DB32T-沼液堆肥生物干化技術(shù)規(guī)程編制說明

《沼液堆肥生物干化技術(shù)規(guī)程》編制說明《沼液堆肥生物干化技術(shù)規(guī)程》編制組二〇二四年十一月

江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《沼液堆肥生物干化技術(shù)規(guī)程》編制說明一、目的意義據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2024年11月江蘇省共有農(nóng)村戶用沼氣池70萬個(gè)，建設(shè)沼氣工程4065處。厭氧發(fā)酵制備沼氣產(chǎn)生的殘余物（沼液和沼渣）產(chǎn)量巨大，多數(shù)得不到合理的處理和利用。該殘余物含有大量的植物生長的養(yǎng)分如有機(jī)物、N、P、K和微量元素等，同時(shí)也含有污染環(huán)境的物質(zhì)，沼渣雖經(jīng)厭氧消化處理，但直接土地利用仍然存在風(fēng)險(xiǎn)，必須經(jīng)過好氧堆肥處理后才能進(jìn)入土地。沼液的產(chǎn)生量較大，在雨季和非農(nóng)用的季節(jié)必須考慮沼液的出路，若長時(shí)間的存放繼續(xù)存在著惡臭、傳播畜禽疾病和人畜共患病的危險(xiǎn)，不合理的使用方式或連續(xù)過量使用會導(dǎo)致硝酸鹽、磷及重金屬的沉積，從而對地表水和地下水構(gòu)成污染。因此，沼液的消納及處理問題已經(jīng)成為制約規(guī)模化厭氧發(fā)酵制備沼氣產(chǎn)業(yè)化推廣的瓶頸。沼液和秸稈混合生物干化回收沼液中的養(yǎng)份，同時(shí)將秸稈制備成高品質(zhì)有機(jī)肥是沼液處理和秸稈資源化利用的有效技術(shù)之一，該過程利用生物轉(zhuǎn)化過程的熱量將沼液中的水分蒸發(fā)掉，沼液中的養(yǎng)份可以與秸稈好氧發(fā)酵制備成有機(jī)肥。該技術(shù)的推廣使用，不僅大大降低的沼液的處理成本，同時(shí)回收了沼液中的養(yǎng)份，并與秸稈協(xié)同處置，提高了秸稈的資源化利用率和附加值，可大幅度縮短沼氣工程的投資回報(bào)期，該多聯(lián)產(chǎn)模式可實(shí)現(xiàn)沼氣工程“自身造血”，對國家實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排與環(huán)境治理的綜合統(tǒng)籌和可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。鑒于國內(nèi)尚無沼液堆肥生物干化技術(shù)規(guī)程，為更好地引導(dǎo)和規(guī)范沼液資源化利用和促進(jìn)有機(jī)廢棄物沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，南京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合江蘇省內(nèi)外多家單位聯(lián)合研究制定沼液堆肥生物干化技術(shù)規(guī)程。制定本標(biāo)準(zhǔn)是用于規(guī)范沼液的處理和資源化利用，解除制約規(guī)?；瘏捬醢l(fā)酵制備沼氣產(chǎn)業(yè)化推廣的瓶頸，意義重大。農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵制備沼氣兼具節(jié)能、減排、減污三重意義，沼液的消納及處理問題已經(jīng)成為制約規(guī)?；瘏捬醢l(fā)酵制備沼氣產(chǎn)業(yè)化推廣的瓶頸。沼液和秸稈混合生物干化回收沼液中的養(yǎng)份，同時(shí)將秸稈制備成高品質(zhì)有機(jī)肥是沼液處理和秸稈資源化利用的有效技術(shù)之一，該過程利用生物轉(zhuǎn)化過程的熱量將沼液中的水分蒸發(fā)掉，沼液中的養(yǎng)份可以與秸稈好氧發(fā)酵制備成有機(jī)肥。該技術(shù)的推廣使用，不僅大大降低的沼液的處理成本，同時(shí)回收了沼液中的養(yǎng)份，并與秸稈協(xié)同處置，提高了秸稈的資源化利用率和附加值，可大幅度縮短沼氣工程的投資回報(bào)期，該多聯(lián)產(chǎn)模式可實(shí)現(xiàn)沼氣工程“自身造血”，對國家實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排與環(huán)境治理的綜合統(tǒng)籌和可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。據(jù)大量市場調(diào)查，目前沼液處理成本高，沼液的消納及處理問題已經(jīng)成為制約規(guī)?；瘏捬醢l(fā)酵制備沼氣產(chǎn)業(yè)化推廣的瓶頸。項(xiàng)目以規(guī)?；託夤こ坍a(chǎn)生的沼液為原料，運(yùn)用沼液就地與秸稈混合生物干化的思路，處理過程的運(yùn)行成本約150元/噸秸稈（1噸秸稈可固化2.0-3.0噸沼液），可生產(chǎn)約0.5-0.65噸有機(jī)肥，按450元/噸有機(jī)肥計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)盈利。因此，鑒于國內(nèi)尚無沼液堆肥生物干化技術(shù)規(guī)程，為更好地引導(dǎo)和規(guī)范沼液資源化利用和促進(jìn)有機(jī)廢棄物沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，立項(xiàng)研究制定沼液堆肥生物干化技術(shù)規(guī)程不僅十分必要且迫切。二、任務(wù)來源2023年8月江蘇省市場監(jiān)督管理局下發(fā)《省市場監(jiān)管局關(guān)于下達(dá)2023年度江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃的通知》（蘇市監(jiān)標(biāo)〔2023〕173號），其中將《沼液生物固化清潔工藝技術(shù)規(guī)范》列為2023年度江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳地方標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃。南京工業(yè)大學(xué)為標(biāo)準(zhǔn)編制的承擔(dān)單位，參編單位有江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京師范大學(xué)、蘭州大學(xué)、中石化碳產(chǎn)業(yè)科技股份有限公司、徐州市環(huán)能生態(tài)技術(shù)有限公司等組成標(biāo)準(zhǔn)編制組。三、編制過程1、資料收集階段時(shí)間：2023年3月——2023年5月。工作安排：收集沼氣發(fā)酵、沼液處理、秸稈堆肥、有機(jī)肥、沼渣處理等相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、要求等技術(shù)資料。2、調(diào)查研究與分析階段時(shí)間：2023年5月——2023年7月工作安排：1）編制標(biāo)準(zhǔn)大綱與有關(guān)要求，明確標(biāo)準(zhǔn)編制組人員分工。2）編制標(biāo)準(zhǔn)編制工作方案。3）研究沼氣發(fā)酵、沼液處理、秸稈堆肥、有機(jī)肥、沼渣處理等相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、要求等技術(shù)資料，全面了解相關(guān)要求。4）調(diào)查研究江蘇省內(nèi)目前沼液和秸稈的資源化利用的工程案例。5）取證沼液生物干化技術(shù)在江蘇省內(nèi)的實(shí)施成效，總結(jié)成功案例的技術(shù)要求。分析其推廣應(yīng)用可行性、成熟性、先進(jìn)性，佐證其創(chuàng)造的生態(tài)、社會與經(jīng)濟(jì)效益。3、制定標(biāo)準(zhǔn)編制草案時(shí)間：2023年8月——2023年9月自2023年8月，南京工業(yè)大學(xué)接到江蘇省市場監(jiān)督管理局下發(fā)《省市場監(jiān)管局關(guān)于下達(dá)2023年度江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃的通知》（蘇市監(jiān)標(biāo)〔2023〕173號）后，2023年9月，南京工業(yè)大學(xué)會同江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京師范大學(xué)、蘭州大學(xué)、中石化碳產(chǎn)業(yè)科技股份有限公司、徐州市環(huán)能生態(tài)技術(shù)有限公司聯(lián)合成立標(biāo)準(zhǔn)編制組，確定了主要標(biāo)準(zhǔn)制定原則、制定大綱、人員分工、進(jìn)度計(jì)劃以及實(shí)施方案，確定《沼液生物固化清潔工藝技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)框架。編制組依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編制實(shí)施方案及職責(zé)分工，通過資料收集、調(diào)查研究與分析等工作，結(jié)合沼氣生物干化過程及產(chǎn)品應(yīng)用中面臨的技術(shù)問題，認(rèn)真開展了標(biāo)準(zhǔn)初稿的編制工作，于2023年9月完成了標(biāo)準(zhǔn)初稿的編制。4、標(biāo)準(zhǔn)研討時(shí)間：2023年9月——2023年10月通過多次研討和專家咨詢，發(fā)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)初稿中存在的問題，提出了相關(guān)建議，編制組通過進(jìn)一步的資料收集和專家咨詢，對標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容、框架、格式等進(jìn)行了修改、補(bǔ)充和完善，并對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行了修改。形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。研討修改情況如下：補(bǔ)充更新了規(guī)范性引用文件。對術(shù)語和定義進(jìn)行了部分更正和補(bǔ)充、調(diào)整。5、制定標(biāo)準(zhǔn)編制征求意見稿時(shí)間：2023年9月——2023年12月為廣泛征求各方意見，擬于2023年9月25日起至2023年12月31日，標(biāo)準(zhǔn)編制組將本標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿下發(fā)至江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳、江蘇省生態(tài)環(huán)境各級行政主管部門、高校、沼氣工程運(yùn)營、秸稈及畜禽糞便資源化利用等相關(guān)的單位。在征求意見階段，合計(jì)發(fā)送了40個(gè)單位，收到“征求意見稿”后回函的單位數(shù)29個(gè)，合計(jì)收到61條征集意見；采納52條意見，部分采納6條意見，未采納的意見3條。6、專家初審標(biāo)準(zhǔn)編制組內(nèi)部于2023年12月組織召開了《沼液生物固化清潔工藝技術(shù)規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn)研討會。根據(jù)收集的征求意見，在對標(biāo)準(zhǔn)修改、補(bǔ)充、完善的基礎(chǔ)上，標(biāo)準(zhǔn)編制組對標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容及編制情況進(jìn)行詳細(xì)介紹，與會代表和專家提出標(biāo)準(zhǔn)存在問題，對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容展開討論，從標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、格式規(guī)范、語言表述等方面提出修改意見。會后，標(biāo)準(zhǔn)編制小組根據(jù)專家意見對標(biāo)準(zhǔn)文本進(jìn)一步修改完善，形成了標(biāo)準(zhǔn)送審稿，并提交江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，等待審查。7、終審2024年11月13日下午，江蘇省市場監(jiān)管局標(biāo)準(zhǔn)化管理處組織7位專家對由南京工業(yè)大學(xué)等單位承擔(dān)的《沼液生物固化清潔工藝技術(shù)規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了審查。評審專家組一致同意通過審查，并提出了17條審查意見，編制組采納了17條。項(xiàng)目組根據(jù)專家意見對技術(shù)規(guī)程和編制說明進(jìn)行修改，形成最終文件。四、主要內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)確立本標(biāo)準(zhǔn)確定的原則是切合實(shí)際、措施具體、操作簡便、科學(xué)規(guī)范、技術(shù)先進(jìn)、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)和文字簡明。主要技術(shù)指標(biāo)來源于標(biāo)準(zhǔn)起草人員工作積累以及國內(nèi)外文獻(xiàn)，并經(jīng)提煉論證，具有科學(xué)性、實(shí)用性和指導(dǎo)性。同時(shí)，對本標(biāo)準(zhǔn)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，明確了沼液堆肥生物干化的技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用效果。主要試驗(yàn)或驗(yàn)證的內(nèi)容本團(tuán)隊(duì)從2013年開始開展了沼氣發(fā)酵及沼液的干化和資源化利用，相關(guān)研究成果獲得了國家973計(jì)劃項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新項(xiàng)目的支持，在江蘇徐州、鹽城、宿遷等多個(gè)地方得到了推廣應(yīng)用。沼液生物干化過程沼液、秸稈（2-5cm）的性質(zhì)如下表1所示，沼液來自發(fā)酵體積為1200m3的沼氣工程。本研究在徐州市某沼氣示范工程堆肥廠內(nèi)進(jìn)行，為期40d，采用靜態(tài)條垛生物干化形式開展研究，設(shè)置無膜覆蓋生物干化組（CK）、無膜覆蓋添加水熱炭生物干化組（HG）、膜覆蓋+水熱炭生物干化組（HM）和膜覆蓋生物干化組（MG）4個(gè)處理：（1）CK—沼液混合秸稈，（2）HG—沼液混合秸稈添加5‰水熱炭，（3）HM—覆膜沼液混合秸稈添加5‰水熱炭，（4）MG—覆膜沼液混合秸稈，濕重比為2.5：1。本實(shí)驗(yàn)使用的生物分子膜為高分子疏水性聚酯纖維與聚四氟乙烯復(fù)合而成的微孔膜，南京工業(yè)大學(xué)生物能源研究所自制（Q/YK7001S-2019）。將四組的含水率調(diào)整至60%~65%。單個(gè)堆體體積為4.5×2×1.5m3；每個(gè)堆體使用規(guī)格相同的通風(fēng)管通向堆體提供氧氣。建堆完成時(shí)，堆體狀況見圖2。每周進(jìn)行一次翻堆，以避免厭氧環(huán)境。分別在0、2、4、6、8、10、12、15、18、20、25、30、35、40天，從4個(gè)堆體的多個(gè)位點(diǎn)收集樣品，并每天使用溫度計(jì)測量堆體不同分層的最高溫度，多次測量取其平均值并記錄。表1不同原料的理化性質(zhì)指標(biāo)沼液秸稈水熱炭pH7.36±0.047.05±0.023.93±0.02含水率（%）83.65±1.259.94±0.1965.31±2.16總碳（g/kg，干重）278.39±1.14468.97±2.54461.13±1.61總氮（g/kg，干重）15.41±0.679.82±0.03124.47±0.26NH4+-N（mg/L）1826±12.68——NO3--N（mg/L）16.54±0.22——總氮（mg/L）1977.46±4.36——圖2沼氣生物干化現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)沼液生物干化過程中基本理化性質(zhì)的變化如圖3（a）所示，各處理組沼液生物干化過程堆體溫度變化趨勢類似，均依次經(jīng)歷了升溫-嗜熱-中溫維持-降溫階段，在生物干化初期各處理組的溫度都急劇上升，都在第1天進(jìn)入高溫期（50°C以上），且在第2天達(dá)到70°C以上。其中，CK組在第2天達(dá)到最高溫度75.7°C，高溫期持續(xù)40天；HG組在第2天達(dá)到最高溫度77.5°C，高溫期持續(xù)40天；HM組在第6天達(dá)到最高溫度76.4°C，高溫期持續(xù)40天；MG組在第9天達(dá)到最高溫度77.4°C，高溫期持續(xù)40天。HG組溫度略高于CK組，水熱炭的多孔結(jié)構(gòu)為微生物的生長繁殖提供了富氧環(huán)境，加速生物干化體系有機(jī)物的降解，從而促進(jìn)了熱量的累積。由于水熱炭的熱穩(wěn)定性高，導(dǎo)致微生物活性較高，使堆體具有較高的溫度。參考《糞便無害化衛(wèi)生》GB7959-2012文件相關(guān)規(guī)定四個(gè)處理生物干化體系均滿足糞便無害化安全標(biāo)準(zhǔn)。生物干化過程中各處理組含水率的變化如圖3（b）所示。各處理組由于溫度的快速升高導(dǎo)致水分蒸發(fā)，含水率呈下降趨勢。在第1-8天，HG組生物干化體系含水率的下降速度快于CK組，可能是水熱炭增加了堆體的孔隙度，促進(jìn)了堆體的空氣流通，從而加速了水分的蒸發(fā)。生物干化結(jié)束時(shí)，CK組、HG組、HM組和MG組的含水量分別下降了38.81%，40.89%，33.10%，33.65%；最終含水率分別為40.64%，40.11%，44.98%，43.52%。在生物干化期間，由于分子膜表面的冷凝水會回流到體系中，導(dǎo)致覆膜處理組的含水率明顯高于未覆膜處理組。各處理組生物干化過程中有機(jī)質(zhì)的變化如圖3（c）所示。物料中有機(jī)物逐漸被微生物分解代謝，四組生物干化體系中有機(jī)質(zhì)含量均呈下降趨勢。在第0-10天，CK組有機(jī)質(zhì)降解率為7.13%，HG組有機(jī)質(zhì)降解率為11.51%，HM組有機(jī)質(zhì)降解率為17.96%，MG組有機(jī)質(zhì)降解率為11.08%，覆膜和水熱炭豐富的孔隙結(jié)構(gòu)為微生物的生命活動提供了適宜的生存環(huán)境，促進(jìn)了有機(jī)物的分解代謝。生物干化結(jié)束時(shí)，CK組、HG組、HM組和MG組的含量分別為59.78%、58.56%、50.29%和52.07%，有機(jī)質(zhì)降解率分別為18.46%、22.08%、33.09%和28.98%，HM組生物干化體系有機(jī)質(zhì)降解最徹底。四個(gè)處理組均滿足有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)（NY/T525-2021），即有機(jī)質(zhì)含量需達(dá)到30%。各處理組生物干化過程中pH和EC的變化如圖3（d）和（e）所示。初始pH在8.5左右，HG組和HM組pH變化趨勢相似，在前2天略微上升，到第10天呈下降趨勢，未添加水熱炭處理組與之相反，由于氧氣的大量消耗和局部厭氧環(huán)境，堆體中的微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生了有機(jī)酸和無機(jī)酸導(dǎo)致pH值降低，通過翻堆，溫度的不斷升高各堆體的pH開始上升。由于水熱炭富含酚羥基和羧基等酸性官能團(tuán)，抑制了高溫階段pH值的上升。生物干化過程結(jié)束時(shí)，pH值在7.3~7.9左右，達(dá)到有機(jī)肥要求標(biāo)準(zhǔn)。EC值與植物毒性有關(guān)，EC值越大植物毒性越大。初始EC值在2.6-2.8mS/cm，由于水分快速蒸發(fā)導(dǎo)致其含量呈上升趨勢，翻堆也加速了低通風(fēng)量處理組中有機(jī)物的分解，釋放出大量的礦物鹽ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Wei</Author><Year>2014</Year><RecNum>204</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[92]</style></DisplayText><record><rec-number>204</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="022fdfxtydffele2sr7vzdamdf5sw0pwszws"timestamp="1711591173">204</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wei,Liu</author><author>Shutao,Wang</author><author>Jin,Zhang</author><author>Tong,Xu</author></authors></contributors><titles><title>Biocharinfluencesthemicrobialcommunitystructureduringtomatostalkcompostingwithchickenmanure</title><secondary-title>BioresourceTechnology</secondary-title></titles><periodical><full-title>BioresourceTechnology</full-title><abbr-1>Bioresour.Technol.</abbr-1><abbr-2>BioresourTechnol</abbr-2></periodical><pages>148-154</pages><volume>154</volume><section>148</section><dates><year>2014</year></dates><urls><related-urls><url>-/10.1016/j.biortech.2013.12.022</url></related-urls></urls></record></Cite></EndNote>。到生物干化過程結(jié)束時(shí)，CK組、HG組、HM組和MG組EC值分別為3.13mS/cm、3.68mS/cm、3.37mS/cm和3.55mS/cm，并且均未超過4mS/cm，表明最終產(chǎn)品不具有植物毒性。各處理組生物干化過程中GI值的變化如圖3（f）所示。各處理組GI隨著生物干化時(shí)間的延長逐漸增加，在第10天各處理組達(dá)到70%以上，到生物干化過程結(jié)束時(shí)，CK組GI達(dá)到141.88%，HG組GI達(dá)到132.13%，HM組GI達(dá)到150.53%，MG組GI達(dá)到142.52%，HM組腐熟度最高。四個(gè)處理組均滿足有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)（NY/T525-2021）即GI值需大于70%。當(dāng)達(dá)到當(dāng)種子萌發(fā)指數(shù)>70%時(shí)，表明最終產(chǎn)品已完全腐熟。覆膜且添加水熱炭條件下提高了最終產(chǎn)品品質(zhì)。圖3生物干化過程中理化性質(zhì)的變化（a：溫度，b：含水率，c：有機(jī)質(zhì)，d：pH，e：電導(dǎo)率，f：種子萌發(fā)指數(shù)）沼液生物干化過程中氮素及養(yǎng)分含量的變化各處理組在生物干化過程中NH4+-N含量的變化如圖4（a）所示。HG組和HM組NH4+-N含量在第0天達(dá)到3627.10mg/kg，兩組變化趨勢相似，含量在前期急劇減少，尤其是HM組在第二天NH4+-N含量降至992.07mg/kg，在高溫期含量上升，這可能是由于水熱炭含有酸性官能團(tuán)，這些官能團(tuán)與水溶性NH3結(jié)合，有助于NH4+在堆體中的保存。CK組和MG組在第0天含量是添加水熱炭組的一半，達(dá)到1590.98mg/kg，CK組在第8天之后穩(wěn)定呈下降趨勢，MG組前期呈上升趨勢，之后呈下降趨勢，NH4+-N濃度增加是由于含氮有機(jī)化合物的生物降解引起的氨化作用，各處理組到生物干化過程后期NH4+-N逐漸趨于平穩(wěn)。生物干化過程結(jié)束時(shí)，HM組NH4+-N含量降至425.529mg/kg，HG組NH4+-N含量降至404.089mg/kg，CK組NH4+-N含量降至499.719mg/kg，MG組NH4+-N含量降至499.494mg/kg。各處理組在生物干化過程中NO3--N含量的變化如圖4（b）所示。HG組和HM組NO3--N含量在第0天為44.43mg/kg，CK組和MG組NO3--N含量在第0天為28.95mg/kg，各處理組在前期NO3--N含量呈上升趨勢，HG組、HM組和MG組在第4天達(dá)到峰值，然而CK組在第6天才達(dá)到峰值。高pH和硝化反應(yīng)導(dǎo)致大量NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO3--N，各處理組NH4+-N含量下降，NO3--N含量增加。前期覆膜處理組NO3--N含量高于未覆膜處理組，添加水熱炭處理組含量低于未添加處理組，表明水熱炭表面豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和吸附位點(diǎn)，有利于水熱炭吸附NH3及NH4+-N，為硝化細(xì)菌的生命活動提供了適宜的環(huán)境。由于反硝化作用，NO3--N含量在達(dá)到峰值后下降。各處理組總氮含量在前30天減少，在第30天之后呈上升趨勢，如圖4（c）所示。到生物干化過程結(jié)束時(shí)，HG組TN含量最高，達(dá)到13.52g/kg，比CK組高9.32%，CK組氮素?fù)p失為32.67%，HG組氮素?fù)p失為17.42%，HM組氮素?fù)p失為18.89%，MG組氮素?fù)p失為36.84%。水熱炭可以促進(jìn)生物干化過程中的硝化作用，并將NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO3--N，從而減少NH3排放，增加了生物干化產(chǎn)品中的TN含量，表明覆膜及水熱炭提高了氮素保留率。初始混合物料及最終產(chǎn)品的總磷和總鉀含量如表2所示。在初始物料中，四個(gè)處理組總磷和總鉀的含量都較低，這與其他研究不同，這可能是由于原料為沼液和秸稈的緣故，經(jīng)厭氧發(fā)酵后的殘余物中養(yǎng)分含量較低。到第40天生物干化過程結(jié)束時(shí)，CK組、HG組、MG組和HM組總磷含量分別為2.07g/kg、6.74g/kg、1.25g/kg和1.10g/kg。HG組總磷含量最高，表明添加水熱炭促進(jìn)了總磷含量的提高。在生物干化過程初期，添加水熱炭組總鉀含量高于對照組，表明添加水熱炭能夠提高堆體中的總鉀含量。然而，到生物干化過程結(jié)束時(shí)，HG組總鉀含量變化不明顯，水熱炭在生物干化過程中對總鉀的影響效果不顯著。圖4生物干化過程中氮素含量的變化（a：氨氮，b：硝氮，c：總氮）表2初始物料及最終產(chǎn)品的總磷和總鉀含量樣品名稱總磷（g/kg）總鉀（g/kg）CK00.33±0.101.66×10-2±0.02HG00.26±0.212.71×10-2±0.01MG00.33±0.101.66×10-2±0.02HM00.26±0.212.71×10-2±0.01CK402.07±0.742.28×10-2±0.01HG406.74±1.022.41×10-2±0.02MG401.25±0.010.32×10-2±0.01HM40生物干化1.10±0.190.77×10-2±0.01沼液過程中的氣體排放沼液生物干化過程中的溫室氣體及惡臭氣體的排放情況，如圖5所示。CH4是生物干化過程中釋放的主要溫室氣體之一。如圖5（a）和（b）所示，各處理組的CH4排放趨勢一致，主要集中在生物干化過程早期，在第2天達(dá)到排放峰值，這可能是因?yàn)榇罅坑袡C(jī)物的降解消耗了生物干化體系中的大部分氧氣，導(dǎo)致堆體部分區(qū)域處于厭氧狀態(tài)，提高了產(chǎn)甲烷菌的活性。隨后，隨著有機(jī)物逐漸完全降解，堆體的內(nèi)部環(huán)境也逐漸穩(wěn)定。生物干化過程結(jié)束時(shí)，各處理的CH4排放速率迅速下降，并逐漸趨于零。與CK組相比，HG組CH4累積排放量減少了10.32%，這是由于水熱炭對NH4+-N的吸附可以抑制產(chǎn)甲烷菌對NH4+-N的利用，從而減少CH4的排放；與HM組膜內(nèi)累積排放量相比，HM組膜外CH4累積排放量減少了27.39%，與MG組膜內(nèi)累積排放量相比，MG組膜外CH4累積排放量減少了30.98%。結(jié)果表明，覆蓋生物分子膜也能有效減少CH4的排放，降低了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。在生物干化過程中，CO2的生成和釋放主要是由于微生物在分解有機(jī)物的代謝活動所致。各處理的CO2每日排放趨勢和累積排放含量如圖5（c）和（d）所示。CO2的排放速率可以直接指示微生物活性及有機(jī)物的分解與礦化速度。各處理組在前期CO2排放量較大，這與溫度的升高和有機(jī)質(zhì)的降解有關(guān)。CK組在第6天達(dá)到CO2排放峰值13886mg/m3，MG組膜內(nèi)氣體在第2天達(dá)到峰值15074mg/m3，在第20天之后，各處理組CO2含量逐漸下降，直到生物干化過程結(jié)束，這是由于可溶性有機(jī)物的快速消耗，導(dǎo)致碳源減少。與CK組相比，HG組CO2累積排放量減少了20.48%，與HM組膜內(nèi)累積排放量相比，HM組膜外CO2累積排放量減少了65.24%，與MG組膜內(nèi)累積排放量相比，MG組膜外CO2累積排放量減少了73.80%。添加水熱炭處理組CO2排放量明顯低于對照組，這可能是由于水熱炭的吸附性能限制了CO2的排放，并且覆蓋生物分子膜也起到減排作用。各處理的N2O每日排放趨勢和累積排放含量如圖5（e）和（f）所示。N2O排放主要通過NH4+-N硝化和NO3--N反硝化在生物干化過程的降溫和成熟階段產(chǎn)生。與其他氣體相比，N2O排放量極低，堆體中N2O的初始排放可能是由于OM的快速降解導(dǎo)致堆體的局部厭氧沉降，從而促進(jìn)了NO3--N通過反硝化作用形成N2O。較高的溫度抑制了硝化細(xì)菌的生長，從而對N2O的排放也起到抑制作用，到中溫期大量的腐殖質(zhì)的生成為硝化細(xì)菌生長提供了適宜的生存環(huán)境。與CK組相比，HG組N2O累積排放量減少了29.67%，與HM組膜內(nèi)累積排放量相比，HM組膜外N2O累積排放量減少了16.52%，與MG組膜內(nèi)累積排放量相比，MG組膜外N2O累積排放量減少了13.61%。添加水熱炭處理組N2O排放量明顯低于對照組，這可能是由于水熱炭的加入抑制了硝化微生物的生長，從而抑制了N2O的硝化作用的產(chǎn)生。在生物干化過程中釋放的惡臭氣體以NH3為主。如圖5（g）和（h）所示，生物干化過程中NH3的釋放主要集中在嗜熱期，在早期階段，由于含氮有機(jī)物的降解和溫度的升高，各處理組的氨排放量迅速增加。由于水熱炭的多孔結(jié)構(gòu)和豐富的酸性官能團(tuán)對NH3的吸附，導(dǎo)致添加水熱炭組NH3的最大排放時(shí)間延遲，在第6天達(dá)到最大排放值，HG組NH3排放量低于CK組，膜覆蓋生物干化系統(tǒng)能有效降低NH3的揮發(fā)。各處理達(dá)到峰值后，隨著生物干化進(jìn)程的推進(jìn)，由于可降解有機(jī)物的逐漸耗盡、氨化細(xì)菌活性和溫度的降低以及硝化作用的增強(qiáng)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Xie</Author><Year>2023</Year><RecNum>196</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[129]</style></DisplayText><record><rec-number>196</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="022fdfxtydffele2sr7vzdamdf5sw0pwszws"timestamp="1710989510">196</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Xie,Ting</author><author>Zhang,Zhaohan</author><author>Zhang,Dawei</author><author>Wei,Chunzhong</author><author>Lin,Yong</author><author>Feng,Rongwei</author><author>Nan,Jun</author><author>Feng,Yujie</author></authors></contributors><titles><title>Effectofhydrothermalpretreatmentandcompoundmicrobialagentsoncompostmaturityandgaseousemissionsduringaerobiccompostingofkitchenwaste</title><secondary-title>ScienceofTheTotalEnvironment</secondary-title></titles><periodical><full-title>ScienceoftheTotalEnvironment</full-title><abbr-1>Sci.TotalEnviron.</abbr-1><abbr-2>SciTotalEnviron</abbr-2></periodical><pages>158712</pages><volume>854</volume><keywords><keyword>Kitchenwaste</keyword><keyword>Hydrothermalpretreatment</keyword><keyword>Greenhousegases</keyword><keyword>Composting</keyword><keyword>Compoundmicrobialagent</keyword></keywords><dates><year>2023</year><pub-dates><date>2023/01/01/</date></pub-dates></dates><isbn>0048-9697</isbn><urls><related-urls><url>/science/article/pii/S0048969722058119</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>/10.1016/j.scitotenv.2022.158712</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>，NH3排放速率逐漸降低，并在生物干化過程結(jié)束時(shí)降至零。與CK組相比，HG組NH3排放量減少了14.74%，與HM組膜內(nèi)排放量相比，HM組膜外NH3排放量減少了69.06%，與MG組膜內(nèi)排放量相比，MG組膜外NH3排放量減少了71.45%。覆膜處理組氨揮發(fā)相對較少，膜兩側(cè)溫差形成的凝結(jié)水層潛在地有效地吸附、保留和回流NH3到堆體中。以上結(jié)果表明，添加水熱炭能夠抑制溫室氣體及惡臭氣體的產(chǎn)生，分子膜也具有良好的減排效果。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，生物干化過程中的氮損失占初始總氮的21%-77%，碳損失占初始總碳的34%-77%。在本次沼液生物干化過程中，氣體的累積排放量為CO2>NH3>CH4>N2O。CO2和NH3的排放是造成碳和氮損失的主要原因。添加水熱炭和覆蓋生物分子膜對不同的氣體有不同的減排作用。由于水熱炭具有良好的吸附性，它有效降低了氣體排放。此外，分子膜對堆體所產(chǎn)生的水蒸氣表現(xiàn)出選擇性的透過性，當(dāng)水蒸氣在膜下凝結(jié)，形成水層時(shí)在一定程度上吸收并阻礙氣體揮發(fā)，從而具有顯著的減排效果，具有良好的環(huán)境效益。圖5生物干化過程中氣體排放情況（a，c，e，g分別為：CH4、CO2、N2O和NH3日排放含量；b，d，f，h分別為：CH4、CO2、N2O和NH3累積排放含量）三維熒光光譜特征分析生物干化過程中的微生物代謝主要發(fā)生在水溶相中，水溶性有機(jī)物（DOM）的演變特征及其轉(zhuǎn)化過程能一定程度上反應(yīng)生物干化過程中有機(jī)質(zhì)的降解、穩(wěn)定和腐殖化程度。每組各選取了四個(gè)代表性樣品即第0天，第10天，第20天，第40天用于測定三維熒光光譜，如圖6所示。由圖6可以看出，初始物料中DOM的主要成分為可溶性微生物代謝物，表現(xiàn)在Ⅳ區(qū)存在熒光強(qiáng)度，Ⅴ區(qū)域熒光強(qiáng)度較強(qiáng)，這與其他研究結(jié)果不一致，可能是經(jīng)厭氧發(fā)酵后的沼液中大分子有機(jī)物進(jìn)行了初步的降解并且腐殖質(zhì)物質(zhì)已經(jīng)初步形成。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，可溶性微生物代謝物被快速利用導(dǎo)致生物干化過程第10天時(shí)其峰值強(qiáng)度降低，向更長的波長偏移，這可能是由于微生物快速消耗了不穩(wěn)定的腐殖酸。在第10天時(shí)，HG組V區(qū)熒光強(qiáng)度強(qiáng)于其他三個(gè)處理組，表明添加水熱炭更有利于生物干化過程中的腐殖化進(jìn)程；到第20天時(shí)，HM組熒光強(qiáng)度最強(qiáng)，由于覆膜對堆體升溫有延遲性，使得腐殖程度緩慢；到第40天時(shí)，各處理組堆體已接近腐熟并趨于穩(wěn)定，并且HG組和MG組熒光強(qiáng)度較強(qiáng)，這與GI值一致，表明添加水熱炭及膜覆蓋系統(tǒng)提高了生物干化過程的腐殖化速度。這可能與微生物代謝活動加速使得堆體內(nèi)的大分子有機(jī)質(zhì)快速分解從而形成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)有關(guān)。圖6生物干化過程中DOM的三維熒光光譜抗生素濃度的變化圖7（a-f）分別展示了沼液生物干化過程中β-內(nèi)酰胺類抗生素（Beta-lactamsantibiotics）、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素（Macrolidesantibiotics）、氟喹諾酮類抗生素（Fluoroquinolonesantibiotics）、林可酰胺類抗生素（Lincosamidesantibiotics）、四環(huán)素類抗生素（Tetracyclinesantibiotics）和磺胺類抗生素（Sulfonamidesantibiotics）濃度的變化。在生物干化過程初期，添加水熱炭處理組的四種抗生素濃度均低于對照組，表明添加水熱炭能夠降低抗生素的濃度。在生物干化過程中，β-內(nèi)酰胺類抗生素以阿莫西林（Amoxicillin，AMO）和青霉素（PenicillinG，PENG）為主，如圖7（a）所示，在生物干化過程的第2天時(shí)，各處理組AMO均被完全去除，而PENG去除速度較慢，MG組和HG組都在第10天時(shí)被完全去除，HM組在第20天時(shí)被完全去除，這三組PENG去除速度都快于CK組，表明添加水熱炭和覆蓋生物分子膜能夠加快PENG的去除，到生物干化過程結(jié)束時(shí)各處理組去除率都達(dá)到100%。有研究表明，高溫可殺死生物干化體系中的致病菌和耐藥微生物，并促進(jìn)生物干化過程中抗生素的降解，添加水熱炭和覆蓋生物分子膜加速了堆體溫度的上升，從而加快了抗生素的去除。氟喹諾酮類抗生素以氟甲喹（Flumequine，F(xiàn)LM）、甲磺酸培氟沙星（Pefloxacinmesylate，PEM）、達(dá)氟沙星（Danofloxacin，DAN）、恩氟沙星（Enrofloxacin，ENR）和環(huán)丙沙星（Ciprofloxacin，CIP）為主，如圖7（c）所示。CK組到生物干化過程結(jié)束時(shí)FLM、DAN、ENR和CIP的去除率分別為41.67%、82.20%、100%和94.38%，而PEM增長了0.25μg/kg，MG組到生物干化結(jié)束時(shí)FLM、PEM、DAN、ENR和CIP的去除率分別為66.67%、100%、100%、100%和96.97%，HG組到生物干化過程結(jié)束時(shí)FLM、PEM、DAN、ENR和CIP的去除率分別62.06%、45.96%、86.49%、100%和97.37%，HM組到生物干化過程結(jié)束時(shí)FLM、PEM、DAN、ENR和CIP的去除率分別為28.33%、32.45%、86.49%、100%和98.25%。氟喹諾酮類抗生素的分子結(jié)構(gòu)由羧基環(huán)、氨基環(huán)和芳香環(huán)構(gòu)成，其易于被腐殖質(zhì)吸附。水熱炭能夠促進(jìn)生物干化過程體系中腐殖質(zhì)的形成，從而促進(jìn)氟喹諾酮類抗生素的去除。四環(huán)素類抗生素以土霉素（Oxytetracycline，OTC）、金霉素（Chlortetracycline，CTC）和強(qiáng)力霉素（Doxycycline，DOX）組成（圖7（e））。在生物干化過程中，CTC和OTC降解速度較快，各處理組CTC在生物干化過程的第2天就完全被去除，CK組OTC在第20天時(shí)被去除，MG組OTC在第10天時(shí)被完全去除，HG組和HM組OTC在第20天時(shí)被完全去除。四環(huán)素類抗生素易于被環(huán)境介質(zhì)所吸附，其降解途徑主要為生物降解，水熱炭作為一種具有吸附和催化性能的功能碳材料能夠增強(qiáng)其對四環(huán)素類抗生素的吸附，從而促進(jìn)四環(huán)素類抗生素的生物降解。到生物干化過程結(jié)束時(shí)，CK組、MG組、HG組和HM組DOX去除率分別達(dá)到94.99%、95.96%、98.25%和96.49%。到生物干化過程結(jié)束時(shí)，CK組、HG組、MG組和HM組抗生素總?cè)コ史謩e為95.40%、97.62%、97.65%和96.57%。綜上所述，水熱炭及覆蓋生物分子膜能夠促進(jìn)生物干化體系中抗生素的去除，從而進(jìn)一步降低其環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。由于各抗生素類型和化學(xué)結(jié)構(gòu)式的不同，在生物干化過程早期，各處理組大環(huán)內(nèi)酯類抗生素（圖7（b））、林可酰胺類抗生素（圖7（d））和磺胺類抗生素（圖7（f））就完全被去除，去除率都達(dá)到100%。圖7生物干化過程中抗生素濃度的變化（a：β-內(nèi)酰胺類抗生素，b：大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，c：氟喹諾酮類抗生素，d：林可酰胺類抗生素，e：四環(huán)素類抗生素，f：磺胺類抗生素）（二）沼液堆肥生物干化經(jīng)濟(jì)性分析及應(yīng)用基于實(shí)驗(yàn)室和工程化研究，對采用生物干化工藝處理沼液和秸稈進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析。采用生物干化的模式，工藝周期為20~40天，1噸秸稈（含水率約10%）可以消納2.5噸沼液，生產(chǎn)出1.07噸有機(jī)肥（國家標(biāo)準(zhǔn)含水率為30%）。據(jù)調(diào)研，沼液作為水處理成本需要50~60元/噸，而沼液產(chǎn)量巨大，這就使得處理成本過高。與傳統(tǒng)水處理相比，生物干化工藝節(jié)約了成本。按照有機(jī)肥450元/噸的單價(jià)及30%的利潤計(jì)算，可以形成480元的產(chǎn)值，為沼液的減量和資源化利用提供了新的解決方案，有利于沼氣工程的產(chǎn)業(yè)化推廣。目前沼液堆肥生物干化技術(shù)已在江蘇徐州、鹽城、宿遷等地10余家沼氣工程上得到了推廣應(yīng)用，多地生產(chǎn)經(jīng)營者紛紛表示，科學(xué)規(guī)范地使用沼液堆肥生物干化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)沼氣工程的盈利，希望大力加強(qiáng)沼液堆肥生物干化