牛粪堆肥的腐熟度评价及重金属形态变化研究

上海师范大学硕士学位论文牛粪堆肥的腐熟度评价及重金属形态变化研究姓名：高建程申请学位级别：硕士专业：环境科学指导教师：于金莲;任丽萍20080401摘要畜禽粪便是一种有价值的资源，堆肥化能够实现粪便的资源化利用，有效地提高堆肥效率和降低堆肥产品中重金属的危害具有重要的意义。本研究从探讨牛粪与秸秆的资源化利用为出发点，研究了（１）不同预堆期对牛粪和秸秆混合堆肥进程的影响及其用生化参数评价堆肥腐熟度的可能性，以及采用模糊数学分析方法综合评价堆肥腐熟度；（２）运用ＤＴＰＡ（二已烯三胺五乙酸）浸提和ＢＣＲ分级提取法研究牛粪在不同预堆期下堆肥对重金属形态的影响，利用主成分分析法（ｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔ

ａＩｌａｌｙｓｉｓ，ＰＣＡ）探索牛粪堆肥中重金属形态变化规律。

实验按预堆天数分为四堆，预堆期分别为０、５、１０、１５天，分别标记皑、５群、１皑和１５＃。实验期从２００７年４月１３日至２００７年６月１５日进行了为期６３ｄ的堆肥。实验中对温度、ｐＨ、ＴＯＣ、ＴＮ、Ｃ／Ｎ、总菌数和发芽指数（ｇｅ姗ｉｎａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ，

Ｇ１１，重金属总量和重金属形态进行了测定，并对测定结果进行数学分析，得到

以下主要结论：（１）设置预堆期能使堆肥快速地进入高温发酵期且高温持续的时间更长，使牛粪堆肥更快地进入腐熟期。（２）通过比较堆肥腐熟参数的相关性，利用多重回归分析方法，综合ｐＨ、Ｃ／，Ｎ和ＧＩ指标，得出回归方程口＝一２１５．７５４＋４４．３功何一２．８０４【ｃ／Ⅳ】，结合方程综合分析表明ＧＩ＞１０５．０８％可以作为堆肥腐熟度的参考指标。（３）运用模糊综合评价方法判别堆肥的腐熟度，可以避免单一指标评估所引起的偏差和片面性，能综合量化堆肥的腐熟程度，实验中各处理中皑处理堆肥只是４级未达到腐熟，５撑处理也是４级未达到腐熟，１畔和１５静处理均达到了１级达到了完全腐熟的状态。（４）经堆肥后重金属总量有所增加，主要是由于堆肥过程体积浓缩和挥发性物质的散失引起。ＤＴＰＡ和ＢＣＲ形态分析均表明，经堆肥后重金属的活性降低。（５）运用主成分分析表明，堆肥中重金属形态变化与重金属种类有关，牛粪堆肥中Ｃｕ的氧化态和残渣态含量较高；而ｚｎ主要以可交换态、还原态存在。关键词：堆肥；预堆期；腐熟度评价；重金属形态；多重回归；模糊评价；主成分分析ＡｂｓｔｒａＣｔＣａｔｔＩｅｍａｎｕｒｅａＪｌｄｓｔｒａｗｗｅｒｅｉｍｐｏｎａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｗａｓｔｏ

ｓｔｕｄｙ：（１），

ｔｈｅｅａ＇ｅｃｔｏｆｄｉ骶ｒｅｎｔｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｍｅ０ｎｃａｔｔｌｅｍａｎｕｒｅａｎｄｓｔｒａｗｍｉｘｔｕｒｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ，ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｕｓｉｎｇｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄＦｕｚｚｙｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉＶｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｔｏｅＶａｌｕａｔｅｔｈｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｍａｔｕｒｉｔｙ，（２）ｔｈｅｅ骶ｃｔｏｆｄｉｆ：ｆ色ｒｅｎｔｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ

ｔｉｍｅｏｆｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇＯｎｓｐｅｃｉａｔｉＯｎＯｆｈｅａＶｙｍｅｔａｌ，ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＤＴＰＡａｎｄＢＣＲ

ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｌａｗｏｆｃｈａｎｇｅｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｃａｔｔｌｅｍａｎｕｒｅＣｏｍｐｏｓｔｉｎｇ，ｂｙｕｔｉｌｉｚｉｎｇＰＣＡ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｄｉＶｉｄｅｄｉｎｔｏｆｏｕｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｅｒｉｏｄｓ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅＯｄａｙ，５ｄａｙｓ，１０ｄａｙｓ

ａｎｄ１５ｄａｙｓ（ｍａｒｋｅｄ０襻，５群，１０撑，１５的，ｒｅｓｐｅｃｔｉＶｅｌｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ

ｐｅｒｉｏｄｓｓｔａｎｅｄｆＩＤｍ４－１３—２００７ｔｏ６—１５—２００７，ｔｏｔａｌｌｙ６３ｄａｙｓ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄｓ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐＨ，ＴＯＣ，ＴＮ，Ｃ／Ｎ，ｔｏｔａｌｂａｃｔｅｒｉａ，ｇｅｍｉｎａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ（ＧＤ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ

ａｎｄｓｐｅｃｉａｔｉｏｎＯｆｈｅａＶｙｍｅｔａｌｗｅｒｅｄｅｔｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：（１）Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｅｒｉｏｄｓｗｅｒｅａｂｌｅｔｏｒｉｓｅｔｈｅｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｆｅ，ｔｏｐｒ０１０ｎｇ

ｔｈｅｔｉｍｅ０ｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｃＯｍｐｏｓｔｔＯｒｅａｃｈｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｑｕｉｃｋｌｙ．

（２）Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｏ

ｕｓｅ

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ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｔｅｐｗｉｓｅｒｅ伊ｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ＴｈｅＧＩｖａｌｕｅ，伊ｅａｔｅｒｔｈａｎ１０５％，ｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｂｅｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｏｆｅＶａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｏｆｃｏｎｌｐｏｓｔｉｎｇｍａｔｕｒｉｔｙ．（３）ＦｕｚｚｙｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉＶｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｗａｓｕｓｅｄｔｏｅＶａｌｕａｔｅｔｈｅ

ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ

ｍａｔｕｒｉｔｙ，ｗａｓａｂｌｅｔＯａｖｏｉｄｕｎｉｌａｔｅｒａｌａｎｄｔｏｉｎｔｅ铲ａｔｅｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌｍａｔｕｒｉｔｙ．（４）ＦｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｅＤＴＰＡａｎｄＢＣＲｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｓｐｅｃｉａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆ

ｈｅａＶｙｍｅｔａｌｓｗｅｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｗａｓｔｈａｔｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄａｎｄｖｏｌａｔｉｌｉｚｅ．

（５）’１１ｌｅｄａｔａｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｈｅａＶｙｍｅｔａｌｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈ

ｓｐｅｃｉｅｓ．ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｗｓｗｅｒｅｅｘｉｓｔｅｄｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅａＶｙｍｅｔａｌｓ．ＴｌｌｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＣｕ－ｏｘｉｄｉｚａｂｌｅａｎｄＣｕ－ｒｅｓｉｄｕａｌｗｅｒｅｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｆ｝ａｃｔｉｏｎｓｏｆｅｘｃｈａＩｌｇｅａｂｌｅａＩｌｄｒｅｄｕｃｉｂｌｅｗｅｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｆｏｒＺｎ．ｉｎ

ｃｏｍｐＯｓｔｅｄｓｌｕｄｇｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ；ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｅｒｉｏｄ；ｍａｔｕｒｉｔｙｅＶａｌｕａｔｉｏｎ；ｈｅａＶｙｍｅｔａｌ

ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉｐｌｅｒｅ铲ｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ；ｆｕｚｚｙｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉＶｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ

２上海师范大学硕｝：学位论文论文独创性声明论文独创性声明本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表示了谢意。

作者签名高复秒日期：少口罗，『．７６

论文使用授权声明本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。

作者签名：摊弦导师签名：ｊ／守踅同期：加矽毋．ｒ．“．

５５上海帅范人学硕上学位论文第一章文献综述第一章文献综述随着畜禽产品市场需求日益扩大，越来越多的规模化、集约化饲养场蓬勃发展起来，大大提高了畜禽产品的产量和质量，降低了生产成本，提高了生产管理和商品化经营管理效率，从而在市场竞争中占有有利的地位，但随之也带来了集约化养殖场畜禽粪排放量急剧增长的问题。据不完全统计，全国１０００头以上的猪场、１００头以上的牛场、１０万只以上的鸡场共计近１５０００家【１】ｏ全国人大２００３年对《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》执行检查结果表明，我国规模化养殖场畜禽粪便产生量达１７．３亿吨，是工业固体废物的２．７倍。由于畜禽粪便产生量很大，以及８０％以上的畜禽养殖场没有综合利用和污水处理设施，造成了严重的环境污染【２Ｊ。不仅如此，畜禽粪便中还含有因饲料添加而超标的兽药和重金属残留。畜禽粪便产生的环境污染，已成为我国农村面源污染的主要来源之一。由畜禽养殖业和畜产加工业带来的环境污染和生态环境破坏现象也越来越严重，不但制约了畜牧业自身的可持续发展，而且严重影响了社会和国民经济的发展。因此，必须加强畜牧业废水和粪便的无害化处理，强化循环利用有机固体废弃物资源的机制，建立起良好的畜牧生态环境体系，实现经济社会、环境与人之间的和谐发展。秸秆是主要的农业固体废物之一，２００２年１１月，国家环保总局发布了《秸秆禁烧和综合防治利用管理工作办法》，要求禁止在机场、交通干线、高压输电线路附近和省辖市（地）级人民政府划定的区域内焚烧秸秆。各地应大力推广机械化秸秆还田、秸秆饲料开发、秸秆汽化、秸秆微生物高温快速沤肥及秸秆工业原料开发等多种形式的综合利用成果１３Ｊ。堆肥化处理粪便和秸秆固体废弃物是目前研究较多，应用较为广泛，且具有很好前景的方法，是畜禽粪便稳定化、无害化、减量化和资源化处理的有效手段。该方法可以有效地杀灭粪便中的虫卵，对于肥效的保持也具有良好的效果。堆肥化研究内容主要包括五个方面，堆肥的设备研究、堆肥化工艺研究、堆肥微生物学研究、堆肥化控制研究（包括过程控制研究和污染控制研究）