4.李蕾有機垃圾熱冷激預處理堆肥技術及產品應用研究.pdf

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1、研究學術造就人才佑啟鄉邦振導社會有機垃圾熱冷激預處理堆肥有機垃圾熱冷激預處理堆肥技術及產品應用研究技術及產品應用研究20242024中國城市環境衛生協會年會中國城市環境衛生協會年會北京北京李蕾，副教授，博士生導師李蕾，副教授，博士生導師韓林沛韓林沛 博士博士重慶大學，環境與生態學院重慶大學，環境與生態學院2024年年11月月10日日研究背景研究背景 堆肥化將有機固廢轉化為堆肥化將有機固廢轉化為腐殖化產品腐殖化產品減重減容約50%堆肥轉化率約35%消納有機固廢產出富腐殖質有機肥促進人與自然物質循環禽畜糞便禽畜糞便餐廚垃圾餐廚垃圾園林垃圾園林垃圾污水污泥污水污泥有機固廢產量大堆肥化應用減量化資源化

2、無害化穩定化 美麗中國建設美麗中國建設對對綠色循環發展綠色循環發展提出新要求提出新要求2024年2月2022年11月2024年7月到到20252025年化肥減量化年化肥減量化行動方案：行動方案：加快有機肥替代化肥，推廣應用微生物肥料等新型肥料黨的二十屆三中全會：黨的二十屆三中全會：聚焦建設美麗中國建設，推進生態優先、節約集約、綠色低碳發展國務院辦公廳關于加快構建廢棄國務院辦公廳關于加快構建廢棄物循環利用體系的意見物循環利用體系的意見：加快構建廢棄物循環利用體系，為高質量發展厚植綠色低碳根基。有機垃圾堆肥技術是推進有機垃圾堆肥技術是推進廢棄物循環利用廢棄物循環利用、生態文明建設生態文明建設和和綠

3、色發展綠色發展的重要抓手的重要抓手土壤改良土壤改良園林綠化園林綠化土壤修復土壤修復1 研究背景及意義研究背景及意義研究背景研究背景有機垃圾堆肥技術是推進有機垃圾堆肥技術是推進廢棄物循環利用廢棄物循環利用、生態文明建設生態文明建設和和綠色發展綠色發展的重要抓手的重要抓手1 研究背景及意義研究背景及意義 發酵周期長：發酵周期長：303050d50d 惡臭污染重：氮系物硫系物惡臭污染重：氮系物硫系物 溫室氣體多：溫室氣體多：N N2 2O O、CHCH4 4 產品出路少：行業壁壘重產品出路少：行業壁壘重技術瓶頸優化堆肥條件溫度、濕度、攪拌頻率、菌劑創新堆肥工藝超高溫堆肥、生物處理機堆肥研究背景研究背

4、景1 研究背景及意義研究背景及意義 高溫高溫可有效縮短堆肥周期，減少氣體排放，提高產品肥效 超高溫堆肥依賴超嗜熱菌超嗜熱菌，成本高成本高且運維管理技術要求高運維管理技術要求高 部分生化處理機堆肥依靠長期外源加熱維持高溫，能耗高能耗高短期超高溫預處理有沒有可能短期超高溫預處理有沒有可能實現促腐降碳，除臭保氮？實現促腐降碳，除臭保氮？調理劑2 廚余固渣高效堆肥技術研究2.1 材料與方法材料與方法正交試驗組正交試驗組試驗因素試驗因素試驗組命名試驗組命名溫度/預處理時間/h通風量17060.17612702072037040.27424806086058020.282268040.184179060.

5、296289020.19219904094010000CK廚余沼渣高溫預處理高溫預處理堆肥傳統堆肥理化性質腐殖化參數氣體排放養分含量微生物群落堆肥產品高溫預處理2 廚余固渣高效堆肥技術研究2.2 高溫預處理對廚余沼渣堆肥進程及產品質量影響高溫預處理對廚余沼渣堆肥進程及產品質量影響堆肥過程中堆肥過程中GI的變化的變化 合適的高溫預處理會顯著加速堆肥進程和產品腐熟度合適的高溫預處理會顯著加速堆肥進程和產品腐熟度 822組和921組10d種子發芽指數（GI）超過70%，15d時高達120%+對照組及未通風高溫預處理組（720、860、940）15d時GI才大于70%2 廚余固渣高效堆肥技術研究堆肥過

6、程中腐殖化變化堆肥過程中腐殖化變化2.2 高溫預處理對廚余沼渣堆肥進程及產品質量影響高溫預處理對廚余沼渣堆肥進程及產品質量影響 高溫預處理顯著提高了實驗組中腐殖質（HS）、胡敏酸（HA）的濃度，降低了小分子富里酸（FA）的濃度 高溫預處理組胡富比/聚合度（DP）在2.670.06，顯著高于對照組（2.02）一處理組處理組TN(g kg-1)TP(g kg-1)TK(g kg-1)NH4+-N(mg kg-1)NO3-N(mg kg-1)AP(g kg-1)AK(mg kg-1)74223.330.18e18.600.07c0.190.09b494.3121.68b5274.0468.06b8.

7、240.11d134.162.16c76123.680.12a19.500.09b0.200.07a493.9054.85c5239.7117.14c8.330.05b136.183.16b82223.640.01b19.600.15a0.190.05b467.633.92e5134.3925.62e8.530.04a129.632.74d84123.350.04d18.200.14e0.190.04b330.1340.44g5423.2228.27a8.310.03c120.840.83f92123.520.1c18.500.02d0.180.01c469.4566.82d5102.3654

8、.41f8.240.04e151.960.95a96222.830.08f18.100.13f0.190.03b528.4629.28a4331.0229.10g8.230.34e113.151.25gCK22.710.04g18.500.02d0.190.02b412.4955.62f5141.2458.32d8.130.12f123.741.57e2 廚余固渣高效堆肥技術研究堆肥產品養分分析堆肥產品養分分析2.2 高溫預處理對廚余沼渣堆肥進程及產品質量影響高溫預處理對廚余沼渣堆肥進程及產品質量影響 預處理組總氮顯著高于CK組，總磷和總鉀沒有顯著差異；幾乎所有實驗組速效NPK均高于對照組，表

9、明高溫預處理組促進了堆體中可利用養分的釋放。一2 廚余固渣高效堆肥技術研究2.3 高溫預處理對廚余沼渣堆肥惡臭氣體及溫室氣體排放影響高溫預處理對廚余沼渣堆肥惡臭氣體及溫室氣體排放影響高溫預處理對廚余沼渣堆肥惡臭氣體排放影響高溫預處理對廚余沼渣堆肥惡臭氣體排放影響 適宜的高溫預處理條件顯著減少了惡臭氣體的累計排放量；822組NH3、H2S、Me2S（二甲硫醚）和Me2SS（二甲基二硫）的排放量比CK組減少16.90%41.18%。一2 廚余固渣高效堆肥技術研究高溫預處理對廚余沼渣堆肥溫室氣體排放影響高溫預處理對廚余沼渣堆肥溫室氣體排放影響2.3 高溫預處理對廚余沼渣堆肥惡臭氣體及溫室氣體排放影響

10、高溫預處理對廚余沼渣堆肥惡臭氣體及溫室氣體排放影響 所有實驗組的N2O和CH4排量都顯著低于對照組，總溫室氣體排量顯著低于對照組822組溫室氣體排放量較CK組降低14.80%臭氣減排和溫室減排表明：高溫預處理將C、N、S元素很好的保持在堆體中，與堆體養分的增加是一致的一2 廚余固渣高效堆肥技術研究2.4 高溫預處理對廚余沼渣堆肥中微生物群落分析高溫預處理對廚余沼渣堆肥中微生物群落分析高溫預處理對廚余沼渣堆肥微生物群落多樣性影響分析高溫預處理對廚余沼渣堆肥微生物群落多樣性影響分析高溫預處理下廚余沼渣堆肥中差異微生物分析高溫預處理下廚余沼渣堆肥中差異微生物分析abcde高溫預處理降低了微生物群落的

11、多樣性，但普遍提高了豐富度；聚類分析發現，CK組和預處理組的群落存在顯著差異；差異微生物分析發現高溫預處理富集了Pseudomonas、Sphingobacterium、Myroides和Flavobacterium屬。一2 廚余固渣高效堆肥技術研究2.5 高溫預處理對廚余沼渣堆肥促腐和氣體減排機制高溫預處理對廚余沼渣堆肥促腐和氣體減排機制高溫預處理對廚余沼渣堆肥的促腐機制高溫預處理對廚余沼渣堆肥的促腐機制 溫度和通風量對腐熟度及養分質量的影響明顯大于預處理時間；且其對群落塑造的功能更相似 在高溫預處理組顯著富集的微生物，與堆肥的腐殖化參數之間存在正相關關系 高溫預處理塑造了獨特的群落結構，促

12、進了堆體快速腐熟一2 廚余固渣高效堆肥技術研究2.5 高溫預處理對廚余沼渣堆肥促腐和氣體減排機制高溫預處理對廚余沼渣堆肥促腐和氣體減排機制高溫預處理對廚余沼渣堆肥氣體減排機制高溫預處理對廚余沼渣堆肥氣體減排機制ab 與惡臭氣體（a）和溫室氣體（b）濃度正相關的微生物，普遍在CK組中相對豐度較高；高溫預處理可以降低與氣體排放相關的微生物，進而實現廚余固渣堆肥的氣體減排。2 廚余固渣高效堆肥技術研究短期高溫預處理可以實現有機垃圾促腐降碳除臭保氮，最佳預處理條件為短期高溫預處理可以實現有機垃圾促腐降碳除臭保氮，最佳預處理條件為8080，通風，通風0.2m0.2m3 3/m/m3 3/min/min，

13、處理，處理2h2h研究背景研究背景有機垃圾堆肥技術是推進有機垃圾堆肥技術是推進廢棄物循環利用廢棄物循環利用、生態文明建設生態文明建設和和綠色發展綠色發展的重要抓手的重要抓手3 研究背景及意義研究背景及意義 發酵周期長：發酵周期長：303050d50d 惡臭污染重：氮系物硫系物惡臭污染重：氮系物硫系物 溫室氣體多：溫室氣體多：N N2 2O O、CHCH4 4 產品出路少：行業壁壘重產品出路少：行業壁壘重技術瓶頸沙土改良跨區域跨產業跨區域跨產業產品應用產品應用鹽堿地修復紫色土改良重金屬污染土修復紅土改良3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.1 材料與方法材料與方法以不同的有機垃圾為原料，開展高溫

14、預處理堆肥（PHC）或傳統堆肥（PTC），或者直接高溫預處理（PFW）后使用，將不同產品摻混到紫色土、鹽堿土和紅土中，建立土肥混合基質，開展牧草-黑麥草的種植3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.2 餐廚有機肥對紫色土改良和植物促生長的影響餐廚有機肥對紫色土改良和植物促生長的影響植植物物理理化化特特性性黑麥草鮮重黑麥草鮮重黑麥草干重黑麥草干重黑麥草株高黑麥草株高葉綠素含量葉綠素含量有機肥產品最優摻混比：有機肥產品最優摻混比：10wt%植物促生長潛能最優組：植物促生長潛能最優組：PHC3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.2 餐廚有機肥對紫色土改良和植物促生長的影響餐廚有機肥對紫色土改良和植物促

15、生長的影響土土壤壤理理化化性性質質腐腐殖殖化化程程度度酶酶活活性性養分、有機質含量、腐殖化程度等土壤理化指標、養分、有機質含量、腐殖化程度等土壤理化指標、酶活性等均隨著摻混量增加而增加酶活性等均隨著摻混量增加而增加同一摻混比下，同一摻混比下，PHC組的提升效果組的提升效果始終始終最最優優3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.2 餐廚有機肥對紫色土改良和植物促生長的影響餐廚有機肥對紫色土改良和植物促生長的影響微微生生物物群群落落相關性相關性分析分析多多樣樣性性脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶與生物量、株高、葉綠素含量呈正相關呈正相關unclassified_f_RhizobiaceaeTerrimona

16、sPHC摻混組土壤土壤微生物多樣性微生物多樣性顯著高于高于其余兩組PHC通過改變土壤優勢菌群和酶活性改變土壤優勢菌群和酶活性來促進植物生長3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.3 餐廚有機肥對鹽堿土改良和植物促生長的影響餐廚有機肥對鹽堿土改良和植物促生長的影響植植物物理理化化特特性性線性回歸模型線性回歸模型摻混高溫預處理堆肥的實驗組植物生長最佳摻混高溫預處理堆肥的實驗組植物生長最佳改良劑最優摻混比：改良劑最優摻混比：20wt%摻肥比為摻肥比為20%時時各指標各指標達最大值達最大值3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.3 餐廚有機肥對鹽堿土改良和植物促生長的影響餐廚有機肥對鹽堿土改良和植物促生長

17、的影響土土壤壤理理化化性性質質養分含量養分含量腐殖化程度腐殖化程度酶活性酶活性腐腐殖殖化化程程度度酶酶活活性性3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.3 餐廚有機肥對鹽堿土改良和植物促生長的影響餐廚有機肥對鹽堿土改良和植物促生長的影響微微生生物物群群落落相相關關性性分分析析多多樣樣性性功功能能預預測測碳水化合物代謝碳水化合物代謝和氨基酸代謝氨基酸代謝相關基因，SHC促進了土壤-植物系統硫循環、氮固定和碳代謝SHC20組組Bacillus、Georgenia、norank_f_Fodinicurvataceae、norank_f_Bacillacea、Cerasibacillus、unclassi

18、fied_f_Bacillaceae和Lysinibacillus豐度大于對照組豐度大于對照組SHC通過調節土壤pH、提高土壤養分和改變土壤酶活性和優勢菌群來實現改良鹽堿土和促植物生長的目的3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.4 沼渣基有機肥對紅壤改良和植物促生長的影響沼渣基有機肥對紅壤改良和植物促生長的影響植植物物理理化化特特性性有機肥最佳化肥替代量：有機肥最佳化肥替代量：20wt%此時植物生長及養分利用均最佳此時植物生長及養分利用均最佳3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.4 沼渣基有機肥對紅壤改良和植物促生長的影響沼渣基有機肥對紅壤改良和植物促生長的影響土土壤壤理理化化性性質質養分含量

19、養分含量土壤質量指數土壤質量指數土壤質量指數土壤質量指數相關性分析相關性分析TP、AN、AP、TK可作為監測紅壤可作為監測紅壤中土壤質量和植物產量變化的指標中土壤質量和植物產量變化的指標3 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制3.4 沼渣基有機肥對紅壤改良和植物促生長的影響沼渣基有機肥對紅壤改良和植物促生長的影響微微生生物物群群落落多多樣樣性性相相關關性性分分析析Chryseolineanorank_f_norank_o_Actinomarinales4.1 材料與方法材料與方法將沼渣基有機肥、化肥和生物炭單施或配施于鎘污染土壤中，研究不同添加劑對土壤中重金屬以及土壤中營養成分的影響。并選育模型植物

20、小白菜開展盆栽實驗，探究不同添加劑對土壤-植物系統重金屬分布及脅迫的影響4 預處理堆肥修復微污染土壤的潛能及機制4 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制沼渣肥和生物炭聯合施用對土壤沼渣肥和生物炭聯合施用對土壤-植物系統重金屬分布及脅迫的影響植物系統重金屬分布及脅迫的影響土土壤壤重重金金屬屬形形態態土土壤壤理理化化性性質質沼渣肥和生物炭配施（OFB）組中可氧化態與殘渣態Cd較對照組提升14.9%和17.6%TN、TP和TK含量較CK分別上升20.9%、53.9%、30.0%4 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制沼渣肥和生物炭聯合施用對土壤沼渣肥和生物炭聯合施用對土壤-植物系統重金屬分布及脅迫的影響植物系統

21、重金屬分布及脅迫的影響差差異異微微生生物物多多樣樣性性群群落落組組成成相相關關性性分分析析污染污染土壤土壤沼渣肥和生物炭配施改變土壤理化性理化性質質及土壤微生物群微生物群落結構落結構4 預處理堆肥改良土壤的潛能及機制沼渣肥和生物炭聯合施用對土壤沼渣肥和生物炭聯合施用對土壤-植物系統重金屬分布及脅迫的影響植物系統重金屬分布及脅迫的影響植植物物理理化化特特性性改良劑組分：沼渣肥和生物炭配施改良劑組分：沼渣肥和生物炭配施最佳配比：添加最佳配比：添加10%沼渣基有機肥和沼渣基有機肥和3%生物炭生物炭重重金金屬屬去去除除率率相關性分析相關性分析綠色綠色植物植物5 思考與展望5.1“廢廢-肥肥-草草-電電

22、”垃圾園區循環處理模式垃圾園區循環處理模式垃圾分類背景下，四分類模式厭氧消化過程穩定性差過程穩定性差三沼利用難三沼利用難產氣效率低產氣效率低焚燒老填埋場飛灰處理難飛灰處理難滲瀝液污染重滲瀝液污染重處理能力富余處理能力富余后維護期長后維護期長表土大量浪費表土大量浪費資源利用難資源利用難各單體處理設施工作界面互不一致、物質能量交流匱乏，信息反饋較少共振5 思考與展望5.1“廢廢-肥肥-草草-電電”垃圾園區循環處理模式垃圾園區循環處理模式研究成果 技術問題 設備問題 應用問題垃圾填埋場的閑置土地利用厭氧消化廠的沼渣利用解決垃圾焚燒場處理能力過剩的問題厭氧消化廠厭氧消化廠沼渣沼渣有機肥有機肥填埋填埋能

23、源草種植能源草種植并入電網并入電網焚燒發電焚燒發電收割收割堆肥堆肥綠電綠電土壤改良促生防害循環模式循環優勢 發酵周期長：發酵周期長：303050d50d 產品肥效低：養分產品肥效低：養分化肥化肥 惡臭污染重：氮系物硫系物惡臭污染重：氮系物硫系物 產品出路少：行業壁壘重產品出路少：行業壁壘重技術瓶頸設備瓶頸研究方向 故障率高：故障引起停機時長故障率高：故障引起停機時長 高效運行難：均勻通風攪拌挑高效運行難：均勻通風攪拌挑戰大，高粘度物料出料難戰大，高粘度物料出料難 智能化低：智能自動化程度低智能化低：智能自動化程度低 促腐降碳除臭保氮堆肥技術促腐降碳除臭保氮堆肥技術 智能高效堆肥設備智能高效堆肥設備 跨區域跨產業多元產品出路跨區域跨產業多元產品出路推進堆肥技術的創新升級、促進有機垃圾資源化利用推進堆肥技術的創新升級、促進有機垃圾資源化利用研究意義促進廢棄物循環利用體系建設促進廢棄物循環利用體系建設以高質量發展服務以高質量發展服務美麗中國美麗中國建設建設研究目標5 思考與展望5.2 研究展望研究展望研究學術造就人才佑啟鄉邦振導社會20242024中國城市環境衛生協會年會中國城市環境衛生協會年會北京北京感謝團隊成員的共同努力！感謝聆聽，敬請指導！感謝2024中國城市環境衛生協會年會暨中國環衛博覽會提供的交流平臺！