厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究【毕业论文】.doc

1、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

2、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RESEARCHONTHEHUMUSVARIATIONDURINGAEROBICCOMPOSTINGOFKITCHENWASTEABSTRACTBYDETERMININGTHEREGULARITYFORCHANGEOFTHETEMPERATURE,PH,HUMICACID,FULVICACID,ORGANICMATTER,TOCANDTNOFTHEPILEWHICH

3、ISFORMEDINTHEHIGHTEMPERATUREAEROBICCOMPOSTINGPROCESS,DOARESEARCHONTHEHUMIFICATIONPROCESSOFTHECOMPOSTINGTHERESULTSHOWSTHATDURINGTHE10DAYPROCESS,THEPILECANREACHAHIGERTEMPERATUREGRADUALLYANDKEEPTHEHIGHTEMPERATUREFORAFEWDAYSATTHESAMETIME,THEWATERRATIODECREASESTO60,PHDECREASESFIRSTANDTHENRISESWITHATRENDT

4、OWARDS70,THECONTENTOFTOCDECREASESFROM518TO392,ANDTHECONTENTOFTHEORGANICMATTERDECREASESFROM494TO430,HUMUSINCREASESFROM79TO92THECONTENTOFHABEGINTODECREASEOBVIOUSLYFROMTHESEVENTHDAY,HIBECAMETOINCREASE,ANDREACHTO305INTHEENDADDITIONALLY,BYCONSTRACTWECANFINDTHATHEATINGTHECOMPOSTINGBYTHECOMBINEDPOWERCANMAK

5、ETHETEMPERATUREHIGER,THEHUMIFICATIONDEGREEGREATERWITHABETTERTREATMENTEFFECTKEYWORDSHIGHTEMPERATUREAEROBICCOMPOSTINGKITCHENGARBAGEHUMUSMATURITY厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究II目录1引言111堆肥定义及产物1111堆肥化定义1112堆肥产物112高温好氧堆肥原理2121好氧堆肥原理2122好氧堆肥过程中堆体温度变化3123好氧堆肥过程中的碳氮循环3124高温好氧堆肥特点及优势313堆肥过程中腐殖质变化及其研究现状3131腐殖质变化的反应指标腐熟度

6、3132判断腐熟度的方法依据4133堆肥过程腐殖质的变化4134HA、FA和HU的变化4135游离性腐殖酸和水溶性腐殖酸的变化42材料与方法521设备5211发酵仓体5212螺旋推进系统5213水浴加热系统5214通风供气系统5215排液系统6216保温系统6217装置示意图622物料6221物料来源与种类6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7223加料、取样和通风时间的确定723技术路线及说明8231研究方法8232技术路线83结果与讨论831数据分析8311温度9312含水率10313PH10314TOC11315TN12316C/N12317阳离子交换容量C

7、EC）13318HA、FA14319腐殖质（HS）143110胡敏素（HU）153111有机质1532综合分析16321堆肥过程整体变化16322腐殖质的整体变化规律16323两种加热方式的比较164结论175建议17参考文献19附录20厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究11引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

8、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，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

9、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

10、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，同时还会释放出二氧化碳供植物光合作用，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，其主要组厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究2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

11、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，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

12、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、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

13、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。厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究3122好氧

14、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

15、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

16、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。

17、13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。厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究4132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）、H

18、I（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

19、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

20、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

21、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，腐殖酸活性厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究5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

22、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肥。筒体后端设置排液口，并设有阀门，定期派出堆肥渗滤液。为了有利于物料推进和渗滤液排放，整个系统相对水平面倾斜12放置。设定每天进料30KG，堆肥10天，计算得出筒体直径D420MM，筒体长度L4200MM。212螺旋推进系统螺旋推进系统置于发酵仓体中，由中心轴和螺旋体两部分组成。螺旋个数由堆肥天数决定，结合螺旋结构半径与螺距的关系，设计螺旋个数为20。螺旋运转受电机控制，电机配置减速齿轮，控制转速为01R/MIN。螺旋推进有两方面效果一是按时

23、间推进物料，控制堆肥天数；二是在堆肥过程中起到翻转物料的作用，防止物料因长久堆放导致压实而影响通气，形成厌氧发酵。213水浴加热系统水浴加热系统由位于发酵仓体下方的立方体加热水箱、太阳能热水器、电加热装置和连接管道组成。加热水箱上的进水口、出水口分别连接太阳能热水器的热水管和冷水管。遇到雨雪天气，太阳能效率低下的时候，可转为利用电加热装置连接加热水箱，保证发酵仓体内的堆肥温度。在加热水箱的后端有管道连接自来水口，以实现进水和补水；并布置一排小孔以供水箱换水。214通风供气系统本装置设计周边布气式通风。体统包括风机、气流缓冲腔和发酵仓通风口。风机相关参数见下表厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研

24、究6表21风机相关参数气流缓冲腔位于发酵仓下方，空气外源空气压缩机鼓进气流缓冲腔，高压气体在缓冲腔内缓冲得到控制并均匀扩散到堆肥中，不会带有强有力的冲击性，或造成局部通风强弱不均而影响微生物生长。气流腔外包发酵仓下方，空气通过开设的气孔进入发酵仓。发酵仓内缠两道细滤网，防止物料深入缓冲层内，或堵塞通风口。215排液系统通风供气系统中的气流缓冲腔同时具备渗滤液汇集的作用，堆肥过程中产生的堆肥渗滤液通过滤网和仓底小孔进入气流缓冲仓，并在气流缓冲仓内汇集，由于系统倾斜放置，受重力影响，渗滤液在气流缓冲仓内顺势汇集到系统后端，由排液口定期外排，收集在渗滤液发酵池内。同时系统的高温可使渗滤液在气流缓冲仓

25、内蒸发，使通风保持一定的湿度，提高堆肥效果。216保温系统由于该试验堆肥量少，过程中微生物代谢产生的热量有限，加上实验过程中环境温度较低，如不采取有效的保温系统，不仅会导致热量流失，降低系统堆肥效率，还会影响堆肥的顺利进行。因而试验中采用外包保温材料的方法对系统进行保温。保温材料选用50MM厚的聚氨酯，外围环行包裹发酵仓和加热水箱。217装置示意图图21好氧堆肥实验装置示意图左侧大图为卧式螺旋搅拌堆肥器设备图，右侧小图中，左边为太阳能集热器，右侧为电加热器，共同组成供能系统。22物料221物料来源与种类实验过程中的物料来源都来自第一食堂。物料分为两种一种是泔脚，取自食堂用餐后的残羹名称风机型号

26、工作电压最大工作压力排气量电机功率空气压缩机FCW58/2型220V07MPA180L/MIN11KW厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究7剩饭，主要成分是米粒、菜汤、贝壳类、骨头鱼刺等，偶尔来自早餐，还含有蛋壳、豆浆、包子等；另一种是厨房加工后的剩菜根叶，主要有白菜、茄子、莴苣、花菜、包心菜等。物料初始成分见下表表22物料初始成分表相关参数批样1批样2堆肥温度/800800含水率/86008400PH值533570TOC/51855185TN/176198C/N29422622阳离子交换容量/CMOL/KG16451497HA/420HA/366HU/4400HA/FA145有机质/900

27、18888222物料加工与投放刚取回来的垃圾种类呈现多样化，并且不同种类之间物质成分差异较大，因此需要进行加工搅拌，使其混合均匀。主要有以下工序1将剩菜根叶用菜刀切碎，并充分混匀；2将取回来的泔脚料经行除杂、脱水处理，先用长柄镊子将其中的聚乙烯袋、筷子等不易分解的成分取出来，然后用漏勺将其舀出，置于不漏水的塑料箱中；3将切碎混匀后的剩菜根叶倒入盛有泔脚的箱子里，再次用铁锹等工具经行大规模搅拌，使各部分垃圾充分混匀。投料时，将混匀的垃圾置于进料口，并开动电机，启动螺旋推进系统，进料口的物料会随着螺旋推进的进行而逐渐下沉，腾出新的投料的空间后继续加料。持续转动20分钟让螺旋推进两周，完成约30KG

28、垃圾的进料工作。223加料、取样和通风时间的确定为了保证每次取样的代表性，每天加料和取样的时间固定在每天下午三点钟。加料的时候开启电机，电机在减速器的转换下带动齿轮缓慢转动，大约20分钟螺旋推进设备旋转两周，并完成加料。取样时，从每天对应的取样口取出堆肥，称量、标记后带回实验室。带回实验室的堆肥首先要进行剪切预处理将大块的堆肥剪碎、剪小，以便称量取样。需要用新鲜样进行处理的，将其置于研钵中捣碎，直到呈糊状；需要进行烘干或者风干的，称量后将其置于烘箱中或通风橱中进行烘干、风干处理，烘干、风干后的批样再用粉碎机粉碎成粉末，以待称量实验。厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究8通风时间设定在每天取样

29、之后的05H。每天必要的通风时间是为了保证堆肥中的氧气密度，防止因为缺氧而形成厌氧发酵；同时还可以维持堆肥的湿度，有利于堆肥反应的进行。23技术路线及说明231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。232技术路线该研究过程采用如图22所示技术路线从资料收集到设备调试，再到采集样品、堆肥、参数测定以及数据处理，最后是建立数据规律到论文总结。研究过程严格按照技术路线所示进行。图22技术路线示意图3结果与讨论31数据分析垃圾来源为食堂的残羹剩饭

30、和厨房的剩菜根叶，其成分差异较大，因此在垃圾堆肥前，需要进行充分切割和搅拌，让其均匀混合。实验采用的堆肥装置为螺旋推进式设备，垃圾在装置内翻滚，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”厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究9螺旋推进。翻转同样起到混合搅拌的作用，使得原本处于堆体中心高温区的垃圾与处于堆体边缘低温区的垃圾重新混合，堆肥更全面均衡。由于堆肥是在滚筒中推进，因此取样的时候不能采用对角线布点法、梅花形布点法等标准取样方法，而是从

31、环形取样口用长柄匙取样。受取样方式限制加之垃圾本身存在的成分差异，存在一定误差。过程中，先后有两批样进行堆肥实验，垃圾来源一致。第一批样是单纯的太阳能加热，受气候影响显著，由于实验期间连续雨雪天气，太阳能集热板集热效果不佳，导致外源加热效果差，因此批样1内部的能量来源主要是生物降解过程中所释放出的热量，虽然装置有保温措施，但温度升高不大，受环境制约明显；第二批样主要采用电加热太阳能联合加热的方式，因而外源加热能量较为稳定，因此温度上升的幅度大、高温期较长。两批样在以下结果讨论中，分别简单记为批样1、批样2。311温度每日对堆体温度和环境温度进行测定，结果作图31。010203040506002

32、4681012时间D温度）批样1批样2批样1环境温度批样2环境温度图31批样1堆肥过程温度变化曲线从图31可以看出，第一批样和第二批样，在堆肥过程中，堆体温度均呈现先增后降的趋势。从温度变化曲线上可以看出，两批样在前4D堆体温度升高迅速，分析原因有两点一是外源加热使堆体温度整体提升。二是在外源加热条件下，嗜温性微生物比较活跃，快速分解糖类、淀粉等小分子可溶性有机物，放出大量热量，使堆肥温度迅速升高。4D后，两批样在温度上有所不同。第一批样在第5D后基本维持在40以上，持续2D；而第二批样却在第6D后进入稳定状态，基本维持在50以上，持续3D。批样2温度高于批样1，是由于批样1采用用太阳能外源加

33、热，受外界低温的环境温度影响，肥温度受到限制。在高温阶段，嗜热性细菌开始活跃，堆肥进入高效期。在堆肥后期，温度开始逐渐下降，这是由于堆肥后期，大量有机物已被分解，剩余有机物可降解度较小，微生物活动减慢，降解速度放缓，导致堆体温度下降。其中，批样1的第8D堆肥温度异常低，可能受环境温度影响所致。两批样温度都无法继续升高，无法长时间维持高温阶段是因为堆肥中的含水率都比较高，水分的排出及蒸发会带走大量热量，对升温产生抑制作用。厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究10312含水率根据每天取样测得的含水率变化绘制图32。020406080100024681012时间（D）含水率（）批样1批样2图32堆

34、肥过程中含水率变化曲线从图32可以看出，两批样的含水率在11D里均呈下降趋势，但下降趋势并不名不明显。比较而言，批样2的含水率下降到592，比批样1多下降10，但其中含水率出现反复现象。两批样第一天里含水率下降趋势都比较大，原因是第一天里，垃圾中含有的水分有相当一部分下渗汇聚成为渗滤液排出，导致含水率迅速下降。由于批样2的堆肥温度更高，使得水分挥发更快，所以整体上批样2中含水率的下降要比批样1更为明显。批样2的含水率升高现象，有以下几点原因1、堆肥中期，温度适宜微生物的分解活动，使得分解效率提高，有机物快速分解，生成大量水分；2、由于该堆肥装置属于密封式的，密闭性和保温性较好，蒸发的水分遇到顶

35、部冷凝回流，难以散发；3、渗滤液回流渠道设计在发酵仓下部，与气流缓冲腔共用通道，并且在缓冲腔下是温度较高的水箱，渗滤液在高温的环境下蒸发，随着气流回到发酵仓中，使得水分不能及时排出。堆肥过程中含水率维持在一定水平，不必考虑因为缺水对堆肥产生的不利影响，但需要注意含水率过高的问题。通风影响着水蒸气从堆体内向外转移的速率，影响有利于水分扩散和对流。因此，在本实验中应调控通风问题，注意通风风向和风力，避免因通风问题造成的水分积累。同时还要及时排除渗滤液。313PH每天对批样进行PH测试，得到数据制成图33。观察图33可以发现，两批样堆肥的PH呈先下降后上升的趋势。前期PH下降的原因主要有以下两点，第

36、一，前期微生物分解有机物的同时生成大量有机酸，有机酸短时间内在堆肥中富集，导致堆肥酸化，PH下降。第二，有机物中被微生物分解，其中的C元素转化成CO2，由于前期堆肥中含有较多水分，透气性差，CO2不能得到及时散发，被垃圾滤液厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究11012345678024681012时间（D）PH值批样1批样2图33堆肥过程PH变化曲线吸收引起酸化。12D后，由于之前生成的有机酸逐渐分解，水分的蒸发使CO2得到散发，酸性减小，PH逐渐回升至中性。比较两批样发现，PH值起点与终点基本一致，只是过程略有差异。引起差异的原因应该与含水率的变化相关。批样2中含水率下降较快，透气性改善

37、较快，CO2扩散效果好于批样1，因此积累的酸要比批样1的少，PH也比同期批样1的高。批样2中第7、8D的PH下降也是因为这期间含水率增大所致。314TOC图34，是根据TOC在堆肥期间的变化规律所作的曲线图。0102030405060246812时间（D）TOC（）TOC1TOC20102030405060024681012时间（D）TOC（）批样1批样2图34堆肥过程TOC变化曲线从图34可以看出，两批样TOC含量均下降。批样1的TOC最终含量为432，批样2的TOC最终含量为392。比较而言批样2的TOC含量更大。TOC含量下降的趋势是必然的，因为堆肥过程中，有机物质被分解，C以CO2的形

38、式排放出去，使TOC含量下降。观察批样2中第1天TOC下降较快，分析原因为第1D微生物分解的有机物主要以糖类、淀粉等易分解有机物质为主，分解速率快，CO2生成速度快，TOC下降迅速。之后微生物分解的主要是纤维素等难降解物质，分解速率慢，TOC下降缓慢。但是，批样2的这种明显的现象并未在批样1中出现，可能是由实验误差引起。厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究12批样2的最终TOC含量小于1，说明外加热源稳定、系统维持高温的条件下，不稳定大分子有机物分解更彻底，堆肥效果更明显。由于腐熟化的堆肥中，小分子有机质和不稳定大分子有机质逐渐转化为腐殖质，因此两批样最终所剩余的TOC基本都是由性质较为稳定

39、、结构较为复杂的腐殖质表现出来的。315TN对所取样品进行总氮测定，绘制出35所示的曲线图。005115225335445024681012时间（D）总氮（）批样1批样2图35堆肥过程TN变化曲线图35显示，总氮相对含量逐渐增多的。理论上，总氮量应该逐渐下降20。因为有机物堆肥过程中微生物大量繁殖，促使含氮有机物大量分解，并生成铵态氮而不能及时转化为有机氮或被植物利用12。这里氮含量为相对含量，并不表示堆肥中氮元素的实际含量。其相对含量的增大说明氮含量的下降比例要小于碳元素的下降比例，出现含量减小但相对含量增大的现象，同时也说明在该堆肥实验中，N素控制较好，没有出现大量的N流失现象。第5D出现

40、的氮含量下降的现象，原因应该与第五天突然达到的堆肥最高温度有关，3540摄氏度是反硝化细菌反消化作用最有效的温度，而两批样在实验第4D刚好跨越这个温度，大量NOX被还原以N2形式散发，氮素含量下降加快，使得相对含量也有下降的趋势。316C/N根据堆肥过程里，C与N的含量变化，计算出C/N比，并将C/N随时间变化作图36图36看出，两批样的C/N比分别从294和262降至119和100。而C/N比为在175250时意味着堆体成熟，从数据结果来看，C/N比都在150以下，说明堆肥已经腐熟化、稳定化、无害化。批样2相对于批样1，前期C/N比较低，是因为批样2的堆肥温度较高，而嗜热性微生物代谢相对于嗜

41、温性微生物代谢能力高，并且高温下有机物更容易溶解，所以有机物分解更快。两批样最终C/N比很低，说明整个堆肥过程，由于设备密封性、气密性较好，不利于氮素以气体形式散发，使得TN含量一直处于较高的水平，没有出现明显的氮素流失现象。厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究130510152025303512345678910时间（D）C/N批样1批样2图36堆肥过程C/N比变化曲线317阳离子交换容量CEC）阳离子交换容量是指PH值为7的条件下所吸附的K、NA、CA2、MG2等阳离子总量，图37即为阳离子交换容量曲线。01020304050607012345678910时间（D）阳离子交换容量CMOL

42、/KG有机质批样1批样2图37堆肥过程阳离子交换容量变化曲线观察图37可以发现，两批样的CEC总趋势是相同的，结果都是CEC增大。第1D增幅相近，之后却出现较大的差异。批样1在接下来3DCEC逐渐减小，降至第5D的93MMOL，而后逐渐增大直至最终的533MMOL；批样2的CEC在第2、3D增幅较大，之后增速放缓，直至最终656MMOL。两批样分别由165MMOL和150MMOL增至533MMOL和656MMOL。CEC大于60MMOL作为堆肥腐熟的指标8，从结果来看，第2批堆肥达到堆肥腐熟的标准。CEC的增大是应为在腐殖化过程中，有机质的氧化作用产生带负电的官能基21，加大了阳离子交换容量。

43、CEC大的堆肥带负电量大、腐熟程度高，因此，CEC是常用来指示腐熟的指标之一。两者出现如此大的差异，可能是受环境影响。批样1相比批样2，堆肥过程温度低、PH前4D较低（接近4），对微生物活动产生一定的影响。微生物在低温、酸性条件下代谢缓慢，对于堆肥中有机质成分的分解利用能力下降，使得堆肥中有机质分解产生官能团的速度放慢，当官能团的生成量小于分解量时，官能团的实际量就减少。由于CEC主要来源是官能团上负电离子，所以官能团的减少宏观表现为CEC的下降。后来由于PH的回升，两批样的有机质氧化作用均加快，产生一些较厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究14稳定的官能团，于是CEC上升较快，出现如图所示

44、批样1和2的CEC含量变化。318HA、FA在腐殖质的测定过程中，由于实验过程繁琐耗时长，只采用联合加热法进行堆肥实验，即以上的批样2。通过对堆肥过程中HA、FA的连续监测，绘制图38。01234567812345678910时间（D）HA、FA含量（）HA（胡敏酸）FA（富里酸）图38堆肥过程HA、FA变化曲线从图38可以看出，堆肥前6DHA、FA并无明显升降趋势，从第七天后逐渐开始有了分化，HA含量上升，而FA含量下降。堆肥前期HA与FA之前存在着相互的转化由于HA的分子结构较为复杂，堆肥过程中，化学键氧化断裂，并逐渐形成FA；生成的FA和其他小分子物质在矿化分解的同时又重新合成结构较为复

45、杂的HA，因此出现含量起伏的状态。堆肥后期，由于环境PH的回升，酸性较强的小分子FA加速矿化分解、合成稳定性较强的HA，其本身含量下降，HA含量上升。堆肥中HA含量的上升表征着堆肥腐熟程度的加深，施入土壤有利于土壤团粒结构的形成，改善土壤理化性状13。319腐殖质（HS）腐殖质每天一测，所得实验结果汇总制图，如图3902468101212345678910时间（D）腐殖质（）腐殖质图39堆肥过程腐殖质变化曲线腐殖质的含量变化并不明显，整个过程中有升有降。堆肥末期，腐殖质相对含量增加，从本来的79增至最后的92。堆肥过程中腐殖质实际含量是个先降后升的过程，因为堆肥前期堆肥中厨余垃圾好氧堆肥过程腐

46、殖质变化规律研究15不稳定的腐殖质被逐渐氧化降解；同时在纤维素、木质素碳源分解的同时也在重新合成着一些结构较为复杂的的腐殖质成分22，使腐殖质实际含量重新回升。腐殖质的相对含量的上升，表明腐殖质的分解的速率要小于堆肥中其他有机质的分解速率，导致其相对含量上升。3110胡敏素（HU）跟踪堆肥全程胡敏素的含量变化，绘制曲线图310。0102030405012345678910时间）D）胡敏素（）胡敏素图310堆肥过程胡敏素变化曲线胡敏素的初始含量为440，堆肥最后一天含量为364，前3D下降较为明显，到第4D已降至376，之后维持相对稳定状态，直至最后堆肥结束。胡敏素是堆肥中的惰性有机物，较难分解

47、。从图311可以看出，胡敏素的相对含量前期下降，后期基本稳定，由于堆肥总量是减少的，其相对含量的下降说明在胡敏素堆肥过程中是有降解的，并且在堆肥前期降解速率高，堆肥中后期相对含量稳定，表明堆肥中后期胡敏素也有一定的降解。可以看出水热条件适宜时，有利于胡敏素的分解转化。3111有机质根据有机质变化规律，绘制图311。70758085909512345678910时间（D）有机质（）批样1批样2图311堆肥过程有机质变化曲线分析图311可以看出，有机质含量逐渐下降，并且均下降了10。同期比较，批样2的有机质含量更低，说明批样2相比批样1降解效果更好，由此可以看出温度、PH等因素对于有机质的降解有着

48、重要的影响。有机质中包含新鲜有机质、半分解有机质和腐殖质，厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究16相比腐殖质较为平缓的变化曲线，有机质含量变化较为明显，说明腐殖化过程中新鲜有机质和半分解有机质是主要降解物，堆肥微生物主要是通过分解新鲜有机质和半分解有机质有机质来获取能量。有机质逐渐向着腐殖质方向转变，有机质含量的下降表明堆肥腐殖化程度进一步加深。32综合分析321堆肥过程整体变化纵观整个堆肥过程，温度呈现先增后降的趋势，堆肥过程中温度的变化影响了微生物的代谢活动，对于堆肥有决定性的影响。受温度影响，堆肥中水分的蒸发使得含水率逐渐下降，下降程度20左右。C/N比的下降、有机质含量减小、腐殖质尤

49、其是胡敏酸含量的上升均象征的堆肥的腐熟化程度加深，这从堆肥取样的物理性之中也可以看出。从物理性质上看堆肥初期取样新鲜程度较高，基本保持物料原型；第4、5D时，由于垃圾中小分子易分解有机物的分解转化，刚取出的堆肥可以直观看出纤维素比重明显增大，同时，物料失去原来的光色，颜色变暗，堆肥剩余量略有减少；从7、8D开始，堆肥已经明显倾向腐熟，物料变得稀稠，颜色变得米黄，堆肥剩余量明显减少甚至难以取样。322腐殖质的整体变化规律有机质的减少和腐殖质的增大，说明在有机质在向着腐殖质方向转变。观察其量，有机质下降约15个百分点，而腐殖质去在稳定中略有增加，其幅度小于2个百分点，表明有机质在被降解后，主要以水分和气体的形式散发，只有部分形重新合成稳定的腐殖质。观察HA和FA的变化，前期变化不明显，其含量交替变化，直至第7D开始出现分化。说明第7D后腐殖质已经进入深度腐熟期，PH的回升使得FA中不太稳定的部分开始大量分解。HI腐殖化指数，即HA/FA增大，图312是HI随时间变化曲线图。00511522533512345678910时间（D）HA/FAHA/FA图312堆肥过程HI变化曲线图可以看出，前期HI起伏不定，但随着后期堆肥腐熟化程度的加深，HI逐渐增大，最终达到305，大于3象征堆肥已经达到腐熟。323两种加热方式的比较厨余垃圾好氧堆肥过程腐殖质变化规律研究1