堆肥科学与技术讲义课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第六章堆肥腐熟度判断 Compost第1页Its RecyclingNaturally第2页 第一节、堆肥腐熟度与稳定性一、有机固体废弃物堆肥腐熟度l堆肥化过程是基于易氧化有机质部分氧化,从而取得较稳定腐殖质和有机质。在有效农业生产中堆肥最终产物稳定和腐熟是至关主要。依据经验来看,高质量,腐熟堆肥标准是很好识别,它包含以下特征:堆积密度低,持水量高,pH呈碱性,有机质含量高。l迄今为止还缺乏一个统一标准去判定堆肥腐熟程度。显然这种半稳定土壤改良添加剂还没有发挥出其最大生物学效应和市场开发潜质。第3页二、腐熟度与稳定性l堆肥腐熟度(Maturity)就是堆肥腐熟程度,即堆肥中有机质经过矿化、腐殖
2、化过程最终到达稳定程度。l它是国际上公认衡量堆肥反应进行程度一个概念性参数。堆肥腐熟度作为衡量堆肥产品质量指标很早就被提出来,它基本含义是:第4页l(一)堆料中有机物质经过微生物活动,最终到达稳定化、无害化,即不对环境产生不良影响。l(二)堆肥产品使用不影响作物成长和土壤耕作能力。l腐熟度侧重于堆肥施用对植物生长影响,受堆肥物料,堆肥条件等很多原因影响,其评价指标各种多样。Frost(1992)把腐熟度看做是一个非常主观术语。第5页l堆肥稳定性(Stability)是反应有机质降解一个状态,是一个反应堆肥生物活性函数。稳定性侧重于堆肥施用对周围环境影响,依据微生物活动(如微生物呼吸和能量释放)
3、来判断堆肥稳定性。堆肥稳定性主要从堆肥温度、颜色、CO2释放速率、O2消耗速率、NO3-N含量改变及病原菌数量改变等方面加以评价。l值得注意是,稳定化概念包含有不一样内容。比如,能够将生物固体稳定化仅限于病原微生物降低,或生物固体臭味及挥发性固体降低 第6页l现有大多测试可划分为腐熟度测试和稳定性测试。腐熟度测试包含植物生长情况,稳定性测试包含臭味浓度和微生物呼吸强度等。l有学者认为稳定堆肥不一定是完全腐熟,其依然能够对供试植物产生抑制性物质或毒素。第7页Simple tests for finished compostBag testBag test:sealing compost in:s
4、ealing compost in a plastic bag for several days a plastic bag for several days should produce no foul odorshould produce no foul odorGermination testGermination test:will seeds:will seeds germinate in the compost?germinate in the compost?(good test to use if compost will(good test to use if compost
5、 will be part of a potting mix)be part of a potting mix)第8页l堆肥稳定性和腐熟度都是衡量堆肥产品质量尺度,其评价对于农用安全有着主要意义。到当前为止,还没有一个真正可靠、有效方法来衡量堆肥腐熟相对稳定程度。第9页l堆肥稳定性和腐熟度界定含糊性和不确定性部分原因可归结为:(a)堆肥系统应用微生物菌群多样性;(b)有机物质异构性和不可预知特征;(c)其应用领域和产物多样性;(d)新近复杂堆肥工艺技术应用。第10页第二节 堆肥腐熟度判定l一、腐熟度判断参数l关于堆肥腐熟度参数及评价指标已经有大量研究工作报道,并提出了许多评价方法。l表9-1列
6、出了主要指标和相关标准;l表9-2列出了一些学者研究和他们各自测试标准。第11页主要指标和相关标准第12页堆肥稳定性和相关参考文件 第13页第14页第15页堆肥腐熟度判定指标l能够划分为三大类包含:物理学指标化学指标(包含腐殖质)生物学指标 第16页物理学指标l物理学指标通常指是经过堆肥表观特征及一些物理学方法来确定堆肥腐熟程度。主要包含堆肥温度、颜色、气味以及是否不再滋生蚊蝇等特征。不过这种方法只能初步断定堆肥腐熟度,并不能进行定量分析,所以只能作为堆肥腐熟度一项辅助指标。第17页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价物理学物理学指标指标 l指 标(1)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l温度
7、l靠近环境温度 l易于检测;不一样堆肥系统温度改变差异显著,堆体各区域温度分布不均衡,限制了温度作为腐熟度定量指标应用。第18页l堆肥过程中堆体温度改变主要经历升温期、连续高温期、降温期,稳定时四个阶段。l堆肥腐熟后,堆体温度与环境温度趋于一致,普通不再显著改变,不一样堆肥系统温度改变差异显著。因为堆体为非均相体系,其各个区域温度分布不均衡,限制了温度作为腐熟度定量指标应用,不过堆肥温度能够在一定程度上反应堆肥进程,所以仍不失为堆肥腐熟度一个主要辅助性评价指标。第19页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价物理学物理学指标指标 l指 标(2)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l气味 l堆肥产品含有
8、土壤气味 l依据气味可直观性地判定堆肥是否腐熟,难以定量 第20页l通常堆肥原料都含有令人不快气味,而在堆肥运行过程中这些气味会慢慢消失。腐熟堆肥带有湿润泥土气味,是由土臭味素和2-甲基异冰片两种物质引发,它们是真菌和放线菌副产物。l气体量化指标建立最好指标就是气体单元(OU),一个可供参考检测气味方法是气味极限值法(OTV),即浓缩50%气体能检测出气味。第21页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价物理学物理学指标指标 l指 标(3)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l色度 l黑褐色或黑色 l堆肥色度受原料成份影响,较难建立一色度标准以判别各种堆肥腐熟程度。第22页l堆肥过程中堆料逐步发黑,腐
9、熟后堆肥产品呈黑褐色或黑色。Sugahara等提出一个简单技术用于检测堆肥产品色度,并回归出一关系式:l 他们认为Y值为1113堆肥产品是腐熟。使用这种方法时要注意取样代表性。不过,堆肥色度显然受其原料成份影响,极难建立统一色度标准以判别各种堆肥腐熟程度。第23页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价物理学物理学指标指标 l指 标(4)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l色度光学特征 lE665nm0.008 l堆 肥 丙 酮 萃 取 物 在665nm吸光度随堆肥时间呈下降趋势;该研究只是初步试验。第24页l堆肥腐殖酸在波长465 nm和665 nm处含有特征性吸收峰值,465 nm和665 nm
10、吸光度比值,称为E4/E6比。该比值与腐殖酸分子数量无关而与腐殖酸分子大小或缩合度有直接关系,通常随腐殖酸分子量增加或缩合度增大而减小,所以E4/E6比可作为堆肥腐殖化程度主要指标。第25页第26页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价物理学物理学指标指标 l指 标(5)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l残余浊度和水电导率 l l堆肥714d产品在改进土壤残余浊度和水电导率方面含有最适宜影响;需与植物毒性试验和化学指标结合进行研究。第27页l电导率反应了堆肥浸提液中离子总浓度,即可溶性盐含量。堆肥中可溶性盐是对作物产生毒害作用主要原因之一,主要是由有机酸盐类和无机盐等组成。l水溶性盐浓度伴随堆肥
11、腐熟程度发展而不停增加,在好氧性堆肥高温阶段又快速降低。降温过程中,因为硝化细菌重新活化,水提取物导电率(指可溶性盐离子浓度,包含硝酸盐,钙盐,镁盐)快速增加。第28页化学指标(包含腐殖质)l温度、气味和颜色等参数难于定量表征堆肥过程中堆料成份改变,也就不易定量说明堆肥腐熟程度。所以,常经过分析堆肥过程中堆料化学成份或性质改变来评价堆肥腐熟度。第29页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(1)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l挥发性固体(VS)lVS降解38%以上,产品中VS65%l易于检测;原料中VS改变范围较广且含有难于生物降解部分,VS指标应用难以含有普遍意义。
12、第30页l堆肥化过程中存在物质迟缓转化过程-由开始易分解或易挥发有机物质过渡到不易分解、愈加稳定形态,经过测定固体堆肥物质(指可挥发固体物质)和堆肥材料产生提取物(指可溶性挥发性固体物质)过程中挥发性固体物质降低,能够衡量堆肥化程度。l在适宜条件下,当挥发性固体含量高时(堆肥早期),微生物有大量能够利用能源,使堆体温度升高,伴随挥发性固体含量降低,堆体温度降低。第31页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(2)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l淀粉 l堆肥产品中不含淀粉 l易于检测;不含淀粉是堆肥腐熟必要条件而非充分条件。第32页l在堆肥过程中,最易降解有机质可能被微
13、生物用作能源而最终消失,所以一些研究者认为它们是最有用参数。堆肥原料中普通含有3类碳水化合物,即:糖、淀粉和纤维素。在堆肥过程中,糖首先消失,接着是淀粉,最终才是纤维素。淀粉和可溶性糖是堆肥原料中经典易降解有机质,易被微生物利用。第33页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(3)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l5日生化需氧量(BOD5)l2040g/kg lBOD5反应是堆肥过程中可被微生物利用有机物量;对于不一样原料指标无法统一;且测定方法复杂、费时。第34页l有试验证实,当每千克固体物料中生化需氧量少于5055g/kg时,堆肥温度达不到60。在最初堆肥高温期,生
14、化需氧量降低很快。l堆料不一样理化特征对于生化需氧量影响很大。有些固体废物原始值就较低,使得这一参数与上述挥发性固体相类似,对于不一样原料指标无法统一,而且对于生化需氧量测定,方法复杂、费时,不能及时反馈产品结果,从而影响对操作过程控制。第35页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(4)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lpH值 l8 9 l测定较简单;pH值受堆肥原料和条件影响,只能最为堆肥腐熟一个必要条件。第36页l许多研究者提出,pH值能够作为评价堆肥腐熟程度一个指标。堆肥物料或发酵早期,pH值为弱酸到中性,普通为6.57.5。腐熟堆肥普通呈弱碱性,pH值在89左
15、右。不过pH值亦受堆肥物料和条件影响,只能作为堆肥腐熟一个必要条件,而不是充分条件。第37页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(5)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l水溶性碳(WSC)lWSC6.5g/kg l水溶性成份才能被微生物所利用;WSC指标测定尚无统一标准。第38页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(6)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lWSC/WSNlWSC/WSN趋于56l一些原料(如污泥)初始WSC/WSN 6。第39页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(7)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lC
16、/N比 l1520:1 l腐熟堆肥C/N比趋向于微生物菌体C/N比,即16左右;一些原料初始C/N比不足16,难以作为广泛参数使用。第40页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(8)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lWSC/ON lWSC/ON2lWSC含量较少,测定结果准确性较差。第41页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(9)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lNH4+-N lNH4+-N0.4g/kglNH4+-N改变趋势组主要取决与温度、pH值、堆肥材料中氨化细菌活性、通风条件和氮源条件影响。第42页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化
17、学指标指标 l指 标(10)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lNH4+-N/(NO2-+NO3-)lNH4+-N/(NO2-+NO3-)3 l堆肥过程中伴伴随显著硝化反应过程,测定快速简单;硝态氮和铵态氮含量受堆肥原料和堆肥工艺影响。第43页l研究发觉,随堆肥进程发展硝酸盐表现出一定改变趋势,辅以其它参数,NO3-能够作为评价堆肥腐熟度简单而有力参数之一。因为不一样物料总N及NH3-N含量存在一定差异,极难用其绝对值来描述堆肥腐熟程度。第44页堆肥堆肥腐熟度腐熟度评价评价化学化学指标指标 l指 标(11)l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l阳离子交量(CEC)l lCEC是反应堆
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