污泥堆肥過程氮素變化及N2O排放

李欣忱，鄧華健

（西南大學 資源環境學院，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 資源環境學院，重慶 400715）

隨著城市的發展，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下研究的熱點。文章主要闡述了污泥處理現狀、堆肥過程中的氮素變化過程與特征及N2O排放的研究現狀。

污泥堆肥；氮素變化；N2O排放

據統計，到2014年，我國已建污水處理廠達6031座，總設計處理能力1.8億m3/d，全年共處理污水494.3億t，污泥產量突破3000萬t（含水率80%），且還會高速增長。但我國污泥無害化處理率極低，污泥污染問題日益凸顯。城市污泥成分復雜，除含大量水分外，還存在大量的重金屬、病原菌、有機污染物等有害成分，同時污泥還含有大量氮、磷、鉀、微量元素、有機質等營養成分，污泥堆肥既能實現無害化，又能達到資源化。但在堆肥過程中普遍存在氮素損失的現象，這不僅會造成環境污染，而且會降低堆肥效益影響農用效果。目前對城市污泥堆肥的研究主要集中在外緣物質或添加劑的選擇、工藝的改進以及相關指標的測定等方面，而對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 污泥處理現狀

據統計，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初，并未有污泥處理配套設備，“重水輕泥”的現象十分嚴重。

目前對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，且污泥填埋前未經無害化處理，由此造成的土壤及地表水、地下水污染極其嚴重。焚燒法雖可實現污泥的減量化、無害化，然而焚燒法的技術要求較高，費用昂貴，短期內難以廣泛施行。堆肥法以其投資少，運營成本低且可在一定程度上實現資源化的優勢，在城市污泥處理技術探究中愈發突顯出重要價值。

2 堆肥過程中的氮素變化過程與特征

堆肥過程中，污泥中的氮素物質經微生物代謝為NH3及小分子有機氮，NH3溶于水生成銨態氮。銨態氮經高溫分解揮發出NH3擴散到空氣中，或經固持作用生成有機態氮，也有部分銨態氮經微生物硝化作用生成硝態氮。硝態氮經過反硝化作用生成N2或溫室氣體N2O，或經降水淋溶或滲透作用造成氮素流失，淋融損失過大時或造成面源污染。

堆肥過程中的氮素損失主要包括反應過程中生成含氮氣體NH3和N2O，及硝態氮的淋溶損失。其中外源添加劑的配比比例、反應溫度及通風狀況等都會影響氮素損失。李必瓊等發現添加微生物菌劑可提高堆體的升、降溫速率，并能促進堆肥后期中銨態氮轉化為硝態氮，但氮素損失也會因此增加。楊國義等研究了不同通風方式對氮素轉化的影響，試驗發現強制通風與機械翻堆結合的通風方式能更好地提高堆體的升溫速度，促使銨態氮轉化為硝態氮。

3 污泥堆肥過程中N2O排放研究現狀

堆肥過程中，污泥中所含的有機氮不僅易被氨化菌轉化形成氨氣，并在硝化反硝化過程中產生溫室氣體N2O。大氣中N2O濃度雖然遠低于CO2，但其溫室效應是CO2的296倍，占總溫室效應的5%。因此，堆肥過程中N2O的排放對環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。謝軍飛等發現N2O的排放通量隨含水率的增加而升高，當含水率超過某一限度時，N2O的排放通量開始下降。Hao等發現，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亞硝化及N2O的釋放情況。結果表明，在15~35℃范圍內亞硝化率、氨氧化率及N2O排放量均逐漸升高。Szanto等發現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%的結論。賀亮等研究結果表明使用的填料不同，堆肥過程中銨態氮、硝態氮的含量及變化趨勢完全不同，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量逐步增大，如何高效環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，若處理不當不僅造成資源的浪費，過高的溫室氣體排放量將加劇溫室效應；同時淋失的氮素流入水體也將造成水體富營養化。綜上，如何高效地利用好氧堆肥方式處理污泥，對于減少污泥堆肥過程N2O的排放和氮素流失具有重大環境意義。

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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，大學本科，主要研究方向：土壤重金屬修復技術。