1、厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究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中N素变化及对种子发芽率影响研究一、选题的背景与意义厨余是有机垃圾的一种，包括剩菜、剩饭、菜叶、果皮、蛋壳、茶渣、骨、贝壳等家庭、宾馆、饭店及机关企事业单位抛弃的剩余饭菜的通称；是人们生活消费过程中产生的一种固体废弃物，其有机质含量丰富、含水率高、易腐败发臭，处理不当会引发一系列的生态污染问题。我国家庭厨余垃圾占生活垃圾的比例在30左右，据估计，当前我国的垃圾产生量以每年约10的速度递增，年新增厨余垃圾产生量达500万吨，不仅影响城市市容和环境卫生以及群众生活，而且极大增加了焚化炉与垃圾填
2、埋场的负担。高温好氧堆肥可实现厨余垃圾的无害化、减量化、资源化。其中堆肥过程是利用微生物在一定温度、湿度和PH条件下，使有机物发生生物化学降解的过程，最终形成一种类似腐殖质土壤物质，可作为肥料和土壤改良剂使用。堆肥过程工艺过程简单，占地面积少，投资少，而且有较好的经济效益和环境效益，特别是对于发展中国家，是一种很有发展前途的固体有机废物处理手段。氮素是厨余垃圾堆肥中非常重要的营养元素，植物生长必不可少的元素，但是高温堆肥过程中普遍存在氮素（以NH3为主要形式）损失的现象。氮素损失不仅污染环境，而且降低肥料中的养分，使产品未能达到我国堆肥产品质量标准（GB817287）规定。因此，本实验旨在研究
3、厨余垃圾高温好氧堆肥过程中N素运动规律，以期为氮素损失控制研究及方法提供理论支持。堆肥产品最终都要作为有机肥用于农业生产中，但是，不成熟的堆肥施入土壤后，由于新鲜有机质的强烈分解而产生大量具有植物毒性的物质，如有机酸和NH3等；另外，微生物的强烈活动与作物竞争土壤中的N，并在根际形成厌氧环境而抑制了作物的正常生长，所以堆肥腐熟度判断堆肥是否顺利进行的重要依据，是堆肥化工艺研究、工程设计、堆肥产品评价的基本依据。种子发芽系数被认为是最有效、最能反映堆肥产品植物毒性大小的腐熟度评价指标，因此本实验将对堆肥产品的种子发芽率进行原因分析，为堆肥的设计、运行的改进厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发
4、芽率影响研究2提供理论依据。二、研究的基本内容以及拟解决的问题（1）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熟练掌握固态样品中TOC、TN、水溶性有机碳、水溶性NH3N、NO3N、氨基糖态N、氨基态N、酰氨态N等测定方法和表征；4熟练掌握种子发芽率研究的实验操作方法；5能够准确分析TOC、TN、DOC、水溶性NH3N、NO3N、氨基糖态N、氨基态N、酰氨态N等随堆肥时间的演变规律；6能够准确分析种子发芽率与堆肥腐熟和毒性的相关性。（2）拟解决的问题1厨余垃圾堆肥过程中N素变化
5、状况；2厨余垃圾堆肥中影响种子发芽率的主要因素。三、研究方法与技术路线（1）自行设计完成太阳能高温好氧堆肥反应装置，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，在此基础上本别采用凯氏定氮法、氯化钾溶液提取法、紫外分光光度法、单指示剂甲醛滴定法测定TN、NH3N、NO3N、氨基态氮含量在堆肥过程中的演变规律及T、TOC、含水率、PH、DOC各参数的变化；并选择合适的作物种子进行发芽实验，评价堆肥的腐熟状况及其影响因素。（2）技术路线收集分析国内外相关资料太阳能高温好氧堆肥反应装置的运行调试样品的采集、调理设备运行过程中厨余垃圾堆肥过程中相关参数的测定及数据统计处理厨余垃圾好氧堆肥过程中N
6、素变化及对种子发芽率影响研究3四、研究的总体安排与进度2010年11月26日2010年12月15日，完成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；2011年5月13日，答辩。五、主要参考文献1李国学用水芹菜种子发芽特性评价污泥堆肥腐熟度和生理毒性J中国农业大学学报,1999,4增刊109LL62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,20072,2722352403秦莉,沈玉君,李国学
7、,等不同CN比堆肥碳素物质变化规律研究J农业环境科学学报2010,297138813934汤江武,朱利中不同堆肥条件对种子发芽指数影响的研究J浙江农业科学,2008,55835865贺亮,赵秀兰,李承碑不同填料对城市污泥堆肥过程中氮素转化的影响J西南师范大学学报自然科学版,20074,32254586杨国义,夏钟文,李芳柏,等不同通风方式对猪粪高温堆肥氮素和碳素变化的影响J农业环境科学学报2003,2244634677鲍艳宇,周启星,颜丽,等不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化J环境科学学报,20085,2859309368杨延梅,张相锋,杨志峰,等厨余好氧堆肥中的氮素转化与氮素损失研究
8、J环境科学与技术,200612,291254569单德鑫,李淑芹,许景钢固体有机废物堆肥过程中氮的转化J东北农业大学学报,20074,38226526910单德鑫,许景钢,李淑芹,等牛粪堆肥过程中有机态氮的动态变化J中国土壤与肥找出各参数随堆肥进程的演变规律完成“厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究”厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究4料,2008,1404311JDOUBLET,CFRANCOU,MPOITRENAUD,ETALINFLUENCEOFBULKINGAGENTSONORGANICMATTEREVOLUTIONDURINGSEWAGESLUDGE
9、COMPOSTINGCONSEQUENCESONCOMPOSTORGANICMATTERSTABILITYANDNAVAILABILITYJBIORESOURCETECHNOLOGY,20108,AVAILABLEONLINE11012MARIALUZCAYUELA,CLAUDIOMONDINI,HERIBERTINSAM,ETALPLANTANDANIMALWASTESCOMPOSTINGEFFECTSOFTHENSOURCEONPROCESSPERFORMANCEJBIORESOURCETECHNOLOGY,20096,1001230973106厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率
10、影响研究5毕业论文文献综述环境工程好氧堆肥过程中N素变化规律摘要近年来好氧堆肥日趋成为实现厨余垃圾、禽畜粪便、污泥等无害化、减量化、资源化的重要的环境友好型手段。而N素作为主要营养因子及肥料还田后植物生长必不可少的元素，在堆肥过程中显得尤为重要。因此，本文论述了N素在堆肥过程中的迁移转化，并总结N素损失的主要因素。关键词有机废物；好氧堆肥；氮素；迁移转化；影响因素1前言随着工农业生产的快速发展，人们消费水平的不断提高，有机废弃物的产生量逐年增大，大量有机废物的存在不仅是对资源的浪费，同时对环境构成现存的以及潜在的更加严重的威胁。固体有机废物当中含有大量易分解的有机物质，对其进行堆肥化处理是完全
11、可行的1。所谓堆肥，其原理是在适当的温度、湿度和PH条件下，通过微生物的作用，使有机物质分解并放出能量产生高温，杀死其中的病原菌和杂草种子，同时使有害物质减少或消失，并使有机物达到稳定化的过程12。结果形成一种类似腐殖质土壤物质，可作为肥料和土壤改良剂使用1。氮素是固体废物好氧堆肥中非常重要的营养元素，也是影响有机废物堆肥进程、效果和堆肥质量的重要因素3。然而，在堆肥过程中，氮的损失是相当可观的，不仅降低其农用价值，还会产生恶臭、酸雨等新的环境问题4。堆肥过程中的温室气体（NH3、CO2、CH4）排放问题引起了越来越高的关注5。因此，研究堆肥化过程中氮素的迁移转化、损失极其控制方法是特别重要的
12、。2氮的迁移转化21氮迁移转化的主要方式211氨化有机氮化物在微生物的分解作用下释放出氨的过程，称为氨化作用1。212硝化把NH3或NH4氧化成NO3的过程称为硝化作用。硝化作用分为两个阶段，第一阶段是由亚硝化细菌将NH4氧化成NO2；第二阶段是由硝化细菌的作用把NO2氧化成NO31。213反硝化在厌氧条件下，微生物还原NO3为NO2、NH4、NO、NO2、N2O、N2等的过程称为反硝厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究6化作用1。214氮的生物固定从无机氮化合物到有机氮化合物的转变称为氮的生物固定1。215氮的排放氮以气态含氮化合物（NH3、N2、N2O、NO、NO2）和含氮
13、化合物的淋洗作用向外界排放。22堆肥过程中各种形式的氮的变化221全氮含量的变化从堆肥的总体过程来看，全氮含量呈现降低的趋势34，610。主要是因为有机氮矿化、氨化并在一定湿度、高温作用下以氨气形式散失。但由于堆肥原料及条件的不同，也存在全氮在堆肥前后期含量变化不大甚至上升的趋势，如在堆肥后期固氮菌的固氮作用就有助于全氮的提高5,11。222氨氮含量的变化氨氮在堆肥过程中其含量的变化较为明显，一般呈现先上升后下降的趋势4,11。堆肥初期有机氮矿化分解及在氨化作用下生成NH3，而此时堆料含水率处于较高水平，故以NH4N形式累积。随着温度及PH的变化，NH4N因NH3挥发以及在高温过后向NO3N转
14、化而逐渐减少8,11。223硝态氮含量的变化堆肥初期，NO3N含量一直处于较低水平，但在高温（大约40，高于此温度，硝化作用将受到严重抑制，因硝化细菌是嗜温菌，对温度尤其敏感9）过后，其含量迅速增加4,12。由于前期硝化细菌的生长条件受到高温、高PH值和高浓度NH3的强烈抑制，致使硝态氮几乎没有产出，到堆肥降温腐熟阶段，温度，PH和NH3浓度降低，硝化细菌大量繁殖，硝化作用顺利进行12。另外，NO3N浓度还受到硝化与反硝化速率之差的影响，在好氧环境下，消化作用占绝对优势，反之，反硝化作用占优势,NO3N向NO2N转变9。224有机氮含量的变化有机氮分为氨基酸态氮、氨基糖态氮、酸解未知部分氮和非
15、酸解态氮等组分13。225氨基酸态氮含量变化氨基酸态氮含量在堆肥过程中先降低，而后增加，主要表现为在堆肥高温期大幅度降低，在稳定期增加6,1415。226氨基糖态氮含量变化厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究7氨基糖态氮的变化与微生物量的变化有密切关系，因大多数氨基糖态氮都是构成微生物体的重要成分。随着微生物量的逐渐增加，氨基糖态氮含量逐渐增加，在堆肥的降温阶段，随着微生物的逐渐死亡、分解，氨基糖态氮含量明显降低，而在发酵的腐熟阶段，氨基糖态氮的含量趋于平稳6。227酸解未知部分氮和非酸解态氮酸水解态氮（TOTALHYDROLYSABLEN,THN）包括酰胺态氮，氨基酸态氮，己
16、糖胺态氮和酸解未鉴别态氮16。酸解未知氮部分可能包括核酸及其衍生物、磷脂、维生素及其它衍生物，其含量在堆肥过程中大致呈先下降后上升的趋势6。一般认为，非酸解性氮（UNHYDROLSABLENITROGEN,UN）以杂环态存在，和杂环或芳香环键结合在一起，现已肯定这部分氮主要存在于缩合程度较高的腐殖质结合成分中，在堆肥过程中，UN转化为形态相对简单的氮素物质2。3氮损失的主要途径在厨余垃圾、禽畜粪便、污泥等有机废物堆肥过程中，氮素都有一定的损失，这主要是由于有机氮的矿化、持续性氮的挥发、硝态氮的反硝化和滤液中氮素的淋溶流失，其中以氮的挥发损失，而且绝大部分的氮损失是由氨挥发所致的3，1718，其
17、余部分的氮损失应是由N2和NO2的形式挥发掉的3。4影响NH3挥发的主要因素起始堆体的碳氮干质量比是影响堆肥过程中氨挥发的一个关键因素17，22，不同C/N直接影响堆体的PH，而PH又直接影响着堆体中NH4与NH3的比例。研究表明，C/N越低，氮素损失越大19。堆体温度亦是影响堆肥过程中氨气释放的一个重要因素，堆体结构、通风方式与氨气的释放也有很大的关系20。5结论与展望综上所述，好氧堆肥技术在厨余、污泥、畜禽粪便等有机固废处理中的应用已相当广泛，而且对环境保护及农业生产起着切实有效的贡献21。各填料在堆肥过程中N素转变形式大致相近，氮损失主要以NH3挥发为主。本次论文将以水葫芦作为调理剂研究
18、厨余垃圾在太阳能高温好氧堆肥过程中N素变化及种子发芽率影响研究，这是切实可行并具有现实意义的。本次研究所用装置是自行设计并优化完成的，利用太阳能产热为堆肥提供外界能源，延长了堆肥过程中的高温阶段，国内外关于借助外界能源对堆肥进程的影响研究还少见报道，因此我们有理由相信本次研究将具有历史意义，而对于该装置中堆料的N素变化也是尤其瞩目。厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究8参考文献1单德鑫，李淑芹，许景钢，等固体有机废物堆肥过程中氮的转化J东北农业大学学报，2007，38（2）2652692鲍艳宇，周启星，颜丽，等不同禽畜粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化J环境科学学报，2008，
19、28（5）9309363杨延梅，张相锋，杨志峰，等厨余好氧堆肥中的氮素转化与氮素损失研究J环境科学与技术，2006，29（12）54564贺亮，赵秀兰，李承碑不同填料对城市污泥堆肥过程中氮素转化的影响J西南师范大学学报（自然科学版），2007,32（2）54585秦莉，沈玉君，李国学，等不同CN比堆肥碳素物质变化规律研究J农业环境科学学报，2010,29（7）138813936单德鑫，许景钢，李淑芹，等牛粪堆肥过程中有机态氮的动态变化J中国土壤与肥料，2008，40437邓文祥，海梅荣，蒋春和，等不同比例玫瑰废弃物与小桐子油枯对高温堆肥过程中氮素变化的影响J云南农业大学学报，2010，25（3
20、）4144188杨延梅，席北斗，刘鸿亮，等餐厨垃圾堆肥理化特性变化规律研究J环境科学研究，2007，20（2）72779袁守军，牟艳艳，郑正，等城市污水厂污泥高温好氧堆肥氮素转变行为研究J环境污染治理技术与设备，2004，5（10）475010贺琪，李国学，张亚宁，等高温堆肥过程中的氮素损失极其变化规律J农业环境科学学报，2005，24（1）16917311杨国义，夏钟文，李芳柏，等不同通风方式对猪粪高温堆肥氮素和碳素变化的影响J农业环境科学学报，2003，22（4）46346712郑瑞生，肖本土，李延,堆肥化过程中氮素转化和NH3挥发研究J泉州师范学院学报（自然科学），2007，25（2）1
21、2212513马丽红，黄懿梅，李学章，等牛粪堆肥化中氮素形态与微生物生理群的动态变化和耦合关系J农业环境科学学报，2009，28（12）2674267914玛丽红，黄懿梅，李学章，等两种添加剂对牛粪堆肥中氮转化及相关微生物的影响J干旱地区农业研究，2010，28（1）768215魏自民，王世平，魏丹，等生活垃圾堆肥过程中有机态氮形态的动态变化J植物营厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究9养与肥料学报，2005，11（2）19419816鲍艳宇，周启星，颜丽，等鸡粪堆肥过程中各种氮化合物的变化及腐熟度评价指标J农业环境科学学报，2007，26（4）1532153717李帆，朱宏斌
22、，郭熙盛，等畜禽粪便高温堆肥过程中氨挥发的机理及控制J安徽农业科学，2008,36（25）109961099718林云琴，周少奇，李端造纸污泥交替好氧厌氧堆肥中氮素的形态转变研究J环境卫生工程，2007,15（3）1419郑瑞生，封辉，戴聪杰，等碳氮比对堆肥过程总NH3挥发和腐熟度的影响J环境污染与防治，2009,31（9）596320郑国砥，高定，陈同斌，等污泥堆肥过程中氮素损失和氨气释放的动态与调控J中国给水排水，2009,25（11）12112421JDOUBLET,CFRANCOU,MPOITRENAUD,ETALINFLUENCEOFBULKINGAGENTSONORGANICMAT
23、TEREVOLUTIONDURINGSEWAGESLUDGECOMPOSTINGCONSEQUENCESONCOMPOSTORGANICMATTERSTABILITYANDNAVAILABILITYJBIORESOURCETECHNOLOGY,20108,AVAILABLEONLINE11022MARIALUZCAYUELA,CLAUDIOMONDINI,HERIBERTINSAM,ETALPLANTANDANIMALWASTESCOMPOSTINGEFFECTSOFTHENSOURCEONPROCESSPERFORMANCEJBIORESOURCETECHNOLOGY,20096,10012
24、30973106厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究10本科毕业设计环境工程厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究THEIMPACTOFAEROBICCOMPOSTINGWITHKITCHENGARBAGEONNITROGENVARIATIONANDGERMINATIONINDEX厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究11厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究12厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究摘要以单纯性厨余垃圾和厨余垃圾与水葫芦混合物为原料，采用机械翻堆好氧工艺，进行堆肥试验，探讨堆肥进程中温度、PH值、含水率、
25、TOC、TN、氨基酸态氮、蛋白质的变化及堆肥对种子发芽率的影响。结果表明TN含量在堆肥过程中有所提高，分别由176和223提高到364和267；氨基酸态氮含量与微生物活性显著相关；种子发芽率受物料起始含水率、C/N比、添加剂及堆肥后物料养分浓度影响。关键词厨余垃圾；堆肥；N素变化；种子发芽率THEIMPACTOFAEROBICCOMPOSTINGWITHKITCHENGARBAGEONNITROGENVARIATIONANDGERMINATIONINDEXABSTRACTEXPERIMENTSWERECARRIEDOUTTOINVESTIGATETHECHANGESOFT,PH,MOISTUR
26、E,TOC,TN,AMINOACIDN,PROTEINANDTHEEFFECTSONGERMINATIONINDEXINKITCHENGARBAGEWITHORWITHOUTADDITIONALWATERHYACINTHCOMPOSTINGBYMECHANICALTURNOVERPROTOCOLTHERESULTSINDICATEDTHATTHECONTENTOFTNINCREASEDTO364,267FROMTHEORIGINALLEVELOF176,223RESPECTIVELYTHELINERRELATIONWASFOUNDBETWEENAMINOACIDNANDTHEMICROBIOL
27、OGICALACTIVITYTHEMOISTURE,C/N,BULKINGAGENTANDTHECONTENTOFNUTRIENTSINTHECOMPOSTWEREMAINFACTORSOFAFFECTINGSEEDGERMINATIONKEYWORDSKITCHENGARBAGECOMPOSTINGNVARIATIONGERMINATIONINDEX厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究XIII目录1引言1511厨余垃圾的组成、特点和对环境、人体的危害15111厨余垃圾的组成及特点15112厨余垃圾对环境、人体的危害1512厨余垃圾的资源化技术16121饲料化技术16122堆肥
28、与厌氧发酵技术16123能源化技术16124生物柴油技术1713厨余垃圾堆肥的优势17131氨化17132硝化17133反硝化18134生物固氮1814厨余垃圾堆肥过程中各种含氮物质的含量变化18141全氮含量的变化18142氨氮含量的变化18143硝态氮含量的变化18144氨基酸态氮含量变化19145氨基糖态氮含量变化19146酸解未知部分氮和非酸解态氮1915氮损失的主要途径1916影响NH3挥发的主要因素1917种子发芽率19171种子发芽率的基本概念20172影响种子发芽率的因素202材料与方法2121堆肥装置2122堆肥原料22厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究XI
29、V23样品分析方法2324技术路线233结果与讨论2431温度2432PH值2533含水率2634TOC2635TN2736氨基酸态氮2837蛋白质2938C/N比2939堆肥对种子发芽率相关性分析304结论315建议32参考文献33致谢错误未定义书签。附录35厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究151引言在环保安全倍受关注的今天，垃圾的分类处理是总的发展趋势1，也是实现无害化、减量化、资源化的重要的环境友好型手段。餐厨垃圾主要是指家庭、饭店、食堂等产生的食物废料和残羹剩饭的通称，是城市生活垃圾的重要组成部分。餐厨垃圾包括废弃食用油脂（泔脚）和厨余垃圾。其中废弃物食用油脂是指在
30、不可食用的动植物油脂和各类油水混合物，而厨余垃圾是指食物残余和食品加工废料，主要为餐厨垃圾中的固体残留物2。近年来，随着城市生活设施和居住条件的改善及其全球人口的增加，厨余垃圾的产量呈现明显的增长趋势。目前，全球每年产生的城市生活垃圾为500亿T左右，其中厨余垃圾约占其中的1020，以2000年各国厨余垃圾产量为例，美国产生量为2598万T，占城市固体垃圾总量的112，而其中厨余垃圾的回收率仅为26，远低于城市垃圾回收利用率的平均值301；欧洲产生量在5000万T左右，相对来说，欧洲各国对厨余垃圾的管理和处理都有相对较为完善的系统和体制；日本产生量为2000万T左右，其中70来自家庭和食品加工
31、业；韩国2000年城市生活垃圾产生量约为1700万T，其中餐厨垃圾占25；而我国全年产生量有4500万T，并以每年10的速度递增2。据报道，目前我国一些城市厨余垃圾占城市生活垃圾的比例为北京37，天津54，上海59，沈阳62，深圳57，广州57，济南413。因此，如何妥善处理处置厨余垃圾仍将是今后研究的热点。11厨余垃圾的组成、特点和对环境、人体的危害111厨余垃圾的组成及特点厨余垃圾主要包括剩菜、剩饭、菜叶、果皮、蛋壳、茶渣、动物油、植物油、肉骨、贝壳、鱼刺等等。从化学组成上看，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。其特点有粗蛋白和粗纤维等有机物含量较高，开发利用价值大，但易腐并产生恶臭；
32、含水率高，不便收集运输，热值低，处理不当容易产生渗滤液等二次污染；油类和盐类物质含量较其它生活垃圾高，对资源化产品品质影响较大，需要妥善处理4。112厨余垃圾对环境、人体的危害由于厨余垃圾容易发酵、变质、腐烂，如处理、处置不当，不但占用一定的土地，减少可利用的土地资源，其中的有毒有害物质可能通过环境介质大气、土壤、地表或地下水厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究16体进入生态系统形成污染，对人体产生危害，同时破坏生态环境，导致不可逆生态变化。在我国，传统的处理厨余垃圾的方式之一是直接送到养殖厂喂养生猪。然而，厨余垃圾中携带有大量致病菌5，加之近年来禽流感、口蹄疫等传播疾病大规模
33、流行，人畜间的交叉感染对人类健康、社会稳定构成了极大的威胁3。此外，厨余垃圾常掺有砂砾、铁丝、牙签、橡胶、塑料、纸质等杂物，会对禽畜消化道造成物理危害；有些厨余垃圾受到重金属、苯类等有害物质的污染，经食物链到人体，积累到一定程度后，会导致肝脏、肾脏等系统免疫功能下降4。12厨余垃圾的资源化技术目前处理厨余垃圾的资源化技术有饲料化技术、堆肥与厌氧发酵技术、能源化技术、生物柴油技术。121饲料化技术厨余垃圾饲料化的基本要求是实现杀毒灭菌，达到饲料卫生标准，并最大限度地保留营养成分4。其原理是利用垃圾中含有的大量有机物，对其粉碎、脱水、发酵、软硬分离后，将其转变为高热量的动物饲料2。目前，我国厨余垃
34、圾的饲料化处理技术已趋成熟，已在上海、北京、武汉等城市推广应用。但就总体而言，厨余垃圾饲料化同样存在着质量不高、销路不佳的问题。122堆肥与厌氧发酵技术好氧堆肥过程是在有氧条件下，依靠好氧微生物的作用把有机固体废物腐殖化的过程。在堆肥化过程中，首先是有机固体废物中的可溶性物质透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收；其次是利用微生物分泌的胞外酶将有机固体分解为可溶性有机物质，再渗入到细胞中，通过微生物的生命代谢活动，实现整个堆肥化过程6。厨余垃圾的厌氧发酵是在特定的厌氧条件下，微生物将有机质分解，其中一部分碳素物质转换为甲烷和二氧化碳4。厌氧发酵的特点有能高效地回收高含水率（60左右）废物中
35、的能量；工艺简单，无需复杂的控制操作；投入的废物经消化后能使有机物稳定减量；高温消化时，能杀死大肠杆菌和寄生虫卵等，在工农业中有广泛的应用6。123能源化技术焚烧法是厨余垃圾能源化处理的代表之一，其效率较高，最终产生约5的利于处置的残余物。焚烧是在特制的焚烧炉中进行的，有较高的热效率，产生的热能可转换成蒸汽或电能，可实现资源的回收利用7。但因厨余垃圾含水率高，热值低，燃烧时需要添加辅助燃料，厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究17及在脱水和尾气处理中的投资大，使其推广受到束缚。124生物柴油技术长久以来，石油，又称原油，是世界上最重要的一次能源之一，而它的生成至少需要200万年
36、的时间，是一种不可更新原料，随着科技的不断进步，居民生活条件的不断提升，石油枯竭将是不可避免的厄运。生物柴油技术的出现为世界能源点亮了又一盏灯。据统计，1吨厨余垃圾可以提炼出2080KG废油脂，经过集中加工处理，则可以制成脂肪酸甲酯等低碳酯类物质，也就是生物柴油。超临界甲醇制程是利用甲醇在超临界状态下的特殊物理化学性质，与废油脂发生反应生产生物柴油的一种新工艺；生物酶法是转化可再生油脂原料制备生物柴油新工艺的另一个方向。生物酶法生物柴油技术对环境友好，经检测，产品关键技术指标符合美国及德国生物柴油标准，并符合我国0号柴油标准4。13厨余垃圾堆肥的优势堆肥不但实现了厨余垃圾的“三化”，减轻环境负
37、担，由其制成的有机肥料更是土壤的改良剂，促使农业生产朝着更好、更环保、更健康的方向发展。其具体特点表现为以下几点堆肥含有丰富的有机质，具有明显的改土培肥作用；而化学肥料只能提供作物无机养分，若长期施用对土壤造成不良影响，使土壤“越种越馋”6。堆肥所含养分全面，除含有作物生长必需的氮、磷养分，还含有各种微量营养元素，如B、MN、CU、MO、ZN等，而且肥效时间较化学肥料长，具有显著提高土壤养分含量的特点。堆肥中含有大量有益微生物，能够有效促进有机质的矿化、营养元素的累积、腐殖质的合成行为，促使土壤肥力的提升。氮素是厨余垃圾好氧堆肥中微生物生命活动的动力和能源，也是影响厨余垃圾堆肥进程、效果和堆肥
38、质量的重要因素。氮主要的转变形式有氨化、硝化和反硝化、生物固氮及氮的挥发，其主要体现为堆肥中N素的固定与释放6。131氨化微生物分解有机含氮化合物释放出氨的过程。厨余垃圾中携带的大部分细菌、真菌、放线菌能分解有机含氮化合物，如蛋白质、多肽、核酸可由微生物分泌的水解酶水解成氨基酸、磷酸、尿素和氨，尿素再由脲酶分解为氨和二氧化碳，氨基酸则以脱氨基的方式产生氨。氨化作用能直接增加堆体内的氮素养分，为消化作用创造必要的条件。132硝化厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究18微生物将NH3或NH4氧化成NO3的过程。硝化作用分为两个阶段，第一阶段是亚硝化细菌将NH4氧化成NO2；第二阶段
39、是硝化细菌把NO2氧化成NO37。硝化作用受环境内O2、PH、水分和温度等生态因子的影响。中性或碱性条件最适宜硝化作用的进行，PH60时，硝化速率明显降低；较湿润环境及适宜的温度（040）有利硝化作用的顺利进行；底物和产物的高浓度将抑制硝化作用的进行。133反硝化反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出N2或N2O的过程，也称脱氮作用。反硝化行为降低了堆肥中氮素的含量，因此实验装置中设有螺旋搅拌系统，调节物料的氧气含量，降低因供氧不足出现的缺氧状况而造成的氮素损失。同时反硝化作用还受到环境中TOC、PH、NO3、温度的影响。134生物固氮生物固氮目前分为自生固氮、共生固氮和联合固氮三类，而堆
40、肥中主要指的是自生固氮。它是自生固氮菌，如好氧性细菌等，将分子态氮还原成NH3，再合成氨基酸、蛋白质这类含氮化合物的过程。14厨余垃圾堆肥过程中各种含氮物质的含量变化141全氮含量的变化根据大多数学者关于堆肥研究的发现，全氮的绝对含量在堆肥过程中是降低的，主要是因为有机氮矿化（有机态N经微生物分解，形成无机态NNH4、NO3的过程）、氨化并在一定湿度、温度作用下以氨气等气态氮形式散失；渗滤液中水溶性NO3N的淋失。全氮的相对含量则会随堆肥原料的组成、堆肥环境条件和堆肥情况等因素，出现相应的动态变化。142氨氮含量的变化氨氮在堆肥过程中其含量的变化较为明显，一般呈现先上升后下降的趋势8。堆肥初期
41、有机氮矿化分解及在氨化作用下生成NH3，而此时堆料含水率仍处于较高水平，故以水溶性NH4N形式积累。此后，随着PH逐渐上升，以及微生物生命代谢过程中释放的热量的累积，堆体温度上升，部分NH4N以NH3的形式挥发，另有一部分转化为NO3而使氨氮含量降低。143硝态氮含量的变化堆肥初期，NO3N含量一直处于较低水平，但在高温（大约40，高于此温度，硝化作用将受到严重抑制，因硝化细菌是嗜温菌，对温度尤其敏感9）过后，其含量迅速增加8。厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究19由于前期硝化细菌的生长条件受到高温、高PH值和高浓度NH3的强烈抑制，致使硝态氮几乎没有产出，到堆肥降温腐熟阶段
42、，温度，PH和NH3浓度降低，硝化细菌大量繁殖，硝化作用顺利进行。另外，NO3N浓度还受到硝化与反硝化速率之差的影响，在好氧环境下，硝化作用占绝对优势，反之，反硝化作用占优势,NO3N向NO2N转变9。144氨基酸态氮含量变化氨基酸态氮含量与堆肥PH和微生物活性相关。一般在堆肥中氨基酸态氮含量以先升高，后降低的方式连续出现，主要表现为在堆肥初期上升，堆肥高温期大幅降低的趋势。145氨基糖态氮含量变化氨基糖态氮的变化与微生物量变化有密切关系，因大多数氨基糖态氮都是构成微生物体的重要成分。随着微生物量的逐渐增加，氨基糖态氮含量逐渐增加，在堆肥的降温阶段，随着微生物的逐渐死亡、分解，氨基糖态氮含量明
43、显降低，而在发酵的腐熟阶段，氨基糖态氮的含量趋于平稳7。146酸解未知部分氮和非酸解态氮酸水解态氮（TOTALHYDROLYSABLEN,THN）包括酰胺态氮，氨基酸态氮，己糖胺态氮和酸解未鉴别态氮10。酸解未知氮部分可能包括核酸及其衍生物、磷脂、维生素及其它衍生物，其含量在堆肥过程中大致呈先下降后上升的趋势7。一般认为，非酸解性氮（UNHYDROLSABLENITROGEN,UN）以杂环态存在，和杂环或芳香环键结合在一起，现已肯定这部分氮主要存在于缩合程度较高的腐殖质结合成分中，在堆肥过程中，UN转化为形态相对简单的氮素物质10。15氮损失的主要途径在厨余垃圾、禽畜粪便、污泥等有机废物堆肥过
44、程中，氮素都有一定的损失，这主要由有机氮矿化为无机氮、持续性氮的挥发、硝态氮经反硝化生成N2和垃圾渗滤滤液中氮素的淋失引起，其中以氮的挥发损失为主导，而且绝大部分的氮损失是由NH3挥发所致，其余部分的氮损失应是由N2和NO2的形式挥发掉的11。16影响NH3挥发的主要因素起始堆体的碳氮干质量比是影响堆肥过程中氨挥发的一个关键因素12，不同C/N比直接影响堆体的PH，而PH又直接影响着堆体中NH4与NH3的比例。许多研究表明，C/N越低，氮素损失越大13。堆体温度、结构，通风方式亦是影响堆肥过程中氨气释放的重要因素。17种子发芽率厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究20171种子
45、发芽率的基本概念此文种子发芽率所指是种子发芽指数（GERMINATIONINDEX,GI），GI（）处理平均发芽率处理平均根长/（对照平均发芽率对照平均根长）100，其中发芽率供试种子发芽数/供试种子数。堆肥的目的是将厨余垃圾资源化、减量化、无害化，该目的达到与否取决于堆肥产品应用于农业后发挥的农用价值，即植物能否健康生长。可想在堆肥产品投入使用前，进行种子发芽试验的必要性。种子发芽指数是判断堆肥腐熟度（堆肥中有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度）的重要指标。堆肥既是微生物分解有机物的过程，同时也表现为植物毒性物质的降解过程。因为植物种子的生长会受未腐熟堆肥中低分子量有机酸、多酚等的抑
46、制14，故GI能够体现堆肥的毒性。这种方法具有简便、成本低、快速、不需特殊仪器设备等优点，是堆肥腐熟度检验的较精确有效的办法。一般地，当GI50时，被认为是已消除植物毒性，堆肥基本达到稳定化15；当GI80时，可认为堆肥没有植物毒性或堆肥已经腐熟16。172影响种子发芽率的因素种子发芽分3个阶段吸水膨胀、萌发、出芽。有活力的种子，受潮吸水后，开始进行呼吸，蛋白质合成以及其他代谢活动，经过一定时期，种胚突破种皮，露出胚根，即种子的萌发。有研究表明，种子吸水萌发后发生了许多生理代谢变化，主要表现在酶的活化、生成、细胞生理活性的恢复，同时进行着复杂的生化代谢。因此影响种子发芽的环境条件大致有一下几点
47、水分。种子必须吸收足够的水分，才能开始一系列的生化反应，如酶的活动。O2。种子进行呼吸作用，需要氧气的参与。一般作物种子要求其周围空气中的含氧量在10以上才能正常萌发。温度。各类种子只有在适宜的温度条件下，才能顺利萌发。养分浓度。环境中的营养元素，如NH4N、C/N比、NO3N、DOC等的浓度高低对种子发芽会产生一定影响。浓度不足时，种子发芽因养分缺乏而受到抑制；浓度过高时，造成种子细胞失水引起“烧种”现象。厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究212材料与方法21堆肥装置实验中采用卧式螺旋搅拌太阳能好氧堆肥器，间歇式好氧动态堆肥工艺，其结构见图21。图21好氧堆肥实验装置示意图
48、上图右框中，左侧是太阳能集热器，右侧是电加热。装置共分七个部分，分别为发酵仓。该装置采用圆筒形发酵仓，物料每天进料一次，进料的同时开动螺旋搅拌装置，物料沿螺纹方向呈推流式向前流动，轴转动一圈，物料向前推进一个螺距。通过搅拌混匀物料的同时，实现了堆肥周期的控制。为利于渗滤液的排除，仓体倾斜12放置。螺旋搅拌装置。螺旋搅拌由电机驱动，为保证通风质量，每10MIN旋转一周。水浴加热系统。该系统由发酵仓底部的加热水箱，太阳能集热器、电加热装置连接构成。太阳能接收光能后将被加热的水经出水口送入水箱，同时由进水口及时补水；加热水箱中亦设有进、出水口，使水得到更新和补充；由于太阳能集热系统易受天气的影响，故
49、在阴雨天时，可开启电加热系统，保证堆体外界热量的供应。通风供气系统。该装置的通风方式属于强制通风，由鼓风机送风至发酵仓外部的缓冲腔，再经仓体孔洞并透过两层细滤网后与物料接触。该方式的特点是风流经缓冲层得到控制，不会因风的冲击力或通风不均而影响到微生物的正常生长。排液系统。发酵仓外的缓冲腔兼具收集渗滤液的功能。滤液经仓体孔洞进入缓冲腔，汇入低处后，由排液口排出，收集于渗滤液发酵池内。保温措施。发酵仓、水箱与外界环境间各设有由聚氨酯合成的50MM厚的保温层阻隔，以保证堆体内的高温，促进堆肥的腐熟。厨余垃圾好氧堆肥过程中N素变化及对种子发芽率影响研究22进料口、采样口、出料口。装置中共设8个采样口，1个进料口和1个出料口。22堆肥原料厨余垃圾取自宁波大学学生食堂（第一餐厅），并进行预处理拣出其中夹杂的一次性筷子、纸杯、纸巾、塑料袋等，再用厨用刀具将大块的菜叶等切碎，并充分混匀。水葫芦取自宁波大学科学技术学院学生村一村河流，切成小段（长度5CM），平铺于地面晾晒，用粉碎机将晒干后的水葫芦进行粉碎处理，粒径1CM。水葫芦的特点是蛋白质含量丰富，C/N比相对较低。本次堆肥实验采用表21中所示的物料配比进行了2组试验，堆肥时间在冬季（121月份），堆肥进程
