廚余垃圾好氧堆肥過程中n素變化及對種子發(fā)芽率影響研究【開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文系列</b></p><p><b>　　開題報(bào)告</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　廚余垃圾好氧堆肥過程中N素變化及對種子發(fā)芽率影響研究</p><p>　　一、選題的背景與意義</p&g

2、t;<p>　　廚余是有機(jī)垃圾的一種，包括剩菜、剩飯、菜葉、果皮、蛋殼、茶渣、骨、貝殼等家庭、賓館、飯店及機(jī)關(guān)企事業(yè)單位拋棄的剩余飯菜的通稱；是人們生活消費(fèi)過程中產(chǎn)生的一種固體廢棄物，其有機(jī)質(zhì)含量豐富、含水率高、易腐敗發(fā)臭，處理不當(dāng)會(huì)引發(fā)一系列的生態(tài)污染問題。我國家庭廚余垃圾占生活垃圾的比例在30%左右，據(jù)估計(jì)，當(dāng)前我國的垃圾產(chǎn)生量以每年約10%的速度遞增，年新增廚余垃圾產(chǎn)生量達(dá)500萬噸，不僅影響城市市容和環(huán)境衛(wèi)生以及群

3、眾生活，而且極大增加了焚化爐與垃圾填埋場的負(fù)擔(dān)。</p><p>　　高溫好氧堆肥可實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的無害化、減量化、資源化。其中堆肥過程是利用微生物在一定溫度、濕度和pH條件下，使有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)降解的過程，最終形成一種類似腐殖質(zhì)土壤物質(zhì)，可作為肥料和土壤改良劑使用。堆肥過程工藝過程簡單，占地面積少，投資少，而且有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，特別是對于發(fā)展中國家，是一種很有發(fā)展前途的固體有機(jī)廢物處理手段。</

4、p><p>　　氮素是廚余垃圾堆肥中非常重要的營養(yǎng)元素，植物生長必不可少的元素，但是高溫堆肥過程中普遍存在氮素（以NH3為主要形式）損失的現(xiàn)象。氮素?fù)p失不僅污染環(huán)境，而且降低肥料中的養(yǎng)分，使產(chǎn)品未能達(dá)到我國堆肥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB8172-87）規(guī)定。因此，本實(shí)驗(yàn)旨在研究廚余垃圾高溫好氧堆肥過程中N素運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以期為氮素?fù)p失控制研究及方法提供理論支持。</p><p>　　堆肥產(chǎn)品最終都要作為有

5、機(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，但是，不成熟的堆肥施入土壤后，由于新鮮有機(jī)質(zhì)的強(qiáng)烈分解而產(chǎn)生大量具有植物毒性的物質(zhì)，如有機(jī)酸和NH3等；另外，微生物的強(qiáng)烈活動(dòng)與作物競爭土壤中的N，并在根際形成厭氧環(huán)境而抑制了作物的正常生長，所以堆肥腐熟度判斷堆肥是否順利進(jìn)行的重要依據(jù)，是堆肥化工藝研究、工程設(shè)計(jì)、堆肥產(chǎn)品評價(jià)的基本依據(jù)。種子發(fā)芽系數(shù)被認(rèn)為是最有效、最能反映堆肥產(chǎn)品植物毒性大小的腐熟度評價(jià)指標(biāo)，因此本實(shí)驗(yàn)將對堆肥產(chǎn)品的種子發(fā)芽率進(jìn)行原因分析，為堆肥的

6、設(shè)計(jì)、運(yùn)行的改進(jìn)提供理論依據(jù)。</p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容以及擬解決的問題</p><p><b>　?。?）基本內(nèi)容：</b></p><p>　　1.掌握好氧堆肥的基本原理，了解好氧堆肥過程控制因素﹑影響因子；</p><p>　　2.了解廚余垃圾的物理、化學(xué)性質(zhì),掌握固體樣品取樣、破碎方法,掌握固體樣品

7、前處理步驟和方法；</p><p>　　3. 熟練掌握固態(tài)樣品中TOC、TN、水溶性有機(jī)碳、水溶性NH3-N、NO3-N、氨基糖態(tài)N、氨基態(tài)N、酰氨態(tài)N等測定方法和表征；</p><p>　　4.熟練掌握種子發(fā)芽率研究的實(shí)驗(yàn)操作方法；</p><p>　　5. 能夠準(zhǔn)確分析TOC、TN、DOC、水溶性NH3-N、NO3-N、氨基糖態(tài)N、氨基態(tài)N、酰氨態(tài)N等隨堆肥時(shí)間

8、的演變規(guī)律；</p><p>　　6.能夠準(zhǔn)確分析種子發(fā)芽率與堆肥腐熟和毒性的相關(guān)性。</p><p>　?。?）擬解決的問題：</p><p>　　1.廚余垃圾堆肥過程中N素變化狀況；</p><p>　　2.廚余垃圾堆肥中影響種子發(fā)芽率的主要因素。</p><p>　　三、研究方法與技術(shù)路線</p>

9、<p>　　（1）自行設(shè)計(jì)完成太陽能高溫好氧堆肥反應(yīng)裝置，選取寧大學(xué)生食堂里產(chǎn)生的廚余垃圾作為好氧堆肥的原料，在此基礎(chǔ)上本別采用凱氏定氮法、氯化鉀溶液提取法、紫外分光光度法、單指示劑甲醛滴定法測定TN、NH3-N、NO3-N、氨基態(tài)氮含量在堆肥過程中的演變規(guī)律及T、TOC、含水率、pH、DOC各參數(shù)的變化；并選擇合適的作物種子進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，評價(jià)堆肥的腐熟狀況及其影響因素。</p><p><b&g

10、t;　?。?）技術(shù)路線</b></p><p>　　四、研究的總體安排與進(jìn)度</p><p>　　2010年11月26日――2010年12月15日，完成開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述，進(jìn)行開題；</p><p>　　2010年12月16日――2011年5月6日，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和加工，實(shí)驗(yàn)的開展，數(shù)據(jù)的處理以及論文的撰寫；</p><p>　　

11、2011年5月7日――2011年5月12日，完成論文的撰寫工作，定稿，準(zhǔn)備答辯；</p><p>　　2011年5月13日，答辯。</p><p><b>　　五、主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李國學(xué).用水芹菜種子發(fā)芽特性評價(jià)污泥堆肥腐熟度和生理毒性[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999,4(增刊):109～ll6．</p&

12、gt;<p>　　[2] 魏自民,王世平,席北斗,等.生活垃圾堆肥過程中腐殖質(zhì)及有機(jī)態(tài)氮組分的變化[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007.2,27(2):235～240.</p><p>　　[3] 秦莉,沈玉君,李國學(xué),等.不同C N比堆肥碳素物質(zhì)變化規(guī)律研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2010,29(7):1388～1393.</p><p>　　[4] 湯江武,朱利中.不同堆肥條件

13、對種子發(fā)芽指數(shù)影響的研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,(5):583～586.</p><p>　　[5] 賀亮,趙秀蘭,李承碑.不同填料對城市污泥堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化的影響[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007.4,32(2):54～58.</p><p>　　[6] 楊國義,夏鐘文,李芳柏,等.不同通風(fēng)方式對豬糞高溫堆肥氮素和碳素變化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2003,2

14、2(4):463～467.</p><p>　　[7] 鮑艷宇,周啟星,顏麗,等.不同畜禽糞便堆肥過程中有機(jī)氮形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008.5,28(5):930～936.</p><p>　　[8] 楊延梅,張相鋒,楊志峰,等.廚余好氧堆肥中的氮素轉(zhuǎn)化與氮素?fù)p失研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2006.12,29(12):54～56.</p><p>

15、　　[9] 單德鑫,李淑芹,許景鋼.固體有機(jī)廢物堆肥過程中氮的轉(zhuǎn)化[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007.4,38(2):265～269.</p><p>　　[10] 單德鑫,許景鋼,李淑芹,等.牛糞堆肥過程中有機(jī)態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化[J].中國土壤與肥料,2008,(1):40～43.</p><p>　　[11]J.Doublet, C.Francou, M.Poitrenaud, et al

16、. Influence of bulking agents on organic matter evolution during sewage sludge composting;consequences on compost organic matter stability and N availability [J]. Bioresource Technology, 2010.8,(available online):1～10. &

17、lt;/p><p>　　[12]Maria Luz Cayuela, Claudio Mondini, Heribert Insam, et al. Plant and animal wastes composting: Effects of the N source on process performance [J]. Bioresource Technology, 2009.6, 100(12):3097～31

18、06.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　好氧堆肥過程中N素變化規(guī)律</p><p>　　摘要：近年來好氧堆肥日趨成為實(shí)現(xiàn)廚余垃圾、禽畜糞便、污泥等無害化、減量化、資源化的重要的環(huán)境友好型手段。而N素作為主要營養(yǎng)因

19、子及肥料還田后植物生長必不可少的元素，在堆肥過程中顯得尤為重要。因此，本文論述了N素在堆肥過程中的遷移轉(zhuǎn)化，并總結(jié)N素?fù)p失的主要因素。</p><p>　　關(guān)鍵詞：有機(jī)廢物；好氧堆肥；氮素；遷移轉(zhuǎn)化；影響因素</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，人們消費(fèi)水平的不斷提高，有機(jī)廢棄物的產(chǎn)生量逐年

20、增大，大量有機(jī)廢物的存在不僅是對資源的浪費(fèi)，同時(shí)對環(huán)境構(gòu)成現(xiàn)存的以及潛在的更加嚴(yán)重的威脅。固體有機(jī)廢物當(dāng)中含有大量易分解的有機(jī)物質(zhì)，對其進(jìn)行堆肥化處理是完全可行的[1]。所謂堆肥，其原理是在適當(dāng)?shù)臏囟取穸群蚿H條件下，通過微生物的作用，使有機(jī)物質(zhì)分解并放出能量產(chǎn)生高溫，殺死其中的病原菌和雜草種子，同時(shí)使有害物質(zhì)減少或消失，并使有機(jī)物達(dá)到穩(wěn)定化的過程[1-2]。結(jié)果形成一種類似腐殖質(zhì)土壤物質(zhì)，可作為肥料和土壤改良劑使用[1]。氮素是固體

21、廢物好氧堆肥中非常重要的營養(yǎng)元素，也是影響有機(jī)廢物堆肥進(jìn)程、效果和堆肥質(zhì)量的重要因素[3]。然而，在堆肥過程中，氮的損失是相當(dāng)可觀的，不僅降低其農(nóng)用價(jià)值，還會(huì)產(chǎn)生惡臭、酸雨等新的環(huán)境問題[4]。堆肥過程中的溫室氣體（NH3、CO2、CH4）排放問題引起了越來越高的關(guān)注[5]。因此，研究堆肥化過程中氮素的遷移轉(zhuǎn)化、損失極其控制方法是特別重要的。</p><p><b>　　2氮的遷移轉(zhuǎn)化</b>

22、;</p><p>　　2.1氮遷移轉(zhuǎn)化的主要方式</p><p><b>　　2.1.1氨化</b></p><p>　　有機(jī)氮化物在微生物的分解作用下釋放出氨的過程，稱為氨化作用[1]。</p><p><b>　　2.1.2硝化</b></p><p>　　把NH3或N

23、H4+氧化成NO3-的過程稱為硝化作用。硝化作用分為兩個(gè)階段，第一階段是由亞硝化細(xì)菌將NH4+氧化成NO2-；第二階段是由硝化細(xì)菌的作用把NO2-氧化成NO3-[1]。</p><p><b>　　2.1.3反硝化</b></p><p>　　在厭氧條件下，微生物還原NO3-為NO2-、NH4+、NO、NO2、N2O、N2等的過程稱為反硝化作用[1]。</p&g

24、t;<p>　　2.1.4氮的生物固定</p><p>　　從無機(jī)氮化合物到有機(jī)氮化合物的轉(zhuǎn)變稱為氮的生物固定[1]。</p><p><b>　　2.1.5氮的排放</b></p><p>　　氮以氣態(tài)含氮化合物（NH3、N2、N2O、NO、NO2）和含氮化合物的淋洗作用向外界排放。</p><p>　　

25、2.2堆肥過程中各種形式的氮的變化</p><p>　　2.2.1全氮含量的變化</p><p>　　從堆肥的總體過程來看，全氮含量呈現(xiàn)降低的趨勢[3-4，6-10]。主要是因?yàn)橛袡C(jī)氮礦化、氨化并在一定濕度、高溫作用下以氨氣形式散失。但由于堆肥原料及條件的不同，也存在全氮在堆肥前后期含量變化不大甚至上升的趨勢，如在堆肥后期固氮菌的固氮作用就有助于全氮的提高[5,11]。</p>

26、<p>　　2.2.2氨氮含量的變化</p><p>　　氨氮在堆肥過程中其含量的變化較為明顯，一般呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢[4,11]。堆肥初期有機(jī)氮礦化分解及在氨化作用下生成NH3，而此時(shí)堆料含水率處于較高水平，故以NH4+-N形式累積。隨著溫度及pH的變化，NH4+-N因NH3揮發(fā)以及在高溫過后向NO3--N轉(zhuǎn)化而逐漸減少[8,11]。</p><p>　　2.2.3硝態(tài)

27、氮含量的變化</p><p>　　堆肥初期，NO3--N含量一直處于較低水平，但在高溫（大約40℃，高于此溫度，硝化作用將受到嚴(yán)重抑制，因硝化細(xì)菌是嗜溫菌，對溫度尤其敏感[9]）過后，其含量迅速增加[4,12]。由于前期硝化細(xì)菌的生長條件受到高溫、高pH值和高濃度NH3的強(qiáng)烈抑制，致使硝態(tài)氮幾乎沒有產(chǎn)出，到堆肥降溫腐熟階段，溫度，pH和NH3濃度降低，硝化細(xì)菌大量繁殖，硝化作用順利進(jìn)行[12]。另外，NO3—N濃

28、度還受到硝化與反硝化速率之差的影響，在好氧環(huán)境下，消化作用占絕對優(yōu)勢，反之，反硝化作用占優(yōu)勢, NO3--N 向NO2—N轉(zhuǎn)變[9]。</p><p>　　2.2.4有機(jī)氮含量的變化</p><p>　　有機(jī)氮分為氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮、酸解未知部分氮和非酸解態(tài)氮等組分[13]。</p><p>　　2.2.5氨基酸態(tài)氮含量變化</p><p&g

29、t;　　氨基酸態(tài)氮含量在堆肥過程中先降低，而后增加，主要表現(xiàn)為在堆肥高溫期大幅度降低，在穩(wěn)定期增加[6,14-15]。</p><p>　　2.2.6氨基糖態(tài)氮含量變化</p><p>　　氨基糖態(tài)氮的變化與微生物量的變化有密切關(guān)系，因大多數(shù)氨基糖態(tài)氮都是構(gòu)成微生物體的重要成分。隨著微生物量的逐漸增加，氨基糖態(tài)氮含量逐漸增加，在堆肥的降溫階段，隨著微生物的逐漸死亡、分解，氨基糖態(tài)氮含量明顯

30、降低，而在發(fā)酵的腐熟階段，氨基糖態(tài)氮的含量趨于平穩(wěn)[6]。</p><p>　　2.2.7酸解未知部分氮和非酸解態(tài)氮</p><p>　　酸水解態(tài)氮（Total hydrolysable N ,THN）包括酰胺態(tài)氮，氨基酸態(tài)氮，己糖胺態(tài)氮和酸解未鑒別態(tài)氮[16]。酸解未知氮部分可能包括核酸及其衍生物、磷脂、維生素及其它衍生物，其含量在堆肥過程中大致呈先下降后上升的趨勢[6]。一般認(rèn)為，非酸

31、解性氮（Unhydrolsable nitrogen , UN）以雜環(huán)態(tài)存在，和雜環(huán)或芳香環(huán)鍵結(jié)合在一起，現(xiàn)已肯定這部分氮主要存在于縮合程度較高的腐殖質(zhì)結(jié)合成分中，在堆肥過程中，UN轉(zhuǎn)化為形態(tài)相對簡單的氮素物質(zhì)[2]。</p><p><b>　　3氮損失的主要途徑</b></p><p>　　在廚余垃圾、禽畜糞便、污泥等有機(jī)廢物堆肥過程中，氮素都有一定的損失，這

32、主要是由于有機(jī)氮的礦化、持續(xù)性氮的揮發(fā)、硝態(tài)氮的反硝化和濾液中氮素的淋溶流失，其中以氮的揮發(fā)損失，而且絕大部分的氮損失是由氨揮發(fā)所致的[3，17-18]，其余部分的氮損失應(yīng)是由N2和NO2的形式揮發(fā)掉的[3]。</p><p>　　4影響NH3揮發(fā)的主要因素</p><p>　　起始堆體的碳氮干質(zhì)量比是影響堆肥過程中氨揮發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素[17，22]，不同C/N直接影響堆體的pH，而pH又

33、直接影響著堆體中NH4+與NH3的比例。研究表明，C/N越低，氮素?fù)p失越大[19]。堆體溫度亦是影響堆肥過程中氨氣釋放的一個(gè)重要因素，堆體結(jié)構(gòu)、通風(fēng)方式與氨氣的釋放也有很大的關(guān)系[20]。</p><p><b>　　5結(jié)論與展望</b></p><p>　　綜上所述，好氧堆肥技術(shù)在廚余、污泥、畜禽糞便等有機(jī)固廢處理中的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，而且對環(huán)境保護(hù)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著切實(shí)

34、有效的貢獻(xiàn)[21]。各填料在堆肥過程中N素轉(zhuǎn)變形式大致相近，氮損失主要以NH3揮發(fā)為主。本次論文將以水葫蘆作為調(diào)理劑研究廚余垃圾在太陽能高溫好氧堆肥過程中N素變化及種子發(fā)芽率影響研究，這是切實(shí)可行并具有現(xiàn)實(shí)意義的。</p><p>　　本次研究所用裝置是自行設(shè)計(jì)并優(yōu)化完成的，利用太陽能產(chǎn)熱為堆肥提供外界能源，延長了堆肥過程中的高溫階段，國內(nèi)外關(guān)于借助外界能源對堆肥進(jìn)程的影響研究還少見報(bào)道，因此我們有理由相信本次研

35、究將具有歷史意義，而對于該裝置中堆料的N素變化也是尤其矚目。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 單德鑫，李淑芹，許景鋼，等.固體有機(jī)廢物堆肥過程中氮的轉(zhuǎn)化[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，38（2）：265～269.</p><p>　　[2] 鮑艷宇，周啟星，顏麗，等.不同禽畜糞便堆肥過程中有機(jī)氮形

36、態(tài)的動(dòng)態(tài)變化[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（5）：930～936.</p><p>　　[3] 楊延梅，張相鋒，楊志峰，等.廚余好氧堆肥中的氮素轉(zhuǎn)化與氮素?fù)p失研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29（12）：54～56.</p><p>　　[4] 賀亮，趙秀蘭，李承碑.不同填料對城市污泥堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化的影響[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007,32（2）：54～5

37、8.</p><p>　　[5] 秦莉，沈玉君，李國學(xué)，等.不同CN比堆肥碳素物質(zhì)變化規(guī)律研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010,29（7）：1388～1393.</p><p>　　[6] 單德鑫，許景鋼，李淑芹，等.牛糞堆肥過程中有機(jī)態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化[J].中國土壤與肥料，2008，40～43.</p><p>　　[7] 鄧文祥，海梅榮，蔣春和，等.不同比例玫瑰

38、廢棄物與小桐子油枯對高溫堆肥過程中氮素變化的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（3）：414～418.</p><p>　　[8] 楊延梅，席北斗，劉鴻亮，等.餐廚垃圾堆肥理化特性變化規(guī)律研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2007，20（2）：72～77.</p><p>　　[9] 袁守軍，牟艷艷，鄭正，等.城市污水廠污泥高溫好氧堆肥氮素轉(zhuǎn)變行為研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，20

39、04，5（10）：47～50.</p><p>　　[10] 賀琪，李國學(xué)，張亞寧，等.高溫堆肥過程中的氮素?fù)p失極其變化規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（1）：169～173.</p><p>　　[11] 楊國義，夏鐘文，李芳柏，等.不同通風(fēng)方式對豬糞高溫堆肥氮素和碳素變化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（4）：463～467.</p><p

40、>　　[12] 鄭瑞生，肖本土，李延,堆肥化過程中氮素轉(zhuǎn)化和NH3揮發(fā)研究[J].泉州師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2007，25（2）：122～125.</p><p>　　[13] 馬麗紅，黃懿梅，李學(xué)章，等.牛糞堆肥化中氮素形態(tài)與微生物生理群的動(dòng)態(tài)變化和耦合關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（12）：2674～2679.</p><p>　　[14] 瑪麗紅，黃懿梅，李學(xué)

41、章，等.兩種添加劑對牛糞堆肥中氮轉(zhuǎn)化及相關(guān)微生物的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（1）：76～82.</p><p>　　[15] 魏自民，王世平，魏丹，等.生活垃圾堆肥過程中有機(jī)態(tài)氮形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（2）：194～198.</p><p>　　[16] 鮑艷宇，周啟星，顏麗，等.雞糞堆肥過程中各種氮化合物的變化及腐熟度評價(jià)指標(biāo)[J].

42、農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（4）：1532～1537.</p><p>　　[17] 李帆，朱宏斌，郭熙盛，等.畜禽糞便高溫堆肥過程中氨揮發(fā)的機(jī)理及控制{J}.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008,36（25）：10996～10997.</p><p>　　[18] 林云琴，周少奇，李端.造紙污泥交替好氧厭氧堆肥中氮素的形態(tài)轉(zhuǎn)變研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2007,15（3）：1～4.</p&

43、gt;<p>　　[19] 鄭瑞生，封輝，戴聰杰，等.碳氮比對堆肥過程總NH3揮發(fā)和腐熟度的影響[J].環(huán)境污染與防治，2009,31（9）：59～63.</p><p>　　[20] 鄭國砥，高定，陳同斌，等.污泥堆肥過程中氮素?fù)p失和氨氣釋放的動(dòng)態(tài)與調(diào)控[J].中國給水排水，2009,25（11）：121～124.</p><p>　　[21]J.Doublet, C.Fr

44、ancou, M.Poitrenaud, et al. Influence of bulking agents on organic matter evolution during sewage sludge composting;consequences on compost organic matter stability and N availability [J]. Bioresource Technology, 2010.8,

45、(available online):1～10. </p><p>　　[22]Maria Luz Cayuela, Claudio Mondini, Heribert Insam, et al. Plant and animal wastes composting: Effects of the N source on process performance [J]. Bioresource Technolog

46、y, 2009.6, 100(12):3097～3106.</p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　廚余垃圾好氧堆肥過程中N素變化及對種子發(fā)芽率影響研究</p><p>　　The Impact of Aerobic Com

47、posting with Kitchen Garbage on Nitrogen Variation and Germination Index </p><p>　　廚余垃圾好氧堆肥過程中N素變化及對種子發(fā)芽率影響研究</p><p>　　摘要：以單純性廚余垃圾和廚余垃圾與水葫蘆混合物為原料，采用機(jī)械翻堆好氧工藝，進(jìn)行堆肥試驗(yàn)，探討堆肥進(jìn)程中溫度、pH值、含水率、TOC、TN、氨基酸態(tài)氮

48、、蛋白質(zhì)的變化及堆肥對種子發(fā)芽率的影響。結(jié)果表明： TN含量在堆肥過程中有所提高，分別由1.76%和2.23%提高到3.64%和2.67%；氨基酸態(tài)氮含量與微生物活性顯著相關(guān)；種子發(fā)芽率受物料起始含水率、C/N比、添加劑及堆肥后物料養(yǎng)分濃度影響。</p><p>　　關(guān)鍵詞：廚余垃圾；堆肥；N素變化；種子發(fā)芽率</p><p>　　The Impact of Aerobic Compost

49、ing with Kitchen Garbage on Nitrogen Variation and Germination Index </p><p>　　Abstract : Experiments were carried out to investigate the changes of T, pH, moisture, TOC, TN, amino acid N, protein and t

50、he effects on germination index in kitchen garbage with or without additional water hyacinth composting by mechanical turnover protocol. The results indicated that the content of TN increased to 3.64, 2.67% from the orig

51、inal level of 1.76, 2.23% respectively. The liner relation was found between amino acid N and the microbiological activity. The moisture, C/N, bulking agent </p><p>　　Key words：kitchen garbage; composting; N

52、 variation; germination index</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　1引言15</b></p><p>　　1.1廚余垃圾的組成、特點(diǎn)和對環(huán)境、人體的危害15</p><p>　　1.1.1廚余垃圾的組成及特點(diǎn)15</

53、p><p>　　1.1.2廚余垃圾對環(huán)境、人體的危害15</p><p>　　1.2廚余垃圾的資源化技術(shù)16</p><p>　　1.2.1飼料化技術(shù)16</p><p>　　1.2.2堆肥與厭氧發(fā)酵技術(shù)16</p><p>　　1.2.3能源化技術(shù)16</p><p>　　1.

54、2.4生物柴油技術(shù)17</p><p>　　1.3廚余垃圾堆肥的優(yōu)勢17</p><p>　　1.3.1氨化17</p><p>　　1.3.2硝化17</p><p>　　1.3.3反硝化18</p><p>　　1.3.4生物固氮18</p><p>　　1.4廚余

55、垃圾堆肥過程中各種含氮物質(zhì)的含量變化18</p><p>　　1.4.1全氮含量的變化18</p><p>　　1.4.2氨氮含量的變化18</p><p>　　1.4.3硝態(tài)氮含量的變化18</p><p>　　1.4.4氨基酸態(tài)氮含量變化19</p><p>　　1.4.5氨基糖態(tài)氮含量變化1

56、9</p><p>　　1.4.6酸解未知部分氮和非酸解態(tài)氮19</p><p>　　1.5氮損失的主要途徑19</p><p>　　1.6影響NH3揮發(fā)的主要因素19</p><p>　　1.7種子發(fā)芽率19</p><p>　　1.7.1種子發(fā)芽率的基本概念20</p><p

57、>　　1.7.2影響種子發(fā)芽率的因素20</p><p>　　2材料與方法21</p><p>　　2.1堆肥裝置21</p><p>　　2.2堆肥原料22</p><p>　　2.3樣品分析方法23</p><p>　　2.4技術(shù)路線23</p><p>　　3

58、結(jié)果與討論24</p><p><b>　　3.1溫度24</b></p><p>　　3.2pH值25</p><p>　　3.3含水率26</p><p>　　3.4TOC26</p><p><b>　　3.5TN27</b></p>

59、<p>　　3.6氨基酸態(tài)氮28</p><p>　　3.7蛋白質(zhì)29</p><p>　　3.8C/N比29</p><p>　　3.9堆肥對種子發(fā)芽率相關(guān)性分析30</p><p><b>　　4結(jié)論31</b></p><p><b>　　5建議

60、32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附 錄35</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　在環(huán)保安全倍受

61、關(guān)注的今天，垃圾的分類處理是總的發(fā)展趨勢[1]，也是實(shí)現(xiàn)無害化、減量化、資源化的重要的環(huán)境友好型手段。餐廚垃圾主要是指家庭、飯店、食堂等產(chǎn)生的食物廢料和殘羹剩飯的通稱，是城市生活垃圾的重要組成部分。餐廚垃圾包括廢棄食用油脂（泔腳）和廚余垃圾。其中廢棄物食用油脂是指在不可食用的動(dòng)植物油脂和各類油水混合物，而廚余垃圾是指食物殘余和食品加工廢料，主要為餐廚垃圾中的固體殘留物[2]。近年來，隨著城市生活設(shè)施和居住條件的改善及其全球人口的增加，廚

62、余垃圾的產(chǎn)量呈現(xiàn)明顯的增長趨勢。目前，全球每年產(chǎn)生的城市生活垃圾為500億t左右，其中廚余垃圾約占其中的10～20%，以2000年各國廚余垃圾產(chǎn)量為例，美國產(chǎn)生量為2598萬t，占城市固體垃圾總量的11.2%，而其中廚余垃圾的回收率僅為2.6%，遠(yuǎn)低于城市垃圾回收利用率的平均值30.1%；歐洲產(chǎn)生量在5000萬t左右，相對來說，歐洲各國對廚余垃圾的管理和處理都有相對較為完善的系統(tǒng)和體制；日本產(chǎn)生量為2000萬t左右，其中70%來自家庭和

63、食品加工業(yè)；韓國2000年城市生活垃圾產(chǎn)生量約為1700萬t，其中餐廚垃圾占25%；而我國全年產(chǎn)生量有45</p><p>　　廚余垃圾的組成、特點(diǎn)和對環(huán)境、人體的危害</p><p>　　廚余垃圾的組成及特點(diǎn)</p><p>　　廚余垃圾主要包括剩菜、剩飯、菜葉、果皮、蛋殼、茶渣、動(dòng)物油、植物油、肉骨、貝殼、魚刺等等。從化學(xué)組成上看，有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂類和

64、無機(jī)鹽等。其特點(diǎn)有：⑴粗蛋白和粗纖維等有機(jī)物含量較高，開發(fā)利用價(jià)值大，但易腐并產(chǎn)生惡臭；⑵含水率高，不便收集運(yùn)輸，熱值低，處理不當(dāng)容易產(chǎn)生滲濾液等二次污染；⑶油類和鹽類物質(zhì)含量較其它生活垃圾高，對資源化產(chǎn)品品質(zhì)影響較大，需要妥善處理[4]。</p><p>　　廚余垃圾對環(huán)境、人體的危害</p><p>　　由于廚余垃圾容易發(fā)酵、變質(zhì)、腐爛，如處理、處置不當(dāng)，不但占用一定的土地，減少可利用

65、的土地資源，其中的有毒有害物質(zhì)可能通過環(huán)境介質(zhì)——大氣、土壤、地表或地下水體進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)形成污染，對人體產(chǎn)生危害，同時(shí)破壞生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致不可逆生態(tài)變化。</p><p>　　在我國，傳統(tǒng)的處理廚余垃圾的方式之一是直接送到養(yǎng)殖廠喂養(yǎng)生豬。然而，廚余垃圾中攜帶有大量致病菌[5]，加之近年來禽流感、口蹄疫等傳播疾病大規(guī)模流行，人畜間的交叉感染對人類健康、社會(huì)穩(wěn)定構(gòu)成了極大的威脅[3]。此外，廚余垃圾常摻有砂礫、鐵絲、牙

66、簽、橡膠、塑料、紙質(zhì)等雜物，會(huì)對禽畜消化道造成物理危害；有些廚余垃圾受到重金屬、苯類等有害物質(zhì)的污染，經(jīng)食物鏈到人體，積累到一定程度后，會(huì)導(dǎo)致肝臟、腎臟等系統(tǒng)免疫功能下降[4]。</p><p>　　廚余垃圾的資源化技術(shù)</p><p>　　目前處理廚余垃圾的資源化技術(shù)有飼料化技術(shù)、堆肥與厭氧發(fā)酵技術(shù)、能源化技術(shù)、生物柴油技術(shù)。</p><p><b>　

67、　飼料化技術(shù)</b></p><p>　　廚余垃圾飼料化的基本要求是實(shí)現(xiàn)殺毒滅菌，達(dá)到飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并最大限度地保留營養(yǎng)成分[4]。其原理是利用垃圾中含有的大量有機(jī)物，對其粉碎、脫水、發(fā)酵、軟硬分離后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦邿崃康膭?dòng)物飼料[2]。目前，我國廚余垃圾的飼料化處理技術(shù)已趨成熟，已在上海、北京、武漢等城市推廣應(yīng)用。但就總體而言，廚余垃圾飼料化同樣存在著質(zhì)量不高、銷路不佳的問題。</p>

68、<p><b>　　堆肥與厭氧發(fā)酵技術(shù)</b></p><p>　　好氧堆肥過程是在有氧條件下，依靠好氧微生物的作用把有機(jī)固體廢物腐殖化的過程。在堆肥化過程中，首先是有機(jī)固體廢物中的可溶性物質(zhì)透過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被微生物直接吸收；其次是利用微生物分泌的胞外酶將有機(jī)固體分解為可溶性有機(jī)物質(zhì)，再滲入到細(xì)胞中，通過微生物的生命代謝活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)堆肥化過程[6]。</p>

69、<p>　　廚余垃圾的厭氧發(fā)酵是在特定的厭氧條件下，微生物將有機(jī)質(zhì)分解，其中一部分碳素物質(zhì)轉(zhuǎn)換為甲烷和二氧化碳[4]。厭氧發(fā)酵的特點(diǎn)有：能高效地回收高含水率（60%左右）廢物中的能量；工藝簡單，無需復(fù)雜的控制操作；投入的廢物經(jīng)消化后能使有機(jī)物穩(wěn)定減量；高溫消化時(shí)，能殺死大腸桿菌和寄生蟲卵等，在工農(nóng)業(yè)中有廣泛的應(yīng)用[6]。</p><p><b>　　能源化技術(shù)</b></

70、p><p>　　焚燒法是廚余垃圾能源化處理的代表之一，其效率較高，最終產(chǎn)生約5%的利于處置的殘余物。焚燒是在特制的焚燒爐中進(jìn)行的，有較高的熱效率，產(chǎn)生的熱能可轉(zhuǎn)換成蒸汽或電能，可實(shí)現(xiàn)資源的回收利用[7]。但因廚余垃圾含水率高，熱值低，燃燒時(shí)需要添加輔助燃料，及在脫水和尾氣處理中的投資大，使其推廣受到束縛。</p><p><b>　　生物柴油技術(shù)</b></p>

71、;<p>　　長久以來，石油，又稱原油，是世界上最重要的一次能源之一，而它的生成至少需要200萬年的時(shí)間，是一種不可更新原料，隨著科技的不斷進(jìn)步，居民生活條件的不斷提升，石油枯竭將是不可避免的厄運(yùn)。生物柴油技術(shù)的出現(xiàn)為世界能源點(diǎn)亮了又一盞燈。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，1噸廚余垃圾可以提煉出20～80kg廢油脂，經(jīng)過集中加工處理，則可以制成脂肪酸甲酯等低碳酯類物質(zhì)，也就是生物柴油。超臨界甲醇制程是

72、利用甲醇在超臨界狀態(tài)下的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，與廢油脂發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油的一種新工藝；生物酶法是轉(zhuǎn)化可再生油脂原料制備生物柴油新工藝的另一個(gè)方向。生物酶法生物柴油技術(shù)對環(huán)境友好，經(jīng)檢測，產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)符合美國及德國生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，并符合我國0號(hào)柴油標(biāo)準(zhǔn)[4]。</p><p><b>　　廚余垃圾堆肥的優(yōu)勢</b></p><p>　　堆肥不但實(shí)現(xiàn)了廚余垃圾的“三化”，

73、減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，由其制成的有機(jī)肥料更是土壤的改良劑，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)朝著更好、更環(huán)保、更健康的方向發(fā)展。其具體特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：</p><p>　?、?堆肥含有豐富的有機(jī)質(zhì)，具有明顯的改土培肥作用；而化學(xué)肥料只能提供作物無機(jī)養(yǎng)分，若長期施用對土壤造成不良影響，使土壤“越種越饞”[6]。</p><p>　?、?堆肥所含養(yǎng)分全面，除含有作物生長必需的氮、磷養(yǎng)分，還含有各種微量營養(yǎng)元素，如B、M

74、n、Cu、Mo、Zn等，而且肥效時(shí)間較化學(xué)肥料長，具有顯著提高土壤養(yǎng)分含量的特點(diǎn)。</p><p>　?、?堆肥中含有大量有益微生物，能夠有效促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的礦化、營養(yǎng)元素的累積、腐殖質(zhì)的合成行為，促使土壤肥力的提升。</p><p>　　氮素是廚余垃圾好氧堆肥中微生物生命活動(dòng)的動(dòng)力和能源，也是影響廚余垃圾堆肥進(jìn)程、效果和堆肥質(zhì)量的重要因素。氮主要的轉(zhuǎn)變形式有氨化、硝化和反硝化、生物固氮及氮的

75、揮發(fā)，其主要體現(xiàn)為堆肥中N素的固定與釋放[6]。</p><p><b>　　氨化</b></p><p>　　微生物分解有機(jī)含氮化合物釋放出氨的過程。廚余垃圾中攜帶的大部分細(xì)菌、真菌、放線菌能分解有機(jī)含氮化合物，如蛋白質(zhì)、多肽、核酸可由微生物分泌的水解酶水解成氨基酸、磷酸、尿素和氨，尿素再由脲酶分解為氨和二氧化碳，氨基酸則以脫氨基的方式產(chǎn)生氨。氨化作用能直接增加堆體

76、內(nèi)的氮素養(yǎng)分，為消化作用創(chuàng)造必要的條件。</p><p><b>　　硝化</b></p><p>　　微生物將NH3或NH4+氧化成NO3-的過程。硝化作用分為兩個(gè)階段，第一階段是亞硝化細(xì)菌將NH4+氧化成NO2-；第二階段是硝化細(xì)菌把NO2-氧化成NO3-[7]。硝化作用受環(huán)境內(nèi)O2、pH、水分和溫度等生態(tài)因子的影響。中性或堿性條件最適宜硝化作用的進(jìn)行，pH＜6.

77、0時(shí)，硝化速率明顯降低；較濕潤環(huán)境及適宜的溫度（0～40℃）有利硝化作用的順利進(jìn)行；底物和產(chǎn)物的高濃度將抑制硝化作用的進(jìn)行。</p><p><b>　　反硝化</b></p><p>　　反硝化細(xì)菌在缺氧條件下，還原硝酸鹽，釋放出N2或N2O的過程，也稱脫氮作用。反硝化行為降低了堆肥中氮素的含量，因此實(shí)驗(yàn)裝置中設(shè)有螺旋攪拌系統(tǒng)，調(diào)節(jié)物料的氧氣含量，降低因供氧不足出現(xiàn)

78、的缺氧狀況而造成的氮素?fù)p失。同時(shí)反硝化作用還受到環(huán)境中TOC、pH、 NO3-、溫度的影響。</p><p><b>　　生物固氮</b></p><p>　　生物固氮目前分為自生固氮、共生固氮和聯(lián)合固氮三類，而堆肥中主要指的是自生固氮。它是自生固氮菌，如好氧性細(xì)菌等，將分子態(tài)氮還原成NH3，再合成氨基酸、蛋白質(zhì)這類含氮化合物的過程。</p><p

79、>　　廚余垃圾堆肥過程中各種含氮物質(zhì)的含量變化</p><p><b>　　全氮含量的變化</b></p><p>　　根據(jù)大多數(shù)學(xué)者關(guān)于堆肥研究的發(fā)現(xiàn)，全氮的絕對含量在堆肥過程中是降低的，主要是因?yàn)橛袡C(jī)氮礦化（有機(jī)態(tài)N經(jīng)微生物分解，形成無機(jī)態(tài)N (NH4+、NO3-)的過程）、氨化并在一定濕度、溫度作用下以氨氣等氣態(tài)氮形式散失；滲濾液中水溶性NO3-—N的淋失

80、。全氮的相對含量則會(huì)隨堆肥原料的組成、堆肥環(huán)境條件和堆肥情況等因素，出現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化。</p><p><b>　　氨氮含量的變化</b></p><p>　　氨氮在堆肥過程中其含量的變化較為明顯，一般呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢[8]。堆肥初期有機(jī)氮礦化分解及在氨化作用下生成NH3，而此時(shí)堆料含水率仍處于較高水平，故以水溶性NH4+-N形式積累。此后，隨著pH逐漸上升，

81、以及微生物生命代謝過程中釋放的熱量的累積，堆體溫度上升，部分NH4+-N以NH3的形式揮發(fā)，另有一部分轉(zhuǎn)化為NO3-而使氨氮含量降低。</p><p><b>　　硝態(tài)氮含量的變化</b></p><p>　　堆肥初期，NO3--N含量一直處于較低水平，但在高溫（大約40℃，高于此溫度，硝化作用將受到嚴(yán)重抑制，因硝化細(xì)菌是嗜溫菌，對溫度尤其敏感[9]）過后，其含量迅速

82、增加[8]。由于前期硝化細(xì)菌的生長條件受到高溫、高pH值和高濃度NH3的強(qiáng)烈抑制，致使硝態(tài)氮幾乎沒有產(chǎn)出，到堆肥降溫腐熟階段，溫度，pH和NH3濃度降低，硝化細(xì)菌大量繁殖，硝化作用順利進(jìn)行。另外，NO3-N濃度還受到硝化與反硝化速率之差的影響，在好氧環(huán)境下，硝化作用占絕對優(yōu)勢，反之，反硝化作用占優(yōu)勢, NO3-N 向NO2-N轉(zhuǎn)變[9]。</p><p><b>　　氨基酸態(tài)氮含量變化</b>

83、;</p><p>　　氨基酸態(tài)氮含量與堆肥pH和微生物活性相關(guān)。一般在堆肥中氨基酸態(tài)氮含量以先升高，后降低的方式連續(xù)出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為在堆肥初期上升，堆肥高溫期大幅降低的趨勢。</p><p><b>　　氨基糖態(tài)氮含量變化</b></p><p>　　氨基糖態(tài)氮的變化與微生物量變化有密切關(guān)系，因大多數(shù)氨基糖態(tài)氮都是構(gòu)成微生物體的重要成分。隨著

84、微生物量的逐漸增加，氨基糖態(tài)氮含量逐漸增加，在堆肥的降溫階段，隨著微生物的逐漸死亡、分解，氨基糖態(tài)氮含量明顯降低，而在發(fā)酵的腐熟階段，氨基糖態(tài)氮的含量趨于平穩(wěn)[7]。</p><p>　　酸解未知部分氮和非酸解態(tài)氮</p><p>　　酸水解態(tài)氮（Total hydrolysable N ,THN）包括酰胺態(tài)氮，氨基酸態(tài)氮，己糖胺態(tài)氮和酸解未鑒別態(tài)氮[10]。酸解未知氮部分可能包括核酸及其

85、衍生物、磷脂、維生素及其它衍生物，其含量在堆肥過程中大致呈先下降后上升的趨勢[7]。一般認(rèn)為，非酸解性氮（Unhydrolsable nitrogen, UN）以雜環(huán)態(tài)存在，和雜環(huán)或芳香環(huán)鍵結(jié)合在一起，現(xiàn)已肯定這部分氮主要存在于縮合程度較高的腐殖質(zhì)結(jié)合成分中，在堆肥過程中，UN轉(zhuǎn)化為形態(tài)相對簡單的氮素物質(zhì)[10]。</p><p><b>　　氮損失的主要途徑</b></p>

86、<p>　　在廚余垃圾、禽畜糞便、污泥等有機(jī)廢物堆肥過程中，氮素都有一定的損失，這主要由有機(jī)氮礦化為無機(jī)氮、持續(xù)性氮的揮發(fā)、硝態(tài)氮經(jīng)反硝化生成N2和垃圾滲濾濾液中氮素的淋失引起，其中以氮的揮發(fā)損失為主導(dǎo)，而且絕大部分的氮損失是由NH3揮發(fā)所致，其余部分的氮損失應(yīng)是由N2和NO2的形式揮發(fā)掉的[11]。</p><p>　　影響NH3揮發(fā)的主要因素</p><p>　　起始堆體的碳

87、氮干質(zhì)量比是影響堆肥過程中氨揮發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素[12]，不同C/N比直接影響堆體的pH，而pH又直接影響著堆體中NH4+與NH3的比例。許多研究表明，C/N越低，氮素?fù)p失越大[13]。堆體溫度、結(jié)構(gòu)，通風(fēng)方式亦是影響堆肥過程中氨氣釋放的重要因素。</p><p><b>　　種子發(fā)芽率</b></p><p>　　種子發(fā)芽率的基本概念</p><p

88、>　　此文種子發(fā)芽率所指是種子發(fā)芽指數(shù)（Germination index, GI），GI（%）=處理平均發(fā)芽率×處理平均根長/（對照平均發(fā)芽率×對照平均根長）×100，其中發(fā)芽率=供試種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)。</p><p>　　堆肥的目的是將廚余垃圾資源化、減量化、無害化，該目的達(dá)到與否取決于堆肥產(chǎn)品應(yīng)用于農(nóng)業(yè)后發(fā)揮的農(nóng)用價(jià)值，即植物能否健康生長?？上朐诙逊十a(chǎn)品投入使用前，

89、進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)的必要性。</p><p>　　種子發(fā)芽指數(shù)是判斷堆肥腐熟度（堆肥中有機(jī)質(zhì)經(jīng)過礦化、腐殖化過程最后達(dá)到穩(wěn)定的程度）的重要指標(biāo)。堆肥既是微生物分解有機(jī)物的過程，同時(shí)也表現(xiàn)為植物毒性物質(zhì)的降解過程。因?yàn)橹参锓N子的生長會(huì)受未腐熟堆肥中低分子量有機(jī)酸、多酚等的抑制[14]，故GI能夠體現(xiàn)堆肥的毒性。這種方法具有簡便、成本低、快速、不需特殊儀器設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，是堆肥腐熟度檢驗(yàn)的較精確有效的辦法。一般地，當(dāng)GI﹥

90、50%時(shí)，被認(rèn)為是已消除植物毒性，堆肥基本達(dá)到穩(wěn)定化[15]；當(dāng)GI﹥80%時(shí)，可認(rèn)為堆肥沒有植物毒性或堆肥已經(jīng)腐熟[16]。</p><p>　　影響種子發(fā)芽率的因素</p><p>　　種子發(fā)芽分3個(gè)階段：吸水膨脹、萌發(fā)、出芽。有活力的種子，受潮吸水后，開始進(jìn)行呼吸，蛋白質(zhì)合成以及其他代謝活動(dòng)，經(jīng)過一定時(shí)期，種胚突破種皮，露出胚根，即種子的萌發(fā)。有研究表明，種子吸水萌發(fā)后發(fā)生了許多生理

91、代謝變化，主要表現(xiàn)在酶的活化、生成、細(xì)胞生理活性的恢復(fù)，同時(shí)進(jìn)行著復(fù)雜的生化代謝。因此影響種子發(fā)芽的環(huán)境條件大致有一下幾點(diǎn)：</p><p>　　① 水分。種子必須吸收足夠的水分，才能開始一系列的生化反應(yīng)，如酶的活動(dòng)。</p><p>　　② O2。種子進(jìn)行呼吸作用，需要氧氣的參與。一般作物種子要求其周圍空氣中的含氧量在10%以上才能正常萌發(fā)。</p><p>　　

92、③ 溫度。各類種子只有在適宜的溫度條件下，才能順利萌發(fā)。</p><p>　　④ 養(yǎng)分濃度。環(huán)境中的營養(yǎng)元素，如NH4+-N、C/N比、NO3—N、DOC等的濃度高低對種子發(fā)芽會(huì)產(chǎn)生一定影響。濃度不足時(shí)，種子發(fā)芽因養(yǎng)分缺乏而受到抑制；濃度過高時(shí)，造成種子細(xì)胞失水引起“燒種”現(xiàn)象。</p><p><b>　　材料與方法</b></p><p>

93、<b>　　堆肥裝置</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)中采用臥式螺旋攪拌太陽能好氧堆肥器，間歇式好氧動(dòng)態(tài)堆肥工藝，其結(jié)構(gòu)見圖2-1。</p><p>　　圖2-1 好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置示意圖</p><p>　　上圖右框中，左側(cè)是太陽能集熱器，右側(cè)是電加熱。裝置共分七個(gè)部分，分別為：</p><p>　　① 發(fā)酵倉。該裝置采

94、用圓筒形發(fā)酵倉，物料每天進(jìn)料一次，進(jìn)料的同時(shí)開動(dòng)螺旋攪拌裝置，物料沿螺紋方向呈推流式向前流動(dòng)，軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，物料向前推進(jìn)一個(gè)螺距。通過攪拌混勻物料的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了堆肥周期的控制。為利于滲濾液的排除，倉體傾斜1-2°放置。</p><p>　?、?螺旋攪拌裝置。螺旋攪拌由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為保證通風(fēng)質(zhì)量，每10min旋轉(zhuǎn)一周。</p><p>　?、?水浴加熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)由發(fā)酵倉底部的加熱水箱

95、 ，太陽能集熱器、電加熱裝置連接構(gòu)成。太陽能接收光能后將被加熱的水經(jīng)出水口送入水箱，同時(shí)由進(jìn)水口及時(shí)補(bǔ)水；加熱水箱中亦設(shè)有進(jìn)、出水口，使水得到更新和補(bǔ)充；由于太陽能集熱系統(tǒng)易受天氣的影響，故在陰雨天時(shí)，可開啟電加熱系統(tǒng)，保證堆體外界熱量的供應(yīng)。</p><p>　?、?通風(fēng)供氣系統(tǒng)。該裝置的通風(fēng)方式屬于強(qiáng)制通風(fēng)，由鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)至發(fā)酵倉外部的緩沖腔，再經(jīng)倉體孔洞并透過兩層細(xì)濾網(wǎng)后與物料接觸。該方式的特點(diǎn)是風(fēng)流經(jīng)緩沖層

96、得到控制，不會(huì)因風(fēng)的沖擊力或通風(fēng)不均而影響到微生物的正常生長。</p><p>　?、?排液系統(tǒng)。發(fā)酵倉外的緩沖腔兼具收集滲濾液的功能。濾液經(jīng)倉體孔洞進(jìn)入緩沖腔，匯入低處后，由排液口排出，收集于滲濾液發(fā)酵池內(nèi)。</p><p>　?、?保溫措施。發(fā)酵倉、水箱與外界環(huán)境間各設(shè)有由聚氨酯合成的50mm厚的保溫層阻隔，以保證堆體內(nèi)的高溫，促進(jìn)堆肥的腐熟。</p><p>

97、　?、?進(jìn)料口、采樣口、出料口。裝置中共設(shè)8個(gè)采樣口，1個(gè)進(jìn)料口和1個(gè)出料口。</p><p><b>　　堆肥原料</b></p><p>　　廚余垃圾取自寧波大學(xué)學(xué)生食堂（第一餐廳），并進(jìn)行預(yù)處理：揀出其中夾雜的一次性筷子、紙杯、紙巾、塑料袋等，再用廚用刀具將大塊的菜葉等切碎，并充分混勻。水葫蘆取自寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)生村一村河流，切成小段（長度≤5cm），平鋪

98、于地面晾曬，用粉碎機(jī)將曬干后的水葫蘆進(jìn)行粉碎處理，粒徑≤1cm。水葫蘆的特點(diǎn)是蛋白質(zhì)含量豐富，C/N比相對較低。</p><p>　　本次堆肥實(shí)驗(yàn)采用表2-1中所示的物料配比進(jìn)行了2組試驗(yàn)，堆肥時(shí)間在冬季（12～1月份），堆肥進(jìn)程中的大棚內(nèi)的環(huán)境溫度見表2-3，堆肥物料的初始性質(zhì)見表2-2。堆肥周期第一組10d，第二組11d（因?yàn)樵摻M是堆肥實(shí)驗(yàn)的最后一批，不影響后續(xù)堆肥，故在發(fā)酵倉內(nèi)多呆一天，觀察前后堆肥情況）。

99、</p><p>　　表2-1不同物料配比一覽表</p><p>　　表2-2物料初始性質(zhì)</p><p>　　由表2-2可以發(fā)現(xiàn)，添加水葫蘆進(jìn)行混合堆肥后，堆肥含水率、TOC、C/N比都有所降低。</p><p>　　表2-3各組堆肥進(jìn)程中的環(huán)境溫度</p><p>　　從表2-3可以看出，堆肥的環(huán)境溫度較低，尤其是

100、第一組堆肥中后期和第二組堆肥中，外界平均溫度在2℃左右，對堆肥很不利，故實(shí)驗(yàn)中引入外界能源設(shè)備太陽能為堆體提供熱源，確保廚余垃圾堆肥能夠順利進(jìn)行，并因天氣陰晴相伴，第二組采用太陽能和電加熱器相輔為堆體創(chuàng)造適宜的環(huán)境溫度。</p><p><b>　　樣品分析方法</b></p><p>　　每日從裝置出料口取樣，測定堆肥各控制參數(shù)，方法如下表2-3：</p>

101、;<p>　　表2-3各控制參數(shù)的測定方法</p><p><b>　　技術(shù)路線</b></p><p>　　圖2-2實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線</p><p>　　圖中簡要說明了堆肥實(shí)驗(yàn)的工作流程，包括資料的搜集，好氧堆肥裝置的運(yùn)行與調(diào)試，樣品的采集和處理，控制參數(shù)的測定及其變化規(guī)律的分析。</p><p><b

102、>　　結(jié)果與討論</b></p><p><b>　　溫度</b></p><p>　　圖3-1兩種堆肥混合物堆體溫度隨時(shí)間的變化曲線圖</p><p>　　堆體溫度是好氧堆肥的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)也是判斷堆肥是否達(dá)到無害化要求的重要指標(biāo)之一，其反映了堆肥系統(tǒng)中微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)熱累積與散熱平衡[17]。由圖3-1可以看出，各堆肥溫度

103、的總體變化趨勢大體一致，并經(jīng)歷了升溫期，高溫期，降溫期三階段變化規(guī)律。但兩者又有明顯的差別,2號(hào)堆體升溫較快，且溫度普遍高于1號(hào)堆體溫度11℃以上，最高差值達(dá)到40℃，2號(hào)堆體進(jìn)入堆肥第3天溫度達(dá)到52℃，第5天上升到最高溫度65℃，并連續(xù)7d以上超過55℃，達(dá)到了美國環(huán)境保護(hù)局（USEPA）的堆肥無害化要求[18]。1號(hào)堆體溫度多在44℃以下，達(dá)不到無害化（一般地，堆體溫度50～55℃保持5～7d，是殺滅堆料中所含的致病菌、保證堆肥的

104、衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)合格和堆肥腐熟的重要條件[17]）要求，堆肥未腐熟。兩種堆體堆肥效果反差較大的原因可能有：①供熱不穩(wěn)定：1號(hào)堆體采用太陽能供熱方式，受天氣影響加大，天氣晴好時(shí)，水溫較高；陰天或雨雪天氣時(shí)，尤其是處于冬季，水溫下降明顯。環(huán)境溫度的較大波動(dòng)影響了微生物生命代謝活動(dòng)和適應(yīng)能力，使微生物活動(dòng)減弱，導(dǎo)致產(chǎn)熱量的減少，而2號(hào)堆肥采用太陽能和輔助電加熱的功能方式，水環(huán)境溫度高且較為穩(wěn)定，堆肥</p><p><

105、b>　　pH值</b></p><p>　　圖3-2pH值隨堆肥時(shí)間變化曲線</p><p>　　適宜的pH值可使微生物有效地發(fā)揮作用，保留堆肥中有效的氮成分，而pH太高或太低都會(huì)影響堆腐的效率[20]。由圖3-2曲線可以看出，兩種處理的pH值隨堆肥時(shí)間呈現(xiàn)先降低，后上升，繼而穩(wěn)定的趨勢，且大小相近。堆肥起始pH都在5～6范圍內(nèi)，呈弱酸性，隨著堆肥的進(jìn)行，兩者都在第3天降

106、到最低值pH =4左右，這是因?yàn)樵诙逊食跗?，堆體內(nèi)的大量有機(jī)質(zhì)超過微生物需求，微生物將其轉(zhuǎn)變成小分子有機(jī)酸后，使其在堆體內(nèi)得到積累[21]，故而pH下降。隨著堆肥溫度的上升，微生物生長和繁殖速度加快，堆體內(nèi)含氮物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，溶于水后呈堿性，而此時(shí)CO2和小分子有機(jī)酸受溫度影響而揮發(fā)[19]，所以兩個(gè)處理的pH都開始呈上升趨勢，1號(hào)堆體在堆肥第8天達(dá)到最大值7.21, 2號(hào)堆體于堆肥第10天達(dá)到最大值7.58，兩者pH值都不高，這與

107、堆肥含水率高有關(guān)。</p><p><b>　　含水率</b></p><p>　　圖3-3物料含水率隨時(shí)間變化曲線</p><p>　　該裝置內(nèi)，整個(gè)堆肥過程中，堆體的含水率都相對較高，雖然經(jīng)過堆肥化過程后，堆體含水率都有一定程度的降低。但降低不多，1號(hào)處理由初始的85%左右下降到60-70%，2號(hào)處理則從60%降到50%。這可能是由于：①該

108、堆肥裝置屬于封閉式的，密閉性和保溫效果較好，水蒸氣遇到發(fā)酵倉頂部冷凝下來又重新落回到物料上而造成的，水分不易快速散失；②除了物料本身的水分外，堆肥過程中微生物降解有機(jī)物也會(huì)產(chǎn)生水分，發(fā)酵倉下部設(shè)有專門收集垃圾滲濾液的通道與氣流緩沖腔共用一個(gè)腔，腔外水箱溫度較高，造成滲濾液蒸發(fā)隨通風(fēng)過程進(jìn)入發(fā)酵倉內(nèi)，而沒有及時(shí)被排出。隨著微生物產(chǎn)生水分的減少及水蒸氣的逐漸排出，水分在后期呈下降狀態(tài)。在該裝置內(nèi)的堆肥過程中，水分沒有降低很多，含水率都保持在

109、50％以上，因而堆肥過程不需要額外添加水分，不用考慮因水分不足而影響發(fā)酵的問題。但是值得注意的是含水率過高的問題。通風(fēng)影響著水蒸氣從堆體內(nèi)向外轉(zhuǎn)移的速率，影響有利于水分?jǐn)U散和對流。因此，在本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)調(diào)控通風(fēng)問題，避免在密閉性較好的發(fā)酵倉內(nèi)，因通風(fēng)力度不夠而造成水分過高。另外也要注意及時(shí)排除滲濾液的問題。</p><p><b>　　TOC</b></p><p>　　

110、圖3-4總有機(jī)碳隨堆肥時(shí)間的變化</p><p>　　由上圖得知1號(hào)處理和2號(hào)處理的起始TOC含量分別為51.85%、45.02%，滿足高溫堆肥（要求物料起始TOC含量在20～80%之間）的要求。堆肥初期，2號(hào)處理TOC含量下降較為迅速，這可能是由于廚余垃圾與水葫蘆混合組成的物料中，其有機(jī)物含量較為豐富，且堆肥起始含水率適宜，因此微生物能夠有效利用這部分有機(jī)物促進(jìn)自身生長和種族的迅速繁衍，劇烈的微生物活動(dòng)產(chǎn)熱迅速