廚余垃圾好氧堆肥過程腐殖質(zhì)變化規(guī)律研究【開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文系列</b></p><p><b>　　開題報(bào)告</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　廚余垃圾好氧堆肥過程腐殖質(zhì)變化規(guī)律研究</p><p>　　一、選題的背景與意義</p><

2、;p>　　廚余垃圾是家庭、賓館、飯店及機(jī)關(guān)企事業(yè)等所產(chǎn)生的食物殘余的通稱。與其他垃圾相比，具有水分、有機(jī)物、油脂及鹽分含量高，易腐爛、營養(yǎng)元素豐富等特點(diǎn)。其高達(dá)70%的含水量不能滿足垃圾焚燒的發(fā)熱量要求；如果填埋則會產(chǎn)生大量滲濾液以及惡臭問題，因而也不利于填埋；焚燒和填埋還會造成有機(jī)物質(zhì)的大量浪費(fèi)。</p><p>　　廚余垃圾好氧高溫化堆肥是一種有發(fā)展前景的新處理方法。相比傳統(tǒng)堆肥處理工藝的投資大，生產(chǎn)周

3、期長和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等特點(diǎn)，高溫好氧堆肥處理工藝不僅能提高降低投資、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高堆肥處理工藝?yán)脙r值，還有利于增加堆肥處理工藝在城市垃圾處理中的應(yīng)用比重，進(jìn)而節(jié)省資源、降低環(huán)境污染。</p><p>　　廚余垃圾高溫好氧堆肥過程可以看成是垃圾腐殖化的一個快速進(jìn)程，垃圾中的大分子有機(jī)物在高溫有氧情況下，被微生物有效降解成為相對穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。而腐殖質(zhì)的生成及動態(tài)變化與堆肥的穩(wěn)定性、腐熟程度密

4、切相關(guān)。腐熟度高的堆肥不但可以改良土壤，促進(jìn)土壤中磷的活化性，減少土壤養(yǎng)分淋洗，增強(qiáng)植物對土壤中養(yǎng)分的吸收，還可以有效地轉(zhuǎn)換重金屬形態(tài)，鈍化、固定重金屬，降低其有效性。但未腐熟的堆肥進(jìn)入土壤后，由于有機(jī)物的強(qiáng)烈分解，會大量消耗根際土壤中的氧氣，且產(chǎn)生有機(jī)酸等物質(zhì)，抑制植物生長。所以，分析堆肥腐殖質(zhì)的生成及動態(tài)化對于促進(jìn)堆肥效果以及改良土壤等具有重要意義。</p><p>　　堆肥過程中產(chǎn)生的腐殖質(zhì)包括胡敏酸（HA

5、,只溶于堿而不溶于酸)﹑富里酸(FA,既溶于酸又溶于堿)和胡敏素（既不溶于酸又不溶于堿)，其中HA與FA是腐殖質(zhì)中起主要作用的兩種物質(zhì)。胡富比（H/F）則作為判斷腐熟度的重要依據(jù)之一。胡敏素則是堆肥降解過程中產(chǎn)生的小分子、難降解的惰性腐殖質(zhì)。為了有效研究廚余垃圾好氧高溫堆肥過程中物料腐殖化過程，本次畢業(yè)論文將選取胡敏酸(HA)﹑富里酸(FA)﹑胡敏素等參數(shù)作為直接研究對方，探討其濃度或量與堆肥時間變化規(guī)律。與此同時，考慮與腐殖化相關(guān)參數(shù)

6、含水率﹑TOC﹑水溶性有機(jī)碳﹑pH﹑水溶性氮等，研究其對腐殖化過程的影響。</p><p><b>　　二、研究的基本內(nèi)容</b></p><p>　　1.掌握好氧堆肥的基本原理，了解好氧堆肥過程控制因素﹑影響因子；</p><p>　　2.了解廚余垃圾的物理﹑化學(xué)性質(zhì),掌握固體樣品取樣﹑破碎方法,掌握固體樣品前處理步驟和方法；</p&g

7、t;<p>　　3.熟練掌握腐殖質(zhì)(腐殖酸﹑富里酸﹑胡敏酸﹑水溶性腐殖酸﹑游離腐殖酸等)的測定方法及表征；</p><p>　　4.能夠準(zhǔn)確分析腐殖化過程及相關(guān)參數(shù)隨堆肥時間的演變規(guī)律；</p><p>　　5.能夠準(zhǔn)確分析相關(guān)影響因子對廚余垃圾高溫好氧堆肥腐殖化過程的影響。</p><p>　　三、研究方法與技術(shù)路線</p><p

8、><b>　?。?）研究方法：</b></p><p>　　自行設(shè)計(jì)廚余垃圾高溫堆肥處理設(shè)備；選取寧大學(xué)生食堂里產(chǎn)生的廚余垃圾作為好氧堆肥的原料，利用太陽能加熱，鼓風(fēng)機(jī)輸氧實(shí)現(xiàn)高溫好養(yǎng)堆肥。主要任務(wù)為：研究好氧堆肥中各類腐殖質(zhì)的生成動態(tài)及其變化規(guī)律。</p><p><b>　　（2）技術(shù)路線</b></p><p>

9、;<b>　　四、計(jì)劃進(jìn)度：</b></p><p>　　2010年11月26日――2010年12月15日，完成開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述，進(jìn)行開題；      2010年12月16日――2011年5月6日，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和加工，實(shí)驗(yàn)的開展，數(shù)據(jù)的處理以及論文的撰寫;      2011年5月

10、7日――2011年5月12日，完成論文的撰寫工作，定稿，準(zhǔn)備答辯;      2011年5月13日，答辯。</p><p><b>　　五、主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 賀琪, 李國學(xué), 張亞寧,等.高溫堆肥過程中的氮素?fù)p失及其變化規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,24(1):169～17

11、3.</p><p>　　[2] 魏自民,王世平,席北斗,等.生活垃圾堆肥過程中腐殖質(zhì)及有機(jī)態(tài)氮組分的變化[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,27(2) :235～240.</p><p>　　[3] 張雪英,黃煥忠,周立祥.堆肥處理對污泥腐殖物質(zhì)組成和光譜學(xué)特征的影響[J].環(huán)境化學(xué),2004,23(1):96～101.</p><p>　　[4] 唐景春,孫青,王如

12、剛,等.堆肥過程中腐殖酸的生成演化及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治,2010.5,32(5):73～78.</p><p>　　[5] 袁忠偉,孫力平,路遠(yuǎn),等.草炭腐殖酸的提取研究[J].市政術(shù),2008,26 (2):154～156.</p><p>　　[6] 熊雄,李艷霞,韓杰,等.堆肥腐殖質(zhì)的形成和變化及其對重金屬有效性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,26(6):2

13、137～2142. </p><p>　　[7] 李吉進(jìn),郝晉珉,鄒國元,等.高溫堆肥碳氮循環(huán)及腐殖質(zhì)變化特征研究[J].生態(tài)環(huán)境,2004,13(3):332～334．</p><p>　　[8] 路遠(yuǎn),孫力平,王建偉,等.腐殖酸純度測定及影響因素分析[J].市政技術(shù),2008.3,26(2):160～162.</p><p>　　[9] 單德臣, 張多英,王帥,

14、等.牛糞堆肥腐殖質(zhì)的動態(tài)變化研究[J].污染防治技術(shù),2010.6,23(3):11～14.</p><p>　　[10] Bruno O.Dias, Carlos A.Silva, Fabio S.Higashikawa, etal. Use of biochar as bulking agent for the composting of poultry manure：Effect on organic ma

15、tter degradation and humification [J]. Bioresource Technology, 2010, 101(4):1239～1246.</p><p>　　[11]M.A. Sanchez-Monedero, A.Roig, J.Cegarra, et al. Relationships between water-soluble carbohydrate and pheno

16、l fractions and the humification indices of different organic wastes during composting [J]. Bioresource Technology, 1999.12, 70(2):193～201.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　

17、　環(huán)境工程</b></p><p>　　高溫好氧堆肥過程腐殖質(zhì)變化規(guī)律及相關(guān)性質(zhì)研究</p><p>　　摘要：廚余垃圾含水率高，有機(jī)質(zhì)含量高，不利于填埋處理和焚燒處理，當(dāng)前比較有前景的處理方式為高溫好養(yǎng)堆肥處理，該技術(shù)投資低、周期短、效果好。堆肥產(chǎn)物主要為腐殖質(zhì)類物質(zhì)，其主要成分為胡敏酸（HA）和富里酸(FA)。其中胡敏酸對于土壤改良、固化土壤中重金屬等領(lǐng)域具有十分有效地作用

18、。隨著腐殖化的進(jìn)行，堆肥中胡富比（HI）逐漸提高，大分子有機(jī)物分解并生成較為穩(wěn)定的胡敏酸；堆肥過程中會有碳氮損失，碳會轉(zhuǎn)化為二氧化碳排放，而氮以氨的形式釋放；而性質(zhì)較為活潑的DOC也會隨著腐殖過程進(jìn)行呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。腐熟度高的堆肥產(chǎn)品對于土壤改良、碳氮磷等營養(yǎng)元素的活化、重金屬鈍化以及理化性質(zhì)的保持均具有顯著效果，但腐熟度低的卻產(chǎn)生反作用，因此，研究腐熟度對于堆肥效果具有十分重要的意義。</p><p>

19、　　關(guān)鍵字：廚余垃圾；高溫好養(yǎng)堆肥；腐殖質(zhì)；胡敏酸；腐熟度</p><p><b>　　1.前言</b></p><p>　　廚余垃圾是指餐飲業(yè)單位，企事業(yè)單位、學(xué)校、食堂等產(chǎn)生的食物殘?jiān)蛷U料，俗稱泔腳、泔水或潲水。廚余垃圾以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等有機(jī)物質(zhì)為主要成分，具有含水率高、油脂、鹽分含量高、易腐發(fā)酵發(fā)臭等特點(diǎn)。由于其含水率可高達(dá)709%，不能滿足焚

20、燒處理的發(fā)熱量要求，如果采用填埋處理技術(shù)，則會產(chǎn)生大量垃圾滲濾液和惡臭，所以以上兩種技術(shù)均不能滿足對于廚余垃圾的有效處理。目前，高溫好養(yǎng)堆肥技術(shù)是廚余垃圾處理領(lǐng)域最有前景的技術(shù)之一，其相比傳統(tǒng)堆肥處理工藝的投資大，生產(chǎn)周期長和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等特點(diǎn)，高溫好氧堆肥處理工藝不僅能提高降低投資、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高堆肥處理工藝?yán)脙r值，還有利于增加堆肥處理工藝在城市垃圾處理中的應(yīng)用比重，進(jìn)而節(jié)省資源、降低環(huán)境污染[1]。&l

21、t;/p><p><b>　　2.堆肥產(chǎn)物</b></p><p>　　堆肥處理是城市生活垃圾資源化處理的重要方式之一，堆肥后的產(chǎn)品含有大量的胡敏酸類、富里酸類、N、P等礦質(zhì)元素。堆肥產(chǎn)品培肥土壤后，對土壤的理化性質(zhì)及生物學(xué)特性具有十分重要的影響，并且對作物的生長發(fā)育具有積極的作用[2]。</p><p><b>　　2.1腐殖質(zhì)<

22、/b></p><p>　　腐殖質(zhì)是堆肥主要產(chǎn)品之一，是一種黑色或棕色膠體。主要由碳、氫、氧、氮、磷、硫、鈣等元素構(gòu)成，其中碳約50％，氮占3 ~ 6 ％，氫占3 ~ 6 ％，氧占30 ~ 40％，灰分占 0.6% ，構(gòu)成腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)體主要有芳香核 (多元酚)、雜環(huán)態(tài)氮及糖類殘?bào)w等三類[4]。腐殖質(zhì)包括胡敏酸（HA，即腐殖酸）、富里酸（FA，即富啡酸）、胡敏素等組分。</p><p>

23、;<b>　　2.2腐殖酸</b></p><p>　　腐殖酸是堆肥過程中生成的最具代表性的次生產(chǎn)物。它是一種溶于稀堿而不溶于稀酸的棕褐色的天然有機(jī)高分子化合物，廣泛存在于土壤、河湖海沉積物以及風(fēng)化煤、褐煤、泥炭中，占土壤和水圈生態(tài)體系總有機(jī)質(zhì)的50％~80％[5]。含碳和氮的數(shù)量稍高于富啡酸，而氫、氧則相對較低。分子量較大，芳化度高而離解度較小。其穩(wěn)定性很強(qiáng)，平均停留時間可達(dá)80～3000

24、年。根據(jù)腐殖酸溶解性的不同，可將腐殖酸分為溶于水的水溶性腐殖酸、溶解于堿液的游離性腐殖酸以及不溶于堿，而能與鈣鎂離子發(fā)生絡(luò)合的結(jié)合性腐植酸[9]。</p><p><b>　　2.3富里酸</b></p><p>　　顏色較淺，多呈黃色。主要由碳、氫、氧和氮等元素構(gòu)成，碳?xì)浔戎递^低。分子結(jié)構(gòu)方面芳香核的聚合度較小，官能團(tuán)中酚羥基和甲氧基的數(shù)目比較多。溶解能力強(qiáng)，移動性

25、大，對某些土壤的淋溶和淀積起很大的作用。</p><p><b>　　2.4胡敏素</b></p><p>　　胡敏素又稱“黑腐酸 ”，為腐殖質(zhì)中與土壤礦物質(zhì)結(jié)合最緊密的組分。黑色，分子量小，， 具有在任何pH條件下的溶液中都不溶解及大分子結(jié)構(gòu)的特性，并呈現(xiàn)不均一性，被認(rèn)為是土壤中的惰性物質(zhì)[8]，最難分解。</p><p><b>

26、　　3.堆肥</b></p><p><b>　　3.1堆肥過程</b></p><p>　　堆肥過程中，有機(jī)物在微生物作用下發(fā)生著復(fù)雜的分解轉(zhuǎn)化，一方面碳素在快速分解，另一方面分解產(chǎn)物在微生物的作用下，又重新合成新的腐殖質(zhì)物質(zhì)。腐殖質(zhì)物質(zhì)的含量是堆肥腐熟度的重要指標(biāo)之一[10]。</p><p>　　堆肥過程中，一部分腐殖酸是在堆

27、肥過程中新生成的， 另一部分腐殖酸是由堆肥原料中原有腐殖酸逐漸演化而成的[11]。 </p><p>　　堆肥腐殖化過程與土壤腐殖化過程相近，是土壤腐殖化的一個快速過程，但2者又不完全相同。土壤中的腐殖酸較為“成熟”， 而堆肥中的腐殖酸則相對“稚嫩”。與長期腐化土壤相比，堆肥腐殖化水平較低，堆肥腐殖酸的氧化程度及其功能基團(tuán)的酸勢值較低，但含有較高的脂肪族化合物、含氮化合物等[11]。</p><

28、;p>　　3.1.1 堆溫變化</p><p>　　對于堆肥系統(tǒng)而言，溫度是影 響微生物活動和堆肥工藝過程的重要因素。一般研究認(rèn)為， 堆肥化過程中堆體溫度變化主要有3個階段，分別為升溫階段、高溫階段和冷卻后熟階段。高溫階段是堆肥化處理的關(guān)鍵階段，大部分有機(jī)物在此過程中氧化分解，堆肥物料中幾乎所有的病原微生物在此過程中被殺死而達(dá)到穩(wěn)定化[12]。</p><p>　　3.1.2 C、N

29、循環(huán)過程</p><p>　　堆肥是利用微生物分解和轉(zhuǎn)化原料中的可降解有機(jī)物產(chǎn)生二氧化碳、水及熱量的過程， 堆肥材料中碳素物質(zhì)主要用于微生物活動的能源和碳源。在堆肥過程中，微生物首先利用簡單、易降解的有機(jī)物進(jìn)行新陳代謝和礦化。這些有機(jī)物主要包括可溶糖、有機(jī)酸和淀粉。在堆肥初期，全碳含量急速下降，說明微生物活動旺盛，使易降解有機(jī)物迅速分解，生成二氧化碳和水，揮發(fā)至空氣中。之后，隨著堆體溫度的升高，微生物開始利用纖維

30、素、半纖維素和木質(zhì)素等較難分解的物質(zhì)，全碳含量緩慢下降，至二次發(fā)酵時期達(dá)到穩(wěn)定[13]。盧麗蘭等研究發(fā)現(xiàn)，不同的銅、鋅比會對有機(jī)碳分解速率產(chǎn)生影響，銅比例越高，有機(jī)碳分解越緩慢；鋅比例越高，有機(jī)碳降解越快。這是由于銅、鋅濃度大小會對糞肥中的微生物的活性產(chǎn)生影響，高濃度的銅對生物產(chǎn)生毒性作用，從而抑制它的活性，而適合的高濃度鋅對微生物的活 性起到促進(jìn)作用[14]。</p><p>　　堆肥中氮素的轉(zhuǎn)化主要包括氮素的

31、固定與釋放。從多數(shù)研究報(bào)道中可看出，堆肥結(jié)束后，氮素均有不同程度的損失，魏自民等通過對生活垃圾堆肥的研究表明，氮素的損失主要出現(xiàn)在堆肥的0 ~ 35 d ，這是因?yàn)槲⑸锏拇罅糠敝?，促使了含氮有機(jī)物的快速降解，而產(chǎn)生的大量銨態(tài)氮不能及時轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮或不能及時為微生物利用[2]。</p><p>　　堆肥過程中全碳、全氮量均在不同程度的減小，不過與全碳的下降趨勢相比，全氮的下降趨勢較小。因此，堆肥的C/N比呈逐漸減

32、小趨勢，C/N比的減小表明堆肥向著穩(wěn)定化、腐熟化、無害化方向演變，但氮含量的減少同時也意味著營養(yǎng)元素的損失，應(yīng)采取措施加以避免[13]。</p><p>　　3.1.3 HA、FA變化過程</p><p>　　堆體腐殖酸在微生物的作用下，處于合成與分解的過程同時進(jìn)行劇烈的活動，不如土壤腐殖酸那樣穩(wěn)定，由于原有腐殖質(zhì)存在著不同程度的礦化，因此其總量在整個過程中是逐漸減少的。</p>

33、;<p>　　張雪英等通過對堆肥腐殖質(zhì)光學(xué)特性的研究，解釋了堆肥過程中HA、FA的含量以及結(jié)構(gòu)變化。研究表明，隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)組分里可以提取的HA濃度明顯提高，芳化程度加深；同時，經(jīng)過堆制以后，F(xiàn)A中大分子物質(zhì)的含量下降，而小分子量物質(zhì)的含量在堆制前后沒有明顯的變化。隨著堆制時間的延長，HA中不飽和結(jié)構(gòu)的多聚化和聯(lián)合程度明顯增大。經(jīng)過堆制以后，HA形成更多結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的物質(zhì)，總量增大；而FA中分子結(jié)構(gòu)變得更簡單，芳構(gòu)化程度

34、下降[13]。此變化與之前學(xué)者研究情況相符，F(xiàn)A因此在活化土壤元素或?qū)τ袡C(jī)和無機(jī)污染物在環(huán)境中遷移的影響要比胡敏酸強(qiáng)得多。</p><p>　　胡富比（HI）是腐殖質(zhì)中胡敏酸量與富里酸量的比值，即腐殖化指數(shù)，是判斷腐熟度的重要依據(jù)之一，所有研究均表明，在堆肥進(jìn)行過程中，HI是值呈現(xiàn)增加趨勢。由于堆肥前期與后期，HI增幅較為平緩，而在堆肥中期高溫階段，HI增幅較大。</p><p>　　3.

35、1.4水溶性有機(jī)碳的變化</p><p>　　在堆肥初始階段，溫度迅速升高， 污泥中的DOC逐漸被微生物分解和利用， 因此 DOC含量迅速降低；但進(jìn)入高溫期后，堆體溫度較高，污泥中易分解的脂肪和碳水化合物等有機(jī)物被微生物降解，而且降解速度較快，因此DOC含量迅速升高；此后，隨著有機(jī)物分降速度的減慢，且部分DOC又被微生物利用，使 DOC含量又逐漸降低[16]。</p><p>　　3.1.

36、5游離性腐殖酸和水溶性腐殖酸的變化</p><p>　　游離腐殖酸占總腐殖酸的比率以及游離腐殖酸占總有機(jī)碳比率的下降，說明在堆肥過程中，游離腐殖酸不穩(wěn)定，易被微生物降解。水溶性腐殖酸雖然只占腐殖酸的一小部分 ， 但它是腐殖酸中最活躍、最有效的組分。堆肥過程中，水溶性腐殖質(zhì)含量下降，但其占游離腐殖酸、總腐殖酸、總有機(jī)碳的比率卻呈先略有下降而后迅速增加趨勢。這是由于在堆肥過程中，大分子的腐殖酸不斷被分解成水溶性的小分

37、子的腐殖酸，源源不斷地補(bǔ)充著被分解的水溶性腐殖酸。其水溶性腐殖酸與游離腐殖酸、總腐殖酸、總有機(jī)碳比率上升，說明堆肥過程中水溶性腐殖酸含量相對穩(wěn)定，腐殖酸活性提高，有效成分增加[10]。</p><p><b>　　3.2腐熟度</b></p><p>　　3.2,1判斷腐熟度重要性</p><p>　　城市垃圾中含有大量營養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)，是一種

38、潛在的有機(jī)肥源，經(jīng)過堆肥后可以作為土壤改良劑。堆肥過程中有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下分解、腐熟轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿?。作為有機(jī)肥不僅可以提高作物產(chǎn)品和品質(zhì)，而且可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)。但未腐熟的城市污泥施入土壤后，由于其有機(jī)物的強(qiáng)烈分解，會大量消耗根際土壤中的氧氣，并產(chǎn)生有機(jī)酸等有毒物質(zhì)，抑制作物生長[16]。因此，判斷堆肥腐熟度對于堆肥的使用效果至關(guān)重要。</p><p>　　3.2.2腐熟度判斷依據(jù)</

39、p><p>　　傳統(tǒng)用作腐熟度判斷依據(jù)的主要有C/N比、HI和HM（總腐殖質(zhì)）量。</p><p>　　但由于堆肥原料中原有碳氮比不同，因而采用C/N比作為判斷依據(jù)受到許多學(xué)者的質(zhì)疑。堆肥過程中HI呈現(xiàn)不斷增大趨勢，因此，學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)可采用HI比作為堆肥處理過程中堆肥腐殖化判斷依據(jù)。</p><p>　　此外，在堆肥過程中，微生物不能直接利用有機(jī)物料中的固相成分，需要通

40、過分泌胞外酶將物料中的可降解成分水解成水溶性成分才能被利用。因此，一些學(xué)者主張通過物料浸提液中的 DOC含量來判斷堆肥的腐熟度[16]。</p><p><b>　　4.腐殖質(zhì)用途</b></p><p>　　腐殖質(zhì)是植物必需營養(yǎng)元素的主要來源，可促進(jìn)植物和微生物的生理活性，增加土壤蓄水、保水和保肥能力，促進(jìn)土壤良好結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤的緩沖性和酸堿性，同時還能絡(luò)合土

41、壤中的重金屬離子，消除土壤中農(nóng)藥的殘毒[3]。</p><p>　　4.1腐殖酸改良土壤</p><p>　　首先腐殖酸對增強(qiáng)土壤肥力和改良土壤結(jié)構(gòu)有良好的作用?？梢詼p少土壤對可溶性磷的固定，提高磷肥利用率 ，促使土壤微量元素的活化；與一些難溶鹽形 態(tài)存在的微量元素形成絡(luò)合物，溶于水被作物吸收；促進(jìn)土壤團(tuán)粒的形成，有利于土壤中水、肥、氣、熱狀況的調(diào)節(jié)；促進(jìn)土壤微生物的活性[6]。 <

42、;/p><p>　　腐殖酸還可以抑制有害真菌的生長，而對有害真菌的抗性菌則沒有影響[11]。</p><p><b>　　4.2鈍化重金屬</b></p><p>　　堆肥腐殖酸可以通過與Fe、Cu形成復(fù)合體來增加土壤對金屬離子的吸附作用。腐殖酸對重金屬具有強(qiáng)烈吸附作用，向沉積物中投加堆肥腐殖酸可以增加重金屬向水中釋放[11]。高衛(wèi)國等學(xué)者研究證明

43、，添加腐殖酸可以土壤中鉛鋅的生物有效性，而且對鉛的固定效果要好一些[17]。充分利用堆肥過程形成的穩(wěn)定腐殖質(zhì)，控制城市污泥及畜禽糞便土地利用時重金屬的污染風(fēng)險將是未來研究的一個熱點(diǎn)[18]。</p><p><b>　　4.3其他用途</b></p><p>　　此外，腐殖酸的廣泛的用途，已應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)等各個方面。由于腐殖酸具有較強(qiáng)的離子交換能力、

44、吸附能力和脫除雜質(zhì)能力，而且原料來源廣泛，制造簡單，生產(chǎn)成本低。使用安全方便，還可以再生回用。因此，在處理工業(yè)廢水、廢氣等方面的應(yīng)用日益受到各國廣泛關(guān)注。近十年來，它作為廢水廢氣凈化劑。作為脫臭劑等在國內(nèi)外都進(jìn)行了大量的研制工作。作為一種新型天然水處理劑，腐植酸的開發(fā)利用前景將是非常廣闊的[7]。</p><p><b>　　5. 前景與展望</b></p><p>

45、　　綜上所述，腐殖質(zhì)是自然界中廣泛存在的，性質(zhì)相對穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)，作為介質(zhì)，對于土壤養(yǎng)分活化、理化性質(zhì)保持以及重金屬鈍化具有重要作用。而垃圾堆肥過程正是腐殖質(zhì)快速生成的過程，該過程不僅僅解決了含水多、有機(jī)物豐富的廚余垃圾處理問題，同時產(chǎn)生了大量有機(jī)腐殖質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了資源再利用。目前市場推廣中存在的主要問題是堆肥產(chǎn)物的穩(wěn)定性以及腐熟度欠佳，作為土壤調(diào)節(jié)料，不穩(wěn)定的堆肥產(chǎn)物以及為腐熟的產(chǎn)物會產(chǎn)生截然相反的作用效果，不僅消耗土壤中的氧氣，而且產(chǎn)生有

46、害的有機(jī)酸等污染土壤。因此未來的研究方向要解決的問題是堆肥產(chǎn)物的效益最大化以及堆肥腐殖質(zhì)的市場推廣。同時需要繼續(xù)開發(fā)腐殖酸等在環(huán)保、醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，做到市場最大化、效益最大化。保證了堆肥產(chǎn)物市場穩(wěn)定有利于堆肥處理技術(shù)的推廣與大規(guī)模應(yīng)用，提高堆肥處理技術(shù)在固廢處理領(lǐng)域中所占比重。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 石文軍

47、,楊朝暉,孫珮石,等.全程高溫好養(yǎng)堆肥快速降解城市生活垃圾[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009,29(10):2126～2133.</p><p>　　[2] 魏自民,王世平,席北斗,等.生活垃圾堆肥過程中腐殖質(zhì)及有機(jī)態(tài)氮組分的變化[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,27(2):235～240.</p><p>　　[3] 李文芳,卜曉英,黃美娥,等.土壤腐殖質(zhì)的降解及其結(jié)構(gòu)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2

48、005，33(3):494～495. </p><p>　　[4] 劉湛,成應(yīng)向,向仁軍.腐殖質(zhì)類物質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能研究進(jìn)展[J].科技資訊，2006(22):27.</p><p>　　[5] 牛育華,李仲謹(jǐn),郝明德,等.腐殖酸的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(11):4638～4639,4651.</p><p>　　[6] 馬懷良,許修宏.不同

49、C／N對堆肥腐殖酸的影響[J].中國土壤與肥料.2009(6):64～73.</p><p>　　[7] 袁忠偉,孫力平,路遠(yuǎn),等.草炭腐殖酸的提取研究[J].市政術(shù),2008,26 (2):154～156.</p><p>　　[8] 王玉軍,竇森,張晉京.農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥過程中腐殖質(zhì)組成變化[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,37(8):79～81. </p><p&

50、gt;　　[9] 路遠(yuǎn),孫力平,王建偉等.腐殖酸純度測定及影響因素分析[J].市政技術(shù),2008.3,26（2）：160～162.</p><p>　　[10] 單德臣,張多英,王帥,等.牛糞堆肥腐殖質(zhì)的動態(tài)變化研究[J].污染防治技術(shù)，2010.6,23(3):11～14.</p><p>　　[11] 唐景春,孫青,王如剛,等.堆肥過程中腐殖酸的生成演化及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與

51、防治,2010.5,32(5):73～78.</p><p>　　[12] 尹永強(qiáng),何明雄,韋崢宇.堆肥腐熟機(jī)理研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(23)：10053～10055,1005. </p><p>　　[13] 李吉進(jìn),郝晉珉,鄒國元,等.高溫堆肥碳氮循環(huán)及腐殖質(zhì)變化特征研究[J].生態(tài)環(huán)境,2004,13(3):332～334．</p><p&g

52、t;　　[14] 盧麗蘭,王旭東,孟杰.雞糞腐解過程中不同溶性腐殖質(zhì)的動態(tài)變化[J]. 中國土壤與肥料,2009(6)：57～63.</p><p>　　[15] 張雪英,黃煥忠,周立祥.堆肥處理對污泥腐殖物質(zhì)組成和光譜學(xué)特征的影響[J].環(huán)境化學(xué),2004,23(1):96～101.</p><p>　　[16] 鄭國砥,陳同斌,高定,等.城市污泥堆肥過程中不同類型有機(jī)物的動態(tài)變化[J]

53、. 中國給水排水,2009,25(11):117～120.</p><p>　　[17] 高衛(wèi)國,黃益宗.堆肥和腐殖酸對土壤鋅鉛賦存形態(tài)的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2009,3(3):549～554.</p><p>　　[18] 熊雄,李艷霞,韓杰,等.堆肥腐殖質(zhì)的形成和變化及其對重金屬有效性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,26(6):2137～2142.</p>

54、<p>　　[19] Bruno O.Dias, Carlos A.Silva, Fabio S.Higashikawa, etal. Use of biochar as bulking agent for the composting of poultry manure：Effect on organic matter degradation and humification [J]. Bioresource Techno

55、logy, 2010, 101(4):1239～1246.</p><p>　　[20] M.A. Sanchez-Monedero, A.Roig, J.Cegarra, et al. Relationships between water-soluble carbohydrate and phenol fractions and the humification indices of different or

56、ganic wastes during composting [J]. Bioresource Technology, 1999.12, 70(2):193～201.</p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　廚余垃圾好氧堆肥過程腐殖質(zhì)變化規(guī)律研究&

57、lt;/p><p>　　Research on the humus variation during aerobic composting of kitchen waste</p><p>　　廚余垃圾好氧堆肥過程腐殖質(zhì)變化規(guī)律研究</p><p>　　摘要：通過測定廚余垃圾高溫好氧堆肥過程中形成的堆體溫度、pH、胡敏酸、富里酸、有機(jī)質(zhì)、TOC、TN等變化規(guī)律，對堆肥垃

58、圾腐殖質(zhì)變化過程進(jìn)行研究。結(jié)果顯示：在10天的處理過程中，堆體可逐漸達(dá)到較高的溫度并維持?jǐn)?shù)天，含水率下降到60%左右，pH先降后升最終趨向于7；TOC與有機(jī)質(zhì)均下降10%左右；腐殖質(zhì)相對含量從7.9%增至9.2%，前期HA與FA含量交替變化，從第7天開始FA含量減少，HA含量上升，最終HI能夠達(dá)3.05；胡敏素含量下降12.4%。此外通過對比發(fā)現(xiàn)，采用聯(lián)合加熱方式比單獨(dú)采用太陽能加熱方式，供熱效果更佳，腐殖質(zhì)變化規(guī)律更明顯。</p

59、><p>　　關(guān)鍵詞：高溫好氧堆肥；廚余垃圾；腐殖質(zhì)；腐熟度</p><p>　　Research on the humus variation during aerobic composting of kitchen waste</p><p>　　Abstract : By determining the regularity for change of

60、the temperature,pH,humic acid, fulvic acid, organic matter,TOC and TN of the pile which is formed in the high temperature aerobic composting process, do a research on the humification process of the composting. The resul

61、t shows that during the 10-day process, the pile can reach a higer temperature gradually and keep the high temperature for a few days. At the same time, the water ratio decreases to 60%, pH decreases first and then rises

62、 with</p><p>　　Key words：high-temperature; aerobic composting; kitchen garbage; humus; maturity</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　1. 引言4</b></p><p&

63、gt;　　1.1 堆肥定義及產(chǎn)物4</p><p>　　1.1.1 堆肥化定義4</p><p>　　1.1.2 堆肥產(chǎn)物4</p><p>　　1.2 高溫好氧堆肥原理5</p><p>　　1.2.1 好氧堆肥原理5</p><p>　　1.2.2 好氧堆肥過程中堆體溫度變化6</p>&

64、lt;p>　　1.2.3 好氧堆肥過程中的碳氮循環(huán)6</p><p>　　1.2.4 高溫好氧堆肥特點(diǎn)及優(yōu)勢6</p><p>　　1.3 堆肥過程中腐殖質(zhì)變化及其研究現(xiàn)狀7</p><p>　　1.3.1 腐殖質(zhì)變化的反應(yīng)指標(biāo)--腐熟度7</p><p>　　1.3.2 判斷腐熟度的方法依據(jù)7</p><

65、p>　　1.3.3 堆肥過程腐殖質(zhì)的變化7</p><p>　　1.3.4 HA、FA和Hu的變化7</p><p>　　1.3.5 游離性腐殖酸和水溶性腐殖酸的變化8</p><p><b>　　2 材料與方法8</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)備8</b></

66、p><p>　　2.1.1 發(fā)酵倉體8</p><p>　　2.1.2 螺旋推進(jìn)系統(tǒng)8</p><p>　　2.1.3 水浴加熱系統(tǒng)9</p><p>　　2.1.4 通風(fēng)供氣系統(tǒng)9</p><p>　　2.1.5 排液系統(tǒng)9</p><p>　　2.1.6 保溫系統(tǒng)9</p>

67、;<p>　　2.1.7 裝置示意圖9</p><p><b>　　2.2 物料10</b></p><p>　　2.2.1 物料來源與種類10</p><p>　　2.2.2 物料加工與投放10</p><p>　　2.2.3 加料、取樣和通風(fēng)時間的確定11</p><p&g

68、t;　　2.3 技術(shù)路線及說明11</p><p>　　2.3.1 研究方法11</p><p>　　2.3.2 技術(shù)路線11</p><p>　　3 結(jié)果與討論12</p><p>　　3.1 數(shù)據(jù)分析12</p><p>　　3.1.1 溫度12</p><p>　　3.1.2

69、含水率13</p><p>　　3.1.3 PH14</p><p>　　3.1.4 TOC15</p><p>　　3.1.5 TN16</p><p>　　3.1.6 C/N16</p><p>　　3.1.7 陽離子交換容量(CEC）17</p><p>　　3.1.8 HA、

70、FA18</p><p>　　3.1.9 腐殖質(zhì)（HS）18</p><p>　　3.1.10 胡敏素（Hu）19</p><p>　　3.1.11 有機(jī)質(zhì)20</p><p>　　3.2 綜合分析20</p><p>　　3.2.1 堆肥過程整體變化20</p><p>　　3.2

71、.2 腐殖質(zhì)的整體變化規(guī)律20</p><p>　　3.2.3 兩種加熱方式的比較21</p><p><b>　　4 結(jié)論21</b></p><p><b>　　5 建議21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><

72、p><b>　　附錄:25</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　廚余垃圾是生活垃圾中的重要組成部分，每家每戶每天都會產(chǎn)生大量的菜根、剩飯、蛋殼和瓜果皮等廚余垃圾。近十年以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快，小康生活普及千家萬戶，人們追求的更高的生活質(zhì)量，而與此同時所產(chǎn)生的廚余垃圾也日益增多，其總量正在以大約每8%

73、～10%的速度增加，已經(jīng)明顯超過發(fā)達(dá)國家3%～5%的年平均增長速度[1]。我國廚余垃圾通常是與其他生活垃圾混合處理的，由于其本身具有高含水量、高有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)，導(dǎo)致生活垃圾整體含水量和有機(jī)質(zhì)的提高。目前生活垃圾普遍采用的填埋、焚燒等處理方法。就焚燒而言，較高的含水量和有機(jī)質(zhì)含量使得焚燒過程中爐溫大大降低，焚燒不完全易產(chǎn)生二噁英等有毒有害氣體和戴奧辛等有毒塵粒。就填埋而言，如果填埋場地處理不妥善，則會滋生大量蚊蠅，傳播疾病，同時垃圾厭氧發(fā)酵

74、產(chǎn)生的臭氣擴(kuò)散，污染大氣。在國外，廚余垃圾被視作重要的可再生資源，廢物資源再利用已被抬上社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略軌道。廚余垃圾經(jīng)過堆肥發(fā)酵處理，可以產(chǎn)生大量優(yōu)質(zhì)肥料以及沼氣等經(jīng)濟(jì)燃料，不僅可以解決垃圾的處理問題，還可以充分利用廢物再生資源進(jìn)行再生產(chǎn)?，F(xiàn)在，堆肥處理已被視為廚余垃圾處理最具有前景的技術(shù)之一。</p><p><b>　　堆肥定義及產(chǎn)物</b></p><p&g

75、t;<b>　　堆肥化定義</b></p><p>　　堆肥化是在微生物作用下通過高溫發(fā)酵使有機(jī)物礦質(zhì)化、腐殖化和無害化而變成腐熟肥料的過程，在微生物分解有機(jī)物的過程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效態(tài)氮、磷、鉀化合物，而且又合成新的高分子有機(jī)物——腐殖質(zhì)，它是構(gòu)成土壤肥力的重要活性物質(zhì)[2]。按照堆肥溫度可分為一般堆肥和高溫堆肥兩種方式，后者效果較佳。堆肥高溫還可以消滅堆體中的病菌、蟲

76、卵、雜草種子等。</p><p><b>　　堆肥產(chǎn)物</b></p><p>　　堆肥化產(chǎn)物簡稱為堆肥，是一種質(zhì)地疏松，有泥土味的紅褐色物質(zhì)，主要成分是腐殖質(zhì)，包括大量胡敏酸和富里酸，N、P等營養(yǎng)元素含量較高，有很好的肥效，不僅可以改良土壤理化性質(zhì)和生物性質(zhì)，還可以促進(jìn)作物生長，催產(chǎn)豐收。 </p><p>　　腐殖質(zhì)是有機(jī)物在微生物作用下分

77、解生成的黑褐色有機(jī)物，呈酸性，含有大量植物生長所需的營養(yǎng)元素。腐殖質(zhì)在土壤中，受外界環(huán)境影響慢慢分解，分解出植物生長所需的養(yǎng)分，同時還會釋放出二氧化碳供植物光合作用，對植物生長具有積極作用。主要由碳、氫、氧、氮、磷、硫、鈣等元素構(gòu)成，其中碳約50％，氮占3 ~ 6％，氫占3 ~ 6％，氧占30 ~ 40％，灰分占0.6%[3]，其主要組成成分為胡敏酸（HA）和富里酸（FA），二者會在堆肥過程中有量變上的轉(zhuǎn)換。此外，腐殖質(zhì)還可以增加土壤的

78、蓄水保水和保肥能力，保持土壤良性結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)、緩沖土壤酸堿性，同時還能絡(luò)合土壤中的重金屬離子，消除土壤中農(nóng)藥的殘毒[4]。腐殖質(zhì)對于改良土壤理化性質(zhì)、促進(jìn)植物營養(yǎng)吸收都具有非凡的意義，是“土壤肥力指標(biāo)”之一。</p><p><b>　　胡敏酸（HA）</b></p><p>　　胡敏酸是腐殖質(zhì)的重要組成部分之一，是一種溶于稀堿而不溶于稀酸的棕褐色的天然有機(jī)高分子化合物

79、。與FA相比，胡敏酸呈弱酸性，吸收容量較高，分子量較大，芳香度高而解離度小。其穩(wěn)定性很強(qiáng)，平均停留時間可達(dá)80～3000年[5]。土壤中胡敏酸的形成是土壤中木質(zhì)素和它的降解產(chǎn)物（如苯酚、苯醌和更多的復(fù)雜有機(jī)物等），在土壤微生物的作用下，結(jié)合氮化合物（如蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸等），經(jīng)過聚合壓縮而形成[6]。堆肥胡敏酸對土壤的功能與性質(zhì)具有重要的影響，不僅對重金屬具有強(qiáng)烈吸附作用，而且對土壤硝化作用及有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化也顯著影響，還可以抑制有害真

80、菌的生長。</p><p><b>　　富里酸（FA）</b></p><p>　　富里酸與胡敏酸是腐殖質(zhì)的主要成分，是一類既溶于堿溶液又溶于酸溶液的黃褐色天然有機(jī)物。主要由C、H、O、N等元素構(gòu)成，相比胡敏酸，其C、H、N質(zhì)量分?jǐn)?shù)低而O質(zhì)量分?jǐn)?shù)高；富里酸分子量較小、活性大、氧化程度較高，吸收能力弱，溶解能力強(qiáng)，移動性大，可以充分釋放所含礦物元素，對于植物吸收具有重要

81、意義。</p><p><b>　　胡敏素（Hu）</b></p><p>　　胡敏素又稱“黑腐酸”，為腐殖質(zhì)中與土壤礦物質(zhì)結(jié)合最緊密的組分。黑色，分子量小，具有在任何pH條件下的溶液中都不溶解及大分子結(jié)構(gòu)的特性，并呈現(xiàn)不均一性，被認(rèn)為是土壤中的惰性物質(zhì)[7]，很難分解。</p><p><b>　　高溫好氧堆肥原理</b>

82、;</p><p><b>　　好氧堆肥原理</b></p><p>　　好氧堆肥過程中起決定性作用的是好氧微生物的新陳代謝作用。垃圾中的有機(jī)物由水溶性有機(jī)物和不溶性膠體組成，其中的水溶性有機(jī)物透過好氧微生物細(xì)胞膜被好氧微生物直接吸收，而不溶性膠體則會附著在微生物表面，被微生物分泌出的分解酶分解氧化成水溶性的物質(zhì)，并吸收利用。好氧微生物在水分、氧氣充足，pH合適的條件

83、下會通過新陳代謝作用分解有機(jī)物。大部分有機(jī)物被分解成CO2、H2O等小分子無機(jī)物，并放出能量，或被植物自身所利用，或轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)；還有部分有機(jī)物直接轉(zhuǎn)化成微生物內(nèi)細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長增殖；剩下的有機(jī)物則被轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)和堆肥等[8]。</p><p>　　好氧堆肥過程中堆體溫度變化</p><p>　　對于好氧堆肥而言，溫度是微生物活動和工藝效果的重要影響因素。一般研究認(rèn)為，堆肥化過程中

84、堆體溫度變化主要有3個階段，分別為升溫階段、高溫階段和冷卻后熟階段。高溫階段是堆肥化處理的關(guān)鍵階段，大部分有機(jī)物在此過程中氧化分解，堆肥物料中幾乎所有的病原微生物在此過程中被殺死而達(dá)到穩(wěn)定化[9]。</p><p>　　好氧堆肥過程中的碳氮循環(huán)</p><p>　　在好氧堆肥開始階段，好氧微生物碳源主要來自結(jié)構(gòu)簡單、易分解有機(jī)物，如溶糖、有機(jī)酸和淀粉。堆肥前期，好氧微生物代謝旺盛，有機(jī)物降

85、解速率較快，C含量下降迅速。之后，隨著堆體溫度的升高，好氧微生物開始利用纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等較難分解的物質(zhì)，新陳代謝速率放緩，C含量下降緩慢，至二次發(fā)酵時期達(dá)到穩(wěn)定[10]。另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，不同的銅鋅比會對有機(jī)碳分解速率產(chǎn)生不同的影響，銅比例越高，有機(jī)碳分解越緩慢；鋅比例越高，有機(jī)碳降解越快[11]。</p><p>　　氮的轉(zhuǎn)化包含氮的固化與釋放。多數(shù)報(bào)道指出，堆肥過程中有氮素流失現(xiàn)象。學(xué)者分析，這是因

86、為堆肥過程中微生物大量繁殖，促使含氮有機(jī)物大量分解，并生成銨態(tài)氮而不能及時轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮或被植物利用[12]。</p><p>　　堆肥過程中，全碳與全氮量都在減小。相比而言，全碳下降趨勢要大于全氮，因而。隨著堆肥過程的進(jìn)行，C/N比逐漸減小，表明堆肥向著穩(wěn)定化、腐熟化、無害化方向進(jìn)行。不過，全氮的減少意味著氮素流失，在生產(chǎn)中應(yīng)采取適當(dāng)措施加以避免[10]。對此，可以采用外加碳源的方式調(diào)節(jié)C/N比，比如利用添加水葫

87、蘆增大C含量。這種利用生物碳源作為添加劑的方法不僅可以減小堆肥過程中的臭氣臭味，還可以有效地降低N素流失，同時能夠?yàn)槎逊蔬^程提供一個平衡的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)[14]。</p><p>　　高溫好氧堆肥特點(diǎn)及優(yōu)勢</p><p>　　傳統(tǒng)堆肥為厭氧堆肥，利用厭氧微生物無氧呼吸分解有機(jī)物，堆肥與空氣隔絕，過程簡單，控制溫度較低，但工藝周期長，投資較大，且堆肥質(zhì)量較差，同時產(chǎn)生惡臭氣體，難以得到推廣利用。

88、</p><p>　　高溫好養(yǎng)堆肥其相比傳統(tǒng)堆肥處理工藝的投資大，生產(chǎn)周期長和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等特點(diǎn)，不僅投資小、過程清潔、周期較短、產(chǎn)品質(zhì)量高，而且能夠提高堆肥工藝?yán)脙r值，促進(jìn)堆肥工藝在城市垃圾處理中的應(yīng)用，進(jìn)而節(jié)省資源、降低環(huán)境污染[15]。</p><p>　　堆肥過程中腐殖質(zhì)變化及其研究現(xiàn)狀</p><p>　　腐殖質(zhì)變化的反應(yīng)指標(biāo)--腐熟度</p&g

89、t;<p>　　堆肥過程中，有機(jī)物在微生物的作用下分解、腐熟變?yōu)橐子诒恢参镂绽玫母迟|(zhì)，不僅可以改善土壤理化性質(zhì)，還能夠顯著降低重金屬和持久性有機(jī)物的活性，具有極好的解毒能力[7]。然而如果堆肥不完全，堆肥腐熟度不夠，有機(jī)物在進(jìn)入土壤后則會繼續(xù)氧化分解，消耗土壤中的氧氣，同時釋放出有機(jī)酸的有害物質(zhì)，抑制植物的生長[16]，堆肥效果適得其反。因而腐熟度是反映堆肥效果的重要指標(biāo)，是判定堆肥是否向著有利方向進(jìn)行的判定標(biāo)準(zhǔn)。&

90、lt;/p><p>　　判斷腐熟度的方法依據(jù)</p><p>　　傳統(tǒng)用作腐熟度判斷依據(jù)的主要有C/N比、CEC(陽離子交換容量）、HI（HA/FA）和HM（總腐殖質(zhì)）量。但由于堆肥原料中原有碳氮比不同，因而采用C/N比作為判斷依據(jù)受到許多學(xué)者的質(zhì)疑。堆肥過程中HI呈現(xiàn)不斷增大趨勢，因此，學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)可采用HI比作為堆肥處理過程中堆肥腐殖化判斷依據(jù)。</p><p>　

91、　此外，在堆肥過程中，微生物不能直接利用有機(jī)物料中的固相成分，需要通過分泌胞外酶將物料中的可降解成分水解成水溶性成分才能被利用。由此，一些學(xué)者主張通過物料浸提液中的 DOC含量來判斷堆肥的腐熟度[16]。</p><p>　　堆肥過程腐殖質(zhì)的變化</p><p>　　現(xiàn)在已經(jīng)有大量關(guān)于腐殖質(zhì)變化規(guī)律的研究報(bào)告， 不過不同研究者對于堆肥過程中腐殖質(zhì)含量變化有著不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。張雪英等[13]

92、研究發(fā)現(xiàn)，污泥經(jīng)過堆肥腐熟化后，腐殖質(zhì)含量增加了2倍多。而李吉進(jìn)[10]等將雞糞和牛糞混合堆腐后，發(fā)現(xiàn)腐殖質(zhì)總量呈下降趨勢。李國學(xué)[17]等也發(fā)現(xiàn)，豬糞經(jīng)過堆肥處理后，腐殖酸含量下降15%。堆肥原始物料的性質(zhì)差異可能是影響堆肥腐殖化過程的重要因素[18]。</p><p>　　HA、FA和Hu的變化</p><p>　　HA是大小不一的一些列高分子聚合物，性質(zhì)不穩(wěn)定。在堆肥過程中，存在分解

93、和重組的現(xiàn)象，整體趨勢是先迅速增加、再減少、最后緩慢增加。增加的HA，一部分是在堆肥過程中新生成的，另一部分是由堆肥原料中原有HA逐漸演化而成的。</p><p>　　FA分子小、活性大、氧化程度高，性質(zhì)更加不穩(wěn)定，在堆肥過程中其含量是逐漸下降的。</p><p>　　Hu由于性質(zhì)穩(wěn)定，具有任何pH下都不溶解的特性，因此在堆肥前期，Hu分解極為緩慢，逐漸在堆肥中積累，使得其相對含量逐漸上升

94、；中后期的時候，由于具備適宜的水熱條件，Hu也開始逐漸分解，質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸下降（降幅小于FA），但相對含量卻呈現(xiàn)上升的趨勢，說明分解仍較為緩慢，進(jìn)一步證明了其性質(zhì)穩(wěn)定[7]。</p><p>　　游離性腐殖酸和水溶性腐殖酸的變化</p><p>　　游離腐殖酸占總腐殖酸的比率以及游離腐殖酸占總有機(jī)碳比率的下降，說明在堆肥過程中，游離腐殖酸不穩(wěn)定，易被微生物降解。水溶性腐殖酸雖然只占腐殖酸的一

95、小部分，但它是腐殖酸中最活躍、最有效的組分。堆肥過程中，水溶性腐殖質(zhì)含量下降，但其占游離腐殖酸、總腐殖酸、總有機(jī)碳的比率卻呈先略有下降而后迅速增加趨勢。這是由于在堆肥過程中，大分子的腐殖酸不斷被分解成水溶性的小分子的腐殖酸，源源不斷地補(bǔ)充著被分解的水溶性腐殖酸。其水溶性腐殖酸與游離腐殖酸、總腐殖酸、總有機(jī)碳比率上升，說明堆肥過程中水溶性腐殖酸含量相對穩(wěn)定，腐殖酸活性提高，有效成分增加[19]。</p><p>&

96、lt;b>　　材料與方法</b></p><p><b>　　設(shè)備</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)備為臥式螺旋攪拌太陽能好氧堆肥器，通過自行設(shè)計(jì)并委托環(huán)保公司制造。設(shè)備主要有發(fā)酵倉體、螺旋推進(jìn)系統(tǒng)、通風(fēng)供氣系統(tǒng)、水浴加熱系統(tǒng)、排液系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)六部分組成。</p><p><b>　　發(fā)酵倉體</

97、b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)倉體為圓筒式，堆肥工藝為間歇式好氧動態(tài)堆肥。</p><p>　　堆肥連續(xù)進(jìn)、出料，在筒體內(nèi)每日螺旋推進(jìn)一周，持續(xù)幾天完成高溫好養(yǎng)堆肥，始終處于間歇式翻轉(zhuǎn)的動態(tài)過程。筒式的設(shè)計(jì)有利于螺旋推進(jìn)方式的運(yùn)行，筒式筒體的長度可根據(jù)堆肥的期限設(shè)計(jì)長短。筒體正上方設(shè)計(jì)出料口，間距為螺旋旋轉(zhuǎn)一周的推進(jìn)距離，使得不同取樣口分別對應(yīng)不同天數(shù)的堆肥。筒體后端設(shè)置排液口

98、，并設(shè)有閥門，定期派出堆肥滲濾液。為了有利于物料推進(jìn)和滲濾液排放，整個系統(tǒng)相對水平面傾斜1~2°放置。</p><p>　　設(shè)定每天進(jìn)料30kg，堆肥10天，計(jì)算得出筒體直徑D=420mm，筒體長度L=4200mm。</p><p><b>　　螺旋推進(jìn)系統(tǒng)</b></p><p>　　螺旋推進(jìn)系統(tǒng)置于發(fā)酵倉體中，由中心軸和螺旋體兩部

99、分組成。螺旋個數(shù)由堆肥天數(shù)決定，結(jié)合螺旋結(jié)構(gòu)半徑與螺距的關(guān)系，設(shè)計(jì)螺旋個數(shù)為20。螺旋運(yùn)轉(zhuǎn)受電機(jī)控制，電機(jī)配置減速齒輪，控制轉(zhuǎn)速為0.1r/min。螺旋推進(jìn)有兩方面效果：一是按時間推進(jìn)物料，控制堆肥天數(shù)；二是在堆肥過程中起到翻轉(zhuǎn)物料的作用，防止物料因長久堆放導(dǎo)致壓實(shí)而影響通氣，形成厭氧發(fā)酵。</p><p><b>　　水浴加熱系統(tǒng)</b></p><p>　　水浴加

100、熱系統(tǒng)由位于發(fā)酵倉體下方的立方體加熱水箱、太陽能熱水器、電加熱裝置和連接管道組成。加熱水箱上的進(jìn)水口、出水口分別連接太陽能熱水器的熱水管和冷水管。遇到雨雪天氣，太陽能效率低下的時候，可轉(zhuǎn)為利用電加熱裝置連接加熱水箱，保證發(fā)酵倉體內(nèi)的堆肥溫度。在加熱水箱的后端有管道連接自來水口，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和補(bǔ)水；并布置一排小孔以供水箱換水。</p><p><b>　　通風(fēng)供氣系統(tǒng)</b></p>

101、<p>　　本裝置設(shè)計(jì)周邊布?xì)馐酵L(fēng)。體統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、氣流緩沖腔和發(fā)酵倉通風(fēng)口。</p><p>　　風(fēng)機(jī)相關(guān)參數(shù)見下表：</p><p>　　表2-1 風(fēng)機(jī)相關(guān)參數(shù)</p><p>　　氣流緩沖腔位于發(fā)酵倉下方，空氣外源空氣壓縮機(jī)鼓進(jìn)氣流緩沖腔，高壓氣體在緩沖腔內(nèi)緩沖得到控制并均勻擴(kuò)散到堆肥中，不會帶有強(qiáng)有力的沖擊性，或造成局部通風(fēng)強(qiáng)弱不均而影響微生物

102、生長。氣流腔外包發(fā)酵倉下方，空氣通過開設(shè)的氣孔進(jìn)入發(fā)酵倉。發(fā)酵倉內(nèi)纏兩道細(xì)濾網(wǎng)，防止物料深入緩沖層內(nèi)，或堵塞通風(fēng)口。</p><p><b>　　排液系統(tǒng)</b></p><p>　　通風(fēng)供氣系統(tǒng)中的氣流緩沖腔同時具備滲濾液匯集的作用，堆肥過程中產(chǎn)生的堆肥滲濾液通過濾網(wǎng)和倉底小孔進(jìn)入氣流緩沖倉，并在氣流緩沖倉內(nèi)匯集，由于系統(tǒng)傾斜放置，受重力影響，滲濾液在氣流緩沖倉內(nèi)順

103、勢匯集到系統(tǒng)后端，由排液口定期外排，收集在滲濾液發(fā)酵池內(nèi)。同時系統(tǒng)的高溫可使?jié)B濾液在氣流緩沖倉內(nèi)蒸發(fā)，使通風(fēng)保持一定的濕度，提高堆肥效果。</p><p><b>　　保溫系統(tǒng)</b></p><p>　　由于該試驗(yàn)堆肥量少，過程中微生物代謝產(chǎn)生的熱量有限，加上實(shí)驗(yàn)過程中環(huán)境溫度較低，如不采取有效的保溫系統(tǒng)，不僅會導(dǎo)致熱量流失，降低系統(tǒng)堆肥效率，還會影響堆肥的順利進(jìn)行

104、。因而試驗(yàn)中采用外包保溫材料的方法對系統(tǒng)進(jìn)行保溫。保溫材料選用50mm厚的聚氨酯，外圍環(huán)行包裹發(fā)酵倉和加熱水箱。</p><p><b>　　裝置示意圖</b></p><p>　　圖2-1 好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置示意圖</p><p>　　左側(cè)大圖為臥式螺旋攪拌堆肥器設(shè)備圖，右側(cè)小圖中，左邊為太陽能集熱器，右側(cè)為電加熱器，共同組成供能系統(tǒng)。<

105、/p><p><b>　　物料</b></p><p><b>　　物料來源與種類</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)過程中的物料來源都來自第一食堂。物料分為兩種：一種是泔腳，取自食堂用餐后的殘羹剩飯，主要成分是米粒、菜湯、貝殼類、骨頭魚刺等，偶爾來自早餐，還含有蛋殼、豆?jié){、包子等；另一種是廚房加工后的剩菜根葉，主要有白菜、茄子

106、、萵苣、花菜、包心菜等。</p><p>　　物料初始成分見下表：</p><p>　　表2-2 物料初始成分表</p><p><b>　　物料加工與投放</b></p><p>　　剛?cè)』貋淼睦N類呈現(xiàn)多樣化，并且不同種類之間物質(zhì)成分差異較大，因此需要進(jìn)行加工攪拌，使其混合均勻。主要有以下工序：1.將剩菜根葉用菜刀

107、切碎，并充分混勻；2.將取回來的泔腳料經(jīng)行除雜、脫水處理，先用長柄鑷子將其中的聚乙烯袋、筷子等不易分解的成分取出來，然后用漏勺將其舀出，置于不漏水的塑料箱中；3.將切碎混勻后的剩菜根葉倒入盛有泔腳的箱子里，再次用鐵鍬等工具經(jīng)行大規(guī)模攪拌，使各部分垃圾充分混勻。</p><p>　　投料時，將混勻的垃圾置于進(jìn)料口，并開動電機(jī)，啟動螺旋推進(jìn)系統(tǒng)，進(jìn)料口的物料會隨著螺旋推進(jìn)的進(jìn)行而逐漸下沉，騰出新的投料的空間后繼續(xù)加料

108、。持續(xù)轉(zhuǎn)動20分鐘讓螺旋推進(jìn)兩周，完成約30kg垃圾的進(jìn)料工作。</p><p>　　加料、取樣和通風(fēng)時間的確定</p><p>　　為了保證每次取樣的代表性，每天加料和取樣的時間固定在每天下午三點(diǎn)鐘。加料的時候開啟電機(jī)，電機(jī)在減速器的轉(zhuǎn)換下帶動齒輪緩慢轉(zhuǎn)動，大約20分鐘螺旋推進(jìn)設(shè)備旋轉(zhuǎn)兩周，并完成加料。</p><p>　　取樣時，從每天對應(yīng)的取樣口取出堆肥，稱量

109、、標(biāo)記后帶回實(shí)驗(yàn)室。帶回實(shí)驗(yàn)室的堆肥首先要進(jìn)行剪切預(yù)處理：將大塊的堆肥剪碎、剪小，以便稱量取樣。需要用新鮮樣進(jìn)行處理的，將其置于研缽中搗碎，直到呈糊狀；需要進(jìn)行烘干或者風(fēng)干的，稱量后將其置于烘箱中或通風(fēng)櫥中進(jìn)行烘干、風(fēng)干處理，烘干、風(fēng)干后的批樣再用粉碎機(jī)粉碎成粉末，以待稱量實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　通風(fēng)時間設(shè)定在每天取樣之后的0.5h。每天必要的通風(fēng)時間是為了保證堆肥中的氧氣密度，防止因?yàn)槿毖醵纬蓞捬醢l(fā)酵；同

110、時還可以維持堆肥的濕度，有利于堆肥反應(yīng)的進(jìn)行。</p><p><b>　　技術(shù)路線及說明</b></p><p><b>　　研究方法</b></p><p>　　自行設(shè)計(jì)廚余垃圾高溫堆肥處理設(shè)備；選取寧大學(xué)生食堂里產(chǎn)生的廚余垃圾作為好氧堆肥的原料，利用太陽能加熱，鼓風(fēng)機(jī)輸氧實(shí)現(xiàn)高溫好養(yǎng)堆肥。主要任務(wù)為：研究好氧堆肥中各