陈是吏，袁 京，李国学，何胜洲，张邦喜



过磷酸钙和双氰胺联用减少污泥堆肥温室气体及NH3排放

陈是吏1，袁 京1，李国学1※，何胜洲1，张邦喜2

（1. 中国农业大学资源与环境学院农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室，北京 100193；2. 贵州省农业资源与环境研究所，贵阳550006）

为研究添加剂过磷酸钙和硝化抑制剂双氰胺联用对脱水污泥高温好氧堆肥氨气和温室气体减排的影响效果，该文以脱水污泥和玉米秸秆为原材料，设置4个堆肥处理分别为：不添加任何添加剂作为对照（CK），只添加3.5%（湿基）过磷酸钙为SP3.5，在添加0.1%双氰胺基础上分别加入3.5%（湿基）过磷酸钙（SD3.5）和5.0%（湿基）过磷酸钙（SD5.0）控制材料，在60 L发酵罐中进行为期34 d好氧高温堆肥试验，监测堆肥过程中的温室气体、氨气排放速率及堆体总有机碳和总氮损失率。结果表明：添加过磷酸钙及硝化抑制剂双氰胺可以促进堆肥腐熟和提高堆肥品质，同时降低堆肥过程中的总氮损失、NH3排放以及显著减少污泥堆肥总温室气体排放。2种添加剂联合使用使SD3.5和SD5.0处理氮素损失相比于CK处理减少10.92%和13.08%，总温室气体排放量比对照减少65.6%和74.8%。该研究可为污泥堆肥添加剂的选择以及污染气体的减排控制提供参考。

污泥处理；堆肥；温室气体；过磷酸钙；双氰胺；氮素损失

0 引 言

随着中国工业化和城镇化进程的加快，城市污水处理伴随着大量剩余脱水污泥的产生，剩余污泥中含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等，常常伴有恶臭气体[1]。据统计，截止2014年，污水处理产生污泥的产量约1×106m3/d，2007至2015年全国污水污泥产量每年的增长比例超过13%[2-4]。庞大的污泥产量不仅给污泥管理带来沉重的负担，也带来一系列的环境问题。污泥处理方式主要填埋，焚烧，厌氧消化，好氧堆肥等，由于污泥堆肥优势明显，这项技术引起世界各国的广泛关注，已成为环保领域内的一个研究热点[5-8]。

污泥好氧高温堆肥技术得到广泛认可，同时许多研究者指出在污泥堆肥过程中会产生一系列的有害气体和温室气体（greenhouse gas，GHG），其中主要包括NH3、CH4和N2O等[9]。IPPC2007年的报告指出，CH4和N2O都是重要的的温室气体，100 a温室效应分别是CO2的25和298倍[10]。这不仅降低堆肥的农用价值，而且严重污染大气、危害人畜健康、加剧全球温室效应以及带来酸雨危害和水体富营养化等问题。

传统的好氧堆肥过程中氮素损失量约为初始总氮16%～76%[11]，氨挥发对氮损失的贡献率能达到40%～80%[12]，是堆肥过程中氮损失的主要形式。有研究表明，农业活动对N2O排放的贡献率达到84%，在堆肥过程中0.1%～9.9%初始总氮以N2O的形式损失，0.01%～0.80%的初始总碳以CH4的形式损失[13-17]。因此，堆肥工艺条件日益优化的同时，减少堆肥中氮素损失及温室气体排放，已经成为国内外学者研究的核心。

众多研究者发现使用化学添加剂能减少堆肥过程中氮素损失和温室气体排放。Predotova等[18]发现在畜禽粪便堆肥过程中添加磷矿石能显著地减少氮素损失，当添加量达到物料干质量的33%时，氮素损失能减少50%；任丽梅[19]发现在鸡粪堆肥过程中添加过磷酸钙等磷酸盐能抑制NH3排放从而固持氮素，这是因为磷酸根和铵根离子形成稳定的配合物，硫酸根离子和铵根离子形成稳定的化合物硫酸铵。李冰等的试验也得出了相同的结论[20-22]。

罗一鸣等[23]发现在猪粪堆肥过程中使用过磷酸钙作为氮素固定剂，在低添加量3.3%～6.6%的条件下，堆肥可以达到腐熟，同时可减排NH3、N2O和CH4。但高剂量的过磷酸钙则会减缓堆肥有机物料降解速率，延迟堆肥腐熟，不利于整个堆肥进程。江滔[24]发现在猪粪堆肥过程中，使用Mg(OH)2和H3PO4作为氮素固定剂的基础上，添加硝化抑制剂双氰胺能够更大程度地减排N2O和NH3，总温室气体减排率能达到65.2%。

双氰胺（DCD）作为一种硝化抑制剂施用于农田减少农田温室气体排放已受到广泛研究，但在堆肥中应用较少。李香兰等[25]发现施用硝化抑制剂DCD能分别降低水稻生长期21.41%甲烷和8.00%氧化亚氮排放；纪洋等[26]发现小麦麦季不同时间施用DCD氧化亚氮减排率能达到21%～35%；Luo等[27]在猪粪堆肥过程中发现添加物料干质量0.2%DCD能显著减少堆肥中N2O排放量；Jiang等[28]也证实在猪粪秸秆堆肥不同时期添加DCD能降低76.1%～77.6%N2O排放。

研究表明堆肥过程中单独使用过磷酸钙或者硝化抑制剂双氰胺均可作为添加剂减少堆肥过程中温室气体排放和氮素损失。本文在已有研究的基础上，以二者联用为创新点，设置不同比例的过磷酸钙添加水平，同时添加硝化抑制剂双氰胺，研究过磷酸钙不同添加量和双氰胺联合作为添加剂对污泥堆肥腐熟度以及温室气体和氨气排放规律的影响，研究成果可为污泥堆肥添加剂的选择以及污染气体的减排控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用脱水污泥取自北京市海淀区肖家河污水处理厂未经过厌氧消化的生活污泥；玉米秸秆取自中国农业大学上庄试验站，经粉碎机切割为3 cm左右的秸秆段；过磷酸钙购于市场，有效成分以P2O5计(≥18%)；双氰胺为实验室分析所用，分析纯标准。原材料的基本性状见表1。

表1 初始物料物理化学性质

注：含水率和密度以湿基计算；TOC和TN均为干基含量。

Note: Moisture and density were calculated based on wet basis; TOC and TN were calculated based on dry basis.

1.2 试验设计

本次试验时间为2015年3月至5月，试验地点为中国农业大学上庄实验站。试验在60 L好氧高温堆肥密封发酵罐中进行，发酵罐结构如图1所示。污泥堆肥原料为85%污泥和15%玉米秸秆（占初始物料总质量的百分比，湿基），DCD添加量参考初始总氮计算[27]。试验共设4个堆肥处理（无重复），分别是污泥秸秆联合堆肥作为对照（CK），并以CK配比为基本材料，只添加物料湿质量3.5%过磷酸钙设置处理1（SP3.5），在均添加0.1%双氰胺（DCD）基础上分别加入物料湿质量3.5%过磷酸钙设置处理3（SD3.5）、5.0%过磷酸钙(SD5.0)设置处理4进行高温堆肥试验。各处理添加材料和配比如表2所示，初始堆料体积约为60 L，质量35 kg，含水率为65%。试验周期为34 d，试验翻堆频率为1次/周，通风方式为连续通风，通风量为0.2 m3/h。

表2 堆肥各处理物料添加比例

1.3 测定项目与方法

1.3.1 堆肥取样

堆肥固体样本分别在第0、7、14、21、28、34天堆肥物料充分翻堆混匀后至重新装罐填料前进行采集，以确保采样均匀。每次翻堆前后对各罐物料进行称质量，用以计算堆肥过程物料质量损失变化。堆肥每周取样1次，每次取样大约300 g。样品一式3份，1份鲜样储存在4 ℃冰箱中待测pH值、电导率（electric conductivity，EC）、硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）、发芽率指数（germination index，GI）等指标；1份样品用烘箱在105 ℃条件下烘干，测定含水率；另1份自然风干，粉碎后过100目筛作为干样测定总有机碳（total organic carbon，TOC）和总氮（total nitrogen，TN）。

1.3.2 温室气体和NH3

CH4和N2O气体样品使用带三相阀门（德国）的注射器采集，每天测定1次，每次重复测定3次取平均值。CH4和N2O采用SP-3420A型气相色谱（北京北分瑞利）测定。其中CH4测定选用火焰电离检测器（flame ionization detector，FID），填充柱，载氮气，温度为：检测器280 ℃、进样口150 ℃、柱温120 ℃；N2O测定采用电子捕获检测器（electron capture detector，ECD），毛细柱、载气为氦气，温度为：检测器280 ℃、进样口120 ℃、柱温80 ℃；NH3测定采用吸收瓶法测定，用质量分数2%的硼酸吸收，标准浓度的稀硫酸滴定。

1.3.3 O2和CO2

O2和CO2采用泵吸式气体检测仪（英国 Geotech，BM2K-EOOO）直接读数测定。

1.3.4 温 度

由堆肥反应的温度传感器记录，温度采集点为堆体中心，采集时间为每天整点通过电脑直接读取。

1.3.5 各理化指标测定方法

含水率、pH值、EC值依照农业行业标准《NY525-2012有机肥料》中的标准方法测定，具体方法为去离子水与鲜样以液固比10:1（体积质量比）混合，往复振荡30 min，振荡速率为150 r/min，静置过滤取上清液经MP521型pH计和电导仪测定；4和6是堆肥浸提液在465和665 nm波长下测定的吸光度值，是评价堆肥腐熟度的腐殖化参数之一；总有机碳（total organic carbon, TOC）和总氮（total nitrogen, TN）采用元素分析仪测定（Elementar Analysensysteme, Hanau，德国）；NH4+-N和NOx--N测定方法是2 mol/L KCl溶液与鲜样以液固比10:1混合，振荡30 min，静置过滤取上清液经稀释后上流动分析仪测定（Auto Analyzer 3，Seal，德国）；发芽率指数GI的测定选用萝卜种子，取水浸提液5 mL置于垫有滤纸的培养皿中，于（20±1）℃培养箱中培养48 h后测定发芽率和根长，并根据下列公式计算GI值[29]。

堆肥过程中总碳、总氮损失比例采用质量法计算[29]。

（2）

式中为堆体总碳、氮损失比例，%；0、1分别为表示堆肥初始和结束时总碳、氮质量分数，g/kg；0、1分别为表示堆肥初始和结束时物料干质量，kg。

NH3和N2O排放占总氮损失的比例，甲烷排放占总碳损失的比例采用质量法计算。

（4）

（5）

式中2、3、4分别代表NH3、N2O和CH4累积排放量，g/kg；TN和TC代表总氮和总碳含量，g/kg；气体累积排放量为每天气体排放量的累积值。

1.4 统计分析方法

统计分析采用SAS8.0和SPSS 20.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 温 度

温度是衡量堆肥过程中有机质降解的一个重要的指标，本次堆肥过程中4个处理的温度变化如图2所示。堆肥初期，各处理中嗜温性细菌在低温条件下分解堆体中可溶性及极易被降解的有机物并释放出热量，堆肥温度快速上升；随着可利用C源和N源逐渐减少，微生物活动逐渐减弱，堆肥温度降低，堆肥逐渐腐熟。

CK处理在堆肥第6天达到高温期（>50 ℃），SP3.5、SD3.5和SD5.0处理分别在堆肥第5天，第4天和第5天到达高温期。4个处理高温期分别持续4、4、4和2 d，最高温度可达到70 ℃以上，可以杀灭堆料所含致病微生物和害虫卵，保证堆肥卫生[19]。整个堆肥过程中4个处理温度变化过程无显著性差异（>0.05），但SD5.0处理较SD3.5处理晚1 d到达高温期，这可能是因为随着过磷酸钙添加量的增加，堆体初期pH值减小，嗜热微生物活性受到抑制。这与Luo等发现在猪粪堆肥过程中添加过磷酸钙，随着过磷酸钙添加量的上升，堆肥升温启动到达高温期时间增长的结果一致[27]。

堆肥过程中堆体温度的上升常伴随着氧气浓度的下降，各处理堆肥温度和氧气含量呈显著地负相关关系（=-0.815<0.001），各处理氧气含量均呈现先下降后上升，再逐渐趋近于室内环境空气含量。

a. 温度

a. Temperature

2.2 甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）和氨气（NH3）排放

CH4是由产甲烷菌利用堆料底物中一些简单的有机物，甲酸、甲醇、甲基胺类以及CO2/ H2等，在厌氧条件下产生的一种温室气体[30]。图3a是堆肥期间CH4每天平均排放速率的变化过程。4个处理CH4排放高峰均发生在堆肥前期，随着堆体温度的升高，微生物分解有机质消耗大量的O2，同时污泥颗粒致密，氧气不能完全渗透，局部缺氧情况无法避免。随着堆肥过程中可利用有机碳逐渐消耗，微生物生命活动减弱，CH4排放速率也逐渐降低最后趋近于0，不同于赵晨阳等[31]和罗一鸣等[23]堆肥后腐熟期CH4排放速率降低，趋于平缓的结果。

CK处理在堆肥第2天达到CH4排放高峰，平均排放速率为0.26 g/(kg·d)。SP3.5，SD3.5和SD5.0处理CH4排放高峰都在堆肥第4天产生，平均排放速率分别为0.07，0.06和0.05 g/(kg·d)。统计分析结果表明，CK处理CH4平均排放速率与使用添加剂的3个处理均有显著性差异（<0.01），使用添加剂3个处理间无显著性差异（>0.05）。

CK处理CH4累积排放量为0.46 g/kg。SP3.5、SD3.5和SD5.0处理分别为0.14、0.1和0.08 g/kg，相比于CK处理分别减排69.6%、78.3%和82.6%。处理SD5.0较SD3.5 CH4减排率高，这可能是因为SD5.0处理添加高比例过磷酸钙。这与罗一鸣等[23]发现猪粪堆肥过程中添加物料干质量3.3%过磷酸钙能显著抑制CH4排放类似。这是因为过磷酸钙中的SO42-抑制产甲烷菌的活动，从而导致整个过程中CH4排放量的降低。堆肥过程中硫酸盐还原菌以简单的[H]、CH3COOH和乳酸为电子供体，SO42-为电子受体，将SO42-还原为S2-，在此期间产甲烷菌也可以利用上述基质完成自身的生化代谢反应，二者之间形成竞争，而且S2-的产生对产甲烷菌有毒害作用[32-34]。添加DCD处理SD5.0甲烷减排率高，这说明在添加过磷酸钙的基础上，添加DCD能够促进甲烷减排。

普遍认为N2O在堆肥过程中由铵态氮的硝化和硝态氮的反硝化2种途径产生。不同时期2种途径对N2O产生的贡献率不同。一些学者认为堆肥早期N2O主要由硝化反应产生，Santos等[30]认为是甲烷氧化菌对氨气氧化的结果；Hao等[35]，Sommer[36]和Szanto[15]发现堆肥前期温度低，氧气充足，促进了N2O产生于堆肥表层，El Kader等[37]认为N2O在堆肥开始前物料储存时就已经形成。Thompson等[38]和Fukumoto等[39]的研究表明堆肥腐熟期才是N2O的主要产生阶段，堆肥腐熟期硝态氮含量升高反硝化作用产生N2O，好氧区域的硝酸盐、亚硝酸盐因为翻堆进入厌氧区产生反硝化作用，从而产生N2O。

堆肥期间N2O平均排放速率的变化过程如图3b所示。CK处理N2O平均排放速率高峰产生在堆肥前7天和堆肥腐熟期的第21～28天，这与众多学者的研究结果一致[35-36,38-39]；添加双氰胺（DCD）的2个处理在整个堆肥过程中N2O几乎没有排放。

CK、SP3.5、SD3.5和SD5.0处理N2O平均排放速率分别在堆肥第26天，第5天，第1天和第1天达到最大值为0.037、0.007 2、0.002 6和0.002 5 g/(kg·d)。CK和SP3.5处理N2O平均排放速率显著高于添加DCD的2个处理（<0.001），CK和SP3.5处理间有差异但并不显著（>0.05），SD3.5和SD5.0处理间N2O平均排放速率无显著性差异（=0.842）。整个堆肥过程中CK处理的N2O累积排放量最高为0.21 g/kg；SP3.5，SD3.5和SD5.0处理N2O累积排放量分别为0.10、0.025、0.015 g/kg，相比于CK处理分别减排52.4%、88.1%和92.9%。

CK处理前7天产生排放高峰可能是由于堆肥物料中硝态氮作为底物反硝化作用产生N2O，SP3.5处理N2O排放峰值低于CK处理，这可能是因为过磷酸钙的添加抑制了N2O的产生[23]。堆肥14 d后N2O的产生主要是由于铵态氮和硝态氮之间相互转化，同时堆肥后期氧气浓度较高，有利于硝化细菌的生存，促进硝化反应的发生。添加DCD的2个处理在堆肥过程中N2O几乎没有排放：一是可能因为堆肥前期反硝化作用不强；二是因为DCD作为硝化抑制剂显著抑制了堆肥腐熟期硝化反应的发生，切断N2O的产生来源。

试验表明，污泥堆肥过程中添加过磷酸钙和双氰胺能显著减少堆肥过程中N2O的产生。过磷酸钙能一定程度抑制N2O的产生，随着过磷酸钙添加量的增加，减排效果更好，这与罗一鸣等[23]研究结果类似。何胜洲[40]在猪粪堆肥过程中添加物料干重4%～24%过磷酸钙，N2O排放累积排放量减少25.6%～37.3%，随着过磷酸钙添加量的增加，N2O累积排放量减少，但各处理间排放无显著性差异。Jiang等[28]在猪粪堆肥过程中发现使用初始物料含氮量2.5%～10%的DCD，可降低76%～78%N2O排放量。这说明过磷酸钙添加影响能一定程度减少N2O排放，DCD能很好的抑制N2O排放。

堆肥期间NH3平均排放速率如图3c。3个处理的NH3排放速率高峰均发生在堆肥高温期，随着高温期有机质的降解，NH3大量产生。堆肥前4天由于堆肥温度过低3个处理均未检测到NH3排放，16 d后NH3平均排放速率几乎为0。CK处理NH3排放速率和累积排放量最高分别为0.74 g/(kg·d)和2.19 g/kg。SP3.5、SD3.5和SD5.0处理NH3最大平均排放速率均低于CK，NH3累积排放量分别为1.90、1.92、1.52 g/kg，相比于CK处理分别减排12.5%、12.3%和30.6%。过磷酸钙堆肥过程中固定氮素的主要机制为堆肥过程中磷酸钙、石膏和游离酸都能将堆体的铵转化为比较稳定的酸性磷酸铵或硫酸铵[19,41]。

2.3 铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）含量变化

整个堆肥过程中铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）含量变化如图4所示。堆肥前14天随着堆肥进入高温期，可供微生物利用有机质迅速降解，各处理NH4+-N含量迅速升高，一部分转化为NO3--N，NO3--N含量随之上升；另一部分则以NH3和N2O形式逸散。

随着堆肥逐渐腐熟，堆肥第14天起，CK处理NH4+-N含量先小幅下降后迅速下降最后趋于稳定，NO3--N含量逐渐上升，堆肥结束NO3--N上升到最大值，二者相互转化。相比于对照处理，SD3.5和SD5.0处理堆肥第14天起NH4+-N和NO3--N含量变化平缓，这是因为硝化抑制剂DCD降低了硝化细菌的活性从而抑制堆肥过程中硝化作用的发生，阻止NH4+-N向NO3--N转化。

2.4 物理化学和物料腐熟指标

整个堆肥过程中，堆肥前后物料的物理化学性质及腐熟度指标变化如表3所示。污泥堆肥过程中，各处理C/N比呈下降趋势，这是因为碳素降解率大于氮素降解率的原因。发芽率指数是评价堆肥腐熟的一个重要参数，一般来说堆肥最终GI>80%[42]，则认为堆肥腐熟，施用于农田对植物无害。

表3 堆肥物理化学和物料腐熟指标

注：不同小写字母代表不同处理同一指标具有显著性差异，<0.05。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference in same index of different treatment in<0.05.

所有处理堆肥产品最后GI>80%且有显著性差异（<0.05），SD3.5处理GI值最高约为120%。4个处理的pH值指标都能达到呈弱碱性（pH值=7～8.5），处理SD3.5和SD5.0的最终堆肥pH值显著高于其他2个处理（<0.05）。Sellami等[43]发现堆肥电导率过高会产生较强的生物毒性。整个堆肥过程中，各处理EC值均≤4 mS/cm，堆肥可正常施用。堆肥结束后使用添加剂的3个处理EC值和CK处理有显著性差异（<0.05），这是因为过磷酸钙的主要成分为磷酸二氢钙的水合物Ca(H2PO4)2·H2O，还含有少量游离的H3PO4和无水硫酸钙，可溶性离子较多，增大了EC值。

随着堆肥的进行，4/6呈下降的趋势。整个堆肥过程中，各处理4/6值均呈现降低趋势。添加双氰胺2个处理的4/6值低于对照和单独添加过磷酸钙的处理，说明这双氰胺能有效提高堆肥的腐殖化程度。随着过磷酸钙添加量的升高，堆肥4/6值逐渐下降，堆肥腐殖化程度加大。

2.5 碳氮平衡及温室效应分析

堆肥过程中没有产生渗滤液，各元素均以气态形式和其他态损失。4个处理元素平衡及温室效应分析如表4所示。过磷酸钙和双氰胺联用减少了堆肥过程的总氮损失，4个处理的总氮损失占初始总氮的24.00%～37.08%。相比于CK处理，SP3.5、SD3.5和SD5.0处理总氮损失分别减少了10.92%和13.08%。

随着过磷酸钙添加量的增加，氮素损失率下降，这与罗一鸣等[23]的研究结果一致。NH3挥发总氮损失贡献为62.00%～85.01%，这与大部分学者等的研究结果类似[19,23]。N2O对总氮损失贡献为0.6%～2.4%，与杨帆等[44]厨余垃圾堆肥过程中N2O的排放结果相似，但是低于Jiang[45]等猪粪堆肥的研究结果，这可能是因为堆肥物料和工艺参数的不同影响N2O的排放。3个处理的总碳损失占初始总有机碳的49.64%～55.95%，各处理总碳损失均以CO2形式挥发为主，CO2挥发占到总碳损失的61.2%～71.4%。以CH4形式损失的碳素约占初始总碳质量的0.49%～1.12%。增加过磷酸钙的添加量对于总氮和总碳损失的影响不大。与对照相比，可减少总氮损失10.92%～13.08%，减少总有机碳损失11.2%～11.3%。

堆肥过程中产生的N2O、CH4和CO2均是主要温室气体，但是由于堆肥过程中产生CO2来源于微生物的呼吸作用，许多学者认为CO2可不计入总温室效应的计算[46]。试验表明添加过磷酸钙和双氰胺作为添加剂可减少NH3排放48.5%～52.8%，CH4排放69.6%～82.6%，N2O排放88.1%～92.9%。堆肥各处理N2O，CH4气体的CO2排放当量如表4所示。CK处理堆肥过程中产生的总温室效应为170.11 kg/t，SP3.5、SD3.5和SD5.0处理分别为109.11、58.47和42.94 kg/t，相比于CK处理分别减少35.8%、65.6%和74.8%。随着过磷酸钙添加量的增大，总温室效应减小。

各个处理排放CH4产生温室效应占总温室效应均大于50%。CK处理CH4排放对总温室效应贡献率为55.3%，N2O贡献率与甲烷相当为45.7%。添加DCD的2个处理总温室效应均以CH4贡献为主，处理SD3.5和SD5.0的CH4温室效应贡献率为68.6%和78.2%，分别为N2O温室效应贡献率2倍和3倍以上。过磷酸钙添加量由物料干质量3.5% 增加到5.0%时，N2O对总温室效应效应贡献率由31.4%下降到21.8%。过磷酸钙和双氰胺作为添加剂可减少总温室气体当量111.64～127.17 kg/t。

表4 碳氮平衡及温室效应分析

注：碳、氮素平衡为碳、氮损失占初始总碳、氮的百分比；温室气体排放当量值以物料的干基计算；N2O和CH4对温室效应的贡献率依次分别为CO2的298和25倍。

Note: The balance of carbon and nitrogen is the percentage of carbon and nitrogen loss in the initial total carbon and nitrogen; The equivalent value of greenhouse gas emission was calculated based on dry basis; The global warming potentials of CH4and N2O, are 25 and 298 times higher than that of CO2, respectively.

3 结论与讨论

1）污泥堆肥过程中联用过磷酸钙和双氰胺可以促进堆肥腐熟和提高最终堆肥品质，各处理最终发芽率指数分别为103.21%、97.4%、120.31%和111.0%。

2）添加过磷酸钙和双氰胺可以减少堆肥过程中的总氮损失和总有机碳损失，提高堆肥产品中养分含量。增加过磷酸钙的添加量对于总氮和总碳损失的影响不大。与对照相比，可减少总氮损失10.92%～13.08%，减少总有机碳损失11.2%～11.3%。

3）过磷酸钙和双氰胺作为添加剂可减少NH3排放48.5%～52.8%，CH4排放69.6%～82.6%，N2O排放88.1%～92.9%；折算为总温室气体当量减少了111.64～127.17 kg/t。

本试验属于工程性试验，原料较多且发酵罐较大，不易进行重复试验，且在充分混匀物料的基础上对每个指标都进行了重复检测，因此本文试验数据大都具有科学性。

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Combination of superphosphate and dicyandiamide decreasing greenhouse gas and NH3emissions during sludge composting

Chen Shili1, Yuan Jing1, Li Guoxue1※, He Shengzhou1, Zhang Bangxi2

(1.,,100193; 2.550006)

To study the effects of superphosphate (SP) and nitrification inhibitor dicyandiamide (DCD) on NH3, N2O and CH4emissions, an experiment of straw and sludge co-composting for 34 days was carried out. This research used 60 L sealed fermenter as composting reactor, raw sludge as basic composting material, corn stalk as porous material and set four composting treatments. The control check (CK) was the co-composting of straw and sludge without any additives. Other three treatments, SP3.5 treatment was only added with 3.5% superphosphate, SD3.5 and SD5.0 treatments were added with 0.1% dicyandiamide (DCD) besides the basic materials, with 3.5% superphosphate (SP3.5) and 5% superphosphate (SP5.0) , respectively, based on the wet weight of the materials. The results indicated that, during 34 days test, the combination use of SP and DCD additives can promote the decomposition of compost and improve the stability and maturity. The highest temperature of all treatments was greater than 70℃. The temperature higher than 50 ℃of CK, SP3.5, SD3.5 and SD5.0 treatments lasted for 4, 4, 4 and 2 d respectively, which met the compost sanitation requirements. The germination indices of CK, SP3.5, SD3.5 and SD5.0 treatments were 103.21%±7.38%, 97.4%±4.50%, 120.31%±3.15% and 111.00%±2.70%, respectively. Statistical analysis data showed the germination indices of SD3.5 and SD 5.0 were significantly higher than those of other two treatments (<0.05), which were promoted by 17.1% and 7.8% compared to CK.4/6values of CK, SP3.5, SD3.5 and SD 5.0 treatments were 2.09±0.36, 2.20±0.26, 1.88±0.10 and 1.79±0.04, respectively. The4/6values of SD3.5 and SD 5.0 were decreased by10.0% and 14.4 % compared to CK. The EC value of all treatments used superphosphate and dicyandiamide were below 4 mS/cm, which could be biologically non-toxic. The total organic carbon losses of CK, SP3.5, SD3.5 and SD 5.0 treatments were 55.95%, 50.26%, 49.66% and 49.64%, respectively. The total organic carbon losses of treatments used additives were decreased by 11.2%-11.3%. Meanwhile, the total nitrogen losses of CK, SP3.5, SD3.5 and SD 5.0 treatments were 37.08%, 28.22%, 26.16% and 24.00%, respectively. The total nitrogen losses of treatments used additives were decreased by 10.92%-13.08%. The results showed that the CK had the peak value of gases emission among all treatments. NH3and CH4mainly occurred in the mesophilic and thermophilic phase of composting, process, while N2O occurred predominantly in the later period of composting. While combination use of superphosphate and dicyandiamide, the peak values of CH4, N2O and NH3emission were decreased. Besides, the cumulative emissions of CH4, N2O and NH3also were decreased by 69.6%-82.6%, 88.1%-92.9% and 48.5%-52.8%, respectively. The global warming potentials of CH4and N2O, on a 100-year time frame, were 25 and 298 times higher than that of CO2, respectively. The global warming potential value of CK, SP3.5, SD3.5 and SD5.0 were 170.11, 109.11, 58.47 and 42.94 kg/t. The combination use of superphosphate and dicyandiamide additives significantly mitigated total GHG emissions. The total greenhouse effects were decreased by 65.6%-74.8%.

sludge disposal; composting; greenhouse gases; superphosphate; dicyandiamide; nitrogen loss

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.026

X705

A

1002-6819(2017)-06-0199-08

2016-10-08

2017-03-07

中小企业发展专项资金中欧国际合作项目（SQ2013ZOA000008）；“十二五”国家科技支撑计划循环农业项目课题（2012BAD14B16）

陈是吏，主要从事固体废弃物处理与资源化研究。北京 中国农业大学资源与环境学院，100193。Email：467858147@qq.com

李国学，男，教授，博士生导师，主要从事固体废弃物处理与资源化研究。北京中国农业大学资源与环境学院，100193。Email：ligx@cau.edu.cn