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随着社会经济和城镇化快速发展,城市污泥量也急剧增加,由此所带来的环境污染问题也日益增多。高温好氧堆肥技术是在有氧条件下,利用微生物将固体有机废弃物分解,并转化为稳定的腐殖质的过程,在微生物的作用下,使堆体温度升高,高温可杀死寄生虫以及病原菌等,实现污泥处理的资源化、稳定化和无害化。但是传统的好氧堆肥法不仅存在堆肥时间长、堆肥品质不高、氮素损失严重以及温室气体排放显著等问题,也会产生恶臭气味,造成二次污染等,氨的挥发是致使恶臭气味产生的主要原因,也是导致氮素损失的主要原因,堆肥发展应向缩短堆肥周期、精细化管理和控制氨气挥发继而减少氮素损失等方向进行。
本文以城市污泥为堆肥原料,以木屑为调理剂,用于调节堆体内的孔隙率和含水率等,通过好氧堆肥方式研究堆肥过程中单独添加镁盐(硫酸镁、氯化镁和磷酸氢镁)和硫酸盐(硫酸钾和硫酸亚铁)对堆肥的影响。分别探讨了不同化学添加剂对污泥堆肥过程中堆体理化性的影响,以及镁、铁盐对控制污泥堆肥过程中氨气和温室气体释放规律的影响及其机理。主要研究内容与结论如下:
(1)在研究不同化学物质对堆肥中氨气挥发的影响中,与污泥和木屑的混合物中分别添加硫酸镁(R1)、氯化镁(R2)、磷酸氢镁(R3)、硫酸钾(R4)和硫酸亚铁(R5)五种化学物质,以不添加任何化学物质为对照组(CK),通过对堆体温度、pH值等理化参数以及堆肥过程中所产生的氨气、氨氮、硝氮和总氮的氮素转化状态的研究中发现,化学添加剂的投加导致了堆体初始电导率的提高,在堆肥结束时,各处理的电导率仍高于CK,但均不超过4mS/cm,仍在植物生长的安全范围;与CK相比,R2、R3和R5处理的NH3释放量较低,分别降低了27.5%、20.4%和9.5%;各处理的氨氮和总氮含量均有所增加,其中,R5处理增加的最多。R2和R5处理的高温期pH值分别是8.97和9.02,低于CK(9.10),而R3的pH比CK高,为9.14。由此可见,添加氯化镁和硫酸亚铁可通过降低堆体的pH值来减少NH3挥发。
(2)为进一步研究化学添加剂在污泥堆肥过程中减少氨气挥发的影响机制以及对温室气体排放特征的影响,加大了氯化镁和硫酸亚铁的添加量。研究表明,NH3挥发主要发生在堆肥高温期,氯化镁和硫酸亚铁处理高温期的pH值分别是8.44和8,明显低于对照组,为8.98。另外,试验组的NH3排放量也比对照组明显降低了57.8%和82.8%,显著减少了NH3释放;氨氮含量也较对照组显著提高,减少了氮素损失。但是,与对照组相比,添加硫酸亚铁虽降低了CH4排放量,但增加了N2O和CO2的排放量;氯化镁的添加对CH4、N2O和CO2的排放量均略有所增加。堆肥结束,除对照组的E4/E6值升高外,氯化镁和硫酸亚铁处理的E4/E6值分别下降了5.3%和14.1%,氯化镁和硫酸亚铁的添加使堆肥有一定的腐熟度,相比之下,硫酸亚铁处理的效果稍好。氯化镁和硫酸亚铁的添加增大了堆体的EC值,堆肥结束时分别为7.62和5.37mS/cm,都高于植物的安全生长的极限(4 mS/cm)。因此,仍需对氯化镁和硫酸亚铁的使用进行优化以减少其负面影响,提高它们的应用效果。
本文以城市污泥为堆肥原料,以木屑为调理剂,用于调节堆体内的孔隙率和含水率等,通过好氧堆肥方式研究堆肥过程中单独添加镁盐(硫酸镁、氯化镁和磷酸氢镁)和硫酸盐(硫酸钾和硫酸亚铁)对堆肥的影响。分别探讨了不同化学添加剂对污泥堆肥过程中堆体理化性的影响,以及镁、铁盐对控制污泥堆肥过程中氨气和温室气体释放规律的影响及其机理。主要研究内容与结论如下:
(1)在研究不同化学物质对堆肥中氨气挥发的影响中,与污泥和木屑的混合物中分别添加硫酸镁(R1)、氯化镁(R2)、磷酸氢镁(R3)、硫酸钾(R4)和硫酸亚铁(R5)五种化学物质,以不添加任何化学物质为对照组(CK),通过对堆体温度、pH值等理化参数以及堆肥过程中所产生的氨气、氨氮、硝氮和总氮的氮素转化状态的研究中发现,化学添加剂的投加导致了堆体初始电导率的提高,在堆肥结束时,各处理的电导率仍高于CK,但均不超过4mS/cm,仍在植物生长的安全范围;与CK相比,R2、R3和R5处理的NH3释放量较低,分别降低了27.5%、20.4%和9.5%;各处理的氨氮和总氮含量均有所增加,其中,R5处理增加的最多。R2和R5处理的高温期pH值分别是8.97和9.02,低于CK(9.10),而R3的pH比CK高,为9.14。由此可见,添加氯化镁和硫酸亚铁可通过降低堆体的pH值来减少NH3挥发。
(2)为进一步研究化学添加剂在污泥堆肥过程中减少氨气挥发的影响机制以及对温室气体排放特征的影响,加大了氯化镁和硫酸亚铁的添加量。研究表明,NH3挥发主要发生在堆肥高温期,氯化镁和硫酸亚铁处理高温期的pH值分别是8.44和8,明显低于对照组,为8.98。另外,试验组的NH3排放量也比对照组明显降低了57.8%和82.8%,显著减少了NH3释放;氨氮含量也较对照组显著提高,减少了氮素损失。但是,与对照组相比,添加硫酸亚铁虽降低了CH4排放量,但增加了N2O和CO2的排放量;氯化镁的添加对CH4、N2O和CO2的排放量均略有所增加。堆肥结束,除对照组的E4/E6值升高外,氯化镁和硫酸亚铁处理的E4/E6值分别下降了5.3%和14.1%,氯化镁和硫酸亚铁的添加使堆肥有一定的腐熟度,相比之下,硫酸亚铁处理的效果稍好。氯化镁和硫酸亚铁的添加增大了堆体的EC值,堆肥结束时分别为7.62和5.37mS/cm,都高于植物的安全生长的极限(4 mS/cm)。因此,仍需对氯化镁和硫酸亚铁的使用进行优化以减少其负面影响,提高它们的应用效果。