猪粪堆肥中挥发性有机物的产生规律及影响因素研究

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高温堆肥过程中易产生挥发性有机物(VOCs),VOCs对人体健康造成的影响不容忽视。本文以降低VOCs的产生与排放为目标,开展了猪粪堆肥中挥发性有机物(VOCs)的产生规律及影响因素,首先明确猪粪和玉米秸秆堆肥过程中产生的VOCs组分清单与不同VOC的浓度变化特征,通过VOCs与臭气浓度的相关性分析,确定猪粪堆肥中主要致臭VOCs种类。其次,对含水率、C/N和通风速率三因素设置三水平试验,进行猪粪和玉米秸秆堆肥,通过极差分析法,明确猪粪堆肥中主要致臭VOCs的关键影响因素,并确定减排VOCs的最优工艺方案。最后,采用上一试验最优工艺方案进行堆肥,添加不同比例的生物炭吸附VOCs,确定生物炭的最佳添加比例,最大程度减排VOCs。不论对于有机垃圾处理厂的安全生产,亦或是减少环境污染,还是对于促进农业的可持续发展都具有重要意义。试验结果如下:  (1)在对猪粪和玉米秸秆堆肥阶段,高温期持续10d以上,堆体达到无害化处理,符合一般堆肥标准的规定,在发酵期间共检测到包括NH3和H2S在内的33种致臭气体,其余31种均为VOCs,包括12种芳香烃化合物,8种醛类化合物,1种硫醇化合物、3种硫醚化合物,4种卤代烃化合物,2种酮类化合物,1种胺类化合物;猪粪堆肥中臭气的产生主要集中在堆肥的初始阶段,随堆肥时间的增加臭气浓度逐渐降低,主要致臭物质依次为:二甲基二硫醚>二甲基三硫醚>甲硫醚>H2S>乙醛,除H2S外,其余4种均为VOCs,其中以硫醚类气体为猪粪和玉米秸秆堆肥中产生的主要致臭VOCs。  (2)猪粪堆肥中二甲基二硫醚排放浓度的影响因素依次为:通风速率>C/N>含水率,二甲基三硫醚排放浓度的影响因素依次为:含水率>通风速率>C/N,本试验中的最佳减排致臭VOCs组合为:含水率65%、C/N:30∶1、通风速率:1.0m3/(min·m3),以控制猪粪和玉米秸秆堆肥中VOCs的产生与释放。  (3)在试验二最优参数的基础上向堆体添加不同比例的生物炭,能够使不同处理间堆肥高温期(>50℃)的持续时间均达到10d,符合《粪便无害化卫生要求》(GB7959-2012)中的规定,且能够降低氮素损失,保证堆体肥效。向猪粪堆肥中添加干基比100∶25的生物炭不仅能够降低堆肥初始阶段二甲基三硫醚的排放浓度的94.3%,缩短二甲基二硫醚的高浓度排放时间至3d以下,从而达到降低堆肥中臭气的危害的目的,同时还能够有效降低堆肥过程中高温期TVOCs的53.9%的最高排放浓度,对堆肥中TVOCs的控制提供了参考依据。  本论文通过研究猪粪堆肥中VOCs的产生规律及影响因素,明确了猪粪堆肥中主要致臭物质及其类型,提出了最优减排猪粪堆肥中主要致臭VOCs的试验方案,为猪粪堆肥中臭气及VOCs的治理提供了参考依据。
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