厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究【开题报告+文献综述+毕业论文】.Doc

1、本科毕业论文系列开题报告环境工程厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究一、选题的背景与意义厨余垃圾是家庭、宾馆、饭店及机关企事业等所产生的食物残余的通称。与其他垃圾相比，具有水分、有机物、油脂及盐分含量高，易腐烂、营养元素丰富等特点。其高达70的含水量不能满足垃圾焚烧的发热量要求；如果填埋则会产生大量渗滤液以及恶臭问题，因而也不利于填埋；焚烧和填埋还会造成有机物质的大量浪费。厨余垃圾好氧高温化堆肥是一种有发展前景的新处理方法。相比传统堆肥处理工艺的投资大，生产周期长和产品质量不稳定等特点，高温好氧堆肥处理工艺不仅能提高降低投资、缩短生产周期、提高产品质量，提高堆肥处理工艺利用价值，还有利于增加

2、堆肥处理工艺在城市垃圾处理中的应用比重，进而节省资源、降低环境污染。厨余垃圾高温好氧堆肥过程可以看成是垃圾腐殖化的一个快速进程，垃圾中的大分子有机物在高温有氧情况下，被微生物有效降解成为相对稳定的腐殖质的过程。而腐殖质的生成及动态变化与堆肥的稳定性、腐熟程度密切相关。腐熟度高的堆肥不但可以改良土壤，促进土壤中磷的活化性，减少土壤养分淋洗，增强植物对土壤中养分的吸收，还可以有效地转换重金属形态，钝化、固定重金属，降低其有效性。但未腐熟的堆肥进入土壤后，由于有机物的强烈分解，会大量消耗根际土壤中的氧气，且产生有机酸等物质，抑制植物生长。所以，分析堆肥腐殖质的生成及动态化对于促进堆肥效果以及改良土壤

3、等具有重要意义。堆肥过程中产生的腐殖质包括胡敏酸（HA,只溶于碱而不溶于酸富里酸FA,既溶于酸又溶于碱和胡敏素（既不溶于酸又不溶于碱，其中HA与FA是腐殖质中起主要作用的两种物质。胡富比（H/F）则作为判断腐熟度的重要依据之一。胡敏素则是堆肥降解过程中产生的小分子、难降解的惰性腐殖质。为了有效研究厨余垃圾好氧高温堆肥过程中物料腐殖化过程，本次毕业论文将选取胡敏酸HA富里酸FA胡敏素等参数作为直接研究对方，探讨其浓度或量与堆肥时间变化规律。与此同时，考虑与腐殖化相关参数含水率TOC水溶性有机碳PH水溶性氮等，研究其对腐殖化过程的影响。二、研究的基本内容1掌握好氧堆肥的基本原理，了解好氧堆肥过程控

4、制因素影响因子；2了解厨余垃圾的物理化学性质,掌握固体样品取样破碎方法,掌握固体样品前处理步骤和方法；3熟练掌握腐殖质腐殖酸富里酸胡敏酸水溶性腐殖酸游离腐殖酸等的测定方法及表征；4能够准确分析腐殖化过程及相关参数随堆肥时间的演变规律；5能够准确分析相关影响因子对厨余垃圾高温好氧堆肥腐殖化过程的影响。三、研究方法与技术路线（1）研究方法自行设计厨余垃圾高温堆肥处理设备；选取宁大学生食堂里产生的厨余垃圾作为好氧堆肥的原料，利用太阳能加热，鼓风机输氧实现高温好养堆肥。主要任务为研究好氧堆肥中各类腐殖质的生成动态及其变化规律。（2）技术路线四、计划进度2010年11月26日2010年12月15日，完成

5、开题报告和文献综述，进行开题；2010年12月16日2011年5月6日，实验设备的设计和加工，实验的开展，数据的处理以及论文的撰写2011年5月7日2011年5月12日，完成论文的撰写工作，定稿，准备答辩收集查找国内外相关研究资料高温好氧堆肥反应装置设计调试样品的采集、处理设备运行过程中厨余垃圾的相关数据测定及数据统计处理建立堆肥过程中各参数随时间变化规律完成“厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究”2011年5月13日，答辩。五、主要参考文献1贺琪,李国学,张亚宁,等高温堆肥过程中的氮素损失及其变化规律J农业环境科学学报,2005,2411691732魏自民,王世平,席北斗,等生活垃圾堆肥过

6、程中腐殖质及有机态氮组分的变化J环境科学学报,2007,2722352403张雪英,黄焕忠,周立祥堆肥处理对污泥腐殖物质组成和光谱学特征的影响J环境化学,2004,231961014唐景春,孙青,王如刚,等堆肥过程中腐殖酸的生成演化及应用研究进展J环境污染与防治,20105,32573785袁忠伟,孙力平,路远,等草炭腐殖酸的提取研究J市政术,2008,2621541566熊雄,李艳霞,韩杰,等堆肥腐殖质的形成和变化及其对重金属有效性的影响J农业环境科学学报,2008,266213721427李吉进,郝晋珉,邹国元,等高温堆肥碳氮循环及腐殖质变化特征研究J生态环境,2004,133332334

7、8路远,孙力平,王建伟,等腐殖酸纯度测定及影响因素分析J市政技术,20083,2621601629单德臣,张多英,王帅,等牛粪堆肥腐殖质的动态变化研究J污染防治技术,20106,233111410BRUNOODIAS,CARLOSASILVA,FABIOSHIGASHIKAWA,ETALUSEOFBIOCHARASBULKINGAGENTFORTHECOMPOSTINGOFPOULTRYMANUREEFFECTONORGANICMATTERDEGRADATIONANDHUMIFICATIONJBIORESOURCETECHNOLOGY,2010,10141239124611MASANCHEZM

8、ONEDERO,AROIG,JCEGARRA,ETALRELATIONSHIPSBETWEENWATERSOLUBLECARBOHYDRATEANDPHENOLFRACTIONSANDTHEHUMIFICATIONINDICESOFDIFFERENTORGANICWASTESDURINGCOMPOSTINGJBIORESOURCETECHNOLOGY,199912,702193201毕业论文文献综述环境工程高温好氧堆肥过程腐殖质变化规律及相关性质研究摘要厨余垃圾含水率高，有机质含量高，不利于填埋处理和焚烧处理，当前比较有前景的处理方式为高温好养堆肥处理，该技术投资低、周期短、效果好。堆肥产物主

9、要为腐殖质类物质，其主要成分为胡敏酸（HA）和富里酸FA。其中胡敏酸对于土壤改良、固化土壤中重金属等领域具有十分有效地作用。随着腐殖化的进行，堆肥中胡富比（HI）逐渐提高，大分子有机物分解并生成较为稳定的胡敏酸；堆肥过程中会有碳氮损失，碳会转化为二氧化碳排放，而氮以氨的形式释放；而性质较为活泼的DOC也会随着腐殖过程进行呈现先增加后减少的趋势。腐熟度高的堆肥产品对于土壤改良、碳氮磷等营养元素的活化、重金属钝化以及理化性质的保持均具有显著效果，但腐熟度低的却产生反作用，因此，研究腐熟度对于堆肥效果具有十分重要的意义。关键字厨余垃圾；高温好养堆肥；腐殖质；胡敏酸；腐熟度1前言厨余垃圾是指餐饮业单位

10、，企事业单位、学校、食堂等产生的食物残渣和废料，俗称泔脚、泔水或潲水。厨余垃圾以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分，具有含水率高、油脂、盐分含量高、易腐发酵发臭等特点。由于其含水率可高达709，不能满足焚烧处理的发热量要求，如果采用填埋处理技术，则会产生大量垃圾渗滤液和恶臭，所以以上两种技术均不能满足对于厨余垃圾的有效处理。目前，高温好养堆肥技术是厨余垃圾处理领域最有前景的技术之一，其相比传统堆肥处理工艺的投资大，生产周期长和产品质量不稳定等特点，高温好氧堆肥处理工艺不仅能提高降低投资、缩短生产周期、提高产品质量，提高堆肥处理工艺利用价值，还有利于增加堆肥处理工艺在城市垃圾处理

11、中的应用比重，进而节省资源、降低环境污染1。2堆肥产物堆肥处理是城市生活垃圾资源化处理的重要方式之一，堆肥后的产品含有大量的胡敏酸类、富里酸类、N、P等矿质元素。堆肥产品培肥土壤后，对土壤的理化性质及生物学特性具有十分重要的影响，并且对作物的生长发育具有积极的作用2。21腐殖质腐殖质是堆肥主要产品之一，是一种黑色或棕色胶体。主要由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素构成，其中碳约50，氮占36，氢占36，氧占3040，灰分占06，构成腐殖质的结构体主要有芳香核多元酚、杂环态氮及糖类残体等三类4。腐殖质包括胡敏酸（HA，即腐殖酸）、富里酸（FA，即富啡酸）、胡敏素等组分。22腐殖酸腐殖酸是堆肥过程中

12、生成的最具代表性的次生产物。它是一种溶于稀碱而不溶于稀酸的棕褐色的天然有机高分子化合物，广泛存在于土壤、河湖海沉积物以及风化煤、褐煤、泥炭中，占土壤和水圈生态体系总有机质的50805。含碳和氮的数量稍高于富啡酸，而氢、氧则相对较低。分子量较大，芳化度高而离解度较小。其稳定性很强，平均停留时间可达803000年。根据腐殖酸溶解性的不同，可将腐殖酸分为溶于水的水溶性腐殖酸、溶解于碱液的游离性腐殖酸以及不溶于碱，而能与钙镁离子发生络合的结合性腐植酸9。23富里酸颜色较浅，多呈黄色。主要由碳、氢、氧和氮等元素构成，碳氢比值较低。分子结构方面芳香核的聚合度较小，官能团中酚羟基和甲氧基的数目比较多。溶解能

13、力强，移动性大，对某些土壤的淋溶和淀积起很大的作用。24胡敏素胡敏素又称“黑腐酸”，为腐殖质中与土壤矿物质结合最紧密的组分。黑色，分子量小，具有在任何PH条件下的溶液中都不溶解及大分子结构的特性，并呈现不均一性，被认为是土壤中的惰性物质8，最难分解。3堆肥31堆肥过程堆肥过程中，有机物在微生物作用下发生着复杂的分解转化，一方面碳素在快速分解，另一方面分解产物在微生物的作用下，又重新合成新的腐殖质物质。腐殖质物质的含量是堆肥腐熟度的重要指标之一10。堆肥过程中，一部分腐殖酸是在堆肥过程中新生成的，另一部分腐殖酸是由堆肥原料中原有腐殖酸逐渐演化而成的11。堆肥腐殖化过程与土壤腐殖化过程相近，是土壤

14、腐殖化的一个快速过程，但2者又不完全相同。土壤中的腐殖酸较为“成熟”，而堆肥中的腐殖酸则相对“稚嫩”。与长期腐化土壤相比，堆肥腐殖化水平较低，堆肥腐殖酸的氧化程度及其功能基团的酸势值较低，但含有较高的脂肪族化合物、含氮化合物等11。311堆温变化对于堆肥系统而言，温度是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素。一般研究认为，堆肥化过程中堆体温度变化主要有3个阶段，分别为升温阶段、高温阶段和冷却后熟阶段。高温阶段是堆肥化处理的关键阶段，大部分有机物在此过程中氧化分解，堆肥物料中几乎所有的病原微生物在此过程中被杀死而达到稳定化12。312C、N循环过程堆肥是利用微生物分解和转化原料中的可降解有机物产

15、生二氧化碳、水及热量的过程，堆肥材料中碳素物质主要用于微生物活动的能源和碳源。在堆肥过程中，微生物首先利用简单、易降解的有机物进行新陈代谢和矿化。这些有机物主要包括可溶糖、有机酸和淀粉。在堆肥初期，全碳含量急速下降，说明微生物活动旺盛，使易降解有机物迅速分解，生成二氧化碳和水，挥发至空气中。之后，随着堆体温度的升高，微生物开始利用纤维素、半纤维素和木质素等较难分解的物质，全碳含量缓慢下降，至二次发酵时期达到稳定13。卢丽兰等研究发现，不同的铜、锌比会对有机碳分解速率产生影响，铜比例越高，有机碳分解越缓慢；锌比例越高，有机碳降解越快。这是由于铜、锌浓度大小会对粪肥中的微生物的活性产生影响，高浓度

16、的铜对生物产生毒性作用，从而抑制它的活性，而适合的高浓度锌对微生物的活性起到促进作用14。堆肥中氮素的转化主要包括氮素的固定与释放。从多数研究报道中可看出，堆肥结束后，氮素均有不同程度的损失，魏自民等通过对生活垃圾堆肥的研究表明，氮素的损失主要出现在堆肥的035D，这是因为微生物的大量繁殖，促使了含氮有机物的快速降解，而产生的大量铵态氮不能及时转化为有机氮或不能及时为微生物利用2。堆肥过程中全碳、全氮量均在不同程度的减小，不过与全碳的下降趋势相比，全氮的下降趋势较小。因此，堆肥的C/N比呈逐渐减小趋势，C/N比的减小表明堆肥向着稳定化、腐熟化、无害化方向演变，但氮含量的减少同时也意味着营养元素

17、的损失，应采取措施加以避免13。313HA、FA变化过程堆体腐殖酸在微生物的作用下，处于合成与分解的过程同时进行剧烈的活动，不如土壤腐殖酸那样稳定，由于原有腐殖质存在着不同程度的矿化，因此其总量在整个过程中是逐渐减少的。张雪英等通过对堆肥腐殖质光学特性的研究，解释了堆肥过程中HA、FA的含量以及结构变化。研究表明，随着堆肥的进行，有机组分里可以提取的HA浓度明显提高，芳化程度加深；同时，经过堆制以后，FA中大分子物质的含量下降，而小分子量物质的含量在堆制前后没有明显的变化。随着堆制时间的延长，HA中不饱和结构的多聚化和联合程度明显增大。经过堆制以后，HA形成更多结构稳定的物质，总量增大；而FA

18、中分子结构变得更简单，芳构化程度下降13。此变化与之前学者研究情况相符，FA因此在活化土壤元素或对有机和无机污染物在环境中迁移的影响要比胡敏酸强得多。胡富比（HI）是腐殖质中胡敏酸量与富里酸量的比值，即腐殖化指数，是判断腐熟度的重要依据之一，所有研究均表明，在堆肥进行过程中，HI是值呈现增加趋势。由于堆肥前期与后期，HI增幅较为平缓，而在堆肥中期高温阶段，HI增幅较大。314水溶性有机碳的变化在堆肥初始阶段，温度迅速升高，污泥中的DOC逐渐被微生物分解和利用，因此DOC含量迅速降低；但进入高温期后，堆体温度较高，污泥中易分解的脂肪和碳水化合物等有机物被微生物降解，而且降解速度较快，因此DOC含

19、量迅速升高；此后，随着有机物分降速度的减慢，且部分DOC又被微生物利用，使DOC含量又逐渐降低16。315游离性腐殖酸和水溶性腐殖酸的变化游离腐殖酸占总腐殖酸的比率以及游离腐殖酸占总有机碳比率的下降，说明在堆肥过程中，游离腐殖酸不稳定，易被微生物降解。水溶性腐殖酸虽然只占腐殖酸的一小部分，但它是腐殖酸中最活跃、最有效的组分。堆肥过程中，水溶性腐殖质含量下降，但其占游离腐殖酸、总腐殖酸、总有机碳的比率却呈先略有下降而后迅速增加趋势。这是由于在堆肥过程中，大分子的腐殖酸不断被分解成水溶性的小分子的腐殖酸，源源不断地补充着被分解的水溶性腐殖酸。其水溶性腐殖酸与游离腐殖酸、总腐殖酸、总有机碳比率上升，

20、说明堆肥过程中水溶性腐殖酸含量相对稳定，腐殖酸活性提高，有效成分增加10。32腐熟度32,1判断腐熟度重要性城市垃圾中含有大量营养元素和有机质，是一种潜在的有机肥源，经过堆肥后可以作为土壤改良剂。堆肥过程中有机质在微生物的作用下分解、腐熟转变为肥料。作为有机肥不仅可以提高作物产品和品质，而且可以增加土壤有机质含量，改善土壤理化性质。但未腐熟的城市污泥施入土壤后，由于其有机物的强烈分解，会大量消耗根际土壤中的氧气，并产生有机酸等有毒物质，抑制作物生长16。因此，判断堆肥腐熟度对于堆肥的使用效果至关重要。322腐熟度判断依据传统用作腐熟度判断依据的主要有C/N比、HI和HM（总腐殖质）量。但由于堆

21、肥原料中原有碳氮比不同，因而采用C/N比作为判断依据受到许多学者的质疑。堆肥过程中HI呈现不断增大趋势，因此，学术界广泛认可采用HI比作为堆肥处理过程中堆肥腐殖化判断依据。此外，在堆肥过程中，微生物不能直接利用有机物料中的固相成分，需要通过分泌胞外酶将物料中的可降解成分水解成水溶性成分才能被利用。因此，一些学者主张通过物料浸提液中的DOC含量来判断堆肥的腐熟度16。4腐殖质用途腐殖质是植物必需营养元素的主要来源，可促进植物和微生物的生理活性，增加土壤蓄水、保水和保肥能力，促进土壤良好结构的形成，改善土壤的缓冲性和酸碱性，同时还能络合土壤中的重金属离子，消除土壤中农药的残毒3。41腐殖酸改良土壤

22、首先腐殖酸对增强土壤肥力和改良土壤结构有良好的作用。可以减少土壤对可溶性磷的固定，提高磷肥利用率，促使土壤微量元素的活化；与一些难溶盐形态存在的微量元素形成络合物，溶于水被作物吸收；促进土壤团粒的形成，有利于土壤中水、肥、气、热状况的调节；促进土壤微生物的活性6。腐殖酸还可以抑制有害真菌的生长，而对有害真菌的抗性菌则没有影响11。42钝化重金属堆肥腐殖酸可以通过与FE、CU形成复合体来增加土壤对金属离子的吸附作用。腐殖酸对重金属具有强烈吸附作用，向沉积物中投加堆肥腐殖酸可以增加重金属向水中释放11。高卫国等学者研究证明，添加腐殖酸可以土壤中铅锌的生物有效性，而且对铅的固定效果要好一些17。充分

23、利用堆肥过程形成的稳定腐殖质，控制城市污泥及畜禽粪便土地利用时重金属的污染风险将是未来研究的一个热点18。43其他用途此外，腐殖酸的广泛的用途，已应用于工业、农业、医学、环境保护等各个方面。由于腐殖酸具有较强的离子交换能力、吸附能力和脱除杂质能力，而且原料来源广泛，制造简单，生产成本低。使用安全方便，还可以再生回用。因此，在处理工业废水、废气等方面的应用日益受到各国广泛关注。近十年来，它作为废水废气净化剂。作为脱臭剂等在国内外都进行了大量的研制工作。作为一种新型天然水处理剂，腐植酸的开发利用前景将是非常广阔的7。5前景与展望综上所述，腐殖质是自然界中广泛存在的，性质相对稳定的有机质，作为介质，

24、对于土壤养分活化、理化性质保持以及重金属钝化具有重要作用。而垃圾堆肥过程正是腐殖质快速生成的过程，该过程不仅仅解决了含水多、有机物丰富的厨余垃圾处理问题，同时产生了大量有机腐殖质，实现了资源再利用。目前市场推广中存在的主要问题是堆肥产物的稳定性以及腐熟度欠佳，作为土壤调节料，不稳定的堆肥产物以及为腐熟的产物会产生截然相反的作用效果，不仅消耗土壤中的氧气，而且产生有害的有机酸等污染土壤。因此未来的研究方向要解决的问题是堆肥产物的效益最大化以及堆肥腐殖质的市场推广。同时需要继续开发腐殖酸等在环保、医疗、工农业等领域的应用，做到市场最大化、效益最大化。保证了堆肥产物市场稳定有利于堆肥处理技术的推广与

25、大规模应用，提高堆肥处理技术在固废处理领域中所占比重。参考文献1石文军,杨朝晖,孙珮石,等全程高温好养堆肥快速降解城市生活垃圾J环境科学学报，2009,2910212621332魏自民,王世平,席北斗,等生活垃圾堆肥过程中腐殖质及有机态氮组分的变化J环境科学学报,2007,2722352403李文芳,卜晓英,黄美娥,等土壤腐殖质的降解及其结构J安徽农业科学,2005，3334944954刘湛,成应向,向仁军腐殖质类物质的形态结构及功能研究进展J科技资讯，200622275牛育华,李仲谨,郝明德,等腐殖酸的研究进展J安徽农业科学,2008,361146384639,46516马怀良,许修宏不同C

26、N对堆肥腐殖酸的影响J中国土壤与肥料2009664737袁忠伟,孙力平,路远,等草炭腐殖酸的提取研究J市政术,2008,2621541568王玉军,窦森,张晋京农业废弃物堆肥过程中腐殖质组成变化J东北林业大学学报，2009,37879819路远,孙力平,王建伟等腐殖酸纯度测定及影响因素分析J市政技术,20083,26（2）16016210单德臣,张多英,王帅,等牛粪堆肥腐殖质的动态变化研究J污染防治技术，20106,233111411唐景春,孙青,王如刚,等堆肥过程中腐殖酸的生成演化及应用研究进展J环境污染与防治,20105,325737812尹永强,何明雄,韦峥宇堆肥腐熟机理研究进展J安徽农

27、业科学,2008,36231005310055,100513李吉进,郝晋珉,邹国元,等高温堆肥碳氮循环及腐殖质变化特征研究J生态环境,2004,13333233414卢丽兰,王旭东,孟杰鸡粪腐解过程中不同溶性腐殖质的动态变化J中国土壤与肥料,20096576315张雪英,黄焕忠,周立祥堆肥处理对污泥腐殖物质组成和光谱学特征的影响J环境化学,2004,2319610116郑国砥,陈同斌,高定,等城市污泥堆肥过程中不同类型有机物的动态变化J中国给水排水,2009,251111712017高卫国,黄益宗堆肥和腐殖酸对土壤锌铅赋存形态的影响J环境工程学报，2009,3354955418熊雄,李艳霞,韩

28、杰,等堆肥腐殖质的形成和变化及其对重金属有效性的影响J农业环境科学学报,2008,2662137214219BRUNOODIAS,CARLOSASILVA,FABIOSHIGASHIKAWA,ETALUSEOFBIOCHARASBULKINGAGENTFORTHECOMPOSTINGOFPOULTRYMANUREEFFECTONORGANICMATTERDEGRADATIONANDHUMIFICATIONJBIORESOURCETECHNOLOGY,2010,10141239124620MASANCHEZMONEDERO,AROIG,JCEGARRA,ETALRELATIONSHIPSBETW

29、EENWATERSOLUBLECARBOHYDRATEANDPHENOLFRACTIONSANDTHEHUMIFICATIONINDICESOFDIFFERENTORGANICWASTESDURINGCOMPOSTINGJBIORESOURCETECHNOLOGY,199912,702193201本科毕业设计环境工程厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究RESEARCHONTHEHUMUSVARIATIONDURINGAEROBICCOMPOSTINGOFKITCHENWASTE厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究I厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究摘要通过测定厨余垃圾高温好氧堆肥过程中

30、形成的堆体温度、PH、胡敏酸、富里酸、有机质、TOC、TN等变化规律，对堆肥垃圾腐殖质变化过程进行研究。结果显示在10天的处理过程中，堆体可逐渐达到较高的温度并维持数天，含水率下降到60左右，PH先降后升最终趋向于7；TOC与有机质均下降10左右；腐殖质相对含量从79增至92，前期HA与FA含量交替变化，从第7天开始FA含量减少，HA含量上升，最终HI能够达305；胡敏素含量下降124。此外通过对比发现，采用联合加热方式比单独采用太阳能加热方式，供热效果更佳，腐殖质变化规律更明显。关键词高温好氧堆肥；厨余垃圾；腐殖质；腐熟度RESEARCHONTHEHUMUSVARIATIONDURINGAE

31、ROBICCOMPOSTINGOFKITCHENWASTEABSTRACTBYDETERMININGTHEREGULARITYFORCHANGEOFTHETEMPERATURE,PH,HUMICACID,FULVICACID,ORGANICMATTER,TOCANDTNOFTHEPILEWHICHISFORMEDINTHEHIGHTEMPERATUREAEROBICCOMPOSTINGPROCESS,DOARESEARCHONTHEHUMIFICATIONPROCESSOFTHECOMPOSTINGTHERESULTSHOWSTHATDURINGTHE10DAYPROCESS,THEPILEC

32、ANREACHAHIGERTEMPERATUREGRADUALLYANDKEEPTHEHIGHTEMPERATUREFORAFEWDAYSATTHESAMETIME,THEWATERRATIODECREASESTO60,PHDECREASESFIRSTANDTHENRISESWITHATRENDTOWARDS70,THECONTENTOFTOCDECREASESFROM518TO392,ANDTHECONTENTOFTHEORGANICMATTERDECREASESFROM494TO430,HUMUSINCREASESFROM79TO92THECONTENTOFHABEGINTODECREAS

33、EOBVIOUSLYFROMTHESEVENTHDAY,HIBECAMETOINCREASE,ANDREACHTO305INTHEENDADDITIONALLY,BYCONSTRACTWECANFINDTHATHEATINGTHECOMPOSTINGBYTHECOMBINEDPOWERCANMAKETHETEMPERATUREHIGER,THEHUMIFICATIONDEGREEGREATERWITHABETTERTREATMENTEFFECTKEYWORDSHIGHTEMPERATUREAEROBICCOMPOSTINGKITCHENGARBAGEHUMUSMATURITY厨余垃圾好氧堆肥过

34、程腐殖质变化规律研究II目录1引言411堆肥定义及产物4111堆肥化定义4112堆肥产物412高温好氧堆肥原理5121好氧堆肥原理5122好氧堆肥过程中堆体温度变化6123好氧堆肥过程中的碳氮循环6124高温好氧堆肥特点及优势613堆肥过程中腐殖质变化及其研究现状7131腐殖质变化的反应指标腐熟度7132判断腐熟度的方法依据7133堆肥过程腐殖质的变化7134HA、FA和HU的变化7135游离性腐殖酸和水溶性腐殖酸的变化82材料与方法821设备8211发酵仓体8212螺旋推进系统8213水浴加热系统9214通风供气系统9215排液系统9216保温系统9217装置示意图922物料10221物料来

35、源与种类10厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究III222物料加工与投放10223加料、取样和通风时间的确定1123技术路线及说明11231研究方法11232技术路线113结果与讨论1231数据分析12311温度12312含水率13313PH14314TOC15315TN16316C/N16317阳离子交换容量CEC）17318HA、FA18319腐殖质（HS）183110胡敏素（HU）193111有机质2032综合分析20321堆肥过程整体变化20322腐殖质的整体变化规律20323两种加热方式的比较214结论215建议21参考文献23附录25厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究41引

36、言厨余垃圾是生活垃圾中的重要组成部分，每家每户每天都会产生大量的菜根、剩饭、蛋壳和瓜果皮等厨余垃圾。近十年以来，我国经济发展步伐的加快，小康生活普及千家万户，人们追求的更高的生活质量，而与此同时所产生的厨余垃圾也日益增多，其总量正在以大约每810的速度增加，已经明显超过发达国家35的年平均增长速度1。我国厨余垃圾通常是与其他生活垃圾混合处理的，由于其本身具有高含水量、高有机质的特点，导致生活垃圾整体含水量和有机质的提高。目前生活垃圾普遍采用的填埋、焚烧等处理方法。就焚烧而言，较高的含水量和有机质含量使得焚烧过程中炉温大大降低，焚烧不完全易产生二噁英等有毒有害气体和戴奥辛等有毒尘粒。就填埋而言，

37、如果填埋场地处理不妥善，则会滋生大量蚊蝇，传播疾病，同时垃圾厌氧发酵产生的臭气扩散，污染大气。在国外，厨余垃圾被视作重要的可再生资源，废物资源再利用已被抬上社会经济可持续发展战略轨道。厨余垃圾经过堆肥发酵处理，可以产生大量优质肥料以及沼气等经济燃料，不仅可以解决垃圾的处理问题，还可以充分利用废物再生资源进行再生产。现在，堆肥处理已被视为厨余垃圾处理最具有前景的技术之一。11堆肥定义及产物111堆肥化定义堆肥化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

38、腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质2。按照堆肥温度可分为一般堆肥和高温堆肥两种方式，后者效果较佳。堆肥高温还可以消灭堆体中的病菌、虫卵、杂草种子等。112堆肥产物堆肥化产物简称为堆肥，是一种质地疏松，有泥土味的红褐色物质，主要成分是腐殖质，包括大量胡敏酸和富里酸，N、P等营养元素含量较高，有很好的肥效，不仅可以改良土壤理化性质和生物性质，还可以促进作物生长，催产丰收。腐殖质是有机物在微生物作用下分解生成的黑褐色有机物，呈酸性，含有大量植物生长所需的营养元素。腐殖质在土壤中，受外界环境影响慢慢分解，分解出植物生长所需的养分，厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究5同时还会释放出二氧化碳供植物

39、光合作用，对植物生长具有积极作用。主要由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素构成，其中碳约50，氮占36，氢占36，氧占3040，灰分占063，其主要组成成分为胡敏酸（HA）和富里酸（FA），二者会在堆肥过程中有量变上的转换。此外，腐殖质还可以增加土壤的蓄水保水和保肥能力，保持土壤良性结构，调节、缓冲土壤酸碱性，同时还能络合土壤中的重金属离子，消除土壤中农药的残毒4。腐殖质对于改良土壤理化性质、促进植物营养吸收都具有非凡的意义，是“土壤肥力指标”之一。胡敏酸（HA）胡敏酸是腐殖质的重要组成部分之一，是一种溶于稀碱而不溶于稀酸的棕褐色的天然有机高分子化合物。与FA相比，胡敏酸呈弱酸性，吸收容量较高，

40、分子量较大，芳香度高而解离度小。其稳定性很强，平均停留时间可达803000年5。土壤中胡敏酸的形成是土壤中木质素和它的降解产物（如苯酚、苯醌和更多的复杂有机物等），在土壤微生物的作用下，结合氮化合物（如蛋白质、氨基酸、核酸等），经过聚合压缩而形成6。堆肥胡敏酸对土壤的功能与性质具有重要的影响，不仅对重金属具有强烈吸附作用，而且对土壤硝化作用及有机磷的转化也显著影响，还可以抑制有害真菌的生长。富里酸（FA）富里酸与胡敏酸是腐殖质的主要成分，是一类既溶于碱溶液又溶于酸溶液的黄褐色天然有机物。主要由C、H、O、N等元素构成，相比胡敏酸，其C、H、N质量分数低而O质量分数高；富里酸分子量较小、活性大、

41、氧化程度较高，吸收能力弱，溶解能力强，移动性大，可以充分释放所含矿物元素，对于植物吸收具有重要意义。胡敏素（HU）胡敏素又称“黑腐酸”，为腐殖质中与土壤矿物质结合最紧密的组分。黑色，分子量小，具有在任何PH条件下的溶液中都不溶解及大分子结构的特性，并呈现不均一性，被认为是土壤中的惰性物质7，很难分解。12高温好氧堆肥原理121好氧堆肥原理好氧堆肥过程中起决定性作用的是好氧微生物的新陈代谢作用。垃圾中的有机物由水溶性有机物和不溶性胶体组成，其中的水溶性有机物透过好氧微生物细胞膜被好氧微生物直接吸收，而不溶性胶体则会附着在微生物表面，被微生物分泌出的分解酶分解氧化成水溶性的物质，并吸收利用。好氧微

42、生物在水分、氧气充足，PH合适的条件下会通过新陈代谢作用厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究6分解有机物。大部分有机物被分解成CO2、H2O等小分子无机物，并放出能量，或被植物自身所利用，或转化成热能散发；还有部分有机物直接转化成微生物内细胞物质，使微生物生长增殖；剩下的有机物则被转化成腐殖质和堆肥等8。122好氧堆肥过程中堆体温度变化对于好氧堆肥而言，温度是微生物活动和工艺效果的重要影响因素。一般研究认为，堆肥化过程中堆体温度变化主要有3个阶段，分别为升温阶段、高温阶段和冷却后熟阶段。高温阶段是堆肥化处理的关键阶段，大部分有机物在此过程中氧化分解，堆肥物料中几乎所有的病原微生物在此过程中被

43、杀死而达到稳定化9。123好氧堆肥过程中的碳氮循环在好氧堆肥开始阶段，好氧微生物碳源主要来自结构简单、易分解有机物，如溶糖、有机酸和淀粉。堆肥前期，好氧微生物代谢旺盛，有机物降解速率较快，C含量下降迅速。之后，随着堆体温度的升高，好氧微生物开始利用纤维素、半纤维素和木质素等较难分解的物质，新陈代谢速率放缓，C含量下降缓慢，至二次发酵时期达到稳定10。另有学者研究发现，不同的铜锌比会对有机碳分解速率产生不同的影响，铜比例越高，有机碳分解越缓慢；锌比例越高，有机碳降解越快11。氮的转化包含氮的固化与释放。多数报道指出，堆肥过程中有氮素流失现象。学者分析，这是因为堆肥过程中微生物大量繁殖，促使含氮有

44、机物大量分解，并生成铵态氮而不能及时转化为有机氮或被植物利用12。堆肥过程中，全碳与全氮量都在减小。相比而言，全碳下降趋势要大于全氮，因而。随着堆肥过程的进行，C/N比逐渐减小，表明堆肥向着稳定化、腐熟化、无害化方向进行。不过，全氮的减少意味着氮素流失，在生产中应采取适当措施加以避免10。对此，可以采用外加碳源的方式调节C/N比，比如利用添加水葫芦增大C含量。这种利用生物碳源作为添加剂的方法不仅可以减小堆肥过程中的臭气臭味，还可以有效地降低N素流失，同时能够为堆肥过程提供一个平衡的营养结构14。124高温好氧堆肥特点及优势传统堆肥为厌氧堆肥，利用厌氧微生物无氧呼吸分解有机物，堆肥与空气隔绝，过

45、程简单，控制温度较低，但工艺周期长，投资较大，且堆肥质量较差，同时产生恶臭气体，难以得到推广利用。高温好养堆肥其相比传统堆肥处理工艺的投资大，生产周期长和产品质量不稳定等特点，不仅投资小、过程清洁、周期较短、产品质量高，而且能够提高堆肥工艺利用价值，促进堆肥工艺在城市垃圾处理中的应用，进而节省资源、降低环境污染15。厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究713堆肥过程中腐殖质变化及其研究现状131腐殖质变化的反应指标腐熟度堆肥过程中，有机物在微生物的作用下分解、腐熟变为易于被植物吸收利用的腐殖质，不仅可以改善土壤理化性质，还能够显著降低重金属和持久性有机物的活性，具有极好的解毒能力7。然而如果

46、堆肥不完全，堆肥腐熟度不够，有机物在进入土壤后则会继续氧化分解，消耗土壤中的氧气，同时释放出有机酸的有害物质，抑制植物的生长16，堆肥效果适得其反。因而腐熟度是反映堆肥效果的重要指标，是判定堆肥是否向着有利方向进行的判定标准。132判断腐熟度的方法依据传统用作腐熟度判断依据的主要有C/N比、CEC阳离子交换容量）、HI（HA/FA）和HM（总腐殖质）量。但由于堆肥原料中原有碳氮比不同，因而采用C/N比作为判断依据受到许多学者的质疑。堆肥过程中HI呈现不断增大趋势，因此，学术界广泛认可采用HI比作为堆肥处理过程中堆肥腐殖化判断依据。此外，在堆肥过程中，微生物不能直接利用有机物料中的固相成分，需要

47、通过分泌胞外酶将物料中的可降解成分水解成水溶性成分才能被利用。由此，一些学者主张通过物料浸提液中的DOC含量来判断堆肥的腐熟度16。133堆肥过程腐殖质的变化现在已经有大量关于腐殖质变化规律的研究报告，不过不同研究者对于堆肥过程中腐殖质含量变化有着不同的实验结论。张雪英等13研究发现，污泥经过堆肥腐熟化后，腐殖质含量增加了2倍多。而李吉进10等将鸡粪和牛粪混合堆腐后，发现腐殖质总量呈下降趋势。李国学17等也发现，猪粪经过堆肥处理后，腐殖酸含量下降15。堆肥原始物料的性质差异可能是影响堆肥腐殖化过程的重要因素18。134HA、FA和HU的变化HA是大小不一的一些列高分子聚合物，性质不稳定。在堆肥

48、过程中，存在分解和重组的现象，整体趋势是先迅速增加、再减少、最后缓慢增加。增加的HA，一部分是在堆肥过程中新生成的，另一部分是由堆肥原料中原有HA逐渐演化而成的。FA分子小、活性大、氧化程度高，性质更加不稳定，在堆肥过程中其含量是逐渐下降的。HU由于性质稳定，具有任何PH下都不溶解的特性，因此在堆肥前期，HU分解极为缓慢，逐渐在堆肥中积累，使得其相对含量逐渐上升；中后期的时候，由于具备适宜的水热条厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究8件，HU也开始逐渐分解，质量分数逐渐下降（降幅小于FA），但相对含量却呈现上升的趋势，说明分解仍较为缓慢，进一步证明了其性质稳定7。135游离性腐殖酸和水溶性腐

49、殖酸的变化游离腐殖酸占总腐殖酸的比率以及游离腐殖酸占总有机碳比率的下降，说明在堆肥过程中，游离腐殖酸不稳定，易被微生物降解。水溶性腐殖酸虽然只占腐殖酸的一小部分，但它是腐殖酸中最活跃、最有效的组分。堆肥过程中，水溶性腐殖质含量下降，但其占游离腐殖酸、总腐殖酸、总有机碳的比率却呈先略有下降而后迅速增加趋势。这是由于在堆肥过程中，大分子的腐殖酸不断被分解成水溶性的小分子的腐殖酸，源源不断地补充着被分解的水溶性腐殖酸。其水溶性腐殖酸与游离腐殖酸、总腐殖酸、总有机碳比率上升，说明堆肥过程中水溶性腐殖酸含量相对稳定，腐殖酸活性提高，有效成分增加19。2材料与方法21设备本实验所采用的设备为卧式螺旋搅拌太阳能好氧堆肥器，通过自行设计并委托环保公司制造。设备主要有发酵仓体、螺旋推进系统、通风供气系统、水浴加热系统、排液系统和保温系统六部分组成。211发酵仓体本实验设计仓体为圆筒式，堆肥工艺为间歇式好氧动态堆肥。堆肥连续进、出料，在筒体内每日螺旋推进一周，持续几天完成高温好养堆肥，始终处于间歇式翻转的动态过程。筒式的设计有利于螺旋推进方式的运行，筒式筒体的长度可根据堆肥的期限设计长短。筒体正上方设计出料口，间距为螺旋旋转一周的推进距离，使得不同取样口分别对应不同天数的堆