反应器堆肥是一种新型堆肥工艺,具有占地面积小、发酵时间短、自控程度高、辅料添加少和臭气控制好等特点,适合于城市污泥或养殖粪污等有机废弃物就地处理。筒仓式反应器堆肥是一种典型代表性反应器堆肥工艺,目前在我国环保行业得到了大力推广,但其工艺过程仍不清楚,急需相关研究工作支撑技术与设备发展,并指导实践生产。论文首先在实验室小型反应器上研究了曝气、水分、温度和原料组成对污泥堆肥过程中氮素转化和微生物变化的影响,明确了小型反应器条件下适宜的工艺参数。在此基础上,研究了大型筒仓式反应器条件下不同曝气、水分、温度和原料组成对污泥堆肥过程中氮素转化和微生物变化的影响,并优化了筒仓式反应器堆肥工艺。主要结论如下:(1)小型反应器堆肥中,连续曝气通风速率推荐值为0.05 m3·min-1·m-3有机物质,间歇曝气通风速率推荐值为0.2 m3.mi-1.m-3有机物质;筒仓式反应器堆肥中,通风速率推荐值为0.1 m3·min-1·T3有机物质。容积为100 L的小型反应器中最佳曝气工艺为风机开5 min停15 min,通风速率为1200 L/h;容积为86 m3的筒仓式堆肥反应器中最佳曝气工艺为24 h连续曝气,通风速率为525 m3/h。(2)小型反应器中低通风速率有利于硝态氮的形成,铵态氮和酰胺态氮主要在高温发酵阶段产生。间歇曝气工艺有利于堆体温度快速升高,促进了硝态氮、铵态氮和酰胺态氮的形成,有利于氮素的保存。筒仓式反应器中,随着曝气量由间歇曝气逐渐增加为连续曝气,堆体中下层硝态氮含量逐渐增加,堆体各层铵态氮含量逐渐增加,酰胺态氮含量先增加后降低,总氮含量逐渐增加。(3)小型反应器中污泥直接堆肥时,污泥含水率不宜高于73%;含水率为85%的污泥直接堆肥时不能正常升温。筒仓式反应器堆肥中,堆体上层含水率控制在63%、中层含水率控制在57%、下层含水率控制在45%时,反应器内温度及氮素转化可达到最佳状态。(4)外源加热可提高堆体温度、延长高温持续时间,但可导致氮素的损失。当加热温度高于80℃后,抑制了堆肥中养分的转化和微生物的活性。随着筒仓式反应器内温度的升高,堆体中上层总氮和铵态氮含量逐渐增加,堆体上层硝态氮含量增加较明显,堆体各层酰胺态氮含量逐渐增加。(5)C/N较低时有利于堆体温度的升高,有利于总氮和酰胺态氮含量的增加;C/N较高时有利于硝态氮和铵态氮含量的增加,有机态氮降解程度较大。筒仓式反应器堆肥中,添加一定比例的稻糠有利于铵态氮含量的提高;与污泥稻糠混合堆肥相比,污泥直接堆肥时堆体各层总氮、硝态氮、酰胺态氮和有机态氮含量较高。(6)在不同容积的反应器中,不添加辅料污泥直接堆肥是可行的,原料最大水分含量应不大于物料的最大持水能力,保证堆体的通透性。(7)污泥反应器堆肥过程中检测到的优势菌门主要有Firmicutes(厚壁菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Proteobacteria(变形菌门)和 Chloroflexi(绿弯菌门),优势菌属为Ureibacillus(脲杆菌)。(8)曝气是反应器堆肥过程中最重要的控制参数,反应器容积不同、发酵原料类型和性质不同,其曝气工艺均不同。针对不同原料和不同容积的反应器堆肥时,可通过温度-曝气-水分-原料参数优化确定最佳堆肥工艺。