李欣忱，鄧華健

（西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

污泥堆肥過程氮素變化及N2O排放

李欣忱，鄧華健

（西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

隨著城市的發(fā)展，城市生活污水污泥量也迅速增加，污泥合理處理已成為不可忽視的問題。目前，合理有效的污泥堆肥化處理已成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。文章主要闡述了污泥處理現(xiàn)狀、堆肥過程中的氮素變化過程與特征及N2O排放的研究現(xiàn)狀。

污泥堆肥；氮素變化；N2O排放

據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2014年，我國已建污水處理廠達(dá)6031座，總設(shè)計(jì)處理能力1.8億m3/d，全年共處理污水494.3億t，污泥產(chǎn)量突破3000萬t（含水率80%），且還會(huì)高速增長(zhǎng)。但我國污泥無害化處理率極低，污泥污染問題日益凸顯。城市污泥成分復(fù)雜，除含大量水分外，還存在大量的重金屬、病原菌、有機(jī)污染物等有害成分，同時(shí)污泥還含有大量氮、磷、鉀、微量元素、有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，污泥堆肥既能實(shí)現(xiàn)無害化，又能達(dá)到資源化。但在堆肥過程中普遍存在氮素?fù)p失的現(xiàn)象，這不僅會(huì)造成環(huán)境污染，而且會(huì)降低堆肥效益影響農(nóng)用效果。目前對(duì)城市污泥堆肥的研究主要集中在外緣物質(zhì)或添加劑的選擇、工藝的改進(jìn)以及相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定等方面，而對(duì)堆肥過程中氮素的變化特征以及N2O氣體的排放則研究甚少。

1 污泥處理現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大部分污水處理廠采用濃縮脫水來處理污泥，而采用穩(wěn)定化處理的污水處理廠的比例不到20%。大部分污水處理廠在建設(shè)初，并未有污泥處理配套設(shè)備，“重水輕泥”的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。

目前對(duì)于污泥處置方式主要為棄置、土地填埋、焚燒及土地利用（堆肥方式）。填埋法為當(dāng)今污泥處理的主要方式，但由于該法侵占大量土地，且污泥填埋前未經(jīng)無害化處理，由此造成的土壤及地表水、地下水污染極其嚴(yán)重。焚燒法雖可實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無害化，然而焚燒法的技術(shù)要求較高，費(fèi)用昂貴，短期內(nèi)難以廣泛施行。堆肥法以其投資少，運(yùn)營(yíng)成本低且可在一定程度上實(shí)現(xiàn)資源化的優(yōu)勢(shì)，在城市污泥處理技術(shù)探究中愈發(fā)突顯出重要價(jià)值。

2 堆肥過程中的氮素變化過程與特征

堆肥過程中，污泥中的氮素物質(zhì)經(jīng)微生物代謝為NH3及小分子有機(jī)氮，NH3溶于水生成銨態(tài)氮。銨態(tài)氮經(jīng)高溫分解揮發(fā)出NH3擴(kuò)散到空氣中，或經(jīng)固持作用生成有機(jī)態(tài)氮，也有部分銨態(tài)氮經(jīng)微生物硝化作用生成硝態(tài)氮。硝態(tài)氮經(jīng)過反硝化作用生成N2或溫室氣體N2O，或經(jīng)降水淋溶或滲透作用造成氮素流失，淋融損失過大時(shí)或造成面源污染。

堆肥過程中的氮素?fù)p失主要包括反應(yīng)過程中生成含氮?dú)怏wNH3和N2O，及硝態(tài)氮的淋溶損失。其中外源添加劑的配比比例、反應(yīng)溫度及通風(fēng)狀況等都會(huì)影響氮素?fù)p失。李必瓊等發(fā)現(xiàn)添加微生物菌劑可提高堆體的升、降溫速率，并能促進(jìn)堆肥后期中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，但氮素?fù)p失也會(huì)因此增加。楊國義等研究了不同通風(fēng)方式對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的影響，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)制通風(fēng)與機(jī)械翻堆結(jié)合的通風(fēng)方式能更好地提高堆體的升溫速度，促使銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。

3 污泥堆肥過程中N2O排放研究現(xiàn)狀

堆肥過程中，污泥中所含的有機(jī)氮不僅易被氨化菌轉(zhuǎn)化形成氨氣，并在硝化反硝化過程中產(chǎn)生溫室氣體N2O。大氣中N2O濃度雖然遠(yuǎn)低于CO2，但其溫室效應(yīng)是CO2的296倍，占總溫室效應(yīng)的5%。因此，堆肥過程中N2O的排放對(duì)環(huán)境的影響也不容忽視。

堆肥過程中影響N2O排放量的影響因素包括含水率、pH值、溫度、供氧量及添加劑等。謝軍飛等發(fā)現(xiàn)N2O的排放通量隨含水率的增加而升高，當(dāng)含水率超過某一限度時(shí)，N2O的排放通量開始下降。Hao等發(fā)現(xiàn)，N2O的排放量在中性或弱酸性條件下最高。郭寧等探討了不同溫度對(duì)亞硝化及N2O的釋放情況。結(jié)果表明，在15~35℃范圍內(nèi)亞硝化率、氨氧化率及N2O排放量均逐漸升高。Szanto等發(fā)現(xiàn)通過翻堆處理提高供氧量能有效降低N2O的排放量，并得出N2O的排放量占初始總氮的2.5%±0.1%的結(jié)論。賀亮等研究結(jié)果表明使用的填料不同，堆肥過程中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的含量及變化趨勢(shì)完全不同，且僅以稻草為填料的堆肥樣品的氮損失率最高。

4 研究意義

隨著城市污水處理量和污泥產(chǎn)量逐步增大，如何高效環(huán)保地處理城市污泥已成為影響居民健康生活的重要因素，其中處理過程中氮素的流失問題不容忽視，若處理不當(dāng)不僅造成資源的浪費(fèi)，過高的溫室氣體排放量將加劇溫室效應(yīng)；同時(shí)淋失的氮素流入水體也將造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。綜上，如何高效地利用好氧堆肥方式處理污泥，對(duì)于減少污泥堆肥過程N(yùn)2O的排放和氮素流失具有重大環(huán)境意義。

［1］國務(wù)院辦公廳.全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012，（6）：4-13.

［2］Pinchas F，Efra，Hadas，et al.Options to reduce greenhouse gas emissions during wastewater treatment for agricultural use［J］.Science of the Total Environment，2012，（416）：289-299.

［3］池勇志，遲季平，馬顏，等.城鎮(zhèn)污水污泥性質(zhì)與處理處置概況［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（12）：169-172.

［4］李必瓊，賀亮，趙秀蘭．微生物菌劑對(duì)城市污泥堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化的影響研究［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，34（6）：61-66.

［5］楊國義，夏鐘文，李芳柏，等.不同通風(fēng)方式對(duì)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．

［6］Houghton J T，Jenkins G J，Ephraums J J.Climate Change：the IPCC Assessment［D］.Cambridge：Cambridge University Press，1990.

［7］謝軍飛，李玉娥．不同堆肥處理豬糞溫室氣體排放與影響因子初步研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（1）：56-59．

［8］HAO XIYING.Nitrate accumulation and greenhouse gas emissions during compost storage［J］.Nutr Cycle Agroecosyst，2007，（78）：189-195.

［9］郭寧，張建，孔強(qiáng)，等．溫度對(duì)亞硝化及氧化亞氮釋放的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)學(xué)報(bào)，2013，7（4）：1308-1312．

［10］Szanto G，Hamelers，H.V，Rulkens，W.H，et·al．NH3，N2O and CH4 emissions during passively aerated composting of straw-rich pig manure．Bioresource Technology，2007，98（14），2659-2670．

［11］賀亮，趙秀蘭，李承碑，等．不同填料對(duì)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)，2007，32（2）：54-58．

Changes of Nitrogen and N2O Emission during Sludge Composting

LI Xin-chen，DENG Hua-jian
（College of Resources and Environmental Sciences，Southwest University，Chongqing 400715，China）

With the development of the city，the quantity of sewage sludge in the city is increasing rapidly，and rational disposal of sludge has become a problem that can not be ignored.At present，the rational and effective treatment of sludge composting has become the focus of current research.In this paper，the present situation of sludge treatment,the change process and characteristics of nitrogen during composting and the research status of N2O emission were introduced.

sludge compost；nitrogen change；N2O emission

X703

A

2095-980X（2017）04-0137-02

2017-03-26

李欣忱（1996-），女，四川成都人，大學(xué)本科，主要研究方向：土壤重金屬修復(fù)技術(shù)。