作物秸秆与城市污泥高温好氧堆肥过程中碳氮磷及重金属转化研究

论文摘要

每年产生的大量城市污泥是我国亟待解决的环境问题,城市污泥堆肥化处理具有较好的经济、环境效益,是城市污泥处理处置的重要方式,高温好氧堆肥化工艺具有运行费用低、见效快、二次污染小等优点被广泛应用。目前,城市污泥堆肥主要存在养分含量低、重金属含量高的问题,成为限制其农田利用的关键因素。堆肥过程中调理剂的选择对堆肥产品品质的影响尤为重要,目前普遍使用的调理剂有农作物秸秆、生活垃圾、木屑等,我国农作物秸秆资源丰富,但是大部分被弃置、焚烧.利用率很低,农作物秸秆含有丰富的氮、磷钾等营养元素和有机质,是污沉堆肥的理想调理剂。本研究选取四种不同秸秆（油菜秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆）作为调理剂与城市污泥混合进行高温好氧堆肥实验,研究不同秸秆对城市污泥高温好氧堆肥的影响,为提高农作物秸秆和城市污泥的资源化利用提供依据。通过对四种秸秆与城市污泥混合堆肥试验研究,研究结果如下：（1）污泥堆肥中添加四种不同秸秆都顺利完成了堆肥过程,堆体升温速度为水稻秸秆>小麦秸秆>玉米秸秆>油菜秸秆,降温速率为水稻秸秆>玉米秸秆>小麦秸秆>油菜秸秆；堆体高温期维持时间为添加小麦秸秆>水稻秸秆和玉米秸秆>油菜秸秆,四种秸秆中添加水稻秸秆更有利于加快堆肥进入高温期的时间,缩短堆肥进入腐熟期的时间,促进污泥堆肥的进程；不同秸秆调理剂对堆体pH和含水率的影响不明显。（2）四个处理中总有机碳和可溶性有机碳都呈下降的趋势。总有机碳降低了22%-27%,添加油菜秸秆的处理降解量最少。可溶性有机碳降低了56%～67%,添加玉米秸秆的处理降低量最少。（3）四个处理中纤维素、半纤维素和木质素的含量变化趋势一致,纤维素、半纤维素和木质素的降解难易度：半纤维素>纤维素>木质素。其中添加水稻秸秆的处理纤维素、半纤维素减少的量最多,添加小麦秸秆的处理增加的木质素量最多。（4）秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量与污泥堆肥中腐殖质的形成有密切联系。四个处理中的HM和HA呈上升趋势,FA呈下降趋势,HA/FA总体上呈上升趋势。四种秸秆中添加玉米秸秆更有利于提高污泥堆肥中HM、HA的含量,提高堆肥腐质化程度。（5）四个处理中铵态氮含量的变化都呈先升高后下降的趋势,铵态氮的含量与堆体温度和pH具有显著的相关性,添加小麦秸秆和玉米秸秆的处理中铵态氮含量较高；硝态氮的含量呈逐渐增加的趋势,硝态氮含量与温度和含水率呈显著负相关,其中添加油菜秸秆的处理硝态氮含量最高。（6）四个处理中全氮和酸水解态氮变化趋势一致,堆肥结束时含量都明显增加,全氮含量增加了8.4%-20.5%,酸水解有机氮含量增加了14.2%-31.1%。城市污泥堆肥过程中氮素组分以有机氮为主,占全氮含量的57%-92%。添加玉米秸秆的处理有利于促进堆肥中全氮含量的增加,而添加水稻秸秆的处理更有利于促进堆肥中酸水解态氮含量的增加。（7）四个处理中酰胺态氮占水解态氮的比列约为13%～25%,含量呈增加的趋势,添加玉米秸秆的处理增加的量最多；氨基糖氮的含量在堆肥升温期和高温期呈逐渐增加的趋势,堆肥后期有所下降,但总体上呈增加的趋势,占水解态氮的比例变化不大；氨基酸态氮的变化规律与酸解态氮相似,呈先降低后增加的趋势,氨基酸态氮占酸解态氮的大约为30%～40%,堆肥结束时,其占水解态氮的比例变化不大；未鉴别态氮占酸解态氮比例增加了4%～7%,添加水稻秸秆的处理中增加最多。（8）污泥堆肥中添加四种秸秆都存在一定的氮素损失,氮素损失为7.2%-28.4%，氮素损失较少,堆肥比较理想。添加小麦秸秆的氮素损失最大，添加油菜秸秆的氮素损失最小。（9）添加四种秸秆的四个处理中总磷和有机磷因“浓缩效应”含量都明显增加,但四种秸秆对污泥堆肥中总磷和有机磷含量的变化影响不显著；添加四种秸秆对污泥堆肥中速效磷含量的变化影响显著,其中添加玉米秸秆更有利于提高堆肥中速效磷的含量。堆肥中无机磷主要以NH4Cl-P、Al-P、O-P为主,堆肥结束后,各处理中NH4Cl-P、Al-P、O-P占无机磷总量的79.5%～81.1%。添加水稻秸秆的处理有利于提高堆肥中NH4Cl-P的含量。添加油菜秸秆的处理有利于提高堆肥中Al-P和O-P的含量。（10）城市污泥堆肥中各重金属总浓度Cr>Pb>Cd,污泥堆肥中添加四种秸秆重金属总量都呈增加的趋势,城市污泥堆肥中添加秸秆调理剂对重金属绝对含量的减少没有作用。各处理的污泥堆肥产品中Cr以有机结合态为主,Cd以可交换态和碳酸盐结合态为主,Pb的各种形态分布相对比较均匀。添加四种秸秆各处理间,添加玉米秸秆能减少可交换态Cd含量的增加,增加残渣态和碳酸盐结合态Cd的含量；添加油菜秸秆的处理中有机结合态Cr增加的量最多,添加水稻秸秆的处理中可交换态Cr增加的量最少；添加玉米秸秆的处理有机结合态Pb减少的量最少,而添加水稻秸秆的处理中残渣态Pb增加的量最多。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 污泥好氧堆肥技术
• 1.2 污泥堆肥化研究现状
• 1.3 我国秸秆资源及应用现状
• 第二章 引言
• 2.1 立题依据
• 2.2 研究内容
• 2.3 技术路线
• 第三章 材抖与方法
• 3.1 试验材料
• 3.2 堆肥装置
• 3.3 实验设计
• 3.4 分析方法
• 3.5 数据处理方法
• 第四章 结果与分析
• 4.1 添加不同秸秆对堆肥基本性质的影响
• 4.2 添加不同秸秆对堆肥过程中有机碳的影响
• 4.3 添加不同秸秆对污泥堆肥过程中氮素的影响
• 4.4 添加不同秸秆对污泥堆肥过程中磷素的影响
• 4.5 添加不同秸秆对污泥堆肥过程中重金属的影响
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢