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园林绿化废弃物复合污泥堆制有机肥的试验研究

发布时间:2021-07-22 17:44所属平台:学报论文发表咨询网浏览:

摘要:园林绿化废弃物和污水站污泥复合堆制有机肥可变废为宝。 本文通过试验探究园林绿化废弃物复合污泥发酵堆制有机肥的适宜条件。 试验发现,当发酵剂的添加量为6、园林绿化废弃物粒径为4 mm、园林绿化废弃物与污泥的质量比为25∶75时,人们可以堆制出外观

  摘要:园林绿化废弃物和污水站污泥复合堆制有机肥可变废为宝‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 本文通过试验探究园林绿化废弃物复合污泥发酵堆制有机肥的适宜条件。 试验发现,当发酵剂的添加量为6‰、园林绿化废弃物粒径为4 mm、园林绿化废弃物与污泥的质量比为25∶75时,人们可以堆制出外观性状和技术指标都符合有机肥要求的有机肥料。 这种有机肥呈褐色和粉状,外观比较均匀,无恶臭、无机械杂质,其技术指标如下:pH为6.7,碳氮比为7.4,有机质含量为55.73%,总养分含量为8.39%,其中,N为4.34%,K2O为1.15%,P2O5为2.90%。 本研究可以为园林绿化废弃物和污泥有效利用提供一定的技术参考。

  关键词:园林绿化废弃物; 污泥; 堆制; 有机肥

园林绿化

  园林绿化可以美化环境,但又会产生大量园林废弃物。 处理园林绿化废弃物通常采用焚烧法,这给环境带来一定的污染。 园林绿化废弃物富含植物所需的营养物质,若能对园林绿化废弃物进行堆肥化利用,则可避免焚烧产生的危害,又能制备出可有效提高土壤肥力、改善土壤结构、促进植物生长的有机肥[1]。

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  污泥是处理城市污水后的副产物。 2020年,中国市政污泥产量达到6 000万t左右。 内陆城市的污泥一般以露天堆放为主,难闻的气味会给周围的人带来不适感,其中含有有机物、重金属、病原菌等成分,在直接堆放或利用时会造成二次污染。 城市污泥含有丰富的有机质以及氮、磷等植物性营养元素,它们是植物生长所需的营养元素,将其适当加工处理可以肥田,因此农用逐渐成为最具潜力的污泥处置方式。

  有机肥是植物和(或)动物经过发酵腐熟的含碳有机物料,其功能是改善土壤肥力、提供植物营养、提高作物品质[2]。 园林绿化废弃物和污泥均属于有机固体废弃物,它们都含有大量的植物生长所需要的营养元素,是堆制有机肥的合适原料。 园林绿化废弃物含碳量高,但其碳氮比不在堆肥的最佳氮比(25∶1~35∶1)[3]范围内; 而污泥有机质和含氮量较高,通常C/N能符合要求,但结构紧密,不利于通气,同样存在堆制有机肥理化条件不理想的问题。

  如果利用园林绿化废弃物复合污泥堆制有机肥,就可满足堆制有机肥的理化条件,而且可实现园林绿化废弃物和废水处理污泥的资源化利用。 因此,本文将园林绿化废弃物与污泥复合并进行发酵处理,探讨发酵剂的用量、园林绿化废弃物的粒径、园林绿化废弃物与污泥的质量比等因素对堆制有机肥的影响,为园林绿化废弃物和污泥堆制有机肥提供依据。

  1 试验操作及方法

  1.1 试验材料及试剂

  堆制有机肥试验所用的发酵剂为实验室自制。 试验分析所用试剂主要有硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁、邻菲罗啉、过氧化氢、氢氧化钠、溴甲酚绿、甲基红、硼酸、氯化钾(基准试剂)、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑钾和磷酸二氢钾。园林绿化废弃物和污泥不经处理均不符合有机肥的标准[2]。

  1.2 试验方法

  本文利用因素轮换试验法,探讨园林绿化废弃物与污泥混合发酵堆制肥料时发酵剂的用量、园林绿化废弃物的粒径、原料配比(园林绿化废弃物∶污泥的质量比)的适宜条件。 其间将园林绿化废弃物、污泥和发酵剂按各试验条件进行混合堆制,根据温度在发酵过程中的变化(先升温后降温)来考核发酵过程是否完成。 发酵完成后,首先根据所得产物的颜色等来判断是否符合有机肥的外观性状要求(符合为褐色或灰褐色、粒状或粉状,均匀,无恶臭,无机械杂质[2])。 然后,取样进行产物的C/N和N、P、K等技术指标分析,根据产物的C/N大小进一步判定有机质是否腐熟(一般认为堆料的C/N小于20时已基本稳定腐熟[4])。

  2 试验结果与讨论

  有机肥的堆制主要受发酵剂的用量、园林绿化废弃物粒径、堆制原料的配比等因素影响。

  2.1 发酵剂添加量的影响

  在堆肥初期添加合适的发酵剂,有利于堆肥过程的顺利进行,可缩短堆肥进程和提高堆肥产物的品质。 本试验所用发酵剂包含固氮菌、放线菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热链球菌、光合菌和乳酸菌等,主要作用是促进堆体温度上升的同时,促进混合物料中的木质素、纤维素的转化。

  将粒径为4 mm的园林绿化废弃物与污泥按照25∶75的质量比进行混合,分别添加2‰、4‰、6‰、8‰和10‰的发酵剂。

  当发酵剂的添加量为2‰时,产物的外观性状不够理想,原因是添加的发酵剂不足,造成发酵不够充分。 当添加量≥4‰时,在微生物的作用下,物料降解得较为彻底,外观为褐色且比较松散,符合有机肥的外观性状要求。

  添加2‰~10‰的发酵剂,均可获得符合有机肥技术指标(pH为5.5~8.5,有机质≥45%,总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)≥5%[2])的产物。 添加发酵剂后,原料混合物的有机质得到有效的降解和转化,使碳含量降低,从而降低了产物的C/N,改变了产物的pH、氮磷钾比例和总养分量。 当发酵剂的添加比例为6‰时,C/N降到最低,总养分提至最高。

  当发酵剂添加量小于6‰时,产物的有机质降解转化程度相差不大,但产物氮含量降得较低,导致C/N比增大,这主要是由于发酵剂添加量不足,微生物少,发酵升温和高温阶段时间不够,整体微生物生命不够活跃,导致部分物料没有降解转化完全; 而当添加量大于6‰时,产物的总养分有所降低,主要是因为发酵剂的用量过大,堆制料初始升温过快过高,高温阶段时间过长,部分微生物失活,从而导致产物总养分和含氮量降低,C/N也相应增大。 另外,发酵剂添加量过多,还会增加堆肥成本。 因此,适宜的发酵剂添加量为6‰,并以此进行后续试验。

  2.2 园林绿化废弃物粒径的影响

  首先将园林绿化废弃物分别筛分为2、4、6、8、10 mm大小的颗粒,然后将各粒径的园林废弃物与污泥按照质量比25∶75进行混合,添加6‰的发酵剂后混合发酵堆肥,堆制完成后。

  当园林绿化废弃物的粒径为2、8、10 mm时,堆制产物的外观性状指标不够理想; 当粒径为4 mm和6 mm时,产物的外观指标较为理想。 这是由于当园林绿化废弃物粒径过小时,自由空域小,氧气不足,堆料部分厌氧发酵,导致产物松散度不够; 当园林绿化废弃物粒径过大时,木质素在发酵过程中难以降解,园林废弃物含有较多的木质素、纤维素,而木质素等的降解需要借助微生物的生命活动。

  当园林绿化废弃物的粒径大于6 mm时,粒径过大,微生物与园林废弃物的接触比表面积过小,导致降解转化不完全。 因此,园林绿化废弃物粒径大小将会影响有机肥是否腐熟。 根据标准[2]中对有机肥外观的要求,当园林绿化废弃物的粒径为4 mm和6 mm时,制备的产物可满足褐色、粉状、无臭味的要求。 进一步分析粒径为4 mm和6 mm产物的技术指标。

  粒径为4 mm和6 mm的园林绿化废弃物堆制产物的各项技术指标均满足有机肥标准的要求[2]。 对比上述两种粒径的园林绿化废弃物堆制产物的外观性状和技术指标可见,园林废弃物采用4 mm的粒径较为合适,得到的产物的松散度高,C/N较低,腐熟度高,总养分达到8.39%,有机质达到55.73%,且其氮含量较高,用作肥料时不会夺取土壤中的氮素,更利于农作物的生长[5-6]。 因此,适宜的园林绿化废弃物的粒径为4 mm,本研究以此粒径的园林绿化废弃物进行后续试验‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

  2.3 原料配比的影响

  微生物的代谢活动需要碳源和氮源作为营养。 C/N不仅会影响堆肥进程,也会影响堆制的有机肥的应用效果[7-8]。 堆制原料C/N可以通过园林绿化废弃物与污泥的质量比(简称原料配比)来调整。 选取粒径为4 mm园林废弃物,按照园林废弃物与污泥的质量比分别为20∶80、25∶75、30∶70、35∶75、40∶60、50∶50进行配制,然后添加6‰的发酵剂进行发酵堆肥,堆制完成后。

  园林绿化废弃物的占比过小或过大,堆肥产物的外观性状均不够理想。 原料配比较小时,堆料中氮含量较低,微生物代谢活动需要氮源不足,活性降低,园林废弃物腐熟程度不够; 原料配比过大时,园林绿化废弃物和污泥的堆密度相差较大,导致两种原料混合接触程度不够均匀,使得产物中未降解的园林绿化废弃物较多,出现很多园林绿化废弃物包裹污泥的现象。 从外观性状可以看出,当园林废弃物与污泥的质量比为25∶75、30∶70、35∶65时,产物较为符合有机肥的外观性状要求。

  当园林绿化废弃物与污泥的质量比为25∶75时,所制得的产物的总养分达到8.39%,原料配比为30∶70和35∶65时,制得产品的总养分达到8.01%,均大于有机肥标准[2]中规定的≥45%。 三种配比条件下得到的产物的pH、有机质也都达到有机肥的技术标准[2]。 但是,随着园林绿化废弃物的添加比例增加,总养分呈减少趋势,而C/N呈增大趋势,这主要是因为在发酵过程中,随着园林绿化废弃物的增多,碳源增多,氮源减小,原料C/N增大,导致有机物降解速度减慢,所需发酵的时间增长,使得堆料中有机质转化不完全,肥效降低。 综上,适宜的原料配比为25∶75。

  3 结论

  本文通过因素轮换试验法进行了园林绿化废弃物复合污泥堆制有机肥的试验,探讨了发酵添加剂的添加量、园林绿化废弃物粒径、园林绿化废弃物与污泥的原料配比对堆制有机肥产物外观性状和技术指标的影响。 经验证,适宜的堆制条件如下:发酵剂添加量为6‰,园林绿化废弃物的粒径为4 mm,园林绿化废弃物与污泥的原料配比为25∶75。 在此条件下制得的有机肥呈褐色和粉状,无臭味,无机械杂质,产物的pH为6.7,有机质含量为55.73%,总养分含量为8.39%,其中N为4.34%,K2O为1.15%,P2O5为2.90%,达到了有机肥的技术指标要求。

  参考文献

  1 VIAENE J,VAN L J,VANDECASTEELE B,et al.Opportunities and barriers to on-farm composting and compost application:A case study from northwestern Europe[J].Waste Management,2016(48):181-182.

  2 农业部.有机肥料:NY 525—2012[S].北京:中国农业出版社,2012.

  3 于 鑫,孙向阳,徐 佳,等.北京市园林绿化废弃物现状调查及再利用对策探讨[J].山东林业科技,2009(4):5-7.

  4 GOLUEKE C G.Principles of biologiacal recovery[J].Biocycle,1982(4):36-40.

  5 李洪涛,王 涵,臧翔云,等.堆肥过程中纤维素活与纤维素降解相关研究[J].东北农业大学学报,2016(6):33-40.

  6 王守红,徐 荣,朱凌宇,等.不同菌种组合对发酵残余物好氧堆肥进程及氮素变化的影响[J].环境工程学报,2017(12):6429-6436.

  7 QIAO L,HO G.The effects of clay amendment on composting of digested sludge[J].Water Resource,1997(5):1056-1064.

  作者:谭艳霞,李柏村,李冬丽,李芬锐

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