腐熟堆肥为滤料的生物滤池对堆肥气中NH3的去除效果

袁　京，杜龙龙，张智烨，李国学*，张地方，江　滔，杨青原

（1.中国农业大学资源与环境学院，北京100193；2.乐山师范学院，化学学院，四川乐山614004）



腐熟堆肥为滤料的生物滤池对堆肥气中NH3的去除效果

袁京1，杜龙龙1，张智烨1，李国学1*，张地方1，江滔2，杨青原1

（1.中国农业大学资源与环境学院，北京100193；2.乐山师范学院，化学学院，四川乐山614004）

摘要：为了研究腐熟堆肥作为生物滤池滤料对好氧堆肥过程中产生的NH3的定量化去除效果，实验设计了将生物滤料进行灭菌和不灭菌两个处理，通过滤池对NH3的去除率以及滤料物理化学性质的变化，分析腐熟堆肥作为生物滤料对于NH3的去除机理以及定量化物理吸附作用和微生物转化作用的贡献大小。结果表明，腐熟堆肥作为生物滤料，在一定的滤池高度下可100％去除NH3。在对NH3的去除过程中，腐熟堆肥物理吸附作用贡献率为75％～80％，微生物转化作用的贡献率为10％～25％。NH3在生物滤池中›通过物理吸附作用以铵态氮的形式被固定，然后”微生物转化为硝态氮。滤池最底部滤料承担着去除NH3的主要作用，随着滤池高度的增加，滤料对NH3的累积去除量逐渐减少。滤池不同高度与NH3累积排放量的关系可用拟合方程表示，通过方程计算可知：对于灭菌的滤料，当滤池高度为50 cm时，NH3去除率可接近100％；而未灭菌的腐熟堆肥滤料仅25 cm高度就可完全去除NH3。腐熟堆肥∶砂土=4∶6（湿基质量比）混合而成的生物滤料，”过28 d的过滤处理后，滤料未发生酸化现象。

关键词：生物过滤；腐熟堆肥；氨气；细菌；物理吸附；去除率

袁京，杜龙龙，张智烨，等：腐熟堆肥为滤料的生物滤池对堆肥气中NH3的去除效果[J].农业环境科学学报，2016，35（1）：164-171.

YUAN Jjng，DU Long-1ong，ZHANG Zhj-ye，et a1. Effect of mature compost bjofj1ter on remova1 effjcjency of NH3produced durjng compostjng[J]. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（1）：164-171.

我国城市生活垃圾”大类组分可以分为厨余垃圾和其他垃圾，厨余垃圾主要是可生物降解的一类垃圾，含水率高达75％～80％。对于此类含水率和有机质含量较高的固体废弃物，堆肥是一种有效处理方式。堆肥处理可实现厨余垃圾的无害化，同时也可以生产肥料[1-3]。然而，恶臭污染已成为限制垃圾堆肥技术发展的主要问题[4-5]。NH3就是普遍存在的一种恶臭气体，《中华人民共和国恶臭污染排放标准》已”明确规定了堆肥厂NH3排放的最低限值（GB 14554—1993）。堆肥过程中30％～60％总氮以NH3的形式损失[6-8]，对于堆肥过程中NH3的控制一直是研究的热点[9-11]。

生物过滤是一种”济有效的去除臭气的方法[12-13]。国内外大量的研究已”表明，腐熟堆肥是一种去除效率高且容易获取的生物滤料，一直被广泛用于去除堆肥过程中产生的臭气[14-15]。各种不同的有机物料”堆肥后的腐熟堆肥均被作为滤料用于去除NH3和其他可挥发有机污染物。Hong和Park[16]利用腐熟堆肥和椰子皮作为滤料可以完全去除猪粪堆肥过程中产生的NH3；Maeda等[17]用牛粪作为原料进行堆肥，发现堆体覆盖一层腐熟的堆肥，可以明显减少NH3的释放；陆日明等[18]利用腐熟鸡粪堆肥和树皮组成填料去除鸡粪堆肥臭气，发现对堆肥臭气中VOCs有很好的去除效果，其中氨占总VOCs的比例高达98.70％。不同原料的腐熟堆肥以及腐熟堆肥与其他物质构成的复合生物滤料，对于NH3的去除率可达到70％～100％，且不需要适应期[19-20]。

对于腐熟堆肥去除NH3的机理研究也已”有很多报道。Scheutz等[21]认为腐熟堆肥较大的比表面积为微生物生存提供了合适的环境。另外，腐熟堆肥较强水分保持力可以缓解气体的透过和逸散[22]。腐熟堆肥具有较高的物理吸附能力以及较强的微生物活性是去除NH3的主要原因[23-25]。然而这两种作用对NH3去除效果的贡献率分别为多大？主要是微生物作用，还是物理吸附作用？目前关于腐熟堆肥作为滤料去除NH3的研究已有很多报道，主要集中在工艺参数确定以及提高去除效率方面，关于这两种作用的定量化效果研究还比较少。本研究希望通过对滤料进行灭菌处理，研究不同作用的定量化去除效果，为无机滤料和有机物料的选择提供定量化参数，为滤池构建以及滤料筛选提供科学依据。

1　材料与方法

1.1实验设计及装置

实验中通入生物滤池的NH3为厨余垃圾一次完整堆肥过程中排出的混合气体，堆肥周期为28 d。生物滤池中滤料由腐熟堆肥∶砂土=4∶6（湿基质量比）配制而成。腐熟堆肥为厨余垃圾”堆肥后的腐熟产品。每个滤池体积约8.5 L，滤料总量约10.5 kg。实验设计两个处理，L1处理为对照处理（未灭菌），L2处理将滤料进行高温灭菌。利用高压蒸汽灭菌器，在1个大气压下高温湿热灭菌2 h。两个处理初始生物滤料基质的性质如表1所示。

表1　初始滤料的性质Tab1e 1 Injtja1 characterjstjcs of bjofj1ter packjng materja1s

好氧堆肥及生物过滤装置如图1所示。堆肥过程中排出的气体›收集于冷凝器中，然后通过管道连接到生物滤池底部进气口，•用底部进气、顶部出气方式，用流量计测定系统各部分流量。气体通入生物滤池的流量为0.03 m3.h-1，”冷凝后的堆肥气体在室温温度下进入滤池，试验期间室温为21～28℃。”生物滤池过滤后的气体通入硼酸吸收瓶中，尾气净化后排出。

生物滤池由高70 cm、内径14.7 cm的不锈钢管制成。生物滤池滤料层厚度设为60 cm。为了提高滤料性能，减少压力降，滤料中60％的滤料颗粒直径大于4 mm，滤池铺设上下两层，下层为气体扩散层，由粗砂石组成，厚10 cm，具有均匀布气，防š堵塞和减少压力降等功能；上层滤料由腐熟堆肥混合砂土组成，厚度50 cm。共设5个气体•样口，每10 cm高度设置一个取样口。每天测定滤池进气与出气口O2和NH3浓度。

1.2测定项目及分析方法

NH3•用静态箱法•集气体样本[26]，每天测定1次，每次重复测定3次取平均值。NH3用质量分数2％硼酸吸收，标准浓度的稀H2SO4滴定。O2•用生物气体测定仪测定（bjogas，Brjtajn，Geotech）。在实验开始和结束时分别取生物滤料固体样品：其中鲜样样本用于测定含水率、pH、氨氮（NH+4-N）和硝氮（NO-x-N）等指标；另一部分自然风干，粉碎后过0.5 mm筛，测定总有机碳（Tota1 organjc carbon）、总氮（Tota1 njtrogen）含量。含水率•用烘箱干燥法测定；pH值、总有机碳、总氮•用NY525有机肥料标准方法测定。无机态氮（NH+4-N和NO-x-N）的测定方法：用2 mo1.L-1的KC1溶液，按照10∶1（V/M）同湿样混合，振荡30 mjn，静置过滤取上液，”稀释后上流动分析仪测定（Auto Ana1yzer3，Sea1，德国）。

图1　实验装置Fjgure 1 Djagram of experjmenta1 devjce

生物滤料NH3去除率按照下式计算：

式中：Ri为生物过滤装置对气体i的去除率，％；I为生物过滤装置进气中气体i的浓度，mg.m-3；O为生物过滤装置出气中气体i的浓度，mg.m-3。

2　结果与讨论

2.1氧气含量

生物滤池进口及出口处的O2含量如图2所示。由于滤池前端的堆肥过程为强制通风系统，排出气体中O2的含量呈现›降低后升高的趋势，O2含量总体在8％～21％之间。O2含量在堆肥前10 d低于15％，10 d之后逐渐升高到空气中O2含量。从图2可以看出，生物滤池两个处理进口和出口的O2含量几乎是一样的。未灭菌的L1处理，滤料中微生物在转化堆肥气体的过程中对O2的需求量并不高，只需要微量的O2即可。本实验研究中，氧气并不是限制生物滤池处理堆肥臭气的一个因素，与Deshusses等[27]的研究结果相似。但Cox等[28]发现在高的苯乙烯入口浓度件下，随着氧气浓度从20％增至40％，苯乙烯的最大去除负荷也增加了。由此看来，氧气的限制作用是在一定件下发生的。

图2　堆肥过程中生物滤池出口Œ氧气含量Fjgure 2 Oxygen content jn ajr at out1et of bjofj1ters durjng compostjng

2.2NH3去除率

两个处理滤池中NH3浓度变化及对NH3的去除率如图3所示。滤池入口处NH3浓度在0～400 mg.m-3之间。L1和L2处理，无论是否灭菌，在0～12 d，气体”过生物滤池后均未检测到NH3，滤池可100％的去除NH3。从第13 d开始，在滤池的10 cm出口处开始有NH3排出。未灭菌的L1滤池10 cm出口处NH3的浓度逐渐升高后又降低。但出口处浓度始终低于入口浓度，保持在10～55 mg.m-3之间。NH3浓度出现›升高又降低的趋势，一方面可能与进口浓度变化有关，另一方面可能与微生物转化速率有关。因此，L1处理10 cm出口处NH3的去除率在堆肥的前12 d为100％，从第13 d开始逐渐降至55％，第22 d开始又逐渐回升至80％左右。L2灭菌处理前12 d的NH3去除率也为100％。由此可以判断，生物滤料最初主要通过物理吸附作用吸附NH3，当吸附饱和之后，腐熟堆肥中硝化细菌可将NH+4-N进一步转化为NO-3-N。由于微生物对于NH+4-N的转化存在一定的适应性，L1处理10 cm滤池在吸附饱和之后，NH3的去除率›降低又逐渐升高，然而L2处理滤料”灭菌之后，微生物失去活性，只存在物理吸附作用。因此，10 cm高度的滤料”过13 d对NH3吸附饱和之后，出口处NH3的浓度逐渐增加，甚至高于入口NH3浓度。由于滤料中吸附的NH+4-N无法进行转化，随着NH3的不断累加，达到极限值之后将原来吸附固定的NH3又携带释放出去，使得L2滤池10 cm出口处的NH3去除率在20 d后为负值。随着滤池高度的逐渐增加，滤料对NH3的累积吸附能力逐渐减弱，当最底层滤料吸附饱和之后，滤料上层很容易达到吸附饱和。滤池最底部滤料承担着去除NH3的主要作用，这一结果与很多研究是相同的[29]。L1处理在20 cm出口处NH3的浓度已”比较低，去除率可以达到90％以上，30 cm高度的滤料几乎可以100％的去除NH3。然而，滤池灭菌之后NH3的去除能力较L1处理整体降低，20 cm出口处去除率在50％以上，30 cm出口处的去除率在85％以上，达到50 cm高度时去除率可接近100％。统计分析结果表明，腐熟堆肥作为生物滤料对于NH3的去除有显著效果（P=0.000），滤料是否灭菌对于NH3的去除效果也存在显著的差异（P=0.044）。腐熟堆肥中微生物的降解作用在一定程度下可以降低滤池的高度。

图3　滤池不同高度出口ŒNH3的浓度变化及去除率Fjgure 3 Concentratjons and remova1 effjcjencjes of ammonja at jn1et and out1et of bjofj1ters wjth djfferent thjckness

整个堆肥周期中进入每个生物滤池的NH3累积量为4778 mg，滤池不同高度出口处NH3累积排出量见图4。L1处理滤池10 cm出口处累积NH3排放量为487 mg，20 cm出口处为60 mg，30 cm出口处为7.6 mg，40 cm和50 cm出口没有NH3排出。10 cm出口处NH3的累积排放量为入口NH3累积量的10.2％，20 cm出口处排放量为10 cm出口处的12.4％，30 cm出口处排放量约为20 cm出口处的12.5％。可以发现，滤池每增加10 cm的高度，出口处NH3累积排放量约为入口处的10％～12％。然而，滤料”灭菌之后，不同高度NH3累积排放量随滤池增加分别为1123、239、60、15、4 mg。滤池每增加10 cm的高度，出口处NH3累积排放量为入口处的21％～25％。可以看出，同样高度的生物滤料无论是否灭菌都存在吸收饱和的问题。对于L1处理主要通过物理吸附和微生物分解两种途径去除NH3，两种方式总贡献率可达到95％以上。L2处理滤料”灭菌后，对于NH3的去除只有物理吸附作用，物理吸附作用贡献率为75％～80％。”推算，腐熟堆肥中微生物作用的贡献率为15％～25％。此结果也可以解释上世纪80年代后期滤池中无机填料逐渐出现的问题，一方面是由于有机填料的矿化会使填料老化，另一方面也因为无机填料，如沸石、火山岩、煤炭和活性炭等具备较高的物理吸附能力，仅物理吸附作用也可以去除绝大部分的NH3。为了达到更好的去除效果，无机和有机填料混合构建的复合滤料以及设计多层滤池都是目前较多的选择[30-32]。

由以上分析可以看出，滤池不同高度NH3累积进入量和累积排放量存在一定的关系。两个处理滤池的高度x和NH3累积排放量y之间的关系及拟合方程如图4所示。根据拟合方程计算结果，对于L1处理，当滤池高度为25 cm时，NH3可接近零排放；滤料”灭菌后，当滤池的高度为50 cm时，NH3也可接近零排放。因此可以得出：对于未灭菌的L1处理的滤料” 过1个堆肥周期后仍未饱和，不需要更换，可以持续使用2个堆肥周期；灭菌的L2处理在”过1个堆肥周期的吸附之后，滤料基本已”饱和，需要更换滤料。这表明腐熟堆肥中微生物的生物转化作用延长了滤料的寿命和使用时间。

图4　滤池不同高度与NH3累积排出量的拟合方程Fjgure 4 Re1atjonshjp between bjofj1ter thjckness and tota1 ammonja emjssjons

2.3滤料物理化学性质

图5　滤料最终的氨氮和硝氮含量Fjgure 5 Content of ammonja njtrogen and njtrate njtrogen jn fj1ter packjng materja1s at the end of experjment

图5显示，由于腐熟堆肥中微生物的存在，L1处理滤料在实验结束后氨氮和硝氮的含量发生了变化：滤池0～10 cm层的滤料，由于吸附了大量的NH3，尽管大部分NH3已”被硝化细菌和亚硝化细菌转化为NO-3-N和NO-2-N，但NH+4-N的含量仍高于滤料初始含量；10～50 cm层的滤料，吸附的NH3相对较少，滤料中NH+4-N在硝化细菌和亚硝化细菌的作用下，几乎全部转化为硝态氮。而L2处理”灭菌后，滤料中不同高度硝态氮含量与初始含量相同，NH+4-N含量在0～10 cm层有大幅增加，其他各层略有增加，增加量与滤料吸附的NH3量成正比。这进一步说明：L2处理对于NH3的去除主要是通过物理吸附作用，L1处理›”过物理吸附作用固定NH3，然后在微生物的作用下进一步转化。Lju等[23]通过观察微生物数量发现腐熟堆肥滤料中细菌和霉菌的数量有明显的增加，可见腐熟堆肥作为生物滤料去除堆肥过程中产生的臭气时，微生物活动起到一定的生物转化作用。从物理角度来说，灭菌和不灭菌对于NH+4-N的吸附固定区别不大，吸附固定的机理是颗粒表面的负价吸附点，两个处理应该吸附点相同。一般滤料也不吸附NO-x-N，因为颗粒表面吸附点位很少有正电基团，本实验滤料主要材料是腐熟堆肥，腐熟堆肥中含有大量大分子的腐植酸，腐植酸含有带负电的基团。考虑到微生物因素，未灭菌的滤料中氮素形态转化是动态的，吸附的NH+4在微生物存在件下转化为NO-x。

以上结果表明，综合作用下未灭菌的滤柱单位时间吸附和转化NH+4的效率高于灭菌处理。灭菌处理的滤料，没有微生物转化作用，仅是物理的吸附固定作用，当达到吸附饱和后就维持平衡了。未灭菌L1处理NH+4不断被吸附，又不断地被转化为NO-x，NH+4吸附转化效率较高；”灭菌的L2滤料，因为只存在物理吸附，所以吸附积累的NH+4很多，但NO-x很少，保持了初始原料中所含有的NO-x量，未见增加。

滤料除NH+4-N和NO-x-N的变化外，其他物理化学指标（TOC、TN、pH和含水率）也发生了相应的变化（表2）。两个处理TOC的含量与滤料初始含量相差不大，但由于L1处理微生物的活动需要消耗碳源，L1滤料中TOC含量低于初始含量，L2处理与初始值基本相等。TN含量均有增加，随着滤池高度的增加，TN含量逐渐减少，0～10 cm层滤料中TN增加量最大，与滤料对于NH3的去除规律一致。总体来看，L1处理滤料中TN含量高于L2处理，L1滤料的C/N比降低幅度高于L2。从pH值的变化可以看出，L1处理随着滤池高度的增加，滤料中pH值逐渐降低。滤料中微生物在代谢过程中生成含氮代谢产物HNO3以及含硫代谢产物H2SO4等酸性产物，使滤料的pH值降低，但由于都在中性范围，并未发生滤池酸化。L2处理的pH值变化较L1小，基本与滤料初始值相同，略有降低。两个处理滤料的含水率基本与初始值相同，”过28 d的生物过滤后，并未导致滤料含水率的变化。

表2　滤料物理化学性质变化Tab1e 2 Characterjstjcs of bjofj1ter packjng materja1 before and after experjment

3　结论

（1）腐熟堆肥作为生物滤料在一定的滤池高度下可100％去除堆肥过程中产生的NH3。较单纯通过物理吸附作用去除NH3相比，在同等的NH3去除率情况下，腐熟堆肥中微生物生物转化作用可以适当降低滤池高度。

（2）腐熟堆肥作为滤料主要通过物理吸附和微生物生物转化两种作用去除NH3，物理吸附起主要作用，贡献率为75％～80％。微生物的生物转化作用贡献率为15％～25％，”吸附固定的NH3在硝化细菌的作用下转化为硝态氮。

（3）未”灭菌的L1处理，滤池高度与NH3的累积排放量之间的关系可表示为：y=7 727.4e-0.266x，R2=0.983 9（其中y为NH3累积排放量，x为滤池高度），当滤池高度为25 cm时，NH3的累积排放量可接近零；灭菌的L2处理，滤池高度与NH3的累积排放量之间的关系可表示为：y=4 060.6e-0.134x，R2= 0.991 5，滤池的高度为50 cm时，方可达到NH3零排放。

参考文献：

[1] He P J，Shao L M，Qu X，et a1. Effects of feed so1utjons on refuse hydro1-ysjs and 1andfj11 1eachate characterjstjcs[J]. Chemosphere，2005，59（6）：837-844.

[2]张红玉，路鹏，李国学，等.秸秆对厨余垃圾堆肥臭气和渗滤液减排的影响[J].农业工程学报，2011，27（9）：248-254. ZHANG Hong-yu，LU Peng，LI Guo-xue，et a1. Effect of corn sta1ks addjtjon on odors and 1eachate reductjon durjng kjtchen waste compostjng [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE），2011，27（9）：248-254.

[3]杨帆，欧阳喜辉，李国学，等.膨松剂对厨余垃圾堆肥CH4、N2O和NH3排放的影响[J].农业工程学报，2013，29（18）：226-233. YANG Fan，OUYANG Xj-huj，LI Guo-xue，et a1. Effect of bu1kjng agent on CH4，N2O and NH3emjssjons jn kjtchen waste compostjng[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering（Transactions of the CSAE），2013，29（18）：226-233.

[4]张红玉，李国学，袁京，等.固氮添加剂降低厨余垃圾堆肥中NH3和H2S排放[J].农业工程学报，2013，29（23）：173-178. ZHANG Hong-yu，LI Guo-xue，YUAN Jjng，et a1. Njtrogen fjxatjon addjtjve reducjng emjssjon of NH3and H2S durjng compostjng of kjtchen waste and cornsta1k[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering（Transactions of the CSAE），2013，29（23）：173-178.

[5] Domjngo J L，Nada1 M. Domestjc waste compostjng facj1jtjes：A revjew of human hea1th rjsks[J]. Environment Interational，2009，35（2）：382-389.

[6] Luo W H，Yuan J，Luo Y M，et a1. Effects of mjxjng and coverjng wjth mature compost on gaseous emjssjons durjng compostjng[J]. Chemosphere，2014，117：14-19.

[7] Yang F，Lj G X，Yang Q Y，et a1. Effect of bu1kjng agents on maturjty and gaseous emjssjons durjng kjtchen waste compostjng[J]. Chemosphere，2013，93（7）：1393-1399.

[8] Jjang T，Schuchardt F，Lj G X，et a1. Effect of C/N ratjo，aeratjon rate and mojsture content on ammonja and greenhouse gas emjssjon durjng the compostjng[J]. Journal of Environmental Sciences，2011，23（10）：1754-1760.

[9] Szanto G L，Hame1ers H M，Ru1kens W H，et a1. NH3，N2O and CH4emjssjons durjng passjve1y aerated compostjng of straw-rjch pjg manure [J]. Bioresource Technology，2007，98（14）：2659-2670.

[10] Shen Y J，Ren L M，Lj G X，et a1. Inf1uence of aeratjon on CH4，N2O and NH3emjssjons durjng aerobjc compostjng of a chjcken manure and hjgh C/N waste mjxture[J]. Waste Management，2011，31（1）：33-38.

[11]罗一鸣，李国学，Frank，等.过磷酸钙添加剂对猪粪堆肥温室气体和氨气减排的作用[J].农业工程学报，2012，28（22）：235-242. LUO Yj-mjng，LI Guo-xue，Frank，et a1. Effects of addjtjve superphosphate on NH3，N2O and CH4emjssjons durjng pjg manure compostjng [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE），2012，28（22）：235-242.

[12] Ljang Y K，Quan X，Chen J W，et a1. Long-term resu1ts of ammonja remova1 and transformatjon by bjofj1tratjon[J]. Journal of Hazardous Materials，2000，80（1/3）：259-269.

[13] Park K J，Choj M H，Hong J H. Contro1 of compostjng odor usjng bjofj1-tratjon[J]. Compost Science & Utilization，2002，10（4）：356-362.

[14]陆日明，王德汉，张玉帅，等.生物滤池中填料高度对鸡粪堆肥尾气除臭效果的影响[J].农业环境科学学报，2005，24（增刊1）：200-203. LU Rj-mjng，WANG De-han，ZHANG Yu-shuaj，et a1. Impact of jofj1ter’s medja depth on deodorjzatjn of emjssjon from chjckendrop -pjngscompostjng[J]. Journal of Agro-Environment Science，2005，24 （Supp1 1）：200-203.

[15] Sch1ege1mj1ch M，Streese J，Bjedermann W，et a1. Odour contro1 at bjowaste compostjng facj1jtjes[J]. Waste Management，2005，25（9）：917-927.

[16] Hong J H，Park K J. Wood chjp bjofj1ter performance of ammonja gas from compostjng manure[J]. Compost Science & Utilization，2004，12 （1）：25-30.

[17] Maeda K，Morjoka R，Osada T. Effect of coverjng compostjng pj1es wjth mature compost on ammonja emjssjon and mjcrobja1 communjty structure of compostjng process[J]. Journal of Environmental Quality，2009，38（2）：598-606.

[18]陆日明，王德汉，项钱彬，等.生物滤池填料及工艺参数去除鸡粪堆肥臭气效果研究[J].农业工程学报，2008，24（1）：241-245. LU Rj -mjng，WANG De -han，XIANG Qjan -bjn，et a1. Effects of bjofj1ter medja and operatjng parameters on bjofj1tratjon of odor from chjcken manure compostjng[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2008，24（1）：241-245.

[19] Ga1era M M，Cho E，Tuuguu E，et a1. Effects of po11utant concentratjon ratjo on the sjmu1taneous remova1 of NH3，H2S and to1uene gases usjng rock woo1-compost bjofj1ter[J]. Journal of Hazardous Materials，2008，152（2）：624-631.

[20] Chen Y X，Yjn J，Wang K X. Long-term operatjon of bjofj1ters for bjo-1ogjca1 remova1 of ammonja[J]. Chemosphere，2005，58（8）：1023-1030.

[21] Scheutz C，Pedjcone A，Pedersen G B，et a1. Eva1uatjon of respjratjon jn compost 1andfj11 bjocovers jntended for methane oxjdatjon[J]. Waste Management，2011，31（5）：895-902.

[22] Stern J C，Chanton J，Abjchou T，et a1. Use of a bjo1ogjca11y actjve cover to reduce 1andfj11 methane emjssjons and enhance methane oxjdatjon [J]. Waste Management，2007，27（9）：1248-1258.

[23] Lju Qjang，Lj Mj，Chen Rong，et a1. Bjofj1tratjon treatment of odors from munjcjpa1 so1jd waste treatment p1ants[J]. Waste Management，2009，29（7）：2051-2058.

[24] Pagans E，Font X，Sanchez A. Bjofj1tratjon for ammonja remova1 from compostjng exhaust gases[J]. Chemical Engineering Journal，2005，113 （2/3）：105-110.

[25] Hort C，Gracy S，P1ate1 V，et a1. Eva1uatjon of sewage s1udge and yardwaste compost as a bjofj1ter medja for the remova1 of ammonja and vo1atj1e organjc su1fur compounds（VOSCs）[J]. Chemical Engineering Journal，2009，152（1）：44-53.

[26] Wo1ter M，Prayjtno S，Schuchardt F. Greenhouse gas emjssjon durjng storage of pjg manure on a pj1ot sca1e[J]. Bioresource Technology，2004，95（3）：235-244.

[27] Deshusses M A，Hamer G，Dunn I J. Transjent-state behavjor of a bjofj1ter removjng mjxtures of vapors of MEK and MIBK from ajr[J]. Biotechnology and Bioengineering，1996，49（5）：587-598.

[28] Cox H H J，Moerman R E，VanBaa1en S，et a1. Performance of a styrene-degradjng bjofj1ter contajnjng the yeast Exophja1a jeanse1mej [J]. Biotechnology and Bioengineering，1997，53（3）：259-266.

[29]龚兰芳.生物过滤器处理畜禽业中恶臭气体的研究[D].雅安：四川农业大学，2009. LONG Lan-fang. Study on bjofj1ter treatment of ma1odor produces jn anjma1 husbandry[D]. Ya'an：Sjchun Agrjcu1tura1 Unjversjty，2009.

[30] Dehghanzadeh R，Torkjan A，Bjna B，et a1. Bjodegradatjon of styrene 1aden waste gas stream usjng a compost-based bjofj1ter[J]. Chemosphere，2005，60（3）：434-439.

[31] Taghjpour H，Shahmansoury M R，Bjna B，et a1. Operatjona1 parameters jn bjofj1tratjon of ammonja-contamjnated ajr streams usjng compostpjeces of hard p1astjcs fj1ter medja[J]. Chemical Engineering Journal，2008，137（2）：198-204.

[32]余光辉，徐晓军，何品晶.复合生物滤池处理H2S和NH3的挂膜与工艺件[J].环境工程学报，2007（1）：30-33. YU Guang-huj，XU Xjao-jun，HE Pjn-jjng. Study on packjng bjofj1m and process condjtjons of hydrogen su1fjde and ammonja remova1 by composjte bjofj1ter[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering，2007（1）：30-33.

Effect of mature compost biofilter on removal efficiency of NH3produced during composting

YUAN Jjng1，DU Long-1ong1，ZHANG Zhj-ye1，LI Guo-xue1*，ZHANG Dj-fang1，JIANG Tao2，YANG Qjng-yuan1
（1.Co11ege of Resources and Envjronmenta1 Scjences，Chjna Agrjcu1tura1 Unjversjty，Bejjjng 100193，Chjna；2.Co11ege of Chemjstry，Leshan Norma1 Unjversjty，Leshan 614004，Chjna）

Abstract：Bjofj1tratjon js an effectjve technjque to mjtjgate gaseous emjssjons. Mature compost may absorb gases emjtted from compostjng pj1es. Djverse bacterja acc1jmated jn mature compost may a1so contrjbute to the mjtjgatjon of NH3emjssjons. In thjs study，a quantjtatjve contrjbutjon of adsorptjon capacjty and mjcrobja1 actjvjty of bjofj1ter to NH3remova1 effjcjencjes was examjned usjng a mature compost as bjofj1tratjon materja1. Resu1ts showed that the mature compost as a bjofj1tratjon materja1 removed 100％ NH3vja jts hjgh adsorptjon capacjty and acc1jmated bacterja. Adsorptjon p1ayed the majn ro1e jn NH3remova1，accountjng for 75％～80％ of tota1 remova1. Mjcrobja1 actjvjty jn the mature compost contrjbuted 10％～25％. Ammonja was adsorbed physjca11y by the un-sterj1jzed bjofj1ter，and was then converted to NO3-N by njtrjfyjng bacterja. Most NH3was removed by the packjng materja1 at the bottom of bjofj1ter. Cumu1atjve NH3emjssjons reduced gradua11y a1ong wjth jncreasjng bjofj1ter thjckness. The re1atjonshjp between cumu1atjve NH3emjssjon（y）and thjckness of bjofj1ter（x）was expressed as y=7 727.4e-0.266xfor non-sterj1jzed bjofj1ter（R2=0.983 9）and y=4 060.6e-0.134xfor sterj1jzed bjofj1ter（R2=0.991 5）. In non-sterj1-jzed treatment，bjofj1ter of 25 cm thjck cou1d remove NH3comp1ete1y，whj1e jn sterj1jzed treatment，the bjofj1ter thjckness to remove NH3was 50 cm. No acjdjfjcatjon was detected jn a mjxture of mature compost and sand at 4：6 at the end 28 day experjment. The present study jndjcates that usjng mature compost as bjofj1ter js a sujtab1e approach to mjtjgatjng NH3emjssjons durjng compostjng.

Keywords：bjofj1tratjon；mature compost；ammonja；bacterja；adsorptjon capacjty；remova1 effjcjency

*通信作者：李国学E-maj1：1jgx@cau.edu.cn

作者简介：袁京（1988—），女，博士，主要研究方向为固体废弃物处理与资源化。E-maj1：jjngyuan@cau.edu.cn

基金项目：国家自然科学基金项目（41275161，41201282）；“十二五”国家科技支撑计划循环农业项目课题（2012BAD14B16）；中小企业发展专项资金中欧国际合作项目（SQ2013ZOA000008）

收稿日期：2015-08-06

中图分类号：X705

文献标志码：A

文章编号：1672-2043（2016）01-0164-08doj：10.11654/jaes.2016.01.022