污泥与秸秆堆肥过程中氮、磷形态变化研究

【摘要】： 城市污泥的处置与利用是全球各大城市面临的重大环境问题之一。污泥的堆肥化与土地利用是实现其无害化与资源化的重要方式。高温好氧堆肥技术利用好氧菌和氧气,使污泥高温发酵,它是将固体有机废弃物转化为高质量有机肥的重要无害化和资源化途径,它不仅可以解决城市污泥环境污染问题,而且对于发展有机肥、保持和提高土壤肥力,促进农业持续发展有着重要的意义。在污泥的堆肥化过程中,伴随着有机物的降解与转化,造成了部分氮素和磷素的损失,了解污泥堆肥过程中氮素与磷素的形态变化对于调控堆肥条件、减少养分损失有重要的意义。 本论文以污水污泥(SS)为原料,小麦秸秆糠(WSB,粒径小于0.5cm)、小麦秸秆段(WSS,长度约3cm)、玉米秸秆糠(MSB,粒径小于0.5cm)和玉米秸秆段(MSS,长度约1cm)为调理剂,采用强制通风静态好氧堆肥与自然通风好氧堆肥相结合的堆肥方法对上述混合物料进行了120d的堆肥化处理,研究了堆肥化过程中不同粒径秸秆为调理剂对堆肥过程以及氮、磷形态变化的影响。主要结论如下: 1、四次处理的堆温变化明显呈现出升温期、高温期和降温期三个阶段。在堆肥过程中,添加粒径小的秸秆的处理中堆体温度高,且高温持续时间长。添加两种不同秸秆对含水率、pH值的变化没有明显的影响。添加玉米秸秆的处理中EC值要高于添加小麦秸秆的处理,但是GI值恰好相反。对于同一种秸秆,添加粒径小的秸秆的处理中,含水率、pH值、GI值变化更加剧烈,但是EC恰好相反。 2、添加小麦秸秆的处理比添加玉米秸秆的处理中TN、NH4+-N、NO3--N含量增加明显,更有利于硝化的进行;对于同一种秸秆,粒径小的秸秆做调理剂比添加粒径大的秸秆更有助于TN、NO3--N含量的增加,更有助于硝化反应的进行。NH4+-N含量达到最大值的时间与pH达到最大值的时间是一致的。控制堆体的高温期持续时间,更有利于硝化反应的进行。 两种秸秆对酸水解氮、氨态氮、氨基糖态氮和氨基酸态氮的变化没有明显的区别,但是对于同一种秸秆,粒径小的秸秆对酸水解氮、氨态氮、氨基糖态氮和氨基酸态氮的增加有明显效果。添加小麦秸秆有助于酸解未鉴别态氮的含量的增加,尤其是粒径小的秸秆。 3、随着堆肥的腐熟,有相当部分的无机磷可转化成有机磷,致使有机磷呈上升趋势,而添加粒径小的秸秆作为调理剂有助于使堆肥中的无机磷向有机磷转化。添加两种秸秆对总磷含量的变化没有明显的区别,但是添加小麦秸秆的处理中速效磷、有机磷含量的增加要远高于添加玉米秸秆的处理。对于同一种秸秆,粒径小的秸秆更有助于总、磷速效磷、有机磷含量的增加。 用Hedley分级法对无机磷的各形态进行研究,结果表明:四次处理中的H2O-P、NaHCO3-P、NaOH-P、HCl-P和Residual-P的含量有明显的升高。添加不同的秸秆对H2O-P、Residual-P含量的变化没有明显的区别,添加小麦秸秆的处理比添加玉米秸秆的处理中NaHCO3-P的变化剧烈,但是NaOH-P、HCl-P的变化恰好相反。但是对于同一种秸秆,粒径小的秸秆更有利于H2O-P、NaHCO3-P、NaOH-P、HCl-P含量的增加,但是小麦秸秆段比秸秆糠更有利于Residual-P含量的增加。 用Chang分级法对无机磷的各形态进行研究,结果表明:堆肥过程中,四次处理中的NH4Cl-P、Al-P、Fe-P、O-P和Residual-P含量在高温期降至最小值,整个堆肥过程中有明显的升高,说明高温阶段对于各形态磷含量有抑制作用。添加不同的秸秆对NH4Cl- P、NaHCO3-P、Fe-P、O-P、Ca-P和Residual-P含量变化的影响没有明显区别。对于同一种秸秆,粒径小的秸秆更有助于NH4Cl-P和Residual-P含量的增加,但是小麦秸秆段比秸秆糠更有利于Al-P、Fe-P、O-P、Ca-P含量的增加。 Chang分析法中NH4Cl-P的含量要高于Hedley分级法中H2O-P含量,但是却远小于Hedley分级法中H2O-P和NaHCO3-P含量之和。Hedley分级法中NaOH-P含量要小于Chang分析法中Al-P和Fe-P之和。Chang分析法中Ca-P、Residual-P含量分别与Hedley分级法中HCl-P、Residual-P相差不大。从两种无机磷分级体系中,可以看出Hedley分级法用于堆肥过程中无机磷的形态要更合理。