竹醋酸在堆肥中的应用.pdf

经 验 交 流 竹醋酸在堆肥中的应用 ＊ 王敦球 赵 敏 潘 盛 桂林工学院资源与环境工程系, 广西 541004 摘要 以秸杆、锯末和猪粪为原料, 以竹醋酸为添加剂进行静态好氧堆肥试验, 分析堆肥过程中温度、pH、有机质、TN 等的变化情况, 比较不同竹醋酸浓度对堆肥的促进作用。 在对腐熟后堆肥的分析表明, 适宜的竹醋酸浓度可以促进微 生物的活性, 缩短达到高温所需的时间; 跟空白堆体相比, 添加竹醋酸的堆体氮损失率降低 10。 关键词 竹醋酸 猪粪 堆肥 研究 ＊国家 863 计划 2003AA601060 -02 -01 畜牧业发展带来的环境问题越来越引起社会的 关注 ,畜牧业废弃物的资源化利用和无害化处理关系 到畜牧业的可持续发展 。堆肥作为传统的工艺被广 泛用于处理畜牧业废弃物 ,但是传统的堆肥方式周期 长、 效率低, 存在成品肥效差 、不符合卫生标准等缺 点,因此迫切需要寻求高效的堆肥制剂以缩短周期, 提高堆肥质量。竹醋酸是竹材热解的副产品 ,成分复 杂,含有有机酸 、 酚类 、 酮类、 醇类等 ,可用作土壤杀菌 剂,植物生长促进剂, 异味清除剂等。本研究以竹醋 酸为堆肥添加剂 ,对畜牧业废弃物进行堆肥 ,以期得 到高肥效的堆肥成品 。 1 试验材料和方法 1. 1 试验材料 试验材料性质见表 1。 表 1 试验材料性质表 名称 含水率 pH 电导率 Sm- 1 有机C TN TP TK 鲜猪粪65. 96 . 596 . 9036. 563. 280 . 380. 18 风干秸杆1146. 690. 78 锯末14. 650. 080. 15 竹醋酸2 . 545 . 23 试验采用秸杆 切成 3～ 5 cm长 、 锯末和养猪场 的猪粪作为试验原料 ,竹醋酸作为添加剂进行堆肥。 国内外在此领域的研究表明 [ 1- 3] ,初始物料在含水率 60～ 70, C N 25 ～ 35 的条件下能取得较好的堆 肥效果,本研究在此条件下添加不同浓度的竹醋酸进 行好氧堆肥,物料配比情况见表2 。 1. 2 试验方法 1. 2. 1 堆制方法 本试验采用好氧堆肥 ,堆肥周期64 d。其中第一 阶段采用强制通风静态好氧堆肥,采用离心风机正压 间歇式供风 ,堆体呈圆锥形, 堆高1 m ,每隔30 cm覆盖 保温材料, 外覆薄膜进行保温 。将物料含水率调整到 660 g kg左右, C N 调整到 25 左右 , 再喷洒不同浓度 的竹醋酸进行堆肥 。堆肥3 d后开始强制通风, 根据 堆体温度调节通风时间,风量控制在每堆0. 5 m 3 min, 两周后通风量改为每堆0. 2 m 3 min。 堆肥进行到 36 d,停止通风,保持每周人工翻堆 1次 。 表 2 物料配比表 编号有机质 C N含水率 竹醋酸浓度 竹醋酸∶ 水 空白72. 920. 667 . 2 D -173. 821. 166 . 71 ∶ 2 000 D -273. 321. 268 . 01 ∶ 1 500 D -373. 822. 467 . 31 ∶ 1 000 D -474. 323. 466 . 71 ∶ 500 1. 2. 2 采样及测定方法 第一阶段每隔3 d采样 1 次, 第二阶段每隔7 d采 样1 次 。样品分析的项目有 温度、pH 、 含水率 、 发芽 系数、有机 C、TN、NO - 3-N、NH 4- N。 温度在堆体上、 中、 下 3 个部位进行测量 , 取平均值; pH 值采用固液 比1∶ 10 W V , 振荡30 min后离心过滤15 min , 用 pH 计测定; 含水率在105 ℃下烘2 h后测定; 发芽系数的 测定 固液比 1∶ 10 W V , 振荡30 min后离心过滤 15 min, 取上清液5 mL放于培养皿中的滤纸上, 用 10 颗豌豆种子在25 ℃ 下培养48 h测定发芽率 。 有机 C 采用改进的测定方法 [ 4] , TN 、NO - 3- N、 NH 4- N 按土壤农业化学常规分析方法 [ 5] 的有关方 法进行。 70 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 2 结果与讨论 2. 1 温度的变化 堆肥中的有机质在微生物作用下用于微生物的 细胞合成 , 同时分解为 CO2和H2O ,产生大量的热量 促使堆体温度上升 。堆肥过程中温度的变化反映了 堆体内微生物的活性 ,同时能使堆肥达到无害化和稳 定化。堆肥分升温 、高温和降温 3 个阶段 ,堆体中最 高堆温达 50～ 55 ℃以上 ,持续5 ～ 7 d, 是杀灭物料中 所含的致病微生物, 保证堆肥的卫生学指标合格和堆 肥腐熟的重要条件 [ 6] 。图 1 是不同堆体中温度的变 化情况。从图 1 可以看出, 在不同浓度竹醋酸的作用 下,堆肥的温度上升的程度和速度都不相同 ,在此次 堆肥中 ,除 D-3 和 D-4 之外 ,其余堆体的温度都能达 到要求 ,而且在 D-1 堆体中温度上升速度最快, 达到 的温度最高,可能是由于在此竹醋酸浓度下对微生物 的活性有促进作用 。而 D-3 和 D-4 堆体中温度变化 幅度很小, 在D-4 堆体中几乎没有什么变化, 这可能 是由于高浓度的竹醋酸具有杀菌作用, 使堆体中微生 物大量死亡,导致堆温不上升 。 图 1 不同堆体中温度的变化 2. 2 pH 值的变化 pH 是微生物生长必需的条件之一, 过高或过低 的 pH 都会影响微生物的生长 。一般在堆肥前几天 pH 值都会出现不同程度的上升 ,主要是因为堆肥中 含N 有机的矿化和氨氮的大量累积 , 随着堆肥温度 的升高而产生大量的氨气所引起的。在添加竹醋酸 之后, 在堆肥初期样品中 pH 值都较高 , 随着堆肥的 进行 , pH 值呈现出下降趋势 , 最后维持在 7. 0 ～ 7. 6 之间 。可能是由于竹醋酸吸收氨气发生中和作用 ,这 跟在堆肥现场监测堆肥臭味的结果相一致,因为氨气 的挥发是引起堆肥中臭味的原因之一, 而在现场监测 到添加竹醋酸的堆体中臭味都较空白堆体中的轻 ,而 且在堆肥过程中苍蝇、蚊蚁等都较少, 因此可以说明 竹醋酸在堆肥过程中有吸收氨气的作用 。 2. 3 发芽系数的变化 发芽系数指标不但能检测堆肥样品中的毒性 ,而 且能预测堆肥毒性的发展。一般认为发芽系数 80堆肥就已经腐熟 [ 7] , 当然随着堆肥物料的不同, 该指标也不尽相同, 图 2是不同堆体中发芽系数的变 化情况 。从图 3 可以看出, 在初期 , 添加竹醋酸的堆 肥样品发芽系数都小于空白样品,可能是竹醋酸中含 有对发芽有抑制作用的物质; 随着堆肥的进行, 发芽 系数逐渐增大, 到堆肥结束时, 空白样品的发芽系数 为79, 而添加竹醋酸的样品发芽系数都大于空白 样品 ,而且 D- 2 样品中发芽系数最高, 可见在该样品 中含有对植物生长的有毒物质的可能性最小 。 图 2 不同堆体中发芽系数的变化 2. 4 有机质的变化 堆肥结束后 ,堆肥有机质含量较初始物料均有所 降低 ,见表 3。空白堆体中有机质变化较其它堆体的 大,可能是由于在混合物料过程中添加了较多的秸杆 所引起的; 随后 3 个堆体中有机质的变化相差不多, 主要因为锯末中有机质含量高 , 在物料中占的比例 大,而且锯末的主要成分是难降解的木质素 [ 8] , 猪粪 和秸杆中有机质的降解不足以引起有机质的明显变 化。而 D- 4 堆体中有机质变化率仅为 9. 1,主要原 因是该堆体中添加竹醋酸浓度较高 ,阻止了微生物的 生长繁殖, 导致用于微生物生命活动所需有机质的 减少 。 表 3 堆肥中有机质的变化g kg 编号起始结束变化率 空白746. 26542. 3827. 3 D-1738. 44600. 4718. 7 D-2732. 85584. 8320. 2 D-3737. 88601. 0318. 5 D-4743. 46675. 889. 1 2. 5 TN 的变化 如果在堆肥中处理不当, 氮素通过挥发和滤液的 71 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 损失将占很大的比例 ,而这种缺氮的堆肥在使用于土 壤时 ,不仅肥效不高 ,而且还可能夺取土壤中的氮 ,破 坏土壤营养平衡 。图 3 是不同堆体中总 N 的变化情 况。从图 3 可以看出堆肥结束后总氮含量均略有增 加,这可能是由于在堆肥过程中有机物的矿化分解, CO2的损失以及水分的蒸发引起干物质的减少而造 成 [ 9] 。尽管在 D- 4 堆体中有机质含量减少最少 ,但是 总氮的含量明显高于其它堆体。表 4 是不同堆体中 N 的损失情况。从表 4 可以看出 ,空白堆体中氮的损 失率明显高于其它堆体, D-1、 D-2 和 D- 3 堆体中氮的 损失率相差不大, 说明竹醋酸在堆肥中有保氮的作 用; 但是 D-4 堆体中氮的损失率最小, 原因可能是高 浓度竹醋酸具有杀菌的作用, 抑制了堆肥中好氧微生 物、 硝化和反硝化菌的生长 ,在堆肥过程中减少了因 氮氧化物挥发而损失的氮素; 高浓度竹醋酸吸收氨气 发生中和反应, 减少了因氨态氮累积而造成氨气挥发 而损失的氮素。 图 3 不同堆体中TN 的变化 表 4 不同堆体中 N的损失 编号N 损失率 编号N 损失率 空白41. 7D -329. 8 D -129. 2D -47. 6 D -231. 6 2. 6 腐熟度指标 腐熟度是反映堆肥腐熟的情况 ,采用多种分析方 法测定堆肥的多个指标, 然后根据这些指标进行综合 分析能更加实际地反映出堆肥腐熟状况 。本次堆肥 腐熟度指标采用发芽系数、 NH 4- N 、 C N 和50 ℃以上 堆温持续时间作为综合指标, 当4 者都符合时才认为 堆肥已腐熟。 具体指标 如下 发芽系 数 80; NH 4- N 400 mg kg , Bernal 等 [ 10] 认为 , 成熟堆肥的 NH 4- N 含量应 7 d。堆肥 腐熟后各指标的测定见表 5。从表 5 可以看出 ,符合 综合指标的只有 D-1和 D-2 堆体 ,因此认为这 2个堆 体己腐熟。 表 5 不同堆体的腐熟度指标 编号 NH 4-N mgkg - 1 C N发芽系数 50 ℃以上堆温 持续时间 d 空白210. 815. 60. 7910 D -1300. 815. 80. 8213 D -2239. 615. 91. 3220 D -3239. 616. 20. 920 D -4266. 716. 30. 870 3 结论 1 竹醋酸在堆肥过程中有除臭作用 。其原因一 是和氨气发生中和反应, 减少氨气的挥发量 ,降低臭 味; 二是由于含有能制作香料的有机酸 、酚类和醛类 化合物 ,如乙酸 、4 -甲基丁酸、苯甲酸 、2 -甲基苯酚和 香兰素等 [ 12] ,对臭味起到抑制作用。 2 适宜浓度的竹醋酸可以促进微生物的活性, 缩短达到高温所需的时间 ,缩短堆肥周期 。在此次堆 肥过程中, 将竹醋酸原液稀释1 500倍效果较好 ,稀释 1 000倍次之 。但竹醋液随精制的方法和存放时间的 长短都会发生变化, 建议将竹醋酸对堆肥起作用的成 分进行定性分析 ,进一步研究不同浓度的竹醋酸对堆 肥的促进作用, 寻求最佳的堆肥效果 。 3 高浓度的竹醋酸有杀菌作用, 因此在堆肥中 不适宜使用 ; 但可以考虑在堆肥腐熟期使用 ,抑制硝 化和反硝化作用的发生, 有利于减少氮素损失, 从而 提高堆肥肥效。 4 竹醋酸在堆肥中具有保氮作用 , 在添加竹醋 酸的堆体中氮的损失比空白堆体中减少 10左右, 主要原因是竹醋酸吸收氨气发生中和反应,减少因氨 态氮累积而造成氨气的挥发。 参考文献 [ 1] 李国学, 李玉春, 李彦富. 固体废物堆肥化及堆肥添加剂研究进 展. 农业环境科学学报, 2003, 22 2 252 -256. [ 2] 庞金华, 程平宏, 余廷园. 高温堆肥的水气矛盾. 农业环境保护, 1999,18 2 73 -75. [ 3] Y. Eklind,H. Kirchmann. Composting and storage of organic household waste with different litter amendments. Ⅱ nitrogen turnover and losses. Bioresource Technology, 2000,74 125 -133. [ 4] 张力, 李艳红等. 测定土壤有机质分析方法中油浴加热技术的 改进. 吉林化工学院学报, 2002, 19 1 16 -18. [ 5] 中国土壤学会农业专业委员会. 土壤农业化学常规分析方法. 北京 科学出版社, 1983. [ 6] 中华人民共和国标准. 粪便无害化卫生标准 , GB7959-87 . 72 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 [ 7] 孔建松. 种子发芽率评价堆肥腐熟度的方法学研究. 吉林大学 硕士学位论文, 1999. [ 8] 张相锋, 王洪涛, 聂永丰, 殷勇. 猪粪和锯末联合堆肥的中试研 究. 农村生态环境, 2002, 18 4 19-22. [ 9] Inoko A,Miyamatsu K ,Sugahara K ,et al. On some organic constiruents of city refuse composts produced in Japan. Soil Sci Plant Nutr, 1979, 25 225-234. [ 10] M. P . Be rnal, C. Pare de s. Maturity and stability parameters of composts prepared with a wide range of organic wastes. Bioresource Technology , 1998, 63 91 -99. [ 11] Garcia C, T Henandez F Costa , J A Pascual. Phytoxicity due to the agricultural use of urban waste Ger mination experiments CA. J. Sci. food Agric, 1992, 59 313-319. [ 12] 张文标, 叶良明等. 竹醋液的组分分析. 竹子研究汇刊, 2001, 20 4 72 -77. 作者通讯处 王敦球 541004 广西 桂林工学院资环系 电话 0773 5896340 E -mail pshengzj2004yahoo . com. cn 2005- 05-23 收稿 污水直接膜过滤用于农灌可行性试验 ＊ 郝晓地 李会海 陈新华 北京建筑工程学院可持续环境生物技术研发中心, 北京 100044 摘要 本试验尝试用膜直接截留污水中对人体健康有害的细菌 病毒, 而保留水中对作物有益的氮、磷等营养元素, 以 期实现水、肥双成分资源化。 试验结果表明, 无论是微滤膜还是超滤膜均对细菌及粪大肠菌有很高的截留率 99. 9～ 99. 999 , 污水中有机物、氮与磷的保留率分别为 32～ 67、72～ 78和 60～ 62。 用渗滤液灌溉的 小麦较之清水灌溉和常规灌溉的小麦, 麦穗单重分别提高 13和 7. 5。 关键词 污水资源化 膜过滤 微 超滤 错流过滤 农灌 1 研究背景 农业灌溉用水量大, 且水质要求低。因此, 在污 水资源化方面应优先考虑农业回用的问题。事实上, 污水中所谓污染物质, 如有机物 CODCr BOD5 、氮 N 和磷 P 等,对植物 作物是潜在的营养物质成分。 如果通过一种技术手段将污水中真正有害的成 分 病原菌和病毒有效分离 ,则能充分利用污水的 “水” 、 “肥”双重资源 ,让污水变成一种“营养液” 。 膜分离技术已成功用于活性污泥法的泥 、 水分离 MBR [ 1] ,但是膜分离技术直接应用于过滤污水的情 况并不多见。韩国研究人员已做了对宾馆盥洗废水 用膜过滤后回用的试验研究 [ 2] ; 荷兰和法国研究人员 对城市污水作了直接过滤的试验研究 [ 3,4] 。 本研究的目的是试验生活污水经膜 微滤 超滤 过滤有效截留病原菌和病毒,同时最大限度地保留污 水中CODCr与N、 P 等营养成分,用之灌溉冬小麦等作物。 ＊中国教育部归国留学人员科研启动资金项目 编号 202 -247 ; 北 京 市 教 委 科 技 发 展 计 划 项 目 编 号KM200310016072; KZ200410016017 。 2 试验装置与试验方法 2. 1 试验用膜 试验用膜为微滤膜和超滤膜 。其中微滤膜分为 无机微滤膜 陶瓷膜 和有机微滤膜 。无机微滤膜为 非对称式多孔道陶瓷膜; 有机微滤膜为中空纤维膜。 两类膜的技术参数见表 1。 表 1 试验用膜基本参数 项目 陶瓷膜 微滤 CMF-M -200 有机膜 超滤 FL5003 -LT 有机膜 微滤 FL5003 -LT-M 纯水通量 L m- 2h- 1 800 0. 1 MPa102 0. 2 MPa180 0 . 15 MPa 制造材料α -Al2O3 ZrO2聚丙烯腈聚丙烯腈 膜表面孔径 nm20080 000 MWCO200 膜组件长度 mm1 000380380 膜表面积 m2 0 . 220. 2470. 247 膜组件外径 mm301 . 5 膜丝外径1 . 5 膜丝外径 膜通道内径 mm40 . 9 膜丝内径0 . 9 膜丝内径 适用 pH 值范围1～ 145. 5 ～ 9. 55. 5 ～ 9 . 5 2. 2 试验装置 试验装置如图 1 所示。膜的操作方式为错流过 73 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 THE APPLICATION OF WAVELET ANALYSIS IN PM10 TIME SERIES OF CONCENTRATION Chen Liu Ma Guangda 61 Abstract In illustration of the PM10 time series of daily average concentration in Xi anCity, the yearly change trend of PM10 time series and jump features of the variations are analyzed using the wavelet decomposition and reconstruction. The study shows that wavelet trans can clearly demonstrate the features of air pollutant time series of concentration. Keywords wavelet analysis, decomposition and reconstruction, PM10 and time series DETERMINATION OF CODCrIN CHEMICAL WASTEWATER CONTAINING HIGH CHLORINE BASED ONM-ESTIMATIONLi Feng He Linyu 64 Abstract Contrast tests have shown that chlorine calibration can eliminate the interference of high content of Cl - in the determination of CODCr.In fact, so far as specific high chlorine wastewater is concerned, to it has been found that the CODCris related to Cl-content in actual samples. Making use of CODCrdetermined by national standard and Cl-content in wastewater samples can give expression to CODCr determined by chlorine correction . The calibration equation can be obtainedwithM-estimationand least square respectively . What smore, the results of the test show that the er can be an improvement on the latter for the system with individual abnormal values. Keywords chemical wastewater containing high chlorine, CODCr, determination and M -estimation COMPREHENSIVE INTEGRATION OF LAKE EUTROPHICATION CONTROL TECHNIQUE Mao Guozhu LiuYong Guo Huaicheng et al 65 Abstract Eutrophication of lakesthat is condensationof the natural evolutionof lakesis caused by human social activities. However, there is a long way to recover the water quality and repair the ecological system which has been damaged by lake eutrophication. From the view of comprehensive integration, the techniques of lake eutrophication control may be integrated. , which starts with the data analysis, modeling integration and technique uation, makes the decisionof program by the way of human -computer combination and intercourse. The integration is good to per the overall and long term efficiency of the techniques, which provides a scientific basis for the management of the lakes. Keywords lake, eutrophication, technique and overall integration THE QUANTITATIVE ASSESSMENT OF CLEAN PRODUCTION BY AN ACTUAL PROJECTShu Xingwu 68 Abstract A quantitative assessment of clean production was introduced according to an actual project. Based on certain assessment standard values andweight values of sorting the assessment targets, the marked and graded all the assessment targets scientifically and displayed the extent of clean production directly and quantitatively by the magnitude of total mark. Keywords environment impact assessment, clean production and assessment target APPLICATION OF BAMBOO VINEGAR IN COMPOSTING Wang Dunqiu Zhao Min Pan Sheng 70 Abstract The static aerobic composting testwas made with straw, sawdust and pig dung as the raw materials and using bamboo vinegar as the additive. Changes in temperature, pH, organic matter, total nitrogen during composting were analyzed to study the acceleration effect of different bamboo vinegar concentration on composting. The analysis of the decomposed compost shows that the proper concentration of bamboo vinegar can accelerate the activation of microorganism, shorten the time of reaching the higher temperature. Comparedwith the blank pile, N -loss of the piles with bamboo vinegar can be reduced by 10. Keywords bamboo vinegar, pig dung, composting and study EXPERIMENT ON FEASIBILITY OF DIRECT FILTRATION OF WASTEWATER BY MEMBRANE Hao Xiaodi Li Huihai Chen Xinhua 73 Abstract The experiment was intended with membrane separation to trap pathogens and viruses and keep nutrient elements in domestic wastewater for the purposes of bothwater and nutrient reuses. The experimental results indicated that both micro -filtration and ultra -filtration were good enough to trap bacteria and or fecal coli removal efficiency 99. 9～ 99. 999and that organic matter of 32～ 67, nitrogen of 72～ 78 and phosphorus of 60～ 62 in raw wastewater could be kept. When irrigating wheat, the permeate could increase the wheat production by 13 and 7. 5 compared with tap water and tap water plus chemical fertilizer. Keywords reuse of wastewater, membrane filtration, micro -ultra -filtration, cross -flow and irrigation TREATMENT OF CAR -COATING WASTEWATER BY BIOLOGICAL AERATED FILTER Zhu Lehui Fu Chaochen 76 Abstract Biological aerated filter BIOFORis used to treatwastewater of cat-coating in Jiangling GroupCo . , Ltd, and a good effect is 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 1,Feb. , 2006