当前课程知识点:固体废物处置与资源化 > 第七章 固体废物堆肥处理技术 > 7.7 堆肥产品及其腐熟度评价 > 7.7 堆肥产品及其腐熟度评价
大家好
这节课我们学习堆肥产品及其腐熟度评价
堆肥完成以后堆肥产品的质量如何
是大家比较关注的问题
为了防止城市垃圾农用
对土壤 农作物 水体的污染
保护农业生态环境
我国制定了城镇垃圾农用控制标准
具体要求有
粒度小于等于12毫米
含水率25到35%
pH值6.5到8.5
总氮大于等于0.5%
总磷大于等于0.3%
总钾大于等于1%
有机质大于等于10%
此外
对重金属、蛔虫卵死亡率、粪大肠菌值等等
各方面都提出了具体的要求
除了满足上述具体的要求外
堆肥化产品还应满足下列一些基本的要求
首先C/N比应低于20
微生物在分解有机物的同时
还需要吸收氨氮和硝态氮
作为自身的营养剂来维持它的生长繁殖
如果C/N比过高
则会造成微生物处于氮饥饿状态
最终影响肥效
堆肥化产品应达到完全腐熟才能施用
大量使用未腐熟的堆肥
会由于有机物在土壤当中的分解
造成植物根部缺氧
从而导致灾难性的后果
再一个堆肥产品要便于运输、保管和施用
为此
水分应控制在在35%以下
最好加工成颗粒状
堆肥产品要达到稳定化
才能认为堆肥过程已告结束
其判定标准就是腐熟度
腐熟度即堆肥当中的有机质
经过矿化 腐殖化过程最后达到稳定化的程度
堆肥腐熟度它的含义有两个
一是通过微生物的作用
堆肥的产品要达到稳定化、无害化
即不对外界环境产生不良的影响
第二是堆肥产品的使用
不影响作物的生长和土壤的耕作能力
在工程上
它是衡量堆肥反应完成的信号
在农业上
它是堆肥质量的一个指标
那么为了评价堆肥装置的性能和堆肥的质量
需要有科学的定量的判断标准
为此
国内外许多研究人员进行了深入的研究探讨
提出了许多的堆肥腐熟度的判定标准
主要包括物理方法 化学方法 生物活性法
植物毒性分析法 安全性测试法等等
那么我们分别来看一下
首先我们来看物理方法
物理法也称为表观分析法 直观经验法
它是一种定性的判定
达到腐熟的堆肥应该是
温度比较低 接近于常温
呈茶褐色 暗灰色或者是黑色
不再产生恶臭 不再吸引蚊蝇
呈现疏松的团粒结构 比较松软易碎
由于真菌的生长
堆肥上可能会出现白色或灰白色的菌丝
化学方法包括碳氮比 氮化合物
阳离子交换容量 有机化合物 腐殖质等等
我们对每个指标它的判定方法
做一个详细的介绍
首先我们看碳氮比
C/N比一般的初始值是25到30:1
或者是更高
当碳氮比降至15到20:1以下时
我们认为堆肥达到了腐熟
但是C/N比作为腐熟度的标准
它的缺点是受原料C/N比的影响太大
再一个C/N比的测试 特别是C的测定比较困难
需要一定的测试设备和相当技能的分析人员
因而这种方法比较难以推广
再一个是氮化合物
主要是氨态氮 硝态氮和亚硝态氮
它的浓度变化
在堆肥的初期氨态氮的含量比较高
但是在堆肥结束的时候
氨态氮的含量减少或者消失
硝态氮的含量增高
亚硝态氮的含量次之
但是由于有机和无机氮的浓度的变化
受温度 pH值 微生物代谢 通气条件
以及氮源等多因素的影响
所以氮化合物只能作为一个参考的指标
不能作为堆肥腐熟判定的绝对的指标
氮化合物法它仍然属于定性的方法
但是由于它在现场实测的时候迅速易行
所以比较值得推广应用
它的原理是完全腐熟的堆肥
主要含有硝态氮和少量的氨氮
未腐熟的堆肥主要是含有氨氮而不含有硝态氮
那么根据这个特性
可以利用特定的显色反应来测试堆肥样品中
是否含有氨氮和亚硝态氮
如果是含有硝态氮
那我们可以用还原剂把它还原成亚硝态氮
来测定
这样的话
我们可以判定判定堆肥是否腐熟
以及它的腐熟的程度
那么具体的方法大家用到的时候去查就可以了
另一个判断指标是阳离子交换容量
阳离子交换容量它能够反映有机质降低的程度
所以可以作为评价腐熟度的一个参数
阳离子交换容量和碳氮比之间
有很高的负相关性
我们一般建议
是以阳离子交换容量大于60mmol
作为评估堆肥腐熟度的一个指标
但是也不能作为绝对的指标
另一个判断指标是有机化合物
纤维素 半纤维素和脂类等
通过成功的堆肥过程可以降解50~80%
而蔗糖和淀粉它可以接近100%
那么淀粉和纤维素
它反映了堆肥当中两类特殊的物质
淀粉代表易降解的物质
而纤维素则代表了难降解的物质
但是淀粉作为腐熟度判定指标的缺点是
垃圾当中淀粉的含量太低
那么纤维素它的缺点在于
它被微生物降解利用的速度相当慢
因此在反映堆肥当中
有机质的降解和表征腐熟度的方面
起不到一个迅速准确的作用
所以在现场实验应用可能性较小
另一个判定指标是腐殖质
那么在堆肥化过程当中
原料当中的有机质经过微生物作用
在降解的同时进行着腐殖化的过程
用NaOH来提取腐殖质
可分为胡敏酸富里酸和未腐殖化的组分
当堆肥开始的时候
非腐殖的成分和富里酸的含量比较高
胡敏酸的含量比较低
随着过程的进行
前两者基本保持不变或者是稍有减少
而后者大量的生成
因此腐殖质可以作为堆肥腐熟度的一个参数
我们可以采用不同的腐殖质参数
来表示堆肥的腐熟度
比如说腐殖化的指数
腐殖化率
胡敏酸的含量百分数等等
那么一般认为
当腐殖化指数开始呈下降的趋势时
说明腐殖质形成
那么当腐殖化指数等于3的时候
表明堆肥已经腐熟
堆肥腐熟度的另一大类判断方法是生物活性法
它主要包括呼吸作用和微生物的种群和数量
呼吸作用又包括耗氧速率或者是CO2产生速率
在堆肥过程当中
好氧微生物它的主要生命活动形式是
分解有机物的同时消耗氧产生CO2
研究表明
CO2的产生速率与耗氧速率具有很好的相关性
耗氧速率或者是CO2的产生速率
标志了有机物分解的程度
和堆肥反应进行的程度
因此以耗氧速率或者是CO2生成速率
作为腐熟的标准它符合生物学原理
这两张图分别是实验室测定
和生产现场测试的腐熟度的结果
我们从这两张图可以看出来
实验室测定和生产现场的测试结果相当吻合
这是由于耗氧速率的数据
它的测定受原料成分的影响比较小
只要在堆层当中氧的供应充分
耗氧速率的数据就比较稳定可靠
那么它们的一致性说明
耗氧速率的变化反映了堆肥处理过程的本质
因此我们可以建议用
耗氧速率作为堆肥腐熟度的一个定量的指标
另一种判定方法是微生物的种群和数量
前面我们讲过
在不同的温度下的堆肥过程
微生物的种群和数量也随之有相应的变化
在堆肥的初期中温阶段
嗜温性的微生物活跃
蛋白质的分解菌大量繁殖
产氨细菌也迅速增加
在15天内达到最多
然后突然下降
在30天内完成其代谢活动
堆肥期达到60天的时候降至检测限值以下
堆肥达到50~60℃ 时
嗜温菌受到抑制甚至死亡
嗜热菌大量繁殖
包括纤维素分解菌
在堆肥达到60天的时候最多
并且在整个的堆肥过程当中保持旺盛的生命力
在堆肥的高温阶段
病原体被灭活
腐殖质开始形成
物料初步腐熟
当堆肥达到80天时
硝化细菌的数量上升同时活动最为旺盛
在堆肥的腐熟期
所含微生物种群以放线菌为主
尽管在堆肥当中某种微生物种群的出现与否
以及它数量的多少并不能指示堆肥的腐熟程度
但是在整个堆肥期间微生物种群的演变
可以指示堆肥的完整的过程
嗜热及嗜温的细菌 放线菌 真菌
主要包括氨化细菌 硝化细菌
蛋白和果胶分解菌 固氮微生物
和纤维素分解菌等等都是比较传统的分析对象
另一大类腐熟度的判定方法是植物毒性分析法
植物毒性分析法
它是检验有机质腐熟度最精确和最有效的方法
一般是用十字花科的植物种子
来检验植物的毒性
它不仅能够检验堆肥样品的残留植物毒性
而且能够预计毒性的发展
它主要的方法有两种
一个是种子发芽实验
一个是植物生长实验
通过种子发芽实验和植物生长实验
可以直观地表明堆肥腐熟的情况
首先我们来看种子发芽实验
它是一种直接而快速的方法
植物在未腐熟的堆肥当中它的生长受到抑制
而在腐熟的堆肥当中生长得到促进
我们一般是以十字花科的植物种子
来进行发芽试验
那么根据它的发芽率和根长
可以得出植物的发芽指数
就等于用堆肥处理过的种子它的发芽率
乘以它的根长
比上对照种子的发芽率乘以根长
这样我们就得出发芽指数
当发芽指数达到80~85%的时候
这种堆肥就可以认为是已经腐熟了
这个是一个真实的种子发芽率的实验
堆肥的腐熟水平也可以用植物的生长量来表示
有些农作物包括黑麦草 黄瓜 大白菜
胡萝卜 向日葵 番茄 莴苣等
都曾经用来进行堆肥腐熟度的实验研究
有人研究了土壤中添加不同时期的牛粪堆肥
对黑麦草生长的影响
结果表明
这种堆肥在30天内会严重影响黑麦草的生长
40天以后的堆肥可以使黑麦草的生长得到改善
90天以后的堆肥可以使黑麦草出现最高的产量
说明腐熟的堆肥
可以提供植物生长所需要的有机物
对植物的生长有明显的促进作用
但是这种作用与植物的种类 堆肥pH值
盐度 碳氮比等因素有关
堆肥本身的稳定性
并不一定预示植物生长的可能性
因此用植物生长实验来评价堆肥腐熟度
也是作为一种辅助性的指标
而不能作为唯一的指标
这个是用植物生长实验
来进行堆肥腐熟度的评价
从以上我们分析可以看出来
堆肥腐熟度它比较简便科学的判定方法主要有
氮试验法 耗氧速率法和植物毒性分析法
最后我们来看一下堆肥的用途和功效
堆肥的用途很广
可用作农田 绿地 果园 菜园 苗圃
畜牧场等的肥料
也可以用做蘑菇盖面 过滤材料 隔音板等等
堆肥的作用主要是体现在两个方面
第一个是改善土壤的理化性能
使用堆肥以后
能够增加土壤当中稳定的腐殖质
形成土壤的团粒结构
降低土壤的容重
增加孔隙率
使粘性土壤松散
砂质土壤能够聚结成团粒
能够增加保水性 透气性及渗水性
改善土壤的物理性质
减少水分流失
促进植物的根系生长发育
这是施用堆肥以后对土壤理化性能的影响
我们可以看出来
施用堆肥以后
土壤的容重降低
孔隙度提高
持水率提高
堆肥的第二个功效是可以增加土壤的养分
堆肥具有优于一般化肥的独特性质
含有氮 磷 钾以及多种微量元素
肥分齐全而且肥效持久
可以长时间地发挥作用
质量好的堆肥可以明显地提高土壤当中有机物
和多种养分的含量
起到促进农作物增产的作用
这个是施用堆肥以后对土壤养分含量的影响
这节课就讲到这里
谢谢大家
-绪论
--绪论
-1.1 固体废物定义及分类
-1.2 固体废物的特点
-1.3 固体废物的环境问题
-1.4 固体废物的管理原则
-1.5 我国固体废物的管理体系
-第一章 讨论
-第一章测试题--作业
-2.1 固体废物产生量预测
-2.2 固体废物的性质
-2.3 危险废物的特性及鉴别
-2.4 固体废物的采样方法
-第二章 讨论
--第二章 讨论
-第二章测试题--作业
-3.1 固体废物的收集方式
-3.2 固体废物的收运系统及其分析方法
-3.3 固体废物的收集路线及规划设计
-3.4 固体废物的运输
-3.5 生活垃圾的中转运输
-第三章 讨论
-第三章测试题--作业
-4.1 固体废物的压实
-4.2 固体废物的破碎(一)
-4.3 固体废物的破碎(二)
-4.4 固体废物的分选(一)--筛分
-4.5 固体废物的分选(二)--重力分选原理
-4.6 固体废物的分选(三)--重力分选方法
-4.7 固体废物的分选(四)--磁选和电选
-4.8 固体废物的分选(五)--浮选和半湿式选择性破碎分选
--4.8 固体废物的分选(五)--浮选和半湿式选择性破碎分选
-第四章 讨论
--第四章 讨论
-第四章测试题--作业
-5.1 焚烧技术及其发展
-5.2 固体废物的焚烧特性
-5.3 焚烧效果评价及影响因素
-5.4 焚烧主要参数及热平衡计算
-5.5 固体废物的焚烧系统
-5.6 典型焚烧炉工作原理(一)
-5.7 典型焚烧炉工作原理(二)
-5.8 焚烧产生的大气污染物及其控制(一)
-5.9 焚烧产生的大气污染物及其控制(二)
-5.10 焚烧产生的灰渣及其控制
-第五章 讨论
-第五章测试题--作业
-6.1 热解概念及原理
-6.2 热解的影响因素
-6.3 固体废物的热解处理技术
-第六章 讨论
--第六章 讨论
-第六章测试题--作业
-7.1 生物处理的基本概念
-7.2 堆肥化基本概念及发展过程
-7.3 堆肥化原理
-7.4 堆肥化的影响因素及其控制
-7.5 堆肥工艺
--7.5 堆肥工艺
-7.6 堆肥设备
--7.6 堆肥设备
-7.7 堆肥产品及其腐熟度评价
-第七章 讨论
--第七章 讨论
-第七章测试题--作业
-8.1 厌氧消化概念及特点
-8.2 厌氧消化影响因素
-8.3 厌氧消化工艺(一)
-8.4 厌氧消化工艺(二)
-8.5 厌氧消化工艺(三)
-8.6 餐厨厌氧案例_陈婷
-第八章 讨论
--第八章 讨论
-第八章测试题--作业
-9.1 固体废物填埋处置概述
-9.2 填埋场分类
-9.3 填埋场总体规划和场址选择
-9.4 填埋场地表水和地下水控制
-9.5 填埋气体的产生
-9.6 填埋气体收集和处理
-9.7 渗滤液的产生及性质
-9.8 渗滤液的处理
-9.9 填埋场防渗系统
-9.10 填埋场终场覆盖与环境监测
-第九章 讨论
--第九章 讨论1
--第九章 讨论2
-第九章测试题--作业
-10.1 生命周期评估的意义_赵岩
-10.2 生命周期评估的定义与内容_赵岩
-10.3 生命周期评估的方法_赵岩
-10.4 生命周期评估的应用_赵岩
-第十章测试题--作业