过磷酸钙对猪粪堆肥碳、氮转化及减缓有机质降解技术机制研究

发布时间：2018-04-25 20:42

  本文选题：堆肥 + 过磷酸钙　； 参考：《中国农业大学》2017年博士论文

【摘要】：高温堆肥是实现畜禽粪便无害化和资源化处理最有效途径,但畜禽粪便含氮量高,C/N比低,发酵过程中氨气、温室气体等有害气体产生量大,对环境污染较为严重。因此针对低C/N比物料,如何控制堆肥发酵过程中,既能原位控制猪粪堆肥碳、氮损失又能减少NH3和CH4、N_2O、ＣO2三种温室气体的排放,一直是堆肥工艺研究的重点。本论文在过去添加过磷酸钙能有效减排有害气体研究的基础上,对添加高量过磷酸钙肥料(物料干重10%-30%,湿重4%-12%)对污染气体减排和提高堆肥产量的影响,过磷酸钙肥料不同组分包括磷酸二氢钙、硫酸钙以及游离酸对有机质降解影响,以及过磷酸钙减少有机质降解的主要原因进行了系统研究。主要研究结果如下:(1)添加物料干重10%以上(湿重4%以上)的过磷酸钙可以显著降低堆肥过程中NH3、C02、CH4和N_2O的排放,增加堆肥产品中30%总碳含量以及40%总氮含量。添加量为14%-26%时,会缩短堆肥时间并减少有机质降解并且不会影响堆肥达到腐熟和无害化,但不同添加量处理减排效果差异不显著。堆肥生产中,应综合考虑经济成本和堆肥产品养分配比,选择合适的添加比例。(2)过磷酸钙主要组分中Ca(H_2PO_4)_2是造成堆肥升温期过程减缓,缩短堆肥高温持续时间的主要原因。Ca(H2PO_4)2会减弱并延长堆肥有机质的好氧降解,但并不表现为有毒性;过磷酸钙中存在的游离磷酸和硫酸会促进木质纤维素的降解,而CaSO_4对有机质降解影响不大。从组分间相互影响的角度看,酸会加剧Ca(H2PO_4)2对猪粪堆肥体系的干扰作用,导致有机质降解受到抑制;CaSO_4在去酸的情况下能减缓Ca(H2PO_4)2对堆肥有机质降解的影响,但在有酸的情况下,则会加剧Ca(H2PO_4)2对堆肥体系造成的不利影响,起强烈的抑制效果。(3)pH对堆肥有机质降解存在明显的影响,但PO_43-表现出的限制作用更强。本研究中添加高量过磷酸钙提高堆肥物料EC值和NH4+-N浓度对整个堆肥过程有机质降解的影响不显著。(4)猪粪堆肥中,酸、碱都能显著促进粗脂肪的降解,木质纤维素降解受PO_43-的影响要强于H+,其中纤维素降解受影响程度最大。不同pH条件下PO_43-对木质纤维素降解的影响表现形式不一,其中酸性条件下PO_43-对纤维素、半纤维素和木质素降解的影响主要集中在高温期前2周,碱性条件下整个堆肥过程PO_43-对木质纤维素的降解都有限制作用,其中对纤维素降解的限制影响主要集中在降温期和腐熟期。pH低时会加强PO_4~(3-)对有机质降解的抑制作用。(5)PO_4~(3-)对猪粪堆肥氮素损失的控制主要表现在限制NH4+-N向NH3的转化。pH对PO_43-的固氮作用影响显著,酸性条件下PO_43-对NH4+-N的吸附能力强,并且PO_4~(3-)的固氮作用要强于H+;碱性环境中,PO_43-对NH4+-N的吸附能力大幅减弱,无明显固氮效果。PO_43-无论在酸性还是碱性条件下都会促进N_2O的排放,降低物料pH和PO_43-的添加都是促进N_2O排放的因素,但其影响机理和产生途径存在差异。本研究通过对高添加量过磷酸钙在堆肥中的应用,认为在堆肥生产和畜禽养殖场废弃物处理中可以利用过磷酸钙肥料作为调节堆肥养分水平、降低有害气体排放同时提高堆肥产量的有效手段。过磷酸钙中主要成分磷酸二氢钙和游离酸在控制堆肥氨气和温室气体排放上起主要贡献。本研究对推进中小型养殖企业废弃物处理和揭示磷酸盐对碳、氮代谢影响机理都具有重要意义。
[Abstract]:The results are as follows : ( 1 ) Ca ( H2PO _ 4 ) 2 can decrease the amount of NH3 , CO2 , CH4 and N2O in composting process . The main reason for reducing organic matter degradation is that Ca ( H2PO _ 4 ) 2 can decrease the effect of Ca ( H2PO _ 4 ) 2 on the degradation of organic matter in composting process . The effects of PO _ 4 ~ ( 3 - ) on the degradation of N _ 2O are mainly concentrated in the period of temperature reduction and decomposition .

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S141.4;X713

【参考文献】

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本文编号：1802885