厨余垃圾堆肥化过程中N2O产生机制与消减措施研究

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现在中国城市每年产生大量的厨余垃圾,已成为关注与研究焦点之一。尽管各地厨余垃圾的组成、性质和产量有所差别,但都具备如下特点:一是高含水率、低热值;二是有机物含量高、易腐烂;三是营养丰富,除了高含量有机物外,富含氮、磷、钾、钙及各种微量元素,具有较高再利用的价值;四是高油脂含量和盐类物质。针对厨余垃圾的共性特点,好氧高温堆肥技术被广泛应用于厨余垃圾处理中,是公认的有机垃圾高效处理技术之一。然而,研究结果表明:虽然利用翻堆/搅拌或强化供气可以加强堆肥过程中氧气的传递和利用,但有机垃圾堆肥化过程中依然能够产生大量N2O。本文通过利用自行设计加工的好氧堆肥装置进行实验,研究在不同初始温度与不同通风量状况下堆肥过程中物料性质的变化以及N2O排放的规律特征以及添加不同比例生物炭对堆肥过程中N2O减排的作用。研究结果表明:
  (1)在研究不同初始温度对好氧堆肥过程的影响实验中,设置了A1、A2、A3三个堆肥组,环境温度分别设置为25℃、35℃、45℃,实验结果显示:三个堆肥组堆体温度在短时间内都能较快上升,好氧堆肥顺利启动,其中初始温度为35℃的A2组堆体最高温度达到了58℃,且能持续保持超过50℃以上6天;通过对比三组实验的N2O排放情况发现,初始温度为45℃的A3组N2O排放量是初始温度为35℃的A2组的2倍,说明初始温度过高会导致N2O排放量增加。
  (2)不同的初始温度(25℃、35℃、45℃)、不同通风量(0.2、0.4、0.6L·kg-1DM·min-1)、条件下厨余垃圾进行好氧堆肥,当设置为45℃,通风量为0.6L·kg-1DM·min-1时,初期高峰时期的排放量是初始温度为35℃通风量为0.4L·kg-1DM·min-1的2倍,N2O的排放量与通风量有显著相关性。实验证明,通风量越大时,排放的N2O越多,实验表明,好氧堆肥过程中不同的通风量对N2O的排放有显著影响。在初始温度为35℃时,通风量为0.6L·kg-1DM·min-1的排放量最高为283.15g·t-1DM·d-1,明显多于通风量为0.4L·kg-1DM·min-1排放的173.31g·t-1DM·d-1,与0.2L·kg-1DM·min-1排放的231.83g·t-1DM·d-1。综上所述,在环境温度为35℃时,通风量为0.4L·kg-1DM·min-1有利于减少N2O的排放量。
  (3)以厨余垃圾为堆肥原料,以添加生物炭比例不同,设置四个实验组,分别为A1(添加生物炭2%)、A2(添加生物炭4%)、A3(添加生物炭8%)以及未添加生物炭的A0作为对比组,结果表明,在物料中添加生物炭可以使温度上升更高且高温期持续时间更久,添加生物炭使得堆体中的氮素能更高的保持,堆肥腐熟产品肥力更高。添加了2%的生物炭N2O排放总量减少了13.17%,添加了4%生物炭的减少了35.68%,添加了8%生物炭的减少了42.19%,表明添加生物炭能减少堆肥过程中的N2O排放量,添加8%生物炭的减少量最大。
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