污泥堆肥过程氮素变化及N2O排放

李欣忱，邓华健

（西南大学 资源环境学院，重庆 400715）

污泥堆肥过程氮素变化及N2O排放

李欣忱，邓华健

（西南大学 资源环境学院，重庆 400715）

随着城市的发展，城市生活污水污泥量也迅速增加，污泥合理处理已成为不可忽视的问题。目前，合理有效的污泥堆肥化处理已成为当下研究的热点。文章主要阐述了污泥处理现状、堆肥过程中的氮素变化过程与特征及N2O排放的研究现状。

污泥堆肥；氮素变化；N2O排放

据统计，到2014年，我国已建污水处理厂达6031座，总设计处理能力1.8亿m3/d，全年共处理污水494.3亿t，污泥产量突破3000万t（含水率80%），且还会高速增长。但我国污泥无害化处理率极低，污泥污染问题日益凸显。城市污泥成分复杂，除含大量水分外，还存在大量的重金属、病原菌、有机污染物等有害成分，同时污泥还含有大量氮、磷、钾、微量元素、有机质等营养成分，污泥堆肥既能实现无害化，又能达到资源化。但在堆肥过程中普遍存在氮素损失的现象，这不仅会造成环境污染，而且会降低堆肥效益影响农用效果。目前对城市污泥堆肥的研究主要集中在外缘物质或添加剂的选择、工艺的改进以及相关指标的测定等方面，而对堆肥过程中氮素的变化特征以及N2O气体的排放则研究甚少。

1 污泥处理现状

据统计，我国大部分污水处理厂采用浓缩脱水来处理污泥，而采用稳定化处理的污水处理厂的比例不到20%。大部分污水处理厂在建设初，并未有污泥处理配套设备，“重水轻泥”的现象十分严重。

目前对于污泥处置方式主要为弃置、土地填埋、焚烧及土地利用（堆肥方式）。填埋法为当今污泥处理的主要方式，但由于该法侵占大量土地，且污泥填埋前未经无害化处理，由此造成的土壤及地表水、地下水污染极其严重。焚烧法虽可实现污泥的减量化、无害化，然而焚烧法的技术要求较高，费用昂贵，短期内难以广泛施行。堆肥法以其投资少，运营成本低且可在一定程度上实现资源化的优势，在城市污泥处理技术探究中愈发突显出重要价值。

2 堆肥过程中的氮素变化过程与特征

堆肥过程中，污泥中的氮素物质经微生物代谢为NH3及小分子有机氮，NH3溶于水生成铵态氮。铵态氮经高温分解挥发出NH3扩散到空气中，或经固持作用生成有机态氮，也有部分铵态氮经微生物硝化作用生成硝态氮。硝态氮经过反硝化作用生成N2或温室气体N2O，或经降水淋溶或渗透作用造成氮素流失，淋融损失过大时或造成面源污染。

堆肥过程中的氮素损失主要包括反应过程中生成含氮气体NH3和N2O，及硝态氮的淋溶损失。其中外源添加剂的配比比例、反应温度及通风状况等都会影响氮素损失。李必琼等发现添加微生物菌剂可提高堆体的升、降温速率，并能促进堆肥后期中铵态氮转化为硝态氮，但氮素损失也会因此增加。杨国义等研究了不同通风方式对氮素转化的影响，试验发现强制通风与机械翻堆结合的通风方式能更好地提高堆体的升温速度，促使铵态氮转化为硝态氮。

3 污泥堆肥过程中N2O排放研究现状

堆肥过程中，污泥中所含的有机氮不仅易被氨化菌转化形成氨气，并在硝化反硝化过程中产生温室气体N2O。大气中N2O浓度虽然远低于CO2，但其温室效应是CO2的296倍，占总温室效应的5%。因此，堆肥过程中N2O的排放对环境的影响也不容忽视。

堆肥过程中影响N2O排放量的影响因素包括含水率、pH值、温度、供氧量及添加剂等。谢军飞等发现N2O的排放通量随含水率的增加而升高，当含水率超过某一限度时，N2O的排放通量开始下降。Hao等发现，N2O的排放量在中性或弱酸性条件下最高。郭宁等探讨了不同温度对亚硝化及N2O的释放情况。结果表明，在15~35℃范围内亚硝化率、氨氧化率及N2O排放量均逐渐升高。Szanto等发现通过翻堆处理提高供氧量能有效降低N2O的排放量，并得出N2O的排放量占初始总氮的2.5%±0.1%的结论。贺亮等研究结果表明使用的填料不同，堆肥过程中铵态氮、硝态氮的含量及变化趋势完全不同，且仅以稻草为填料的堆肥样品的氮损失率最高。

4 研究意义

随着城市污水处理量和污泥产量逐步增大，如何高效环保地处理城市污泥已成为影响居民健康生活的重要因素，其中处理过程中氮素的流失问题不容忽视，若处理不当不仅造成资源的浪费，过高的温室气体排放量将加剧温室效应；同时淋失的氮素流入水体也将造成水体富营养化。综上，如何高效地利用好氧堆肥方式处理污泥，对于减少污泥堆肥过程N2O的排放和氮素流失具有重大环境意义。

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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，大学本科，主要研究方向：土壤重金属修复技术。