魏姣皎, 熊駿生, 袁 麗, 張一鳴, 尹哲綱, 倪偉敏,2, 張杭君,2, 丁 穎,2
(1. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江 杭州 310036; 2. 杭州師范大學(xué)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)杭州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310036)
好氧堆肥過程氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化影響因素研究進(jìn)展
魏姣皎1, 熊駿生1, 袁 麗1, 張一鳴1, 尹哲綱1, 倪偉敏1,2, 張杭君1,2, 丁 穎1,2
(1. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江 杭州 310036; 2. 杭州師范大學(xué)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)杭州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310036)
好氧堆肥是有機(jī)廢物資源化處理利用途徑之一.然而,好氧堆肥過程中釋放的氨氣不僅帶來嚴(yán)重的惡臭污染,而且還導(dǎo)致堆肥肥效降低,這已成為堆肥產(chǎn)業(yè)亟待解決的重要問題.文章概述了好氧堆肥過程氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化影響因素的研究進(jìn)展,并提出好氧堆肥氨氣釋放控制和保氮技術(shù)研究的發(fā)展方向.
好氧堆肥;氨氣;氮素?fù)p失;氮素轉(zhuǎn)化
好氧堆肥是在微生物的參與下,有機(jī)廢棄物通過各種物理、化學(xué)和生物作用逐漸趨于穩(wěn)定化和腐殖化的生物化學(xué)過程[1],也是減量化、無害化、資源化處理廢棄物的有效途徑[2-3].然而,好氧堆肥過程釋放的揮發(fā)性惡臭氣體會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重空氣污染問題.據(jù)研究,堆肥過程惡臭氣體主要有氨氣、胺類、二甲硫醚,短鏈脂肪酸、乙苯和對(duì)傘花烴等6種,其中氨氣的揮發(fā)濃度最高,如廚余垃圾為主的堆肥釋放的氨氣量為867 μg·m-3,以雞糞作為主要原料、廚余垃圾作為第二原料的堆肥釋放的氨氣量高達(dá)17 347 μg·m-3[4].
氨氣的釋放帶來空氣污染問題的同時(shí),也對(duì)人畜的健康構(gòu)成巨大的威脅.低濃度的氨對(duì)皮膚和粘膜有刺激作用,常易溶解在呼吸道粘膜和眼結(jié)膜上,使粘膜充血、水腫,引起結(jié)膜炎、支氣管炎、肺炎和肺水腫等,長期暴露于氨氣環(huán)境下的畜禽體重增加緩慢、飼料轉(zhuǎn)化率低[5];高濃度的氨可使接觸的局部發(fā)生堿性化學(xué)灼傷、組織壞死,也可引起中樞神經(jīng)麻痹、中毒性肝病和心肌損傷等明顯的病理反應(yīng)和癥狀.因此,我國勞動(dòng)衛(wèi)生要求空氣中氨的含量不超過40 mg·m-3[6].
除此之外,堆肥過程中氨氣的釋放還會(huì)使堆肥中氮素流失,從而導(dǎo)致堆肥的肥效降低[7].由于堆肥中的有機(jī)氮和無機(jī)氮都是農(nóng)作物最重要的營養(yǎng)來源,因此堆肥中可供農(nóng)作物吸收利用的氮素含量成為評(píng)判堆肥品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)[8].堆肥過程中的氮素?fù)p失最主要的形式是通過氨氣釋放,其導(dǎo)致的氮損失率在19%~77%之間[9-10].此外,有0.2%~9.9%的氮素是以硝化和反硝化作用的中間產(chǎn)物N2O的形式損失[11-12].可見,控制堆肥過程氨氣的釋放可以減少惡臭污染和氮素?fù)p失,氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的研究是好氧堆肥惡臭污染控制技術(shù)和保氮技術(shù)的關(guān)鍵.
本文概述了好氧堆肥過程氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響因素研究進(jìn)展,為好氧堆肥中氨氣惡臭的原位控制以及提高堆肥質(zhì)量等技術(shù)研究提供參考.
影響好氧堆肥過程氨氣釋放的因素有很多,如曝氣量、物料C/N、堆體pH、溫度、含水率、堆肥添加劑以及堆體微生物群落等[13-14].將這些影響因素控制在一個(gè)理想的范圍內(nèi),可以有效地減少堆肥過程中的氨氣釋放.除此之外,很多研究者在這些單因素研究的基礎(chǔ)上考察了多個(gè)因素對(duì)氨氣釋放的影響,發(fā)現(xiàn)這些因素之間有一定的相互促進(jìn)或者制約關(guān)系[15-16].在堆肥過程中對(duì)這些影響因素進(jìn)行合理調(diào)控和優(yōu)化組合,從而可以對(duì)好氧堆肥過程中氨氣釋放進(jìn)行最優(yōu)的原位控制,同時(shí)達(dá)到較理想的保氮效果.
1.1 不同曝氣量對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響
好氧堆肥過程中需要的氧氣通常是采用向堆體內(nèi)部曝氣的方式通入的.曝氣是影響好氧堆肥的關(guān)鍵環(huán)節(jié),曝氣量過小容易造成堆體厭氧,曝氣量過大又會(huì)導(dǎo)致堆體熱量散失過快,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致氨氣等惡臭的大量排放[17],適宜的曝氣量是堆肥取得成功的重要保障.一些研究者們也對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)的研究,結(jié)果如表1所示.
表1 不同曝氣量對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響Tab. 1 Impact on volatilization of NH3 and nitrogen transformation with different aeration
由此可見,曝氣量的增大會(huì)使得氨氣的釋放量增大,同時(shí)堆體中的氮素?fù)p失也增大,高曝氣量可以使得90%~99%的氮素以氨氣和滲濾液的形式流失,而在低曝氣量的條件下,僅有47%~85%的氮素以氨氣和滲濾液的形式損失[20].然而在曝氣量較小的情況下,氧氣供應(yīng)不足會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物分解成不徹底的氧化產(chǎn)物,比如H2S、SO2、硫醇類等含硫化合物[21].
因此,合理控制曝氣量不僅可以減少氨氣釋放帶來的惡臭污染,也可以降低堆體中的氮素?fù)p失,從而確保成熟堆肥的肥效.
1.2 堆體C/N對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響
堆肥原料的C/N是堆肥過程的一個(gè)重要參數(shù),較適宜的范圍是15~35之間,在好氧堆肥過程中C/N的變化取決于堆體中總碳和總氮含量的變化[22].C/N不僅關(guān)系到堆肥成功與否,也影響著氨氣惡臭的釋放.表2為一些研究者們的相應(yīng)研究成果.
表2 堆體C/N對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響Tab. 2 Impact on volatilization of NH3 and nitrogen transformation with different C/N
由此可見,隨著堆體C/N的不斷增高,氨氣的釋放量也在增大,相應(yīng)地也加劇了氮素的損失.這是由于在較高的C/N條件下產(chǎn)生的氨氣很大部分可以被微生物所固定,從而降低了整個(gè)堆體中氨氣的釋放量[22-23].Liang等[24]通過對(duì)在秸稈和糞便為原料的堆肥中添加可以調(diào)節(jié)總碳量的糖漿、辦公用紙和兩種化學(xué)緩沖試劑來探究氨氣的釋放情況,結(jié)果表明,在整個(gè)堆肥過程中,氮素?fù)p失率占總氮量的12%~25%,而其中60%~99%的氮素?fù)p失都是以氨氣的形式揮發(fā)掉并且添加糖漿可以充分地減少氨氣的揮發(fā).這也是由于提高了堆體中的C/N,使氨氣更容易被微生物固定.
因此,在低C/N(≈20)條件下,氨氣的釋放量較高,氮損失較大.而在較高C/N(≈25)條件下,氨氣的釋放量較低,氮損失也較小.由此可見,在堆肥過程實(shí)際操作中,將堆體C/N控制在25左右可以有效減少氨氣的產(chǎn)生和氮素的損失,不僅可以減小堆肥過程中的氨氣污染,也可以提高成熟后堆肥的品質(zhì).
1.3 堆體pH對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響
堆體pH也是好氧堆肥過程中的一個(gè)重要參數(shù),微生物的生命活動(dòng)影響著堆肥過程氨氣的釋放和氮素的轉(zhuǎn)化,而大部分微生物都需要在一個(gè)適宜的pH條件下才能維持活性,因此,堆體pH是影響堆肥過程中氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的一個(gè)關(guān)鍵因素.
單愛麗等[25]探究了城市生活垃圾堆肥過程中堆體pH的變化和氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律,結(jié)果表明,堆體pH先下降后升高,最終穩(wěn)定在中性范圍內(nèi),全氮和硝氮含量都是先降低后增加,銨氮含量是先快速增加后緩慢減小至穩(wěn)定,這是由于堆肥開始時(shí)微生物利用的有機(jī)質(zhì)比較豐富,微生物繁殖較快,其活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)酸使堆料pH下降,當(dāng)達(dá)到氨氣揮發(fā)的最大值時(shí),pH也相應(yīng)達(dá)到最低值(為6.21),當(dāng)氨氣揮發(fā)量減少時(shí),pH也隨之增高.隨著堆體溫度不斷升高,有機(jī)酸也加快分解轉(zhuǎn)化,從而使pH繼續(xù)升高,當(dāng)有機(jī)質(zhì)分解完成后,pH會(huì)逐漸下降,從而維持在中性范圍內(nèi)(為6.5~7.0).
然而,Liang等對(duì)秸稈和糞便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬堆肥卻獲得了不同的結(jié)果[24].盡管堆體中的全氮、硝氮和銨氮的含量變化趨勢(shì)與前者研究結(jié)果一致,但是pH卻是先升高后降低.這一現(xiàn)象被解釋為是由于在堆肥初期,在微生物分解有機(jī)質(zhì)過程中,有機(jī)氮快速分解,產(chǎn)生大量銨氮,而此時(shí)硝化細(xì)菌活性受溫度和pH的影響偏低,無法及時(shí)將銨氮轉(zhuǎn)化為硝氮,從而使堆體中pH不斷升高,進(jìn)而加速了氨氣的揮發(fā)速率,在堆肥中后期,隨著硝化細(xì)菌的活性升高,使銨氮不斷轉(zhuǎn)化成硝氮,從而pH略有降低.
雖然兩位研究者的研究結(jié)果有所不同,但是可以看出在堆肥過程中堆體的pH和微生物活性是一個(gè)相互影響的過程,最終影響著氮素的轉(zhuǎn)化和氨氣的釋放.因此,適當(dāng)控制堆肥初始pH(為6.5~7.0)不僅可以保證堆肥的順利進(jìn)行,還確保了一個(gè)適宜的微生物生存環(huán)境,使得硝化細(xì)菌參與的硝化過程順利進(jìn)行,從而降低氨氣的揮發(fā),較少氮素的損失.
1.4 溫度對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響
好氧堆肥過程中,溫度是重要的監(jiān)測(cè)指標(biāo),不同的堆體溫度、環(huán)境溫度都會(huì)直接影響到堆肥過程中微生物活性以及有機(jī)物的降解.隨著溫度的變化,堆體中的微生物群落結(jié)構(gòu)隨之改變,相應(yīng)地,也會(huì)影響堆肥過程中氨氣的釋放與氮素的轉(zhuǎn)化.表3是環(huán)境溫度對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化影響的一些研究結(jié)果.
表3 環(huán)境溫度對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響Tab. 3 Impact on volatilization of NH3 and nitrogen transformation with different environment temperatures
從表3可以看出,一般情況下,堆肥過程中環(huán)境溫度越高,氨氣釋放量越大.并且在堆肥第0天,溫度對(duì)氨氣的釋放量十分關(guān)鍵,當(dāng)環(huán)境溫度從15 ℃上升到22 ℃時(shí),氨氣的釋放量也在不斷增加.
另外,一些研究者也對(duì)堆體溫度與氨氣釋放的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.黃兆林[27]對(duì)秸稈和牛糞進(jìn)行堆肥,在通氣條件較好的情況下,堆體溫度可以上升到78 ℃,而堆體溫度一般應(yīng)控制在45~65 ℃之間.這是因?yàn)闇囟冗^高會(huì)過度消耗有機(jī)質(zhì),增大氨氣揮發(fā)從而導(dǎo)致氮素的損失,從而降低堆肥品質(zhì).
因此,適當(dāng)控制環(huán)境(20~35 ℃之間)和堆體溫度(45~65 ℃之間),不僅可以調(diào)控氨氣惡臭的產(chǎn)生,也可以減少有機(jī)質(zhì)的過度降解,提高堆肥產(chǎn)品的品質(zhì).
1.5 堆體初始含水率對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響
好氧堆肥堆體的含水率主要影響生物酶的活性和微生物的生物降解活性,進(jìn)而影響微生物的生命活動(dòng),并最終影響氨氣等惡臭的釋放.
Liang等[24]在堆體初始含水率分別為60%和70%的條件下,對(duì)整個(gè)堆肥過程中氨氣釋放情況進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,含水率為60%的堆肥過程中氨氣的釋放量比含水率為70%條件下的要高,這是由于較高的含水率更有利于溶解堆肥過程中釋放的氨氣,從而減少氨氣的釋放.然而,較高的含水率也會(huì)阻礙氧氣在堆體中的擴(kuò)散,可能形成局部厭氧環(huán)境,從而加劇惡臭氣體的產(chǎn)生.
因此,應(yīng)將堆體初始含水率控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),保證堆體中氧氣正常擴(kuò)散的同時(shí),盡可能減少氨氣釋放.堆體的初始含水率一般在50%~80%之間,其中較為理想的含水率為50%~60%[28].
1.6 堆肥添加劑對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響
堆肥添加劑是指為了加快堆肥進(jìn)程和提高堆肥產(chǎn)品質(zhì)量,在堆肥物料中加入的有機(jī)、無機(jī)物質(zhì)或微生物等[29].
李吉進(jìn)等[30]在分別添加膨潤土、普鈣和玉米秸稈等3種不同添加劑與不添加添加劑的條件下,對(duì)整個(gè)好氧堆肥過程中的氨氣累積釋放量進(jìn)行了分析對(duì)比,結(jié)果表明,添加膨潤土、普鈣、玉米秸稈比未加添加劑條件下的堆肥中的氨氣累積釋放量分別減少36%、74%和50%.由此可見,堆肥過程加入添加劑可以有效地減少氨氣的釋放.
Jeong等[31]將鳥糞石結(jié)晶反應(yīng)應(yīng)用于好氧堆肥過程,通過添加鎂鹽和磷鹽使氨氣在堆肥中以磷酸銨鎂結(jié)晶的形式沉淀下來,結(jié)果表明,此方法可以有效地減少堆肥氨氣的揮發(fā).但是,此法會(huì)增加堆肥的總鹽度,從而影響堆肥的循環(huán)利用,在好氧堆肥中加入添加劑保氮的同時(shí)也要考慮到后續(xù)資源化利用的相關(guān)問題.
Xie等[32]以氨氧化古菌(AOA)作為微生物添加劑來探究堆肥中氮素的轉(zhuǎn)化以及氨氣的釋放情況,并通過PCR-DGGE技術(shù)探究了堆體的微生物群落結(jié)構(gòu),結(jié)果表明,添加了氨氧化古菌(AOA)之后,不僅縮短了堆肥升溫的時(shí)間,加速了堆肥化進(jìn)程,而且也豐富了堆體中的微生物種類,使堆體維持在一個(gè)較低的pH水平,減少了氨氣的釋放,提高了堆肥的保氮效果.
由此可見,雖然不同添加劑都可以有效地減少堆肥中氨氣的釋放,但是相比于無機(jī)添加劑來說,添加有機(jī)和微生物添加劑不但可以有效地減少二次污染,而且可以提高堆肥的循環(huán)利用效率.
1.7 堆體微生物群落對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響
在好氧堆肥過程中,不同階段的微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)隨著堆肥化進(jìn)程的不斷推進(jìn)而發(fā)生變化,同時(shí),不停變化的微生物群落組成也直接關(guān)系到堆肥過程中惡臭氣體的釋放和堆體理化性質(zhì)的變化,其中也影響著堆體中氨氣的釋放與氮素的一系列轉(zhuǎn)化.
圖1 堆肥過程中的氮素轉(zhuǎn)化過程[36-42]Fig. 1 The process of nitrogen transformationduring composting
微生物參與下堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化過程如圖1所示,其中實(shí)線與虛線分別表示好氧與厭氧過程.在整個(gè)好氧堆肥的氮素循環(huán)過程中,過程(1)為氨氧化過程,是堆肥過程中在某些細(xì)菌與古生菌作用下使銨氮累積量減少的主要過程,也是硝化作用的限速過程,通常出現(xiàn)在堆肥成熟期.Souza等[33]通過對(duì)蘑菇堆肥高溫期中微生物生態(tài)學(xué)的研究,發(fā)現(xiàn)銨氮的消失主要是由于雙胞蘑菇菌絲的出現(xiàn)將銨氮氧化,而這一過程是因?yàn)樵诙逊食墒炱谑葻峋鶶.thermophilum的出現(xiàn).過程(2)為亞硝氮的氧化過程,亞硝氮作為氮素轉(zhuǎn)化循環(huán)過程中的中間物質(zhì),一般不會(huì)大量積累在堆體中,而是被氧化成硝氮.因此,亞硝酸鹽氧化菌具有較高的活性.目前為止,只有4個(gè)屬的好氧化能自養(yǎng)微生物能進(jìn)行亞硝酸鹽氧化,分別是:硝化桿菌屬(Nitrobacter)、硝化螺菌屬(Nitrospira)、硝化球菌屬(Notrococcus)和硝化刺菌屬(Notrospina).過程(3)和(4)為反硝化和固氮過程,一般在反硝化細(xì)菌和固氮菌的作用下進(jìn)行.
為了進(jìn)一步探討上述過程中的微生物種群功能對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的影響,一些研究者也做了相應(yīng)的研究分析.Li等[34]研究了不同溫度(35±2 ℃和55±2 ℃)下好氧堆肥的氮素轉(zhuǎn)化與微生物群落結(jié)構(gòu)特征,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在微生物與化學(xué)作用下,氮素?fù)p失的主要途徑是氨氣的釋放,其進(jìn)一步采用PCR-DGGE技術(shù)和RDA分析發(fā)現(xiàn),在兩種溫度下微生物群落演替有很大的不同,可以看出不同的微生物種類對(duì)促進(jìn)或者抑制氨化作用和氨氣的產(chǎn)生起著至關(guān)重要的作用,而在(55±2)℃的時(shí)候氨氣釋放量減少是因?yàn)樵诖藴囟认掳l(fā)現(xiàn)了可以維持較低pH環(huán)境的片球菌屬(Pediococcussp.)和可以進(jìn)行固氮作用的根瘤菌(Rhizobiumsp.),這兩種微生物可以減少氨氣的釋放.由此可見,氨氣的釋放不僅被一些環(huán)境因素影響著,還被自身堆體內(nèi)的微生物種群結(jié)構(gòu)所影響,而不同堆肥時(shí)期的微生物群落結(jié)構(gòu)也是有變化的,因此也會(huì)導(dǎo)致不同堆肥時(shí)期氨氣釋放量的變化.Zeng等[35]對(duì)家庭垃圾好氧堆肥過程微生物群落與種群動(dòng)力學(xué)的特征進(jìn)行研究,結(jié)果表明,在堆肥升溫期,Nitrosomonasoligotropha-like氨氧化菌數(shù)量下降,使得氨氣的釋放量明顯增加,隨著堆肥成熟期氨氧化的主要參與者亞硝化毛桿菌(Nitrosomonaseuropaea/eutropha) 和Nitrosomonasnitrosa-like氨氧化菌的出現(xiàn),加快了氨氣氧化的速度,促使氨氣向硝氮轉(zhuǎn)化.由此可以推斷氨氣的氧化很有可能被強(qiáng)大的異養(yǎng)微生物活動(dòng)所限制.
盡管很多學(xué)者已對(duì)好氧堆肥堆體微生物群落對(duì)氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化的影響進(jìn)行了一些研究,但是不同種群微生物的活性和功能仍需進(jìn)一步的深入研究,從而可以更深入準(zhǔn)確地解釋好氧堆肥過程中氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化與微生物的功能關(guān)系,進(jìn)而可以通過調(diào)控堆體中相關(guān)功能微生物的活性來對(duì)好氧堆肥過程中氨氣的釋放進(jìn)行原位控制.
近年來,國內(nèi)外均開展了大量廢棄物好氧堆肥過程氨氣釋放和氮素轉(zhuǎn)化影響因素的研究,主要包括曝氣量、C/N、pH、溫度、含水率、添加劑和微生物群落等因素,并取得了一些成果.然而,很多研究都只是停留在對(duì)堆體中一個(gè)整體微生物群落的鑒別,一些分離的與氨氣釋放有關(guān)的除臭菌劑沒有鑒定其種類,并且對(duì)其生物活性也有待研究.氨氣釋放和保氮相關(guān)微生物種類的鑒定以及對(duì)堆肥不同階段微生物生物活性的研究,無疑可以更加精確地控制堆肥過程中每一個(gè)階段的氨氣釋放和氮素?fù)p失.綜上所述,今后好氧堆肥中氨氣惡臭的控制及保氮研究應(yīng)著力解決以下兩點(diǎn):1)掌握堆肥過程中不同階段的氨氣釋放規(guī)律,以及堆肥工藝參數(shù)對(duì)氨氣釋放和氮素?fù)p失的影響;2)通過研究不同微生物的種類對(duì)氨氣釋放與氮素轉(zhuǎn)化的影響,進(jìn)一步將這些微生物的生物活性與氨氣釋放及氮素?fù)p失聯(lián)系起來,為好氧堆肥氨氣釋放控制和保氮技術(shù)研究提供理論基礎(chǔ).
[1] 趙由才.生活垃圾資源化原理與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:140.
[2] 蔡旺煒.我國城市廚余垃圾好氧堆肥研究綜述[J].中國土壤與肥料,2014(6):8-13.
[3] MAEDA K, HANAJIMA D, TOYODA S, et al. Microbiology of nitrogen cycle in animal manure compost[J]. Microbial Biotechnology,2011,4(6):700-709.
[4] MAO I F, TSAI C J, SHEN S H, et al. Critical components of odors in evaluating the performance of food waste composting plants[J]. Science of the Total Environment,2006,370(2/3):323-329.
[5] WATHES C M, DEMMER T M, TEERS N, et al. Production response of weaned pigs after chronic exposure to airbone dust and ammonia[J]. Animal Science,2004,78(1):87-97.
[6] 楊峰.枯草芽孢桿菌的抗逆性及其對(duì)仔豬生化指標(biāo)和氨氣排放的影響[D].杭州:浙江工商大學(xué),2011.
[7] LI R H, WANG Q, ZHANG Z. Nutrient transformation during aerobic composting of pig manure with biochar prepared at different temperatures[J]. Environmental Technology,2015,36(7):815-826.
[8] 呂子文,顧兵,方海蘭.綠化植物廢棄物和污泥的堆肥特性研究[J].中國土壤與肥料,2010,2010(1):57-64.
[9] TIQUIA S M, RICHARD T L, HONEYMAN M S. Carbon, nutrient, and mass loss during composting[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems,2002,62(1):15-24.
[10] TIQUIA S M, TAM N F. Fate of nitrogen during composting of chicken litter[J]. Environmental Pollution,2000,110(3):535-541.
[11] SZANTO G L, HAMELERS H M, RULKENS W H. NH3,N2O and CH4emissions during passively aerated composting of straw-rich pig manure[J]. Bioresoure Technology,2007,98(14):2659-2670.
[12] KADER E, ABD N, ROBIN P, et al. Turning, composting and the addition of water as factors affecting gaseous emissions in farm manure composting[J]. Bioresource Technology,2007,98(14):2619-2628.
[13] 張玉蘭,孫彩霞,段爭虎.堆肥原位保氮技術(shù)研究進(jìn)展[J].土壤通報(bào),2010,41(4):1000-1004.
[14] 姚紅艷.有機(jī)廢棄物堆肥處理保氮技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2015,35(9):19-21.
[15] 魏洪飛.基于氮素?fù)p失原位控制和滲濾液零排的廚余垃圾堆肥技術(shù)參數(shù)[D].長春:吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.
[16] VELASCO J, PARKINSON R, KURI V. Ammonia emissions during vermicomposting of sheep manure[J]. Bioresource Technology,2011,102(23):10959-11096.
[17] 張紅玉.通風(fēng)量對(duì)廚余垃圾堆肥腐熟度和氨氣排放的影響[J].環(huán)境工程,2013,31(S1):483-486.
[18] SHEN Y J, REN L M, LI G X, et al. Influence of aeration on CH4,N2O and NH3emissions during areobic composting of a chicken manure and high C/N waste mixture[J]. Waste Management,2011,31(1):33-38.
[19] TAO J , SCHUCHARDT F, LI G X, et al. Effect of ratio,aeration rate and moisture content on ammonia and greenhouse gas emission during the composting[J]. Journal of Enviromental Science,2011,23(10):1754-1760.
[20] DE G A, PETIOT C, ROGEAU D, et al. Influence of aeration rate on nitrogen dynamics during composting[J]. Waste Management,2008,28(3):575-587.
[21] 郭小品,羌寧,裴冰,等.城市生活垃圾堆肥廠臭氣的產(chǎn)生及防控技術(shù)進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2007,30(6):107-112.
[22] 江君,靳紅梅,常志州,等.C/N對(duì)藍(lán)藻好氧堆肥腐熟及無害化進(jìn)程的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2012,31(10):2031-2038.
[23] 秦莉,沈玉君,李國學(xué),等.不同C/N比對(duì)堆肥腐熟程度和含氮?dú)怏w排放變化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(12):2668-2673.
[24] LIANG Y, LEONARD J J, FEDDES J R, et al. Influence of Carbon and buffer amendment on ammonia volatilization in composting[J]. Bioresourse Technology,2006,97(5):748-761.
[25] 單愛麗,王帆,嚴(yán)紅.城市生活垃圾好氧堆肥中氨氣變化及其影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,28(3):91-94.
[26] 李進(jìn)吉,郝晉珉,鄒國元,等.畜禽糞便高溫堆肥及工廠化生產(chǎn)研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2004,6(3):50-53.
[27] 黃兆林.牛糞和秸稈堆肥中氨氣散失的控制研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2012.
[28] 夏煒林,黃宏坤,楊堯,等.糞便高溫堆肥及其施用效果研究綜述[J].四川環(huán)境,2007,26(4):102-106.
[29] 李國學(xué).固體廢物堆肥化及堆肥添加劑研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2003,22(2):252-256.
[30] 李進(jìn)吉,郝晉珉,鄒國元,等.添加劑在豬糞堆肥過程中的作用研究[J].土壤通報(bào),2004,35(4):483-486.
[31] JEONG Y K, KIM J S. A new method for conservation of nitrogen in aerobic composting processes[J]. Bioresource Technology,2001,79(2):129-133.
[32] XIE K, JIA X, XU P, et al. Improved composting of poultry feces via supplementation with ammonia oxidizing archaea[J]. Bioresource Technology,2012,120(3):70-77.
[33] SOUZA T P, SIMONE C M. Analysis of thermophilic fungal populations during phase II of composting for the cultivation of Agaricus subrufescens[J]. World Journal of Microbiology and Biotechnlogy,2014,30(9):2419-2425.
[34] LI Q, WANG X C, ZHANG H H, et al. Characteristic of nitrogen transformation and microbial community in an aeration composting reactor under two typical temperatures[J]. Bioresourse Technology,2013,137:270-277.
[35] ZENG Y, DABERT P, LE R S. Impact of the addition of a nitrifying activated sludge on ammonia oxidation during composting of residual household waste[J]. Journal of Applied Microbiology,2014,117(6):1674-1688.
[36] ISOBE K, OHTE N. Ecological perspectives on microbes involved in N-cycling[J]. Miroobes and Environments,2014,29(1):4-16.
[37] BROCHIER-ARMANET C, BOUSSAU B, GRIBALDO S, et al. Mesophilic crenarchaeota:proposal for a third archaeal phylum,the thaumarchaeota[J]. Nat Rev Microbiol,2008,6(3):245-252.
[38] EINSLE O, MESSERSCHMIDT A, STACH P, et al. Structure of cytochrome C nitrite reductase[J]. Nature,1999,400(6743):476-480.
[39] INNEREBNER G, KNAPP B, VASARA T, et al. Traceability of ammonia-oxidizing bacteria in compost-treated soils[J]. Soil Biol Biochem,2006,38(5):1092-1100.
[40] JARVIS A, SUNDBERG C, MILENKOVSKI S, et al. Activity and composition of ammonia oxidizing bacterial communities and emission dynamics of NH3and N2O in a compost reactor treating organic household waste[J]. J Appl Microbiol,2009,106(5):1502-1511.
[41] JUNIER P, MOLINA V, DORADOR C, et al. Phylogenetic and functional marker genes to study ammonia-oxidizing microorganisms (AOM) in the environment[J]. Appl Microbiol Biotechnol,2010,85(3):425-440.
[42] MAEDA K, TOYODA S, SHIMOJIMA R, et al. The source of nitrous oxide emission from cattle manure composting process revealed by isotopomer analysis and amoA abundance of betaproteobacteria ammonia oxidizing bacteria[J]. Appl Environ Microbiol,2010,76(5):1555-1562.
Influencing Factors of Ammonia Emission and Nitrogen Transformation in Aerobic Composting: A Review
WEI Jiaojiao1, XIONG Junsheng1, YUAN Li1, ZHANG Yiming1, YIN Zhegang1, NI Weimin1,2,ZHANG Hangjun1,2, DING Ying1,2
(1. College of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China; 2. Key Laboratory of Hangzhou City for Ecosystem Protection and Restoration, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China)
Aerobic composting is one way for the utilization of organic waste as resource. However, the ammonia emission from composting not only have caused serious odor pollution, but also leads to fertilizer efficiency reduction. It becomes an urgent problem to be solved. In this paper, research advances in the influencing factors of ammonia emission and nitrogen transformation are reviewed. The research and development direction of the technology of ammonia emission control and nitrogen preservation during aerobic composting are proposed.
aerobic composting; ammonia; nitrogen loss; nitrogen transformation
2015-11-26
浙江省自然科學(xué)基金一般項(xiàng)目(LY14E080020);杭州市社會(huì)發(fā)展自主申報(bào)項(xiàng)目(20160533B78);國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(41001147);杭州師范大學(xué)優(yōu)秀中青年教師支持計(jì)劃(JTAS2011-01-012);杭州市“131”人才計(jì)劃支持項(xiàng)目.
丁 穎(1980—),女,副研究員,博士,主要從事廢物資源化處理利用及污染控制研究.E-mail:dingying@hznu.edu.cn
10.3969/j.issn.1674-232X.2017.01.019
X512
A
1674-232X(2017)01-0080-06
杭州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2017年1期