第33卷 第6期 农 业 工 程 学 报 V ol.33 No.6
192 2017年 3月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2017
中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征
周谈龙1，尚 斌1，董红敏1※，陶秀萍1，刘统帅1，王 悦2
（1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081；
2. 北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京 100081）
摘 要：为监测堆肥过程挥发性有机物（volatile organic compounds, VOCs ）排放情况，该文开展了猪粪堆肥现场试验，采用苏玛罐采样，气相色谱-质谱法分析了猪粪好氧堆肥过程中VOCs 浓度。结果表明：猪粪好氧堆肥过程中可以检测出的VOCs 有81种，包括烷烃类34种，芳香烃类21种，卤烃类19种，胺类1种，含硫化合物3种，氟利昂类3种；其中检出率高且浓度远远超过其嗅阈值的VOCs 包括三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫，VOCs 排放主要发生在堆肥的前2周。该研究将为控制猪粪堆肥过程中VOCs 气体排放提供科学数据支持。 关键词：堆肥；猪粪；排放控制；挥发性有机物 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025
中图分类号：X712 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-06-0192-07
周谈龙，尚 斌，董红敏，陶秀萍，刘统帅，王 悦. 中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征[J]. 农业工程学报，2017，33(6)：192－198. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025 https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html,
Zhou Tanlong, Shang Bin, Dong Hongmin, Tao Xiuping, Liu Tongshuai, Wang Yue. Emission characteristics of volatile organic compounds during pilot swine manure composting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(6): 192－198. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025 https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html,
0 引 言
挥发性有机物VOCs （volatile organic compounds ）通过参加大气光化学反应产生有害的挥发性有机物，不仅会引起全球变暖、恶臭、平流层臭氧耗竭及对流层臭氧的形成等环境问题，还对人体有害 [1-2]。当VOCs 质量浓度在3～23 mg/m 3时，会对人体产生刺激和不适；当质量浓度大于25 mg/m 3时，除了头痛外，还可能会出现其他神经毒性作用。2010年中国人为源VOCs 排放总量为2 230万t ，其中废弃物处理过程中VOCs 排放量约为4.1万t [3]，废弃物管理过程是VOCs 重要的排放源之一。
堆肥作为废弃物资源化利用的一种有效途径，已经得到了广泛的应用[4]，在堆肥过程中会大量产生和释放VOCs [5-6]，好氧发酵过程中产生的VOCs 种类达100种以上，总挥发性有机物（total volatile organic compounds ，TVOCs ）可达14 547 mg/m 3[7-8]；Defoer 等[9]在蔬菜、水果和庭院垃圾（vegetable, fruit and garden waste ，VFG ）堆肥中检出89种物质，其中TVOCs 在0.09～23.6 mg/m 3；Scaglia 等[10]在城市固体废弃物堆肥中检出147种VOCs ，
收稿日期：2016-10-18 修订日期：2017-02-15
基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-36-10B ）；公益性
行业（农业）科研专项项目（201303091）
作者简介：周谈龙，男，安徽阜阳人，研究方向为农业废弃物处理和资源化利用。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。 Email ：zhoutanlong@https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html,
※通信作者：董红敏，女，河北新乐人，博士，研究员，主要从事畜牧环境工程方面研究。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。Email ：donghongmin@https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html,
认为含氮和含硫化合物是主要的恶臭物质；
Delgado-Rodríguez 等[11]研究发现城市固体废弃物堆肥产生的VOCs 主要有烷烃类、萜烯、醇类、酸、酸酯类、酮类、芳香族化合物；张朋月等[8]研究发现堆肥产生的VOCs 主要以烃类、芳香烃、萜类、酮类、有机硫化物为主；相关学者研究表明不同有机废弃物在好氧发酵过程中产生的VOCs 种类和浓度均有所不同[6,8,12-14]。He 等[1]研究表明间歇式通风比连续式通风TVOCs 排放减少28%；Shen 等[5]研究认为VOCs 排放主要集中在堆肥前期，产生的TVOCs 量是挥发排放出的2.3倍，其余的被吸收和降解。但目前关于堆肥过程中产生的VOCs 的研究主要集中在污泥[2,15-16]、生活垃圾[14,17]和厨余垃圾[12,18]。而对畜禽粪便堆肥过程中产生的VOCs 种类和浓度的研究相对较少，Turan 等[7]研究了家禽废弃物在堆肥过程中VOCs 的排放质量浓度在411～14 547 mg/m 3；张朋月等[13]研究了猪粪、牛粪和鸡粪堆肥排出的VOCs 成分差异性；沈玉君等 [19]研究发现猪粪堆肥产生31种VOCs ，且有关畜禽粪便堆肥过程中VOCs 的排放研究主要为小试试验，缺乏实际生产堆肥过程中VOCs 气体排放的研究。
本研究通过对猪粪堆肥现场试验，对堆肥不同阶段的VOCs 进行定量分析，明确排放规律，为VOCs 控制提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于北京市大兴区某规模化猪场进行，猪场存栏基础母猪920头，保育猪2 600头，育肥猪4 200头。母
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猪和保育为人工喂料，每天往料槽中添加1次饲料，育肥自动喂料，自由饮水。所用的饲料均为场内自行生产的混合饲料，饲料的配方见表1。所有猪舍均采用人工干清粪的清粪方式，每天1次，小推车推至堆粪场。
表1 饲料配方
Table 1 Feed formulation
养殖阶段 Breeding stage 豆粕 Bean pulp/% 玉米 Corn/% 麸皮 Bran/% 鱼粉 Fishmeal/% 预混料 Premix/%
母猪Sow 20 66 9 5 -
保育猪Weaned pig 22 65 9 - 4 育肥猪Fattening pig
14
61
16
5
4
试验原料主要是猪粪和玉米秸秆，猪粪为堆粪场的
新鲜猪粪；玉米秸秆来自养殖场附近的村庄，秸秆经过粉碎机切割至5 cm 左右。试验所用玉米秸秆与猪粪混合体积比为2:1，混合物容重约为630 kg/m 3，C/N 比为13.2。试验中所用秸秆和猪粪具体特性如表2。
表2 堆肥原料及其混合物特性(平均值±标准差) Table 2 Characteristics of composting raw materials and their
mixture (means ± SD)
原料 Materials
pH 值 pH value
含水率 Water content/% 总碳
Total carbon/%
总氮(干基)
Total nitrogen
(Dry-basis)/% 猪粪
Swine manure 7.4±0.1
78.2±1.5 33.5±1.6
3.4±0.6
玉米秸秆
Corn stalk -
14.6±1.7 39.2±1.6 1.8±0.5 原料混合物
Mixture of raw materials
7.13±0.06 69.47±0.87
33.83±0.67
2.57±0.06
1.2 试验方法
本试验采用密闭式强制通风好氧箱式发酵，将新鲜猪粪和秸秆混合均匀，调节物料含水率为60%～70%，每个箱体内堆肥原料混合物的质量约为630 kg 。装入1 m 3
的发酵装置中进行发酵，发酵箱的有效体积为0.95 m 3
（如图1所示），采用间歇式强制通风，通10 min 停30 min ，通风率为60 L/(min·m 3)，发酵周期为31 d ，在温度出现明显下降时进行翻堆，本试验仅在第21天进行了翻堆。气体采集的是3个箱体的混合气体，如图2所示。
图1 堆肥箱示意图
Fig.1
Sketch diagram of composting bin
图2监测系统示意图
Fig.2 Schematic of monitoring system
根据相关文献表明，VOCs 排放主要集中于堆肥前期，所以设置前3 d ，每天都进行采样，后期随着时间的增加，采样时间间隔增大，分别在第1、2、3、5、7、9、11、13、15、18、21、25、27、31天进行气体采集，气体采集采用3.2 L 苏玛罐采集，然后送北京理化测试中心测定VOCs 主要组分及浓度。 1.3 VOCs 测定与分析方法
VOCs 组分与浓度分析采用US EPA-14方法，将3.2 L 苏玛罐采集的气体通过冷阱浓缩仪（美国 ENTECH 7100）去除O 2、N 2、CO 2和富集后，进入气相色谱质谱联用仪（7890A/5975C ），色谱柱：美国安捷伦DB-624 60 m× 0.25 mm×1.8 μm ，程序升温：初始温度?10 ℃，保持10 min ，首先以3.0 /min ℃升到100 ℃，再以10.0 /min ℃升到220 ℃保持15 min 。进样口温度为140 ℃，溶剂延迟时间为0.5 min ，载气流速为1.0 mL/min 。离子源温度为250 ℃，扫描方式采用选择离子扫描（SIM ）。
VOCs 成分通过对照标样的保留时间和特征离子进行定性，采用外标法进行定量分析。共使用了US EPA PAMS 和US EPA TO-14 2种标气，都购于美国SPECIALTY GAS 公司，标气共包含85种化合物，其中2种标气中都有苯、甲苯、乙苯、（间，对）二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯，标气中包括烷烃类35种，芳香烃类22种，卤烃类20种，胺类1种，含硫化合物3种，氟利昂类4种。当气体进样量为400 mL 时，方法的检出限为0.28～7.5 μg/m 3；平行分析浓度为5 nmol/mol 混合标样10次：相对偏差小于15%；对加标量分别为2.5、5、20 nmol/mol 的环境样品重复进行6次加标回收率测定，加标回收率为：75.6%～104.2%、82.5%～105.7%、83.6%～105.4%。所有检测的样品都有标气，因此能够精确定性和定量分析。
根据VOCs 物质检出次数与总检测次数，计算各种VOCs 的检出率，公式如下
DR 100%i i n
n
=×
式中DR i 表示i 化合物的检出率，%；n i 表示i 化合物的检出次数；n 表示化合物总的检测次数。
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温度采用自动采集器（HOBO Pro V2 U23-003）连续记录好氧发酵箱体内的温度变化，每个HOBO 温度采集器有2个传感器探头，都放置于堆肥箱中轴处50 cm 左右的深度，并同步记录堆肥过程中的环境温度，温度的记录频率为1次/h ，分析每天平均值。
2 结果与讨论
2.1 温度变化
堆肥试验运行31 d ，图3为猪粪好氧发酵中堆体温度和环境温度变化。温度是堆肥无害化程度的重要指标，高温55～65 ℃是杀害病原微生物的必要条件，但微生物在温度为45～55 ℃活性最高[2,20]。
图3 堆肥箱外环境温度和堆体温度变化曲线
Fig.3 Profiles of temperatures outside and
inside composting bins
从图3可以看出环境平均温度在10 ℃左右，最高日平均温度为13.76 ℃，最低平均温度为 3.74 ℃；堆体温度在第4天时均达到50 ℃以上，并保持较长时间，各个箱体内的温度峰值分别为73.3±0.8、68.2±1.5和68.5±4.2 ℃，峰值出现在翻堆之后可能是由于原料含水率较高，前期具有较大的压实作用，在厌氧环境下抑制了好氧微生物的生长[7]。同时从图3中可以看出，猪粪堆肥过程中，平均温度超过50 ℃的天数分别为28、28、23 d ，符合粪便无害化卫生要求（GB 7959-2012）中人工堆肥≥50 ℃至少持续10 d [21]和畜禽粪便无害化处理技术规范(NY/T1168-2006)中密闭式堆肥保持发酵温度≥50 ℃不少于7 d [22]的要求。
2.2 猪粪堆肥中VOCs 排放
在猪粪堆肥过程中共检测了85种VOCs ，包括烷烃类35种，芳香烃类22种，卤烃类20种，胺类1种，含硫化合物3种，氟利昂类4种（表3）。在检测的85种VOCs 中共检出81种，包括了187种美国重点控制有毒空气污染物中的28种[23]，22种日本环保署规定控制的恶臭污染物中的4种[24]，8种中国环保部规定控制的恶臭污染物中的4种[25]，339种《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》（GBZ 2.1-2007）对人体可能有害物质中的24种[26]。VOCs 排放的种类上少于文献中关于城市固体废弃物、食品垃圾和污泥垃圾及动物炼油厂好氧发酵过程中VOCs 的排放[9,12,14-15,27-28]，这主要是由
于发酵原料存在较大的差异，其成分更为复杂，且原料中含有较为丰富且易降解的蛋白质和脂肪等有机物[19]，与沈玉君等[19]进行的实验室猪粪好氧发酵检测到的31种VOCs 存在一定的差异性，其报道的31种VOCs 中含芳香烃12种，醛类8种，硫醇硫醚类4种，卤代烃4种，酮类2种，胺类1种。
2.3 猪粪堆肥中排放出的VOCs 分类分析
检测的85种挥发性有机物中，包含6类化合物，各类化合物的排放如图4所示，VOCs 的排放主要集中在堆肥前期，排放主要以含硫化合物和烷烃类为主，其次是芳香烃、卤代烃及胺类。烷烃和卤烃类具有相似的变化规律，排放都主要集中在堆肥前10天，排放峰值都在第9天，分别为7.50和2.70 mg/m 3，这与Turan 等研究具有相似的结论[7]；芳香烃排放峰值在第9天为1.65 mg/m 3；胺类排放主要在前7 天，后期只检测到几次，且浓度较低，峰值在好氧发酵的第2天，为2.71 mg/m 3；含硫化合物是主要的挥发性有机物，峰值在第2天为10.16 mg/m 3；氟利昂类化合物浓度较低，质量浓度一直低于0.1 mg/m 3。
图4 各类VOCs 排放规律
Fig.4 Emission of type of VOCs
在检出的81种VOCs 中，根据检测的VOCs 物质排放浓度、是否为有毒有害污染物和恶臭物质以及检测浓度是否高于嗅阈值等因素综合分析，本试验中主要的VOCs 为三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫，这4种物质都是恶臭物质。这4种VOCs 浓度变化如图5所示。
图5 主要VOCs 排放规律 Fig.5 Main VOCs emission
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三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫具有相似的变化趋势，峰值均出现在堆肥初期，分别为2.71、2.48、5.47、2.20 mg/m 3，其中含硫化合物（二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫）排放浓度在堆肥开始是结束时的30倍左右；二氯甲烷峰值在第9天，达到2.27 mg/m 3。苯乙烯虽然是中国环保部规定控制的恶臭污染物，但浓
度较低，只有 2 d 的浓度超过了其嗅阈值，峰值仅为0.71 mg/m 3；苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、（间，对）二甲苯等气体的排放浓度大部分都低于嗅阈值；其他气体只检测到几次甚至从未检测到或具有较低的浓度。
表3 猪粪好氧发酵过程中排放的VOCs 成分、检出率及检出浓度
Note: “○” indicate hazardous air pollutants in US EPA;☆ “” indicate odor control pollutants in Japan; “□” indicate odor control pollutants in China;☆ “” indicate occupational exposure limits for hazardous agents in the workplace chemical hazardous agents.
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表4 主要VOCs 的嗅阈值与气味活性物质OAV
Table 4 Threshold concentration and odor activity value OAV of main VOCs
化合物 Compound
三甲胺 Trimethylamine
二甲基硫 Dimethylsulfide
二甲基二硫 Dimethyl disulfide
二甲基三硫 Dimethyl trisulfide
嗅阈值/(mg·m -3)[19]
0.000 8 0.003
0.000 1 0.006
最小值Minimum/(mg·m -3)
0.027 4 0.100 0 0.042 8 0.015 6 最大值Maximum/(mg·m -3)
2.711
2.479 5.471
2.204 OAV （最大值Maximum ）
3 388.66 826.25 5
4 714.32 367.41
从致臭角度进行考虑，用气味活度值（odor activity value ，OAV ）[27]进行判断气体监测与控制，OAV 是计算单个物质的物质浓度与嗅阈值的比值。如表4所示，三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫，这4种VOCs 的峰值OAV 均远远超过其嗅阈值，这对人体和环境的危
害不容忽视。沈玉君等[19]
认为猪粪堆肥过程中主要的恶臭物质为二甲基二硫、甲硫醚、二甲基三硫、乙醛和硫化氢，与本试验的研究具有一定的相似性，主要的物质都包含二甲基二硫、二甲基硫（甲硫醚）、二甲基三硫。
本试验中VOCs 排放的种类和含量与城市固体废弃物等其他原料好氧发酵过程中VOCs 的排放差异性较大，主要原因除了堆肥原料特性影响外，还包括堆肥过程控制条件不同[28-29]。Smet 等[30]对生物废弃物堆肥的研究表明，好氧发酵过程中排放的VOCs 主要是醇类，而厌氧和好氧结合条件下，厌氧阶段主要是萜烯类，好氧阶段主要是氨气；Delgado-Rodríguez 等[31-33]研究了不同曝气量、含水率和C/N 比对城市固体废弃物堆肥过程中VOCs 气体排放的影响，并提出通风率为0.05 L/(kg·min)、C/N 比>50、含水率为55%时具有较低的VOCs 排放，但其研究仅仅对柠檬烯、β-蒎烯、丁酮、十一烷、苯酚、甲苯、二甲基硫醚、二甲二硫这8种VOCs 进行了研究，需要对其他成分排放规律进行进一步的研究。本试验仅对猪粪与玉米秸秆堆肥进行了VOCs 排放进行监测，为进一步了解猪粪堆肥过程的VOCs 排放，建议对猪粪与不同原料混合、以及不同堆肥条件下VOCs 气体排放进行监测，并对各个箱体的气体排放进行取样，增加样品重复数。
3 结 论
1）猪粪好氧发酵过程中检出了81种VOCs ，包括烷烃类34种，芳香烃类21种，卤烃类19种，胺类1种，含硫化合物3种，氟利昂类3种。VOCs 排放主要发生在堆肥的前2周。
2）在堆肥好氧发酵过程中主要的挥发性有机物质有三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫，这4种挥发性有机物远远超过其嗅阈值，其中二甲基硫（甲硫醚）、二甲基二硫、三甲胺是中国环保部要求控制的恶臭物质。
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农业工程学报（https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html,）2017年
Emission characteristics of volatile organic compounds during pilot swine
manure composting
Zhou Tanlong1, Shang Bin1, Dong Hongmin1※, Tao Xiuping1, Liu Tongshuai1, Wang Yue2 (1. Key Laboratory of Energy Conservation and Waste Management in Agricultural Structures (MOA); Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2. Institute of Plant Nutrition and Resources, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100081, China) Abstract:The composting process has a characteristic of high concentrations of volatile organic compounds (VOCs) emission. However, the site monitoring data about emission of VOCs during swine manure composting process is relatively limited and the baseline is also ambiguous at present. The composting bins were aerated with ventilation rate of 60 L/(m3·min), the experiment lasted for 31 days from October to November 2015 in Beijing. The daily ambient temperatures ranged from 3.74 to 13.76 ℃during the entire experimental period. The daily average temperature inside each composing bin rose and exceeded 50 ℃within 4 days, and kept above 50 ℃for 28, 28 and 23 days, respectively, which could secure pathogen inactivation and meet the non-hazardous requirement of national standards. The gas samples were collected using SUMMA canisters, and GC-MS was utilized to analyze the concentrations of VOCs. The results showed that 81 kinds of VOCs were detected, including dibutene, butane, cis/anti-2-butane, 1-butylene, isopentane, amylene, n-pentan, anti-2-pentene, isoprene, cis-2-Pentenenitrile, 2,2-dinethyl butane, 2,3-dimethylbutane, 2-methylpentane, cyclopentane 3-methylpentane, n-hexene, hexane, 2,4-dimethylpentane, methylcyclopentane, cyclohexane, 2-methylhexane, 2,3-dimethylpentane, 3-methylhexane, 2,2,4-Trimethylpentane, heptane, methylcyclohexane, 2,3,4-trimethylpentane, 2-methyl heptane, 3-methylheptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, trimethylamine, dimethylsulfide, dimethyl disulfide, dimethyl trisulfide, freon 11, freon 13, freon 114, isopropyl benzene, propylbenzene, between-ethyl toluene, ethyl toluene, mesitylene, ortho ethyl toluene, pseudocumene, 1,2,3- three methyl benzene, diethylbenzene, two ethyl benzene, benzene, methylbenzene, chlorobenzene, ethylbenzene, m/p-xylen, ortho-xylene, styrene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, naphthalene, vinyl chloride, methyl bromide, ethyl chloride, 1,1-dichloroethylene, dichloromethane, 1,1-dichloroethane, cis-1,2- two vinyl chloride, chloroform, 1,1,1-trichloro ethane, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, trichloroethylene, 1,2-dichloropropane, anti 1,3-two chloride, cis-1,3-Dichloropropene, 1,1,2-trichloroethane, tetrachloroethylene, 1,2-dibromoethane, tetrachloroethane. Among these 81 VOCs, the varieties of alkanes, aromatic compounds, halohydrocarbons, amines, sulfur compounds and freon compounds were 34, 21, 19, 1, 3 and 3, respectively. In addition, trimethylamine, dimethyl sulfide, dimethyl disulfide and dimethyl sulfur had higher detection rate and the concentrations of them were far more than their olfactory threshold, their emission peak were 2.711, 2.479, 5.479, 2.204 mg/m3, respectively. During the composting process, the emission of VOCs focused on the first 2 weeks. Next, we need to study the emission of VOCs from pig manure with different feedstocks and different composting conditions. The study provides data support for mitigating VOCs gas emissions during the composting of pig manure.
Keywords: composting; manures; emission control; volatile organic compounds (VOCs)
第33卷 第6期 农 业 工 程 学 报 V ol.33 No.6 192 2017年 3月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2017 中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征 周谈龙1，尚 斌1，董红敏1※，陶秀萍1，刘统帅1，王 悦2 （1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081； 2. 北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京 100081） 摘 要：为监测堆肥过程挥发性有机物（volatile organic compounds, VOCs ）排放情况，该文开展了猪粪堆肥现场试验，采用苏玛罐采样，气相色谱-质谱法分析了猪粪好氧堆肥过程中VOCs 浓度。结果表明：猪粪好氧堆肥过程中可以检测出的VOCs 有81种，包括烷烃类34种，芳香烃类21种，卤烃类19种，胺类1种，含硫化合物3种，氟利昂类3种；其中检出率高且浓度远远超过其嗅阈值的VOCs 包括三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫和二甲基三硫，VOCs 排放主要发生在堆肥的前2周。该研究将为控制猪粪堆肥过程中VOCs 气体排放提供科学数据支持。 关键词：堆肥；猪粪；排放控制；挥发性有机物 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025 中图分类号：X712 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-06-0192-07 周谈龙，尚 斌，董红敏，陶秀萍，刘统帅，王 悦. 中试规模猪粪堆肥挥发性有机物排放特征[J]. 农业工程学报，2017，33(6)：192－198. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025 https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html, Zhou Tanlong, Shang Bin, Dong Hongmin, Tao Xiuping, Liu Tongshuai, Wang Yue. Emission characteristics of volatile organic compounds during pilot swine manure composting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(6): 192－198. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.025 https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html, 0 引 言 挥发性有机物VOCs （volatile organic compounds ）通过参加大气光化学反应产生有害的挥发性有机物，不仅会引起全球变暖、恶臭、平流层臭氧耗竭及对流层臭氧的形成等环境问题，还对人体有害 [1-2]。当VOCs 质量浓度在3～23 mg/m 3时，会对人体产生刺激和不适；当质量浓度大于25 mg/m 3时，除了头痛外，还可能会出现其他神经毒性作用。2010年中国人为源VOCs 排放总量为2 230万t ，其中废弃物处理过程中VOCs 排放量约为4.1万t [3]，废弃物管理过程是VOCs 重要的排放源之一。 堆肥作为废弃物资源化利用的一种有效途径，已经得到了广泛的应用[4]，在堆肥过程中会大量产生和释放VOCs [5-6]，好氧发酵过程中产生的VOCs 种类达100种以上，总挥发性有机物（total volatile organic compounds ，TVOCs ）可达14 547 mg/m 3[7-8]；Defoer 等[9]在蔬菜、水果和庭院垃圾（vegetable, fruit and garden waste ，VFG ）堆肥中检出89种物质，其中TVOCs 在0.09～23.6 mg/m 3；Scaglia 等[10]在城市固体废弃物堆肥中检出147种VOCs ， 收稿日期：2016-10-18 修订日期：2017-02-15 基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-36-10B ）；公益性 行业（农业）科研专项项目（201303091） 作者简介：周谈龙，男，安徽阜阳人，研究方向为农业废弃物处理和资源化利用。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。 Email ：zhoutanlong@https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html, ※通信作者：董红敏，女，河北新乐人，博士，研究员，主要从事畜牧环境工程方面研究。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，100081。Email ：donghongmin@https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html, 认为含氮和含硫化合物是主要的恶臭物质； Delgado-Rodríguez 等[11]研究发现城市固体废弃物堆肥产生的VOCs 主要有烷烃类、萜烯、醇类、酸、酸酯类、酮类、芳香族化合物；张朋月等[8]研究发现堆肥产生的VOCs 主要以烃类、芳香烃、萜类、酮类、有机硫化物为主；相关学者研究表明不同有机废弃物在好氧发酵过程中产生的VOCs 种类和浓度均有所不同[6,8,12-14]。He 等[1]研究表明间歇式通风比连续式通风TVOCs 排放减少28%；Shen 等[5]研究认为VOCs 排放主要集中在堆肥前期，产生的TVOCs 量是挥发排放出的2.3倍，其余的被吸收和降解。但目前关于堆肥过程中产生的VOCs 的研究主要集中在污泥[2,15-16]、生活垃圾[14,17]和厨余垃圾[12,18]。而对畜禽粪便堆肥过程中产生的VOCs 种类和浓度的研究相对较少，Turan 等[7]研究了家禽废弃物在堆肥过程中VOCs 的排放质量浓度在411～14 547 mg/m 3；张朋月等[13]研究了猪粪、牛粪和鸡粪堆肥排出的VOCs 成分差异性；沈玉君等 [19]研究发现猪粪堆肥产生31种VOCs ，且有关畜禽粪便堆肥过程中VOCs 的排放研究主要为小试试验，缺乏实际生产堆肥过程中VOCs 气体排放的研究。 本研究通过对猪粪堆肥现场试验，对堆肥不同阶段的VOCs 进行定量分析，明确排放规律，为VOCs 控制提供依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料 试验于北京市大兴区某规模化猪场进行，猪场存栏基础母猪920头，保育猪2 600头，育肥猪4 200头。母
堆肥简介 一、堆肥工艺 堆肥化有好氧和厌氧之分，由于好氧堆肥的高温可以杀死废弃物中的病原菌，同时高温菌对有机质的降解速度快，因此目前大多数堆肥采用的是高温好氧堆肥。好氧堆肥是在有氧的条件下，借助好氧微生物的作用来进行有机物质的降解，堆肥的温度高，一般在50~65℃，亦称为高温堆肥。 尽管堆肥工艺多种多样，但它通常由前处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理及贮藏等工艺组成。 前处理 否 发酵 阶段 后处理 及储藏 1） 前处理 由于废物中含有大块物质，因此有破碎和分选前处理工艺。通过破碎跟分选，调整废物的粒径。 2） 主发酵（一次发酵） 粉碎 调节C/N 比、含水率等 主发酵（一次发酵） 后发酵（二次发酵） 腐熟？ 调节N 、P 等元素 最终用户 原料
主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻推或强制通风向堆积层或发酵装置内供给氧气。在露天堆肥或发酵装置内堆肥时，由于原料和土壤存在微生物作用，开始发酵，首先是易分解的分解，产生CO2、H2O和热量，使堆温上升。微生物吸取有机物的碳氮营养成分，在细菌自身繁殖时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量。 发酵初期，物质的合成、分解作用是靠生长繁殖最适温度30～40o C的中温菌进行的。随着堆温的升高，最适温度45～50o C的高温菌取代了中温菌，在60～70o C或更高的温度下能进行高效率的分解。氧的供应情况和保温的良好程度对堆肥的温度上升有很大影响。温度是显示微生物活动程度的参数。温度过低，表示空气量不足或放热反应速度减弱，分解接近结束。 3）后发酵（二次发酵） 经过主发酵的半成品被送到后发酵工序，将主发酵工序尚未分解的易分解有机物和较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥产品。时间通常是20～30d。 4）后处理 经过两次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细碎和变形，数量减少了。5）脱臭 堆肥过程的每道工序均有臭气产生，主要有NH3、H2S、甲基硫醇、胺类等。6）贮藏 堆肥一般在春秋两季使用，在夏冬季就须积存，所以要建立贮存六个月生产量的堆场。贮存的方式可直接存在发酵池中或袋装，要求干燥透气，闭气和受潮会影响成品的质量。 二、堆肥原料 1、畜禽粪便，含氮量高， 2、秸秆类，有机质含量高，富含作物生长的营养元素，C/N高，不适合单独堆肥。 3、厨余垃圾 4、食品副产品：豆渣、啤酒渣、酒渣、精糖渣 5、污泥，富含氮素，水分含量高，
农村土法堆肥技术解答 必要性与现实意义大量畜禽粪如果不作堆肥而随地堆积，首先是造成生活环境和水体的污染，同时，当前我国发展双高农业生产正需要有机肥和化肥配合使用，如果将生粪直接施到农田，既不现实又会造成像肥效迟缓等多种弊病，引起病虫害传播和蔓延；生粪直接到土壤中去发酵会造成烧苗，影响农作物正常生长和引起果树落叶等问题。而采用生物发酵技术制作堆肥是处理畜禽粪尿的科学方法。这方面的潜力巨大，除了大规模工厂化生产堆肥以外，在农村普及土法堆肥技术是很现实的，可以促进养殖废弃物的循环利用，满足农产品优质安全生产和中低产田改良对于生物有机肥的大量需求。 生物发酵制作堆肥的关键技术有以下五方面其一，堆肥材料的选择与混配。用牛粪和鸡粪作为堆肥的原料，其共同特点为含养分高，碳氮比较低。如，鸡粪含氮1.54%，碳氮比为15∶1；牛粪含氮0.34%，碳氮比为21∶1。微生物体的碳氮比：细菌为25∶1，发酵材料的碳氮比过高使发酵慢而难，过低使发酵快，损失养分。堆肥材料不能仅用粪尿肥，必须配加碳氮比高的有机物料。如老熟的禾本科作物秸秆的碳氮比高约为60～100∶1。适当加入氮素化肥调节碳氮比，可加速腐解，缩短堆腐时间，将500公斤粉碎的干稻草或玉米秸加250公斤新鲜牛粪和鸡粪的混合物料进行堆腐，大约一个月可以腐熟。 其二，向堆肥接种有益微生物，特别是一些分解有机肥能力强的菌种，可以促进堆肥腐熟过程。如果不接种会使堆肥发酵时间延长，产生臭味，而且肥效低。接种既可以提高初期有机物微生物数量，加
速堆肥材料的腐熟，还可提高发酵温度，高温可以消灭一些病原体、虫卵和杂草种子，还能控制臭气的产生，最后提高堆肥效率。目前广泛应用的接种剂有3类：微生物培养剂和商业添加剂2类，主要用于大规模工厂化生产；农村土法堆肥主要是用第三类有效自然材料，包括老堆肥的粪底、马粪、牛粪、菜园土等。 其三，适当水分条件。水分调控直接影响到堆肥发酵速度和腐熟程度，还是好氧堆肥化的关键因素之一。为了维持微生物的活性，含水量要高达90%，但是实际有机物材料适宜的含水量在60%～80%，以秸秆为例，一般含水量75%～85%、蔬菜含水量达90%以上。但是，过多含水量也不利于发酵和提温。 其四，通风条件。高位堆肥是利用好氧性微生物进行发酵的，要求至少有50%的氧渗入到堆肥中各部位，以满足好氧微生物氧化分解有机物的需要。中期堆肥温度升高后，通风可将供氧与带走水汽二者共同进行。达到堆内散热降温和干燥的目的。通风的方式，可用自然通风供氧，向堆内插入通气管或用秫秸梱做通气塔。 其五，堆肥需要酌情加入石灰。50公斤秸秆中加2～1.5公斤石灰既可调节酸度，又可破坏秸秆表面的蜡质层，而利于吸水发酵。在北方也可用土壤调节酸度。
1.工艺流程及说明 1.1 工艺原理 堆肥过程通常分两个阶段，即一次堆肥（也叫快速或高温发酵）和二次堆肥（也叫后熟或陈化）。 一次堆肥阶段的特点是：高氧气吸收率，高温，可降解挥发性固体（BVS）大量减少，高的臭味潜力。通常，一次堆肥阶段由于需要减少臭气，因此需要提供通气和保持对堆肥过程的良好控制。二次堆肥阶段的特点是：温度低，氧气吸收率低，臭味潜力低。相对一次堆肥来讲，二次堆肥阶段的管理和调控比较简单，然而从工程角度看，不能没有二次堆肥，因为二次堆肥阶段可继续降解那些难降解的有机物、还要克服反应速率变慢以及重建低温微生物群落，从而有助于堆肥腐熟、减少植物毒性物质和抑制病原菌。这两个阶段对一个完整的堆肥系统的设计和操作来说是缺一不可的，而且是生产腐熟堆肥所必需的。 一次堆肥开始之前的原料处理称为前处理，后熟阶段之后的原料处理称为后处理。前处理或后处理是否需要依赖于原料的特点和期望的产品质量。 堆肥过程一般分为三个阶段： 1、升温阶段 一般指堆肥过程的初期，在该阶段，堆体温度逐步从环境温度上升到45℃左右，主导微生物以嗜温性微生物为主，包括真菌、细菌和放线菌，分解底物以糖类和淀粉类为主，期间能发现真菌的子实体，也有动物及原生动物参与分解。 2、高温阶段 堆温升至45℃以上即进入高温阶段，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，而嗜热微生物则上升为主导微生物。堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分解，复杂的有机物如半纤维素-纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。微生物的活动交替出现，通常在50℃左右时最活跃的是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到60℃时真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性细菌和放线菌活动，温度升到70℃时大多数嗜热性微生物已不再适应，并大批进入休眠和死亡阶段。现代化堆肥生产的最佳温度一般为55℃，这是因为大多数微生物在该温度范围内最活跃，最易分解有机物，而病原菌和寄生虫大多数可被杀死。
猪粪处理工艺 1 处理效果及目标 猪粪含有有机质15%、总养分含量不高，氮0.5～0.6%、磷0.45～0.5%、钾0.35～0.45%（具体以当地猪粪检测结果为准）。猪粪的质地较细，成分较复杂，含蛋白质、脂肪类、有机酸、纤维素、半纤维素以及无机盐。猪粪含氮素较多，碳氮比例较小(14：1)，一般容易被微生物分解，释放出可为作物吸收利用的养分，是一种良好的农家肥，是培肥改良土壤的优质有机肥资源。猪粪通过发酵，利用外接菌剂所含的好氧微生物及厌氧微生物，将猪粪内不易被作物直接利用的有机物分解转化为小分子物质（无机盐和矿物质），并在猪粪发酵过程中达到除臭、杀虫卵、灭病害的目的，发酵最终得到的物料得到充分腐熟，作为肥料使用时不会出现烧苗现象，可以安全的作为肥料使用。 2 猪粪处理过程中的污染控制手段 2.1 猪粪发酵过程中臭气的控制 猪粪中的蛋白质、脂肪类物质在自然微生物的分解过程中会产生硫化氢、氨气、硫醇等臭气，而由于猪粪的碳氮比较小，故猪粪发酵过程中的主要臭气为氨气，针对于氨气的处理，我司制备的微生物菌剂中含有相对应的亚硝酸菌群，可将氨气转化为亚硝酸盐留在固体物料中，可有效的减少猪粪发酵过程中的臭气产生。另外，关于猪粪中的硫化氢及硫醇类臭气，是猪粪本身自带的臭气成分，量比较小，且物料进入高温发酵阶段之后，这些臭气物质就会减少。 2.2 猪粪的二次污染问题 直接施用新鲜猪粪便，会产生作物烧苗、病害、草害等负面影响。作物烧苗主要是因为新鲜猪粪中的多种有机质如蛋白质、脂肪类、纤维素、半纤维素没有经过适当的分解，使用到土地当中后，这些物质就会在分解的过程中与植物的根系竞争氧气，导致烧苗现象的发生。传统的晾晒可以脱除猪粪中多余的水分，但是这些有机质并没有多少变化，当做肥料使用后，遇水后不但会发生臭味，而且烧苗的现象还是时有发
垃圾堆肥处理方式 以前，我国城市生活垃圾中主要为煤灰和厨余类有机物，其它固体废弃物较少，比较适宜于堆肥处理。1987年颁布的《城镇垃圾农用控制标准》（GB8172—1987）和《粪便无害化卫生标准》（GB7959—1987）是指导城市生活垃圾堆肥处理的技术标准，也是我国最先制订的有关城市垃圾处理的技术标准。 自1980年有统计记载以来，堆肥在我国城市垃圾处理中，一直发展缓慢。据建设部综合财务司报告，2003年全国660个建制市中，年垃圾清运量为14857万吨，当时各类生活垃圾处理场（厂）计574座，其中：填埋场457座（占79.6％），堆肥厂70座（占12.2％），焚烧厂47座（占8.2％）；总处理能力7545万吨，集中处理率为50.78％，其中：填埋年处理量6404万吨（占85.5％），堆肥年处理量717万吨（占9.6％），焚烧年处理量370万吨（占4.9％）。 由上可知，我国三种主要垃圾处理方式，无论按处理场（厂）的数量，还是处理量的吨位，排行顺序均为：填埋、堆肥、焚烧。堆肥虽然位居第二，但与填埋相比其处理量差距太大。 随着人们生活水平的提高，我国城市生活垃圾的成分也发生了很大变化。特别是对于经济较发达的地区，由于居民燃料结构的改变，厨房气化率的提高，以及北方地区冬日取
暖集中供热的普及，大大减少了城市居民的直接用煤量。分析这个趋势，当垃圾中的灰渣含量显著降低后，厨房垃圾将成为家庭生活废弃物的最主要成分。无论从环保角度考虑，还是资源循环再利用出发，厨余类有机物处理的最佳方式，就是使其转化为稳定的有机质，让它来源于自然再回归于自然。从这些意义上说，我国城市生活垃圾的堆肥处理，应该有着很大的发展潜力和市场需求。 世上任何事物总是有一利必有一弊，同样由于人们生活水准的提升，使得垃圾中其他固体废弃物也大量增加。比如塑料、纸品、玻璃、铁皮类包装废弃物，以及旧衣、旧鞋等家庭生活废弃品也随之增多，让我们的垃圾成分越趋复杂。以华南地区为例，垃圾的基本成分如下：厨余类50－70％，塑料袋类包装物 10－15％，泥沙等无机物 8－15％，高热值长条物 15－20％，其他 3－5％。北方亦然，大体相当。 由此可见，虽然我国垃圾中厨余量占了绝大多数，有机质含量一般都在50％左右，仍然是堆肥的好原料。但混杂着30％左右的其他固体废弃物，依旧是堆肥处理的一大障碍。我国城市生活垃圾是混合倾倒、混合清运、混合堆放的，对这种混合垃圾不进行有效分类，“垃圾资源化”将是一句空话，无论下游技术多么成熟与先进，都将无用武之地。 由于我国城市固体废弃物全部为混装式垃圾，早已约定俗成，习惯成自然。想要彻底实行城市生活垃圾规范化分类
第31卷第7期农业工程学报V ol.31 No.7 2014年4月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Apr. 2015 201 适宜猪粪与菌渣配比提高堆肥效率 周江明1，王利通2，徐庆华2，姜新有1 （1. 江山市农业技术推广中心，江山 324100； 2. 浙江天蓬畜业有限公司，江山 324111） 摘要：为摸索猪粪和菌渣堆肥生产有机肥技术，在自然发酵条件下，设计猪粪和菌渣9:1、8:2、7:3、6:4 4种不同比例（湿质量比）进行高温堆肥试验，研究了堆肥过程中温度、pH值、有机碳、发芽指数及养分氮、磷、钾的动态变化。 结果表明，堆体温度在第3天即达50℃以上，保持高温25～32 d后开始下降，其中6:4处理高温期比9:1处理长7 d；4个处理pH值都呈先快速上升、之后下降并趋于稳定的趋势，pH值在6.83～8.62间变化；有机碳(质量分数)总体上呈下降之势，至堆肥结束4个处理分别下降了16.3%、14.5%、13.6%和11.9%，菌渣比例提高可减少堆体有机碳的损失；除6:4处理外，其他处理发芽指数分别于23、33和47 d达80%以上，同一时期菌渣比例越高堆体提取液对植物的毒害作用越强；氮磷钾总养分（质量分数）前期（约19 d）呈基本持平或少量下降，随后持续上升，堆肥结束4个处理分别为5.93%、 5.57%、5.64%和5.13%。6:4处理氮磷钾总养分在堆肥大部分时期（45 d内）≤5.0%，其他处理在21～25 d后均≥5.0%。 综合考虑堆肥质量和堆期等因素，利用猪粪和菌渣为原料规模化生产机肥，猪粪和菌渣适宜的比例为8:2。同时，因猪粪和菌渣C/N均较低，建议适当增加米糠等C/N高的添加料，进一步提高堆肥效率。 关键词：堆肥；粪；农业废弃物；菌渣；有机肥 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2015.07.029 中图分类号：S2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-07-0201-07 周江明，王利通，徐庆华，等. 适宜猪粪与菌渣配比提高堆肥效率[J]. 农业工程学报，2015，31(7)：201－207. Zhou Jiangming, Wang Litong, Xu Qinghua, et al. Optimum ratio of pig manure to edbile fungi residue improving quality of organic fertilizer by composting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(7): 201－207. (in Chinese with English abstract) 0 引 言 随着畜牧业和种植业的快速发展，中国农业废弃物产生量越来越大，2008年规模化养殖业畜禽粪便量和食用菌菌渣量达7.76亿t[1]和457.0万t[2]，其中生猪粪便占总畜禽粪便量的49.6%。大量的废弃物蕴含丰富的有机质、蛋白质等有机养分和氮、磷、钾及微量元素等无机养分，是一个具有巨大潜力的有机无机资源库。然而，由于技术及产业化滞后等原因中国农业废弃物利用率仅34%[3]，大部分仅被粗放低效利用或搁置暴露在外甚至直接排入水环境中，导致环境污染问题日趋严重。研究表明，畜禽粪便是水生生态系统中氮磷和病原微生物污染的主要来源[4-5]，并加剧了水体富营养化程度[6-8]，2010年《全国第一次污染源普查公报》[9]也证实，畜禽养殖业的污染排放已成为中国最重要的农业面源污染源之一。而随处废弃的食用菌废渣造成霉菌和害虫滋生，疾病广泛传播[2]，因此，农业废弃物资源化利用一直是国内外学者的研究焦点，在畜禽粪便产生量的估算[10-11]、畜禽粪便的环境危害[12-13]、农业废弃物循环利用[14-16]、国内不同地域畜禽粪便分布[5,17]及农业废弃物养分状况[18]等方面均有深入地研究。而在农业生产中必然产生废弃物的情况 收稿日期：2015-02-11 修订日期：2015-03-15 基金项目：江山市科技项目（2014C16） 作者简介：周江明，男，浙江省江山人，高级农艺师，主要从事土壤肥力、植物营养及肥料施用等研究和应用工作。江山江山市农技推广中心，324100。Email：man_0034@https://www.doczj.com/doc/1b13259421.html, 下，再生利用变废为宝技术研究显得尤其重要，如畜禽粪便肥料化[19-20]、菌渣饲料化[2,21]、固体废弃物沼气化[22-23]等。目前，好氧堆肥是处理畜禽粪便、菌渣等固体农业废弃物最根本、最经济、最有效的方法，中国畜禽粪便生产有机肥技术也颇为成熟，对畜禽粪便发酵堆肥的C/N、温度、水分、pH值等研究相关报道较多，但很多文献中原料主要集中在畜禽粪便与秸秆、木屑、垄糠等辅料方面[20,24-26]，利用猪粪和菌渣2种废料进行堆肥生产有机肥则鲜有报道，本文选取猪粪和食用菌菌渣不同用量比例开展堆肥试验，调查堆肥过程中温度、养分、C 含量、pH值及种子发芽指数（germination index，GI）等动态变化，旨在为大规模无害化处理农业废弃物、生产优质有机肥料及农业废弃物资源化利用提供依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料 堆肥材料猪粪来自浙江天蓬畜业有限公司规模化生态养殖场，菌渣（金针茹菌渣）由江山市食用菌根根公司提供，糠粉从浦城县稻谷加工厂采购，磷矿粉来源肥料销售门市部，供试材料的基本性状见表1。 1.2 试验设计 试验堆肥每个处理总量约2 000 kg，其中250 kg糠粉、100 kg磷矿粉，其余根据猪粪与菌渣鲜质量的不同比例设置4个处理，猪粪与菌渣质量比分别为处理A 9:1，处理B 8:2，处理C 7:3，处理D 6:4，各处理的初始含水率调节为50%～55%，并添加1‰的发酵菌剂，试验设
简单堆肥方法 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
堆肥-制作技术 （一）堆肥的材料 1、基本材料：即不易分解的物质，如各种作物秸杆、杂草、落叶、树枝、藤蔓、泥炭 2、促进分解的物质：一般为含氮较多和富含高温纤维分解细菌的物质，草木灰、 3、吸收性强的物质：在堆积过程中加入少量泥炭、细泥土及少量的过磷酸钙或磷矿粉，可防止和减少的挥发，提高堆肥的肥效。 （二）材料的处理 为了加速腐解，在堆制前，不同的材料要加以处理。 （1）堆肥材料分选：选去碎玻璃、、瓦片、塑料等杂物，特别要防止重金属和有毒的有机和无机物质进入。 （2）各种堆积材料，原则上要粉碎为好，增大接触面积利于腐解，但要多消耗能源和人力，难以推广。一般是将各种堆积材料，切成6-15厘米长为好。 （3）对于质硬、含腊质较多的材料，如玉米和高梁杆吸水较低，最好将材料粉粹后用污水或2%石灰水浸泡，破坏表面蜡质层，利用吸水促进腐解。 （4）水生杂草，由于含过多，应稍微凉干后再进行堆积。 （三）堆制地点
应选择地势较高、背风向阳、离较近、运输施用方便的地方为堆制地点。为了运输施用方便，堆积地点可适当分散。堆制地点选择好后将其地面平整。 （四）设置通气孔道 在已平整夯实的场地上，开挖“十”字形或“井”字形沟，深宽各15—20左右，在沟上纵横铺满硬坚的作物秸秆，作为堆肥底部的通气沟，并在两条小沟交叉处，与地面垂直安放木棍或捆扎成束的长条状粗硬秸杆，作为堆肥上下通气孔道。 （五）堆制材料配方比 一般堆积材料配合比例是：各种作物秸杆、杂草、落叶等1000斤左右，加入粪尿200—300斤或尿素2.5千克，水100—200斤（加水多少随原材料干湿而定），每一层可以适当覆盖一层薄土，主要是起到，泥炭等的作用。为了加速腐熟，每层可接种高湿分解纤维（如酵素菌），若缺乏时，可加入适量骡马粪或老堆肥、深层暗沟泥和肥沃泥土，促进腐解。但泥土不宜过多，以免影响腐熟和堆肥。加入适量的肥土，不但有吸肥保肥的作用，也有促进有机质分解的效果。 （六）堆积 在堆积场的通气沟上铺上一层厚约20cm的污泥、细土或草皮土作为吸收下渗肥分的底垫。然后将已处理好的材料（充分混匀后）逐层堆积、踏实。并在各层上泼撒粪尿肥和水后，再均匀的撒上少量石灰、磷矿粉或其它肥（堆积材料已用石灰水处理者可不用），以及羊马粪、老堆肥或接种高温纤维分解细菌。每层需“吃饱、喝足、盖严”。所谓
沼渣堆肥简易实验方案 一、实验目的 1、再利用餐厨垃圾发酵后的沼渣； 2、初步确定适合餐厨垃圾沼渣堆肥的参数。 二、实验原理 依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质是一种发酵过程。根据此原理，利用垃圾中土著微生物具有更好适应堆肥环境的特点，直接堆肥培养来自餐厨垃圾中的微生物，用好氧堆肥的模式使微生物的多样性和协助作用增强，达到高效促进垃圾降解稳定的目的。 三、实验原料、辅助器材及要求 1、实验原料：厨余垃圾沼渣x kg 2、实验辅助器材：地磅1台，温度计2支，PH试纸1本，铁铲2把，记录本1本，笔一支 四、实验步骤 1、取沼渣x kg，挑去石块、铁片等微生物无法分解的物体，用铁铲沼渣进行初步切碎； 2、可用锯木屑将沼渣水分调整含水率(MC)至约60%，此种含水量近于以手紧握堆肥材料而水能沿指缝点滴成形，或以木棒插入堆肥材料中，拔出时棒端湿润为宜。水分过低，不利于微生物的生长；水分过高，则堵塞堆料中的空隙，影响通风，导致厌氧发酵。
3、调节PH值为6-9，可用石灰粉调节，pH 值过高或过低都会影响堆肥的效率； 4、堆肥发酵，有顶棚的堆肥场地最理想的。将将调整好的沼渣堆成条垛状底宽2～6 m、高1～3 m，用铁铲轻拍堆体，使其不松塌，再用木棒在堆体上均匀打8～10个洞，在好氧条件下进行堆肥； 5、早、中、晚用温度计对堆体测定温度，并记录数据； 6、根据2步骤测定水分，若水分不够需适当添加同等温度的水； 7、观察堆肥温度的变化，当堆肥温度由环境温度上升到最高温度(55～60℃)时，进行翻堆，用铁铲把沼渣充分翻动； 8、稳定化判定：①无恶臭气味；②颜色达到茶褐色或黑色；③手感松软易碎。证明判定堆肥已达稳定化。 五、实验结果与分析 待定
畜禽粪便处理处置技术 目前规模化、集约化的商品养殖生产占主要地位，这些养殖场处理畜禽粪便时大多是水冲式清除畜禽粪便，产生了大量的固体废弃物和有机废水。一般畜禽养殖场处理畜禽粪便时都要先进行固液分离，然后再单独对固体废弃物和有机废水进行处理。这样，集约化养殖场畜禽粪便的处理就包括了畜禽粪便处理和有机废水处理两个方面。 畜禽养殖场特别是大中型养猪场废水处理难度很大：一是由于大多数猪场都是采用漏缝板式的栏舍，水冲式清粪，排水量大；二是冲洗栏舍的时间相对集中，冲击负荷很大；三是粪便和污水量大且集中，而农业生产是季节性的，周围农田无法全部消纳；四是废水固液混杂，有机质浓度较高，而且粘稠度很大；五是养猪业属微利行业，受到自然与市场的双重风险的影响，不可能投入很多资金用于处理废水，也难以承受过高的废水处理运行费用。因此，根据养殖场的水质特点，选择经济合理，处理后保证达标的工艺显得尤为重要。 一、水质水量 1、水质 畜禽养殖业产生的污染物主要有粪便、污水和恶臭三个方面。畜禽粪便中含有大量的病原微生物、寄生虫卵以及孳生的蚊蝇，会使环境中病原种类增多，菌量增大，出现病原菌和寄生虫大量繁殖，造成人、畜传染病的蔓延；畜禽养 殖废水的高浓度有机废水，COD Cr 、NH 4 +-N、SS含量都很高，水量大且温度较低， 废水中固液混杂，氮和磷的化合物有机物含量较高。而粪污中的重金属则来自于饲料和饮水进入畜禽体内后排泄的，因为含量低不做考虑。 表1国家环保总局推荐的排泄系数/[kg/(头?a)] 畜禽名称粪尿BOD 5 COD Cr NH 3 -N T P T N 牛猪 羊家禽-- 2、水量 尽管猪粪尿排泄量受到环境因子、饲养质量、饮用水量等的影响，但可以根据下式计算： Yf= Yf—尿排泄量，kg； F—饲料采用量，kg Yu=+ Yu—粪便排泄量，kg； W—饲水量，kg；
猪粪处理工艺 1处理效果及目标 猪粪含有有机质15%、总养分含量不高，氮0.5～0.6%、磷0.45～0.5%、钾0.35～0.45%（具体以当地猪粪检测结果为准）。猪粪的质地较细，成分较复杂，含蛋白质、脂肪类、有机酸、纤维素、半纤维素以及无机盐。猪粪含氮素较多，碳氮比例较小(14：1)，一般容易被微生物分解，释放出可为作物吸收利用的养分，是 一种良好的农家肥，是培肥改良土壤的优质有机肥资源。猪粪通过发酵，利用外 接菌剂所含的好氧微生物及厌氧微生物，将猪粪内不易被作物直接利用的有机 物分解转化为小分子物质（无机盐和矿物质），并在猪粪发酵过程中达到除臭、杀虫卵、灭病害的目的，发酵最终得到的物料得到充分腐熟，作为肥料使用时不会 出现烧苗现象，可以安全的作为肥料使用。 2猪粪处理过程中的污染控制手段 2.1猪粪发酵过程中臭气的控制 猪粪中的蛋白质、脂肪类物质在自然微生物的分解过程中会产生硫化氢、 氨气、硫醇等臭气，而由于猪粪的碳氮比较小，故猪粪发酵过程中的主要臭气 为氨气，针对于氨气的处理，我司制备的微生物菌剂中含有相对应的亚硝酸菌群，可将氨气转化为亚硝酸盐留在固体物料中，可有效的减少猪粪发酵过程中 的臭气产生。另外，关于猪粪中的硫化氢及硫醇类臭气，是猪粪本身自带的臭 气成分，量比较小，且物料进入高温发酵阶段之后，这些臭气物质就会减少。2.2猪粪的二次污染问题 直接施用新鲜猪粪便，会产生作物烧苗、病害、草害等负面影响。作物烧 苗主要是因为新鲜猪粪中的多种有机质如蛋白质、脂肪类、纤维素、半纤维素 没有经过适当的分解，使用到土地当中后，这些物质就会在分解的过程中与植 物的根系竞争氧气，导致烧苗现象的发生。传统的晾晒可以脱除猪粪中多余的 水分，但是这些有机质并没有多少变化，当做肥料使用后，遇水后不但会发生 臭味，而且烧苗的现象还是时有发生。猪粪经过发酵，就可达到除臭、杀虫卵、灭病害的目的，发酵最终得到的物料充分腐熟，作为肥料使用时不会出现烧苗 现象，可以安全的作为肥料使用。
沼渣堆肥处理技术 我国是传统的农业大国，堆肥技术有着久远的历史，自古以来我国农村地区就普遍将秸秆、落叶、人畜粪便等堆积在一起，进行发酵沤制肥料。公元六世纪，我国就出现了“踏肥”；1591 年出现“蒸粪法”即堆肥的积制和利用；1633 年开始了“酿粪法”，即沤粪的积制和利用方法，但真正意义上的堆肥技术研究始于20 世纪初。 建国后，我国的堆肥技术经历了以下三个阶段： （1）初始阶段(50-60 年代)：这个阶段在农村传统堆肥技术基础上进行较为简单的堆肥，从工艺来说归类于一次性发酵，堆肥方式为野积式堆垛，用泥土覆盖其表层进行保温，通风方式主要是自然通风或厌氧发酵，无专用的翻堆和搅拌等设备，采用人工筛选，该阶段的工艺较为简单，发展缓慢； （2）开发研究阶段(70-80 年代)：随着经济的发展，城市化进程的加快，人口的增加，城市固体废弃物处理已成为各城市亟待解决的大事。这个阶段是城市固体废弃物堆肥技术研究发展的比较兴旺时期，新工艺、新技术如雨后春笋般涌现，堆肥附属机械设备得到大力开发，堆肥机理得到深入研究； （3）推广应用阶段(90 年代-至今)：在以上开发研究基础上，根据相应地区评估对一些堆肥技术进行推广应用，从而促进城市固体废弃物的处理。90 年代后期以来，垃圾分选技术的日趋成熟及垃圾分类工作的开展为堆肥技术在我国的推广应用提供了技术保证。 目前厌氧消化残余物较为成熟的肥用模式主要有绕灌施用、叶面肥施用、沼液沼澄分离后将沼澄制成有机肥料施用。本文主要讨论固液分离后的沼澄资源化利用方式,根据沼澄终端用户不同,对其处置要求方式也不同。过去我国主要以小型户用沼气池为主,在对厌氧残留物综合利用探索的过程中,形成了南方的“猪-沼-果”或“猪-沼-菜”、北方的"四位一体”、西北的“五配套”等生态模式[7],而对于大中型沼气工程来说,厌氧残余物的综合利用需进一步考虑其安全使用方式。因此,沼澄资源化途径大致可分为两类,分别为养殖业和土地利用,其中沼澄的养殖业利用因食品安全的考虑而愈来愈受到限制。
堆肥技术常规的优缺点 1.填埋处理 填埋是大量消纳城市生活垃圾的有效方法，也是所有垃圾处理工艺剩余物的最终处理方法，目前，我国普遍采用直接填埋法。 所谓直接填埋法是将垃圾填入已预备好的坑中盖上压实，使其发生生物、物理、化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化的目的。但是，我国许多城市的垃圾仍有大多采取露天堆放，没有任何防护措施。每一个垃圾堆放场都成了一个污染源，蚊蝇孽生，老鼠成灾，臭气漫天，大量垃圾污水由地表渗入地下，对城市环境和地下水源造成严重污染： （1）地下水质恶化，污染严重，水混浊发臭，水中均检出厌氧大肠杆菌； （2）垃圾断层样品均检出有毒有害物质。 填埋处理方法是一种最通用的垃圾处理方法，它的最大特点是处理费用低，方法简单，但容易造成地下水资源的二次污染。随着城市垃圾量的增加，靠近城市的适用的填埋场地愈来愈少，开辟远距离填埋场地又大大提高了垃圾排放费用，这样高昂的费用甚至无法承受。 2.焚烧处理 焚烧法是将垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧化的一种方法，产生的热量用于发电和供暖。 焚烧处理的优点是减量效果好（焚烧后的残渣体积减少90%以上，重量减少80%以上），处理彻底。但是，根据美国的报道，焚烧厂的建设和生产费用极为昂贵。在多数情况下，这些装备所产生的电能价值远远低于预期的销售额给当地政府留下巨额经济亏损。由于垃圾含有某些金属，焚烧具有很高的毒性，产生二次环境危害。焚烧处理要求垃圾的热值大于3.35MJ/kg，否则，必须添加助燃剂，这将使运行费用增高到一般城市难以承受的地步。 3.堆肥处理 将生活垃圾堆积成堆，保温至70℃储存、发酵，借助垃圾中微生物分解的能力，将有机物分解成无机养分。经过堆肥处理后，生活垃圾变成卫生的、无味的腐殖质。既解决垃圾的出路，又可达到再资源化的目的，但是生活垃圾堆肥量
设计证书编号：污水/固废专项甲级（2828） 保定市污水处理厂污泥无害化处理 项目建议书 （1.0版） 总目录 前言 2 1.SACT技术背景 3 2.技术比选 4 3. SACT工艺流程及工艺特点 6 4.实施方案10 5.投资与经济分析11
前言 污水处理伴生的脱水污泥对于环境的威胁由来已久，随着污水处理率提高，污泥产量增加而逐渐成为必需解决的问题。 2007-2009年建设部陆续组织制定颁布实施了：《 CJ248-2007 城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》、《 CJ/T 291-2008 城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》、《 CJ/T 309-2009 城镇污水处理厂污泥处置农用标准》等8项污泥处置标准。2009年2月，环境部、建设部、科技部联合发布《城市污水处理厂污泥处理处置技术政策》；《城市污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》、《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》以及污泥总量控制政策也已在酝酿中。随着政策标准的逐步完善，污泥处置将步入快车道。 保定市污水处理厂规划脱水污泥处理设施规模300t/d，污泥堆肥工艺路线作为污泥资源化处理的备选主导路线。 本项目建议书本着先进性与可靠性并举的原则，以SACT-HCC污泥堆肥工艺和SACT-F5.110污泥翻堆机为核心，提出了技术解决方案，并进行项目初步经济分析，为项目立项提供参考依据。
1.SACT技术背景 1956年1980年 1986年 1995年1997年 2001年2002年2006年2007年2008年2009年机械科学研究总院成立。 机械科学研究院组建我国最早的环保科研机构——机械科学研究院环保技术与装备研究所。 机械院环保所在国家攻关计划支持下开始从事污水处理厂污泥处理技术研究。 中国第一台污泥堆肥翻堆机研制成功。 中国第一座市政污泥堆肥项目——唐山西郊污水厂污泥堆肥项目投入使用，SACT工艺初步形成。 中国第一座市政污泥热干化项目——秦皇岛东部区污水处理厂污泥热干化项目投入使用。 中国运行规模最大的污泥堆肥项目——北京大兴污泥消纳厂投入运行,目前设计处理规模520t/d。 SACT技术获北京市科学技术二等奖。 中国第一座工业污泥堆肥项目——天津石化供排水厂污泥堆肥项目投入运行。 SACT技术获中国机械工业科技进步三等奖。 唐山西郊污水二厂污泥堆肥项目投入使用，自动化与除臭系统的完备标志SACT工艺系统走向成熟。 中国单期建设规模最大的市政污泥堆肥项目——洛阳廛东污水厂228t/d污泥堆肥项目投入运行。 SACT技术获首届中央企业青年创新奖。 机科发展公司承担国家环保部《污水处理厂污泥处置最佳可行技术导则》（第四、七章污泥堆肥部分）编制工作。 中国第一台大型国产污泥翻堆机F5.110完成全部设计研制工作。 机科发展公司承担《环境保护设备产品分类》《环境保护设备术语》等两部国家标准相关内容起草编制工作，以及《链条式翻堆机》《滚筒式翻堆机》《污泥堆肥翻堆曝气发酵仓》等三部行业标准起草编制工作。
堆肥生产中，如果仅仅通过感官或经验来判断原料搭配是否合理、水分调节是否适宜，往往偏差较大，特别是当原料或工艺发生变化时，差异会更大，这也是造成产品质量不稳定的重要原因。要优化堆肥条件和配方，必须按照原料理化参数，通过科学的计算来确定。堆肥配方的形成就是对C/N和水分的平衡过程，目的是使它们均处于合理的范围内。 通常一个指标先调整合适后，堆肥的配方就可基本确定下来，若需要进一步调整比例，则一般要在不明显影响第一个指标的情形下对第二个指标进行优化。 一、C/N 堆肥化过程中，碳素是堆肥微生物的基本能量来源，也是微生物细胞构成的基本材料。堆肥微生物在分解含碳有机物的同时，利用部分氮素来构建自身细胞体，氮还是构成细胞中蛋白质、核酸、氨基酸、酶、辅酶的重要成分。 据研究，一般情况下，微生物每消耗25g有机碳，需要吸收1g氮素，微生物分解有机物较适宜的C/N为25左右。C/N过高，微生物生长繁殖所需的氮素来源受到限制，微生物繁殖速度低，有机物分解速度慢，发酵时间长；有机原料损失大，腐殖质化系数低；并且还会导致堆肥产品C/N高，施入土壤后易造成土壤缺氮，从而影响作物生长发育。C/N过低，微生物生长繁殖所需的能量来源受到限制，发酵温度上升缓慢，氮过量并以氨气的形式释放，有机氮损失大，还会散发难闻的气味。合理调节堆肥原料中的碳氮比，是加速堆肥腐熟，提高腐殖化系数的有效途径。 常见的有机固体废物含碳量一般为40~55％，但氮的含量变化却很大，因此C/N的变幅也较大。一般禾本科植物的C/N较高，大约在40~60之间，畜禽粪便、城市污泥C/N较低，大约为10~30。为达到理想的堆肥有机物分解速度，通常用C/N较高的秸杆粉、草炭、蘑菇渣等与C/N较低的畜禽粪便、城市污泥等进行混合调整。在堆肥化过程中，由于微生物的作用，有近2/3的碳素会以CO2的形式释放出来，剩余部分与氮素一起合成细胞生物体，所以堆肥化过程是一个C/N逐渐下降并趋于稳定的过程，腐熟堆肥的C/N一般为15：1左右。此外，不同的堆肥原料其适宜的C/N也存在差异，这种差异主要有两方面构成，一方面为取决于堆肥原料中有机物的生物有效性（或可降解性，表3-3），另一方面取决于堆肥原料粒度。虽然从理论上讲堆肥物质中的大多数碳是可以利用的，但也存在一些很难生物降解的有机化合物，如木材中的木质纤维素，因此，当这类物质含量较高时，应设置一个较高的C/N值；相同原料由于粒度不同，比表面积存在差异，可被微生物利用的碳或者说其被微生物分解的速度也存在差异，这些都是进行堆肥C/N设计时应考虑的。 表3-3 某些有机基质的可降解性 二、水分 堆制过程中保持适宜的水分含量，是堆肥制作成功的首要条件。由于微生物大都缺乏保水机制，所以对水分极为敏感。当含水量在35%~40%之间时，堆肥微生物的降解速率会显著下降，但水分下降到30%以下时，降解过程会完全停止。通常有机物吸水后会膨胀软化，有利于微生物分解；水分在堆肥中移动时，所带菌体也会向四周移动和扩散，并使堆肥分解
一、未腐熟堆肥产品的危害 堆肥腐熟度的评价是关系到堆肥的方法能否顺利进行的最为关键的问题之一。未腐熟的产品施用于土壤后，有机肥中的微生物还会利用土壤间隙中的氧气继续活动降解有机物，从而造成厌氧的环境，使植物根系缺氧，并产生H2S和NO等气体。未腐熟的产品中有很高的碳氮比(25∶1或更高) ，造成微生物的氮饥饿而去摄取土壤中的氮，使土壤产生缺氮现象。并且在微生物的持续降解活动中还会产生作为副产品的各种有机酸，对植物产生毒性，尤其是乙酸和酚类化合物会抑制植物种子发芽、根系的生长，减少作物的产量。 二、堆肥腐熟度的现有评价指标 虽然国内外在堆肥腐熟度的评价方面已经作了广泛而且很深入的研究，提出了众多的评价指标及方法，但仍没有形成一种公认的堆肥腐熟度指标。李承强等把堆肥腐熟度指标划分为三类：物理学指标、化学指标(包括腐殖质) 和生物学指标。李艳霞等把堆肥腐熟度的评价方法分为表观分析法、化学分析法、波谱分析法及植物生长分析法4类，与前者的分类方法也比较相似。简介如下： (1)物理学指标或表观分析指标：指堆肥过程中的一些变化比较直观的性质，如温度、气味和颜色等。具体有：①堆肥开始后堆体温度是逐渐升高再降低的变化过程，而堆体腐熟后堆体温度与环境温度一致或稍高于环境温度，一般不会明显变化，因此温度是堆肥过程中最重要的常规检测指标之一；②堆肥原料具有令人不快的气味，并在堆肥过程中会产生H2S，N O等难闻的气体，而良好的堆肥过程后这些气味逐渐减弱并在堆肥结束后消失，所以气味也可以作为堆肥腐熟的指标；③堆肥过程中堆料逐渐发黑，腐熟后的堆肥产品呈黑褐和黑色，颜色也可以作为一判断标准；④对不同时间的堆肥的水萃取物在波长280 nm，465 nm和6 65 nm的光学性质研究表明，由于个别有机成分的少量存在，抑制了对短波的吸收，而对6 65 nm波长的可见光影响较少，由此通过检测堆肥萃取物在波长665 nm下的吸光度变化可反映堆肥腐熟度。 (2)由于物理学指标难于定量化表征堆肥过程中堆料成分的变化，所以通过分析堆肥过程中堆料的化学成分或化学性质的变化以评价堆肥腐熟度的方法更常用一些。这些化学指标有：有机质变化指标、氨氮指标、腐殖化指标、碳氮比和有机酸等。具体内容包括：①在堆肥过程中，堆料中的不稳定有机质分解转化为二氧化碳、水、矿物质和稳定化有机质，堆料的有机质含量变化显著，因此可以通过一些反映有机质变化的参数(如COD，BOD及VS等)的测量及某些有机质在堆肥过程中的变化规律来表征腐熟度；②在堆肥的生化降解过程中含氮的成分发生降解产生氨气，在堆肥后期部分氨气被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，所以可以用亚硝酸盐或硝酸盐的存在判断腐熟度，并且由于这两个指标的测定较为快速而简单，具有较好的实用价值；③堆肥过程中伴随着腐殖化的过程，研究各腐殖化参数的变化是评价腐熟度的重要方法，由此提出CEC(阳离子交换容量)、腐殖质HS、腐酸HA、富里酸FA 、富里部分FF及非腐殖质成分NHF等参数用以评价堆肥腐熟度；④碳源是微生物利用的能源，氮源是微生物的营养物质，碳和氮的变化是堆肥的基本特征之一，C/N(固相)是最常用于评价