs （volatile organic compounds ）通过参加大气光化学反应产生有害的挥发性有机物，不仅会引起全球变暖、恶臭、平流层臭氧耗竭及对流层臭氧的形成等环境问题，还对人体有害 [1-2]。当VOCs 质量浓度在3～23 mg/m 3时，会对人体产生刺激和不适；当质量浓度大于25 mg/m 3时，除了头痛外，还可能会出现其他神经毒性作用。2010年中国人为源VOCs 排放总量为2 230万t ，其中废弃物处理过程中VOCs 排放量约为4.1万t [3]，废弃物管理过程是VOCs 重要的排放源之一。 堆肥作为废弃物资源化利用的一种有效途径，已经得到了广泛的应用[4]，在堆肥过程中会大量产生和释放VOCs [5-6]，好氧发酵过程中产生的VOCs 种类达100种以上，总挥发性有机物（total volatile organic compounds ，TVOCs ）可达14 547 mg/m 3[7-8]；Defoer 等[9]在蔬菜、水果和庭院垃圾（vegetable, fruit and garden waste ，VFG ）堆肥中检出89种物质，其中TVOCs 在0.09～23.6 mg/m 3；Scaglia 等[10]在城市固体废弃物堆肥中检出147种VOCs ， 收稿日期：2016-10-18 修订日期：2017-02-15 基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-36-10B ）；公益性 行业（农业）科研专项项目（201303091） 作者简介：周谈龙，男，安徽阜阳人，研究方向为农业废弃物处理和资源化利用。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。 Email ：zhoutanlong@https://www.doczj.com/doc/e03025156.html, ※通信作者：董红敏，女，河北新乐人，博士，研究员，主要从事畜牧环境工程方面研究。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。Email ：donghongmin@https://www.doczj.com/doc/e03025156.html, 认为含氮和含硫化合物是主要的恶臭物质； Delgado-Rodríguez 等[11]研究发现城市固体废弃物堆肥产生的VOCs 主要有烷烃类、萜烯、醇类、酸、酸酯类、酮类、芳香族化合物；张朋月等[8]研究发现堆肥产生的VOCs 主要以烃类、芳香烃、萜类、酮类、有机硫化物为主；相关学者研究表明不同有机废弃物在好氧发酵过程中产生的VOCs 种类和浓度均有所不同[6,8,12-14]。He 等[1]研究表明间歇式通风比连续式通风TVOCs 排放减少28%；Shen 等[5]研究认为VOCs 排放主要集中在堆肥前期，产生的TVOCs 量是挥发排放出的2.3倍，其余的被吸收和降解。但目前关于堆肥过程中产生的VOCs 的研究主要集中在污泥[2,15-16]、生活垃圾[14,17]和厨余垃圾[12,18]。而对畜禽粪便堆肥过程中产生的VOCs 种类和浓度的研究相对较少，Turan 等[7]研究了家禽废弃物在堆肥过程中VOCs 的排放质量浓度在411～14 547 mg/m 3；张朋月等[13]研究了猪粪、牛粪和鸡粪堆肥排出的VOCs 成分差异性；沈玉君等 [19]研究发现猪粪堆肥产生31种VOCs ，且有关畜禽粪便堆肥过程中VOCs 的排放研究主要为小试试验，缺乏实际生产堆肥过程中VOCs 气体排放的研究。 本研究通过对猪粪堆肥现场试验，对堆肥不同阶段的VOCs 进行定量分析，明确排放规律，为VOCs 控制提供依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料 试验于北京市大兴区某规模化猪场进行，猪场存栏基础母猪920头，保育猪2 600头，育肥猪4 200头。母
2015 年秋季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:污泥好氧发酵过程复合控制技 术 学生所在院（系）:市政环境工程学院 学生所在学科:市政工程 学生姓名:邢佳 学号:15B927001 学生类别:博士研究生 考核结果阅卷人 第 1 页（共7 页）
固体废物堆肥过程中的安全控制问题及对策 摘要：有机固体废弃物的处理长期以来一直受到重视，由于其含有大量的重金属及内在物质(玻璃、塑料、金属等)，不能直接利用，而新鲜的有机质如果施人土壤，在被土壤微生物分解的同时，会生成一些对植物正常生长有抑制作用的中间代谢产物。因此有机固体废弃物的堆肥化处理得到普遍采用，但是堆肥后的产物性质是否稳定。以及是否达此，堆肥安全性一直是阻碍堆肥应用的关键问题。本文就堆肥安全性控制做出如下概括说明。 关键词：固体废物；堆肥；安全控制；腐熟度；重金属 1.堆肥的原理 1.1堆肥的基本原理 堆肥化（composting）是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且又合成新的高分子有机物———腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质。 在堆肥过程中，生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸收，固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命代谢活动，进行分解代谢（氧化还原过程）和合成代谢（生物合成过程）把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。可以用图1.1简要的说明这种过程： 图1.1 有机物的好氧堆肥分解 下列方程式反映了堆肥中有机物的氧化和合成[1,2,3] (1)有机物的氧化 不含氮的有机物（CxHyOz） CxHyOz+（x+1/2y-1/2z）O2=xCO2+1/2yH2O+能量 含氮有机物（CsHtNuOv﹒aH2O） CsHtNuOv﹒aH2O+bO2=CwHxNyOz﹒cH2O（堆肥）+dH2O(气)+cH2O（水） 1.2堆肥的微生物变化过程 城市生活垃圾堆肥的过程是一个生物化学反应的过程，不论是好氧堆肥，还是厌氧堆肥，起主导作用的有机物质分解成为肥料、二氧化碳、水及氨气等，并释放能量。适宜于高温好氧堆肥的微生物种类很多，主要有细菌、真菌和放线菌，有时还有酵母和原虫参加。这些微
牛粪处理方法 青岛永正牛粪处理新新为国内首创，实现了固体有机废弃物池式好氧连续发酵的集成创新，广泛应用于畜禽饲养、酿造、制糖、造纸、城市污泥等行业的有机废弃物的无害化处理。有机肥设备视频 牛粪有机肥发酵翻堆机设备展示 .牛粪发酵设备特点 结构紧凑，工艺先进，利用部分有益微生物能促进畜禽粪便等有机废弃物快速腐熟的特点，采用独特的池式连续好氧堆肥发酵技术，使有机废弃物快速腐熟、去水、灭菌、除臭，达到无害化、资源化和减量化处理的目的，发酵周期短（7-8天）。是目前国内有机肥发酵单机翻堆能力最大的装置。提升链条采用特制专用链条，使用寿命长，安全可靠；升降机构采用液压驱动，运行平稳可靠。有机肥生产流程 智能化控制发酵物料的自动布料、翻堆和出料，一机多池的设计实现了规模化生产的集成创新，占地面积小，能源消耗低，生产能力大，翻堆速度快，原料适应性广，产品质量稳定。
●牛粪发酵工艺流程 牛粪发酵翻堆机工艺流程图 堆肥发酵技术有机肥发酵过程主要是将畜禽粪便等有机废弃物与发酵菌剂、辅料混合混匀（含水量在50-60%），用铲车送入发酵池前端（原始空池前端1/8或翻堆后腾出的池前端1/8），发酵物料在池内堆积厚度为1.5-1.6米，靠高压风机强制通风和翻堆时物料与空气接触提供的氧气进行连续好氧发酵，使发酵物料快速腐熟、灭菌、除臭、去水、干燥，发酵周期7-8天。有机肥生产工艺在纵、横向行走机构的作用下，与池底成45度夹角的多齿板式结构输送机刮板将发酵物料连续渐进的抄起并沿池底输送至最高点后抛落，使其重新成堆并产生一定的的位移。每天翻堆2次翻堆后即完成整个连续好氧发酵的翻堆过程。每天发酵好的物料（一天的处理量，池长的1/8）用铲车从发酵池尾端运走，将发酵池前端腾出的空间（一天的处理量，池长的1/8）补充新的发酵物料，从而形成了一种连续的发酵过程。出池后的物料堆成料堆储存的同时进行二次发酵（10-15天），进一步腐熟并去除部分水分。有机肥生产流程 ●有机肥发酵设备技术参数
200T/d污泥无害化处理 技 术 方 案 二〇一六年十一月
目录 一、工程概况 0 二、处理标准 0 三、污泥堆肥工艺方案 0 选择方案的原则 0 工艺流程及说明 0 四、污泥堆肥工程设计 (1) 工艺设计 (1) 生产车间 (1) 污泥处理构、建筑物 (2) 污泥原料仓库 (2) 混料车间 (2) 好氧发酵车间 (2) 成品库 (3) 临时堆场 (3) 其他建筑 (3) 主要设备 (3) 混料/配料系统 (3) 翻堆机/转仓机 (3) 自动进/出仓系统 (4) 固体好氧曝气系统 (5) 物料储存输送系统 (5) 除臭系统 (5) 五、设备材料表及主要构/建筑物 (7) 主要工艺设备 (7) 主要构/建筑物 (8) 六、工程投资估算 (8)
一、工程概况 污泥处理系统产生脱水污泥量200吨/天，含水率80%，污泥采用好氧发酵堆肥工艺，日产吨/天营养土（含水率小于40%）。 二、处理标准 （1）出料含水率≤40%； （2）产品卫生指标应符合高温堆肥卫生标准GB7959-87。 三、污泥堆肥工艺方案 选择方案的原则 （1）在常年运行中，要保证污泥的处理效果稳定，技术成熟可靠； （2）尽量降低投资和运行费用； （3）将二次污染风险降到最低； （4）实现操作人员脱离污泥好氧发酵区，杜绝人员伤亡事故发生，运行管理方便。 工艺流程及说明 本项目处理含水率80％的脱水污泥200t/d，脱水污泥通过污泥专用车送到混料车间，在混料车间与回流熟料按一定比例进入混料机混合，混合好的物料通过布料机输送到好氧发酵仓内，在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵，同时通过翻堆机搅拌使其均匀发酵并且推动物料向前运动；经20 天左右的时间发酵后物料的含水率已降至40％以下，干燥后的物料一部分作为回流物料循环利用，一部分进入营养土仓库，最终作为营养土输出。这种营养土可作为土壤剂改良剂，可用于城市草坪、花卉种植、园林绿化、荒漠植被、荒山绿化等方面，又可以作为大田肥的原料，充分利用该营养土有机成分高等优点，也可根据土壤情况及农
２０１３年１２月甘 肃 农 业 大 学 学 报 第４ ８卷第６期５９～６３ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＧＡＮＳＵ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ双月刊 ３种外源菌剂对牛粪堆肥中微生物群落的影响 任静，王丽君，胡琳莉，周德霞，郁继华，张国斌，李雯琳 （甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 ７３００７０ ）摘要：在牛粪堆肥中接种３种外源生物菌剂，通过测定堆肥腐熟过程中温度和细菌、真菌、放线菌数量的动态变化过程及其相关性，分析不同外源菌剂对堆肥微生物群落的影响．结果表明：３种外源菌剂均对堆体快速升温及 延长高温期有显著作用；菌剂３可有效提高堆肥中的细菌数量，其中第１４天达到４．８５×１０１１ 个／ｇ；菌剂２可提高堆肥中放线菌的数量，其中第１４天达到１．９５×１０７ 个／ｇ ；３种菌剂对堆肥中真菌数量的变化无显著影响；添加菌剂后微生物数量与堆肥温度间表现出负相关性，但均未达到显著水平；菌剂３对牛粪堆肥腐熟过程的影响较为显著． 关键词：牛粪堆肥；外源菌剂；微生物数量 中图分类号：Ｓ １４４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３－４３１５（２０１３）０６－００５９－ ０５第一作者：任静（１９８４－），女，硕士研究生，主要从事设施蔬菜栽培生理与生长调控方向研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｉｌｒｅｎｊｉｎｇ＠１６３．ｃｏｍ通信作者：郁继华，男，教授，博导，主要从事设施作物栽培方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｊ ｉｈｕａ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ基金项目：农业部行业专项“西北非耕地园艺作物栽培基质优化配制技术与产业示范（２０１２０３００１） ”；农业产业技术体系建设资金项目“国家大宗蔬菜产业体系”（ＣＡＲＳ－２５－Ｃ－ ０７）；甘肃省级重大专项“玉米秸杆基质循环利用技术研究与示范”（１００２ＦＫＤＡ０３８）．收稿日期：２０１２－１２－２０；修回日期：２０１３－０４－ １２Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｇ ｅｎｔｓ ｏｎ ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｉｎ ｃｏｗ ｍａｎｕｒｅ ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇＲＥＮ Ｊｉｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｌｉ－ｊｕｎ，ＨＵ Ｌｉｎ－ｌｉ，ＺＨＯＵ Ｄｅ－ｘｉａ，ＹＵ Ｊｉ－ｈｕａ，ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ－ｂｉｎ，ＬＩ Ｗｅｎ－ ｌｉｎ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ，Ｇａｎｓｕ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｇｅｎｔｓ ｏｎ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ，ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｔ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｇｅｎｔｓ ｔｏ ｃｏｗ ｍａｎｕｒｅ ｃｏｍｐｏｓｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｌｌ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｇｅｎｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｉｏｄ．Ａｇｅｎｔ ３，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｎｕｍｂｅｒ ｉｎ ｃｏｗ ｍａｎｕｒｅ ｃｏｍｐｏｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ４．８５×１０１１ ｃｆｕ／ｇ ａｔ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｅｅｎ ｄａｙ．Ａｇｅｎｔ ２，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅ－ｔｅｓ ｎｕｍｂｅｒ ｉｎ ｃｏｗ ｍａｎｕｒｅ ｃｏｍｐｏｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ １．９５×１０７ ｃｆｕ／ｇ ａｔ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｅｅｎ ｄａｙ．Ａｌｌ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｅｘｏｇ－ｅｎｏｕｓ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｇｅｎｔｓ ｄｉｄｎ＇ｔ ｃｈａｎｇｅ ｆｕｎｇｕｓ ｎｕｍｂｅｒ．Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｉｃｒｏｂｉａｌｎｕｍｂｅｒ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｇｅｎｔｓ，ｂｕｔ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｍ ｗｅｒｅ ｎｏｔ ｓｉｇｎｉｆｉ－ｃａｎｔ．Ａｇｅｎｔ ３ｈａｄ ｇｒｅａｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｔ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐ ｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｗ ｍａｎｕｒｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｗ ｍａｎｕｒｅ ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ；ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｇｅｎｔ；ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｎｕｍｂｅｒ 堆肥化处理是依靠自然界广泛存在的细菌、真菌、放线菌等三大区系的微生物，对有机物质进行有控制地生物降解， 使之转化成腐殖质的生物化学处理技术［１］ ． 随着堆肥的产业化发展，接种外源微生物菌剂已成为一种高效堆肥技术被广泛应用．国外相关研究主要以污泥、 稻草为原料，而对畜禽废弃物堆
静态好氧堆肥处理城市垃圾 好氧堆肥的原理： 好氧堆肥是在有氧条件下，好氧细菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁忙殖，产生出更多的生物体的过程。在有机物生化降解的同时，伴有热量产生，因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中，就必然造成堆肥物料的温度升高，这样就会使一些不耐高温的微生物死亡，耐高温的细菌快速繁殖。生态动力学表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量。据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温，将其分成三个阶段：起始阶段、高温阶段和熟化阶段。堆肥过程的影响因素包括：生物挥发性固体、通风供氧、水分、温度、碳氮比等。通常要经过物料预处理、一次发酵、二次发酵和后处理过程。1堆肥的过程参数 堆肥化过程是复杂的。物料经混匀后，受营养平衡、水分含量和物理结构等的影响。工艺过程中要控制的各种参数，就是那些对堆肥过程有影响的物理、化学和生物因素。它们决定微生物活动的程度，从而影响堆肥的速度与质量。 1.1水分含量 在堆肥过程中，水分是一个重要的物理因素。水分含量是指整个堆体的含水量。水分的主要作用在于：（1）溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；（2）水分蒸发时带走热量，起调节堆肥温度的作用。水分的多少，直接影响好氧堆肥反应速度的快慢，影响堆肥的质量，甚至关系到好氧堆肥工艺的成败，因此，水分的控制十分重要。在堆肥期间，如果水分含量低于10%~15%，细菌的代谢作用会普遍停止；含水量太高，会使堆体内自由空间少，通气性差，形成微生物发酵的厌氧状态，产生臭味，减慢降解速度，延长堆腐时间。 大量的研究结果表明，堆肥的起始含水率一般为50%~60%。在堆肥的后熟期阶段，堆体的湿度也应保持在一定的水平，以利于细菌和放线菌的生长而加快后熟，同时减少灰尘污染。 1.2通气量
牛粪的处理方法 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
国内外牛粪生物质资源利用的现状与趋势 袁立，王占哲，刘春龙 近年来，随着奶牛养殖业规模化、集约化的迅速发展，奶牛场粪便集中排放造成的环境污染问题日益凸显。2007年全国奶牛存栏量1 万头，牛粪日排泄量高达20~30万t，尤其是规模化奶牛场，若缺乏有效处理手段，大量牛粪堆积容易造成严重的污染。牛粪在造成对土壤、水源、大气污染的同时，大量堆放占用奶牛场自身有限的生产场区，影响了奶牛场正常的生产秩序。随着对奶牛养殖小区及规模化新建奶牛场环保要求的提高，牛粪的出路及综合利用的研究迫在眉睫。 一、牛粪养分情况 牛粪本身是一种很好的生物质资源。同其他禽畜粪便一样，牛粪中也含有大量的矿物质元素（表1）和丰富的营养物质（表2）。牛粪质地细密，含水较多，分解慢，发热量低，属迟效性肥料。从养分含量来看，牛粪中的矿质元素和营养物质大部分含量均较其他畜禽粪便低，有机质含量与鸡粪相近，只有粗纤维、粗灰分以及无氮浸出物含量相对较高。但其产量高，总量大，因此矿物质元素和营养物质总量也相对较多。通过不同的处理技术和工艺，可生产出多种无害化、资源化、高效性的增值产品，在防治环境污染的同时也能获得良好的经济效益和社会效益。 二、牛粪生物质资源利用的现状 牛粪作为生物质资源处理的目的是将其无害化、减量化与资源化，最大限度地满足环境的可接受性及经济上的可行性。随着经济的发展和对环保要求的提高，目前，国内外处理畜禽粪便的方法很多，在生产中受到普遍欢迎的是那些投资少、运行成本低并能生产出高附加值产品的技术方法。 1、牛粪生物质资源饲料化利用
城市污泥好氧发酵处理技术应用研究 白海梅朱惟猛 （上海市城市排水有限公司） 摘要：分析了上海市区污水厂污泥处理处置现状，对上海市第一座实施污泥好氧发酵处理工程的工艺流程、运行效果、经济效益、成就及问题作了简要介绍，得出一定的经验总结。关键词：污泥好氧发酵应用研究 一、前言 上海市政府在发展经济建设的同时，十分重视城市环境和保护，尤其是对水环境的治理与完善，40多年来市政府在污水治理方面投入了巨额资金，上世纪60-70年代相继完成上海市西区污水输送干线和南区污水输送干线；70-90年代建成天山、曲阳、龙华、长桥、程桥等中心城区污水处理厂；1985～1993年，建成了合流污水治理一期工程；1994年开始建设污水治理二期工程和吴泾闵行污水北排工程；2003年完成苏州河综合整治一期工程建设；2003启动苏州河综合整治二期工程；2004年启动中心城区污水处理厂达标改造工程；2004年正式启动西区污水输送干线改造工程可行性研究工作。到2004年末，上海市中心城区污水处理量将达到430 万m3/d，达到污水收集处理率70%以上，这对减轻黄浦江和苏州河的污染作出了重要的贡献。 但是，在城市污水处理过程中必然会产生大量的污水污泥，它容量大、不稳定、易腐败、有恶臭，如不加妥善处理和处置，将造成堆放和排放区周围环境严重的二次污染，更有甚者，将污泥任意施于农业，导致农作物污染，土壤受到不可逆转的中毒受害。 国家环境保护总局发布的“城镇污水处理厂污染物排放标准”（GB18918-2002）对污泥的处理处置作了具体要求，即“城镇污水处理厂的污泥应进行稳定化处理”，并对稳定化处理后的控制指标作了详细规定。上海市结合新标准的出台，对污泥稳定化处理技术的研究与应用作了全面思考，其中对好氧发酵工艺进行了一次实用性研究，取得了一些经验。本文结合排水公司已开展的污泥稳定化处理技术的研究工作，就好氧发酵工艺的生产试验情况，向大会作一简要汇报，供参考。
牛粪新型静态好氧堆肥过程中微生物群落结构的研究 堆肥技术是处理畜禽粪便等农业固体废弃物的有效方法。但是,在传统的自然静态堆肥中,堆体的温度和氧气分布不均一,导致发酵不均匀、堆肥质量不佳。 本研究针对这一现象,设计了一种静态发酵装置,可以克服传统堆肥技术“堆体表面温度低、堆体深层厌氧”的技术缺陷。微生物在堆肥发酵过程中扮演重要角色,决定堆肥的进程和堆肥的质量,因此,研究堆肥过程中微生物的群落结构对于丰富堆肥理论和改进堆肥技术具有科学价值。 本研究采用新型静态好氧堆肥工艺处理牛粪和水稻秸秆,通过测定堆体理化及生物指标来验证堆肥的腐熟程度,并利用高通量测序技术来研究堆肥过程中的细菌、真菌群落结构的组成及动态变化,探讨微生物群落组成与理化及生物指标之间的相关关系。主要研究结果如下:（1）堆肥化共持续17 d,第3 d堆肥的中心及外层温度均达到55℃以上,堆肥进入高温期并持续9 d（3 d12 d）。 在整个堆肥过程中,pH值保持下降趋势并始终维持在弱碱性状态下;含水率 同样一直呈下降趋势,在堆肥结束后降至 51.0%;NH4+-N呈现先升后降的趋势,并在堆肥升温期 达到最大值(932.2 mg·kg-1),随后开始逐渐下 降;NO3--N缓慢上升,腐熟期达到最大值(95.5 mg·kg-1)。随着堆肥的进行,种子发芽指数同样逐渐上升,堆肥结束后达到97.7%。 根据堆肥过程中理化及生物指标综合推断,在堆肥17 d可使牛粪堆肥达到腐熟。（2）应用高通量测序技术研究堆肥过程中细菌、真菌群落结构的组成及动态变化。
好氧堆肥工艺：污泥与垃圾堆肥处理技术的应用 甘肃省××市污水处理厂日处理污水3.0×104米3，污泥产量约18吨／日，含水率75%，运往垃圾处理厂进行混合堆肥生产。垃圾处理厂规模为200吨/日，混合堆肥生产规模50 吨/日，每天收集的垃圾一部分用于堆肥。 1.工艺流程图 2.工艺说明 污泥与垃圾的混合物料，可通过前处理、好氧高温发酵、厌氧中温发酵、后处理等过程，获得熟化混合堆肥，用做化肥。 2.1垃圾与污泥的前处理 （1）混合物料中污泥与垃圾数量的确定 按照污泥与垃圾的重量比3:7，处理18吨污泥需要的垃圾量为41吨，则混合物料总重为59吨。在堆肥的过程中，由于温度升高，水分蒸发等因素的影响，重量减少率在20～30%之间，故要达到混合堆肥50吨/日，物料总重约为65吨（污泥量18吨、含水率75%；垃圾量47吨、含水率35%），混合物料含水率46%。 （2）污泥与垃圾前处理主要设备 收集到垃圾处理厂的城市垃圾先堆放在干化场风干1～2天（如果垃圾含水率在30～35%左右时，也可取消这一过程），由机械铲车将干化后的垃圾堆放到垃圾斗，通过板式给料机（一台、规格10T/h、功率5.0千瓦），连续均匀地输送到磁选机（一台、功率4.0千瓦），分选出的废金属回收，经磁选后的垃圾由皮带输送机（一台、规格10T/h、功率5.0千瓦）送到垃圾滚筒筛（一台、规格10T／h、功率7.5千瓦），将大颗粒物料（≥￠50mm）选出，经消毒后卫生填埋。小于￠50mm的颗粒垃圾用皮带输送机（一台、规格10T/h、功率5.0
千瓦）送到破碎机（一台、规格10T／h、功率15千瓦），破碎后的垃圾颗粒直径为10～15mm，再由皮带输送机（一台、规格10T／h、功率5.0千瓦）送到滚筒混合机（一台、规格15T/h、功率10.0千瓦）。城市污水处理厂运来的污泥堆放到污泥斗，由板式给料机（一台、规格5T/h、功率5.0千瓦）输送到滚筒混合机，与垃圾混合均匀。 2.2好氧高温发酵 混合均匀的物料用皮带输送机（一台、规格10T／h、功率5.0千瓦）送到达诺（Dano）式滚筒（三台、规格：￠1800mm、长度36米、功率45.0千瓦），连续运行72～96小时后，送往堆场。达诺式滚筒内物料的充满度为80%，配离心式鼓风机（二台、一用一备、风量20m3／min，风压350Kpa）供氧和通风，供氧量以5.0m3空气／m3堆肥h计算。 2.3厌氧中温发酵 经达诺式滚筒发酵后的物料用皮带输送机（一台、规格10T/h、功率5.0千瓦）送到堆场，进行厌氧中温发酵，周期25天。每天一堆，其尺寸为：长×宽×高=7.0×7.0×1.5m3，堆场总面积约1600m2，长宽各取40m。 2.4混合堆肥的后处理 后处理的目的是对堆肥进一步加工，使之成为粒状产品，以供市场的需要。 主要设备：皮带输送机（一台、规格10T／h、功率5.0千瓦）、滚筒筛（一台、规格10T／h、功率7.5千瓦）、造粒机（一台、规格10T／h、功率22.0千瓦）、烘干机（一台、规格10T／h、功率18.0千瓦）、冷却机（一台、规格10T/h、功率15.0千瓦）、自动包装机（ZCS50?1型） 3.发酵设备 达诺（Dano）式滚筒，主体设备为一个倾斜式的回转窑（滚筒）。加入料斗的物料经过料斗底部的板式给料机和一号皮带输送机送到磁选机去除金属物质，由给料机供给低速旋转的发酵仓，在发酵仓内，物料随转筒的连续旋转而不断被提升，而后又借助自重下落，如此反复，物料被均匀翻到而与供给的空气接触，并借助微生物作用进行发酵，筛下物经去除玻璃后便成为堆肥。发酵过程中产生的废气则通过转筒上端的出口向外排放。 4.主要技术参数 污泥与垃圾混合重量之比3：7，混合物料容重700～900Kg／m3，最佳含水率45～50%；污泥含水率70～80%，C：N=（10～20）:1；垃圾含水率30
万方数据
万方数据
万方数据
酒曲在牛粪堆肥发酵中的应用研究 作者：朱斌， 颜延宁， ZHU Bin， YAN Yan-ning 作者单位：江苏食品职业技术学院,生物工程系,江苏,淮安,223003 刊名： 河南农业科学 英文刊名：JOURNAL OF HENAN AGRICULTURAL SCIENCES 年，卷(期)：2010(9) 参考文献(14条) 1.邓强;杨向科;王慧杰微生态调节剂对猪粪堆肥过程中微生物群落的影响[期刊论文]-河南农业科学 2007(08) 2.尹永强;韦峥宇;何明雄生物菌剂对烟用有机肥堆制腐熟的作用效果研究[期刊论文]-河南农业科学 2010(04) 3.李玉红;王岩;李清飞不同原料配比对牛粪高温堆肥的影响[期刊论文]-河南农业科学 2006(11) 4.沈萍;范秀容;李广武微生物学实验 2005 5.连宾酒曲中产香细菌在鸡粪发酵中的应用 1996(06) 6.李子木;陈强;赵珂酒曲中凝乳酶产生菌的筛选及其培养条件研究[期刊论文]-中国乳品工业 2007(05) 7.杨劲松;谭海生酒曲生料发酵制胶废水生产单细胞蛋白[期刊论文]-热带作物学报 2005(02) 8.杨蕾;王繁业酒曲菌属发酵可再生材料生产乳酸的最新研究进展[期刊论文]-乳业科学与技术 2007(06) 9.Zucconi F;M Forte;A Monac Biological evaluation of compost maturity 1981 10.李健容;蔡爱群民间传统酒曲主要微生物的分离及鉴定[期刊论文]-酿酒科技 2007(05) 11.蒋红军茅台酒制曲发酵过程中微生物演替及作用规律[期刊论文]-酿酒科技 2004(04) 12.黄懿梅;曲东;李国学两种外源微生物对鸡粪高温堆肥的影响[期刊论文]-农业环境保护 2002(03) 13.中华人民共和国卫生部GB 7959-1987.粪便无害化卫生标准 1987 14.胡学玉;李学垣有机固体废弃物的堆肥化处理与资源化利用[期刊论文]-农业环境与发展 2002(02) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/e03025156.html,/Periodical_hnnykx201009019.aspx
牛粪静态好氧堆肥中反硝化细菌群落结构的研究堆肥化技术是资源化、减量化和无害化处理牛粪和秸秆的主流技术。为了克服传统堆肥生产周期长和产品质量不稳定等缺点,本文采用了一种新型的静态好氧高温堆肥技术。 反硝化细菌是反硝化过程的驱动力,可导致氮素流失并造成污染环境,在堆肥过程中扮演重要角色。因此,对反硝化细菌群落开展研究有助于加深对堆肥氮循环理论的理解,并且有助于改进堆肥技术。 本文测定堆肥过程中理化指标和生物学指标（温度、pH、含水率、总有机碳、凯氏氮、碳氮比、铵态氮含量、硝态氮含量、铵态氮与硝态氮比值以及种子发芽指数）,通过高通量测序技术分析牛粪秸秆堆肥过程中反硝化细菌的群落结构和多样性变化,应用Spearman相关性热图分析堆肥中优势反硝化细菌菌属与环境因子之间的相关性。主要研究结果如下:（1）本研究堆肥化共持续17天,第4 天进入高温期,并维持高温14天。 通过综合评价pH、含水率、总有机碳（TOC）、凯氏氮（TKN）、C/N、铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）、NH4+-N/NO3--N比值和种子 发芽指数（GI）指标,结果表明采用该新型堆肥技术处理的堆肥产品达到腐熟。（2）利用高通量测序技术分析了牛粪和秸秆混合堆肥过程中nirK细菌群落动态变化,结果分析表明在堆肥前期反硝化细菌群落丰富度最大,通过Alpha多样性分析表明不同时期堆肥样品反硝化细菌多样性指数存在差异,堆肥前期反硝化细菌群落多样性最高,堆肥后期较低。 通过Beta多样性分析结果表明堆肥不同时期样本间反硝化细菌群落结构差
人体排泄物的好氧堆肥处理工艺人的排泄物中可作为植物养分的物质大部分在尿液里，一个成人一年约产生400升尿，其中含有4公斤氮、0.4公斤磷和0.9公斤钾。这些养分的存在形式最容易被植物吸收。氮是尿素形式，磷是磷酸盐形式，钾是离子形式。人尿中重金属的含量远低于化肥。由此可见，尿是农作物的优质肥料。 一部分用于小区的草地肥料，并入小区的灌溉系统，尿液与水的比例控制在1：4，以防止高浓度尿液烧苗。多余的尿液出售给周边的农民。在冬季，周边地区大棚蔬菜生产基地足以全部利用多余的尿液。 经过密闭放置尿液达到如下标准 储存温度储存时间储存后尿混合液中可能有的病原体推荐施用的作物 4℃＞1月病毒，原生物要加工的食物和饲料 4℃＞6月病毒，要加工的食物和饲料 20℃＞1月病毒，要加工的食物和饲料 20℃＞6月可能没有所有作物 2、粪便的处理利用 粪便的主要成分是未消化的有机物，每人每年的粪便总量约25—50公斤，其中含有0.55公斤氮、0.18公斤磷、0.37公斤钾。虽然粪便比尿含有的养分少，但粪便经过脱水和降减无害化处理杀灭病原体后是一种宝贵的土壤调节剂。可为土壤增强肥力，改善持水能力，提高养分的可利用性。降减过程中产生的腐殖质也可供有益的土壤种群生长，可保护植物不被土壤传播的疾病侵害。 粪便的处理主要采用好氧堆肥处理技术。好氧堆肥是在有氧条件下，依靠好氧微生物的作用来进行。在堆肥过程中，有机废物中的可溶性有机物可透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收；而不溶性的胶体有机物，先被吸附在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命代谢活动，进行分解代谢和合成代谢，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长、活动所需的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。 好氧堆肥的原料来源：（1）小区的粪变 （2）小区的有机生活垃圾 （3）二沉淀池的污泥 好氧堆肥的工艺流程（见下图）：
污泥堆肥技术可行性分析 一、污泥现状 随着我国城市化进程的加快和国家确定的各水资源保护规划工程的陆续启动，全国城镇污水处理设施的建设速度随之加快，城镇污水处理率逐年提高，污水污泥的产生量相应地不断增加，污泥的处理处置问题日益显现出来。 污泥处理是过程，污泥处置才是目的。污泥处置最为经济有效的方式就是污泥资源利用处置。一般来说，污泥处理是指污泥经单元工艺组合处理，达到“减量化、稳定化、无害化”目的的全过程。污泥稳定化、无害化处理方法主要有干化、焚烧、厌氧消化、石灰稳定和好氧堆肥。 二、污泥适用性 污水处理厂的脱水污泥含水率一般在80%以上，直接堆肥是不可能的，因此，要加入一些辅助材料，比如秸秆粉、木屑等膨松剂调节水分，增加孔隙度。对于不同地域的城镇来说，可以因地制宜选择一些能长期供应和数量充足的材料，比如秸秆粉、稻壳、木屑、菇渣、蔗渣等废弃物，充分利用当地丰富的种植农业和养殖业有机固体废物做辅料资源。目前农村和城镇这些废弃物的利用途径还很有限，利用率还很低，还存在焚烧秸秆、乱排畜禽粪便等现象。利用城镇污水处理厂污泥与作物秸秆或其它废弃物好氧堆肥，既解决了污泥问题，又生产了微生物活性较高的有机肥，用于农业大田生产，果树种植、园林绿化是很好的肥料，对于减轻长期施用化肥造成的农村环境污染，增加土壤肥力，提高农产品品质，增加农业收入，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。 因为污泥堆肥产品是一种高效、优质、安全的有机肥料。污泥作为有机肥原料的来源是连续和稳定的，而农业生产的季节性决定了肥料供给的间断性，因此，考虑污泥堆肥的销售要符合肥料生产行业全年生产、季节销售的特点，利用污泥堆肥低成本优势和政策优势，开辟适合于大田作物、果树林木、城市绿化、土壤改良和生态修复等多方面的销售渠道，从而确保污水污泥的及时处置。有机肥产业的核心竞争力是适度的生产经营规模，因为只有适度的生产规模才能满足有机肥原料来源分散、销售半径短的特点，只有实现本土化生产、本土化销售才能真正实现本土原料与市场资源的优化配置。 三、污泥利用可行性 1、符合排放标准要求 国家颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002），从2003年7月1日已正式实施，标准对城镇污水处理厂污泥排放提出了较为严格和明确的要求。标准将好氧堆肥列入污泥稳定化处理的方法之一，与厌氧消化和好氧消化相比，好氧堆肥除了有稳定化作用（有机物降解）外，还有无害化作用（杀菌消毒）。这是由于好氧堆肥过程在好氧微生物降解有机物的同时，释放出大量的能量（热量），堆肥物料温度可以上升至60～70℃，杀灭病原微生物和寄生虫卵。因此，好氧堆肥工艺是处理城市污水污泥、生活垃圾以及集约
堆肥制作技术及相关参数 随着规模化养殖场和城市污水处理厂的大量兴建，由此产生的有机废弃物数量日益庞大，而且高度集中，农村常见的简易堆积方式已不能采用，因为它们堆肥时间长，处理容量小，而且不适合机械化操作。而规模化高温好氧堆肥技术以其腐熟时间短、处理容量大、机械化或自动化程度高，而得到高度重视和推广应用。 (一)堆肥类型 堆肥分类方法很多。按堆制过程中是否需氧而分为好氧堆肥和厌氧堆肥；按原料发酵所处状态可分为发酵仓式堆肥和无发酵仓式堆肥；无发酵仓式好氧堆肥系统又分为露天条垛式翻堆供氧堆肥法和固定堆强制通风堆肥法两种。 好氧堆肥化是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程。好氧堆肥温度高，一般在55℃以上，可维持5~11d，极限可达80℃以上，也称高温堆肥法。由于好氧堆肥法具有堆肥周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等优点，在有关污泥、城市垃圾、畜禽粪便和农业秸秆等堆肥中被广泛采用。下面介绍目前国内外两类主要的好氧堆肥系统。 1．无发酵仓式堆肥系统物料通常堆制成条垛式，依据堆料供氧方式，无发酵仓式堆肥系统又可分为搅拌(翻堆)式堆肥床和固定堆式堆肥床两种堆肥方式。
搅拌式堆肥的主要特点是采用定期翻堆，使物料均匀，并提供充足氧气，有时还考虑强制通气(常采用抽气方式进行)。翻堆作业通常采用翻堆机械进行。 固定堆式堆肥基本不进行翻堆，其供氧方式主要有两种：一是采用自然通气方式进行堆肥，在堆肥场地开有通气沟，并在垂直方向设有通气管(也可用各种秸秆捆绑成束作为通气之用)，生物发酵所需要的氧气完全靠自然通风；二是采用强制通风供氧方式进行堆肥，也称固定堆强制通风堆肥法，肥堆的供氧利用鼓风机或空气压缩机强行鼓风进行，也可采用抽风方式进行。吹风或抽风可用定时器或在肥堆内安置的温度或氧气浓度自动反馈装置来间断性供氧，在一些大型堆肥厂可采用计算机控制堆肥。自然通风堆肥腐熟时间通常较长，而固定堆强制通风堆肥法则比较快，在3～5周内能使肥堆完全腐熟。 无发酵仓式堆肥系统的特点是基建投资少；工艺简单；操作简便易行；处理容量大。缺点是由于是敞开式堆肥，在冬季低温条件下，肥堆不易升温和保温；通常占地较大；堆肥时间比发酵仓式堆肥要长。2．发酵仓式堆肥系统堆肥在发酵装置内进行。发酵仓系统可分为立式发酵：塔和卧式、槽式发酵装置等两类。 立式堆肥发酵塔通常由5~8层组成，堆肥物料由塔顶进入塔内，在塔内堆肥物通过不同形式的机械运动，由塔顶一层层地向塔底移动。一般经过5~8d的好氧发酵，堆肥物即由塔顶移动至塔底而完成一次发