（环境科学专业论文）玉米秸秆作为生态厕所基质处理人粪便的实验研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：主燃2 日期：生孟。：主 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东 北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 x ) 其它异味气体回用于冲厕，粪便采用生物处理后外运。 ( 2 ) 粪尿混合处理这种类型是目前国内生态厕所的主流产品。通过环境工程的 手段，利用微生物的新陈代谢作用和物理化学作用，完成对粪尿污染物的降解，最终转化 为co2 和水排入环境，同时再生出清洁的水供冲洗厕所使用或直接排放进入环境。目前 使用的处理方法有以下四种： a 好氧生物处理法将收集的尿粪首先经过沉淀，在沉淀贮存过程中，粪便溶解并 水解，然后进入曝气阶段，好氧微生物在曝气池中将粪尿中的绝大部分的有机物转化为 c02 和水，然后通过沉淀过滤等补充处理，获得悬浮物含量极少的出水，再采用膜过滤、 吸附荆、氧化剂等手段，对处理出水进行脱色灭菌处理，最终获得清洁水，回用于冲洗厕 所或绿化。 b 膜分离法厕所粪尿的收集仍采用传统的化粪池，化粪池的上清液被抽送到膜分 离组件，通过膜选择性分离，生产出清洁水，回用于冲厕所。 c 高效优势菌种处理法通过特殊筛选培养，获得专门针对人类粪尿处理的高效优 势菌种，依托该菌群实现粪尿的高效快速净化。其本质与好氧生物处理相同，只不过需要 定期投加菌种。 d 厌氧生物处理法美国的乡村及散居的住户，一般都安有带自净功能的冲水厕 所。粪尿先通过化粪池化粪处理，在启用初期要补充一定量的微生物菌剂，化粪池出水再 接一级土地处理系统，经过土地处理后的出水直接渗入地下或排入水体“3 。 1 2 3 生态厕所的重要性 1 2 3 1 减少或根除人类粪污带来的环境污染问题。1 。通过各种技术手段或社会分工 协作，对厕所所收集的粪污进行就地处理或异地处理，使粪污无害化后再回归于环境。在 进行粪污处理时，往往会带来一些附加的好处，例如回收了粪污中的有用成份用于制药、 制肥或回收水资源。 1 2 3 2 减少了厕所对外界资源的依赖性并节省资源”1 。一般生态厕所具备粪便处理 回收水的功能，也有一些厕所不使用水冲方式而达到洁净目的。还有一些厕所利用太阳 能作为取暖能源。这些厕所在使用上更具有独立 x 物还可以作为有机肥m 1 。目前这种生态厕所在日本的许多城市公共厕所和旅游景点得到 广泛应用，并进一步向家庭使用推广。同时，他们还打算将这种生态厕所推广到其他国 家使用，如印尼和中国。这种生态厕所引进中国，存在的关键问题是基质( 木屑) 的来 源问题。在日本用木屑作为反应基质，一是由于木屑具有很好的降解粪便的作用，二是 木屑在日本是一种废物，且产量大。在我国，木材资源匮乏，木屑难以找到。因此，当 务之急是寻找一种替代物来代替木屑作为生态厕所的反应基质。 1 3 吉林省玉米秸秆利用现状 吉林省玉米秸秆资源丰富。在玉米生产中，每生产一斤玉米就能生产一斤玉米秸秆， 吉林省每年玉米秸秆收获量都在2 0 0 0 万吨左右。随着农业的发展和农民生活水平提高， 农村燃料结构发生巨大变化，农民只能将玉米秸秆总量的二分之用作能源，其余的 l o o o 万吨玉米秸秆遗弃或野外露天焚烧，或用做养牛等。而用做养牛只是玉米秸秆叶子， 秸秆牛是吃不进去的”“。这样不仅浪费大量可贵的资源，而且造成环境污染：秸秆到处 堆积乱放，对农村的环境卫生造成了不利的影响；同时秸秆在田间焚烧，还会造成严重 的大气污染，并直接影响高速公路，航空运输的安全；还会发生火灾、导致生命、财产 的损失阻，。 此外，玉米秸秆中含有丰富的有机质、氮、磷、钾和微量元素，是农业的重要有机 肥源之。如果利用秸秆加工有机肥料，以氮、磷、钾养分含量计，据测定l o o 公斤玉 米秸秆中含氮0 9 6 公斤，磷o 7 2 公斤，钾3 2 8 公斤。同时，玉米秸秆与木屑性质相近“” ( 如表1 ) 。如将玉米秸秆作为生态厕所的反应基质来处理粪便，即可以减少浪费，降低 污染，保护环境，又可以变废物为有用的资源，增进农业生产中物质和能量的良性循环。 表1 玉米秸秆和木屑的成分对比 1 4 研究的目的和意义 2 0 0 3 2 0 0 4 年，段丽杰等人开展了分别以木屑和玉米秸秆作为基质，利用日本科学 技术振兴机构赠送的s 一1 5 型生态厕所处理牛粪便的实验研究，证明了玉米秸秆可以代替 木屑处理牛粪便：高龙君等入开展了以木屑藕玉米秸秆作为基质，餍自制的粪便处理器 处理人粪便的实验研究，证明了玉米秸秆可以代替木屑处理人粪便。 本文在其研究的基础上，并结合日本木屑免水冲生态厕所的研究成果，利用日本科 学技术振兴机构赠送的s 一1 5 型生态厕所，进一步研究用两种不同粒径的玉米秸秆作为生 5 2 1 实验原理 第二章实验材料与方法 利用日本科学技术振兴事业机构赠送的s 1 5 型生态厕所，内填充玉米秸秆作为微生 物的反应基质，通过有氧微生物的放热发酵，将粪便转化为无臭味的水、二氧化碳和较 干燥的有机肥。在反应过程中，微生物以粪便和玉米秸秆中的有机物为养料，通过生物 化学作用，使之分解为简单的无机物，并释放出微生物所需的能量。生态厕所的处理过 程与传统好氧堆肥的相同之处在于都是利用有氧微生物的发酵分解物料中的有机物，不 同之处为：( 1 ) 生态厕所装有自动的动力搅拌装置而传统堆肥是根据反应的情况进行不 定期的翻堆；( 2 ) 堆肥是将粪便和秸秆等物质一次性的混合而生态厕所是每天都有粪便 加入。 2 2 实验装置与材料 本实验所用的装置s 1 5 型生态厕所，由日本科学技术振兴事业机构赠送，其结构如 图1 所示：体积为1 o m 0 6 2 m o 6 2m ；底部装有加热片，加热功率为2 0 0 w ，空转时加 热温度为4 0 ：电动机带动齿轮转动，转动功率为4 0 w ，齿轮转速为1 6 2 0t i m e s d a y ； 反应过程中产生的气体经排气扇、排气管排到室外。 图1 生态厕所结构图 实验中所用的小粒径玉米秸秆采自吉林省农安县，经机械粉碎后，粒径小于1 c m ； 大粒径玉米秸秆采自长春郊区，经切割，粒径为1 2c m ；粪便取自学生集体宿舍厕所。 玉米秸秆及粪便的理化性质参数如表2 所示。 表2 玉米秸秆和人粪便的成分及理化性质参数 2 3 实验设计 本实验分两个阶段进行，处理一为2 0 0 4 年1 1 月1 7 曰一2 0 0 4 年1 2 月2 2 日，共计3 7 d ， 进行小玉米秸秆作为基质处理人粪便的实验。处理二为2 0 0 4 年1 2 月2 2 曰一2 0 0 5 年1 月2 1 日，总计3 1 天，进行大玉米秸秆为基质处理人粪便的实验。两个处理过程中初始所加的 玉米秸秆质量均为4 虹( 约占生态厕所反应器体积的2 3 ) ，并加入一定量的水调节其含 水率，初始含水率分别为5 5 和4 8 ；按照每天3 个人使用生态厕所，每天加入约为0 7 k g 的粪便( 含有少量尿液) 。为保证其含水率在4 0 7 0 “。“1 ，每天上下午分别加入一定量 的水；每天在添加粪便前，启动搅拌装置，将混合物混合均匀后取样测定其含水率；每 隔8 天称量一次混合物的重量，根据含水率计算干物质量减少率，干物质量不再减少时， 反应结束。 本实验与高龙君实验的不同在于所用反应器不同，本实验所用的装置为日本科学技 术振兴事业机构赠送的s 1 5 型生态厕所，后者所用的反应器为自制的粪便处理器。本实 验与以往使用同一类型的实验装置的实验设计的不同在于需要加水调节含水率，而日本 人牛岛健家中的和南京大学的生态厕所都是粪尿混合的，无须加水调节含水率；段丽杰 等用生态厕所处理牛粪便时由于加入的牛粪量比较大，也不须加水调节含水率。 2 4 分析方法 2 4 1 温度的测定 温度为每天上午8 9 点下午2 3 点利用温度计在物料中多点取样测定后，取其平均 值。 2 4 2p 珏的涓定 1 仪器：振荡机、p h 酸度计。 2 方法原理：试样经水浸泡平衡，直接用p h 酸度计测定。 3 试剂和溶液：p h4 0 1 标准缓冲液：称取经1 1 0 烘l h 的邻一苯二钾酸氢钾( k h c 。h 。0 。) 1 0 2 1 9 ，用水溶解，稀释定容至1 l 。 4 操作步骤；称取试样5 0 9 于l o o m l 烧杯中，加5 0 m l 水( 经煮沸驱除二氧化碳) ，搅动1 5 m i n ， 度计上调节溶液p h = 4 5 。 ( 5 ) 定氮混合指示剂：称取0 。5 9 溴甲酚绿和o 1 9 甲基红溶于1 0 0 i i l l9 5 乙醇中。 ( 6 ) 盐酸 c ( h c l ) = 0 0 5 m 0 1 l 标准溶液。 3 仪器和设备 分析天平、三角瓶、凯式烧瓶、可调电炉、三角瓶、酸式滴定管、定氮蒸馏装置。 4 步骤 称取试样o 5 9 ，精确至0 0 0 1 9 ，置于开氏烧瓶底部，加入5 o m l 硫酸，1 5 m l 过氧化 氢，小心摇匀，瓶口放一弯颈小漏斗，放置过夜。在可调电炉上缓慢升温至硫酸冒烟， 取下，稍冷后加1 5 滴过氧化氢轻轻摇动开氏烧瓶，加热1 0 i n ，取下，稍冷后分次再加5 1 0 滴过氧化氢并分次消煮，直至溶液呈无色或淡黄色清液后，继续加热lo i f l i n 。除尽剩 余的过氧化氢。取下稍冷，小心加水至2 0 3 0 m l ，加热至沸。取下冷却，用少量水冲洗 弯颈小漏斗，洗液收入原开氏烧瓶中。将消煮液移入1 0 0 n 1 l 容量瓶中，加水定容，静置 澄清，备用。 吸取消煮清液1 0 0 m l 于蒸馏瓶内，加入2 0 0 札水。于2 5 0 m l 三角瓶加入1 0 m l 硼酸溶液 和5 滴溴甲酚绿和甲基红的混合指示剂，承接于冷凝管下端，管口插入硼酸液面中。由 筒型漏斗向蒸馏瓶内缓慢加入1 5 m l 氢氧化钠溶液，关好活塞。加热蒸馏，待馏出液体积 约1 0 0 m l 左右，即可停止蒸馏。 用盐酸标准溶液滴定馏出液由蓝色剐变至紫红色为终点【2 2 1 。记录消耗酸标准溶液的 体积( i l l l ) 。 全氮( n ) 含量以百分数表示，按下式计算： n = ( v v 0 ) c 0 0 1 4 l o o ( 3 ) v 一试液滴定消耗标准酸溶液的体积，1 l ； v o _ 一空白滴定消耗标准酸溶液的体积，m l ； c 酸标准溶液的浓度，m o l 几； 0 0 1 4 与1 0 0 m l 硫酸( 1 2 h 2 s o 。) 或盐酸标准溶液相当的以克表示的氮的质量： m 一称取试样质量，g ； 1 0 0 一换算成每百克试样的含量。 2 。4 6 全礴的涓定 1 方法原理 有机肥料试样采用硫酸和过氧化氢消煮，在一定酸度下，待测液中的磷酸根离子与 偏钒酸和钼酸反应形成黄色三元杂多酸。在一定浓度范围内，黄色溶液的吸光度与含磷 量呈正比例关系，用分光光度法定量磷。 2 试剂 ( 1 ) 硫酸( 比重1 8 4 ) 。 ( 2 ) 硝酸 ( 3 ) 3 0 过氧化氢。 ( 4 ) 钒钼酸铵试剂 a 液：称取2 5 o g 钼酸铵溶于4 0 0 m l 水中； b 液：称取1 2 5 9 偏钒酸铵溶于3 0 0 m l 沸水中，冷却后加2 5 0 m l 硝酸，冷却。 在搅拌下将a 液缓缓注入b 液中，用水稀释至l l ，混匀，贮于棕色瓶中。 ( 5 ) 氢氧化钠：1 0 ( m v ) 溶液。 ( 6 ) 硫酸：5 ( v v ) 溶液。 ( 7 ) 磷标准溶液：5 0 垤m l 称取o 2 1 9 5 9 经1 0 5 烘干2 h 的磷酸二氢钾，用水溶解后，转入1 l 容量瓶中，加入 5 m l 硫酸，冷却后用水定容至刻度。该溶液1 m l 含磷5 0 瞻。 ( 8 ) 2 ，4 一( 或2 ，6 一) 二硝基酚指示剂：0 2 ( m v ) 溶液 称取0 2 92 ，4 一( 或2 ，6 一) 二硝基酚溶于1 0 0 m l 水中( 饱和) 。 ( 9 ) 无磷滤纸。 3 仪器和设备 分析天平、可调电炉、分光光度计、凯式烧瓶、容量瓶、移液管、三角瓶。 4 分析步骤 ( 1 )消煮消煮过程同全氮的测定一致。 ( 2 ) 曲线绘制吸取磷标准溶液o ，1 o o ，2 o o ，3 o o ，4 g o ，5 o o ，6 m l 分 别置于7 个5 0 m l 容量瓶中，加入与吸取试样溶液等体积的空白溶液，加水至3 0 m l 左右， 加2 滴2 ，4 或2 ，6 一二硝基酚指示剂溶液，用氢氧化钠溶液和硫酸溶液调节溶液刚呈微 黄色，加1 0 o i i l l 钒钼酸铵试剂，摇匀，用水定容。此溶液为1 l 含磷( p ) o ，1 o o ，2 0 0 ， 3 o o x 有机肥料试样经硫酸一硝酸消煮，稀释后用火焰光度法测定。在定浓度范围内， 溶液中钾浓度与发光强度呈正比例关系。 2 试剂 ( 1 ) 硫酸( 比重1 8 4 ) 。 ( 2 ) 硝酸 3 仪器和设备 分析天平、可调电炉、原子吸收分光光度计( 2 2 0 f s 美国产) 、烧瓶、容量瓶、移 液管、三角瓶。 4 分析步骤 ( 1 ) 试样溶液制备 称取试样o 5 9 ，放入小烧杯底部，加1 0 i i l l 硫酸和5 m l 硝酸，小心摇匀，用玻璃皿盖 住小烧杯。在可调电炉上加热至溶液呈无色或淡黄色清液后，取下冷却。将消煮液移入 i o o i i l l 容量瓶中，加水定容，静置澄清或用滤纸干过滤至三角瓶中，备用。 ( 2 ) 测定 吸取5 0 0m l 试样溶液于5 0 m l 容量瓶中，用水定容。与标准溶液系列同条件在火焰 光度计上测定，记录仪器示值。 8 分析结果的表述 全钾( k ) 含量以g k g 表示，按下式计算； k ( ) = c v d 1 0 - 4 m ( 5 ) 式中：c 由校准曲线查得或由回归方程求得测定液钾浓度，ug m l ； v _ 测定体积； d 一分取倍数，定容体积分取体积； m 一称取试样质量，g ； 1 0 “由g g 换算为g 1 0 0 9 的因数。 2 4 8 全碳的测定 将物料粉碎，用全自动碳、氢、氮元素测定仪( v r i o e le l e m e n t a la n a l y z e r 德国 产) 进行测定。 图2 所示为实验中两个处理过程中干物质减少率的变化情况，两个反应过程中的干 物质减少率均是先增加后降低，最终的于物质减少率几乎为o ，即反应物干物质量不再 减少，反应物几乎没有被降解，说明反应已经不能继续进行了，这时表明一个反应周期 的结束。 图2 中曲线所示处理一的干物质减少率先上升，到2 5 天达到最大值2 4 ，随后下降， 3 7 天几乎为o ，而且下降的幅度明显比上升的幅度大，这是因为在反应过程中随着微生 物活性的加强，被降解的有机质不断增加，到第2 5 天达到最大值，降解的多则减少率就 大，随后由于有机质中易分解有机质绝大部分已经被降解，反应物中所剩易降解有机质 的量很少，所以减少量相对较少，减少率急剧下降，第3 1 天时减少率为5 6 ，第3 7 天减 少率几乎为o 。同样处理二的于重减少率的变化趋势也是先上升后下降，所不同的是上 升和下降的幅度不同，到达峰值的时间也不同，上升阶段处理二的减少率始终大于处理 一的减少率，这是因为大玉米秸秆粒径大，反应物间的空隙大，微生物活动旺盛，导致 微生物降解有机物的速度快，所以在反应的前期处理二的减少率始终高于处理。 通过计算得出处理一最终混合物的干物质减少率为3 7 3 ，处理二的最终的干物质 减少率为5 2 1 。重量的减少主要是由于随着反应的进行有机物被微生物分解以c o 。的形 式损失造成。 3 3 温度的变化 温度是影响生态厕所反应的一个重要因素，同时也是影响反应过程中微生物活动的 重要指标”“。反应过程中温度控制的目标是使生态厕所的反应物中微生物作用稳定化， 其变化反映了反应物内微生物的活性变化，同时还反映处理过程所达到的状态。一般认 为温度5 0 6 0 ，微生物对于有机物的分解最有效，这时嗜热微生物大量繁殖。这个 阶段除了分解溶解性有机物外，纤维素、半纤维素、木质素等也迅速得到分解。温度在 4 0 5 0 嗜温微生物最为活跃，主要分解物料中的溶解性有机质72 ”。 t ，d 图3 温度的变化 由于日本s 1 5 型生态厕所设有外加热装置，经空白实验测定外加热的温度为4 0 。 因此实验的起始温度较高，如图3 所示，两个处理过程的起始温度分别为6 0 和6 2 。 1 4 蛐加种如蚰如如加0 p v 巡喇 3 5p h 值的变化 p h 值是评价堆肥腐熟的一个重要指标，同时也是影响微生物生长的重要因素之一， 一般微生物最适宜的p h 值是中性或弱碱性，p h 值太高或太低都会使物料处理遇到困难。 p h 值是一个可以对微生物环境作为估价的参数，在整个反应过程中，p h 值随时间和温度 的变化而变化。p h 值也会影响氮的损失，p h 值在7 o 左右，氮以氢氧化氨的形式逸入大 气。但在一般情况下，堆肥的过程有足够的缓冲作用，能使p h 值稳定在可以保证好氧分 解的酸碱度水平”。 一处理一+ 处理= t ，d 图5p h 值的变化 本实验的两个处理过程的p h 值均是先降低再升高再降低，最后基本趋于稳定( 见图 5 ) 。两个处理过程所不同的是达到峰值的时间不同，处理一在第1 0 天达到最大值，处理 二在第7 天达到最大值，这是由于两个处理过程中微生物的活性、有机酸挥发的速度以 及氨生成的速度的不同造成的。 初始阶段p h 值的降低是由于利用的能量物质较多，微生物繁殖的较快，其活动产生 的有机酸使反应物p h 值下降，随着反应的继续进行，有机酸挥发，同时含氮有机物所产 生的氨使反应物的p h 值开始上升，达到最大值后又缓慢下降，这是由于n h 。的挥发、大量 的铵态氨向硝态氮转化造成的9 。一般认为肥料的p h 值在8 9 “7 1 可以使用，两个处理 过程中最终产物的p h 值分别为8 0 2 和8 1 3 ，p h 值符合用作有机肥料的条件。 3 6 有机质的变化 有机质中存在易降解有机质、不易降解有机质和不可降解有机质，生态厕所的降解 过程是和用微生物分解和转化原料中的可降解有机质产生二氧化碳、水和热量的过程。 所以有机质含量的多少直接影响整个反应过程。对于快速高温堆肥而言，有机质含量低 的物质发酵过程中所产生的热将不足以维持堆肥所需要的温度，产生的堆肥肥效低。但 过高的有机物含量不利于通风，从而产生厌氧和发臭。研究表明，堆肥中最适合的有机 物含量约为4 0 6 0 。当物料的有机质含量高于8 0 时，堆肥温度上升缓慢，可能出现 厌氧状态，堆肥无害化效果差，其原因是物料中有机质含量高，反应过程中需要较大的 1 6 需氧量，加上过大的水分含量也影响反应过程中的通风供氧效率，从而达不到好氧运行 的要求，导致低温和厌氧发酵，影响堆肥化的进程。由于日本s 1 5 型生态厕所设有 自动搅拌装置，可以定时搅拌，增大了通风量和水分的挥发速度，确保有机质含量高的 情况下的有氧发酵。 蜂 暮 扭 1591 31 72 l2 52 93 33 7 t ，d 图6 有机质的变化 本实验中两个处理过程中由于有机质在微生物的作用下不断分解并以c o ：的形式损 失，有机质含量呈明显的下降趋势( 如图6 所示) ，整个反应过程中处理一的有机质由 8 3 5 减少到4 9 ，减少了3 4 5 ；处理二的有机质含量由8 3 2 减少到4 2 9 ，减少了 4 0 3 。在整个反应过程中处理二的有机质含量减少的幅度较处理大，这是由于大玉 米秸秆粒径大，反应物间的空隙大，所以微生物活动旺盛，降解速度快，相应的有机质 降解的快。同时因为生态厕所的降解过程是利用微生物降解原料中的有机质过程，由于 有机质降解的快，所以处理二降解的时间较处理一的短。 3 7 碳氮比的变化 堆肥是利用微生物分解和转化原料中的可降解有机物产生二氧化碳、水及热量的过 程，堆肥原料中碳素主要用于微生物活动的能源和碳源。在堆肥过程中微生物首先利用 简单、易降解的有机物进行新陈代谢和矿化。这些有机物包括可溶糖、有机酸和淀粉 。“”。堆肥过程中氮素转化主要是微生物过程的结果，并决定最终堆肥产品的腐熟度。 氮素转化主要包括两方面：氮素的固定和释放。通常在堆肥结束后，氮素有一定的损失， 主要是由于有机氮的矿化和持续性氨的挥发以及硝态氮的反硝化。 堆肥碳氮比是评价堆肥腐熟度的一个重要化学指标。因为微生物体的碳氮比在1 6 左 右，在堆肥过程中，多余的碳将转化成c 0 。因此，一些研究者认为，从理论上讲腐熟的 堆肥应趋向于微生物菌体碳氮比，即1 6 左右“。图7 所示，两个处理过程的碳 x 低。 7 0 ： 残 2 。 1 0 o 一处坪一卜处群二 图7c n 的变化 3 8n ，p ，k 等营养元素的变化情况 氮、磷、钾等是植物生长所必需的营养元素，也是肥料的重要指标。人粪便中蛋白 质态氮素，经过微生物的作用转化为硫胺，最后变成氨态氮素。氨态氮多则肥效快，氨 态氮少则肥效慢。氨态氮素易于分解成氨气挥发，即造成营养元素的损失又会产生难闻 的气味“”。人粪便中的磷，大部分是人体消化不完全的有机磷，经过微生物作用后转变 为磷酸盐。在反应过程中，粪便中的磷、钾在物料中积累，基本没有损失过程“。 表3实验过程中混合物的组分变化 表3 所示反应过程中的n 、p 、k 等营养元素的相对含量都呈增加的趋势。最终的n 、p 、 k 等营养元素的含量均很丰富，处理一最终的n 、p 、k 的含量为2 8 5 、2 8 5 、1 2 6 ； 处理二最终的n 、p 、k 的含量为2 6 0 、2 7 3 、1 1 0 。n 、p 、k 等营养元素含量的增加 是由于每天加入的粪便中含有大量的n 、p 、k 等营养元素，使其不断的积累；同时由于 在反应过程中有机质不断被分解，以c o ：的形式损失引起干物质的减少而使n 、p 、k 等营 养元素不断浓缩。虽然在反应过程中存在氨氮的挥发和硝酸盐的反硝化，但是由于每天 都有粪便加入，使得物料中的氮不断增加， x 天为2 8 5 ，钾在第2 3 天时为1 4 5 ，而在第3 1 、3 7 天分别为1 1 9 ，1 2 6 ；处理二的钾 的含量在第1 5 天为0 9 9 ，而在第2 3 天为o 9 1 。这是因为每天加入粪便的营养元素含量 不同，造成反应物中其含量出现波动。 1 9 4 1 结论 第四章结论和建议 本文从减量化、资源化的角度出发，利用日本科学技术振兴事业机构赠送s 一1 5 型生 态厕所，选择两种粒径的玉米秸秆作为反应基质来处理人粪便，分别经过3 7 天和3 1 天的 实验后，取得了明显的减量效果。所得结论如下： ( 1 ) 相同的反应条件，大粒径的玉米秸秆较小粒径的玉米秸秆更适合作为生态厕所 的反应基质。粪便和小粒径玉米秸秆混合物总的干物质减少率为3 7 3 ，粪便和 大粒径玉米秸秆混合物总的千物质减少率为5 2 1 ；大粒径玉米秸秆为基质降解 粪便的速度大于以小玉米秸秆为基质降解粪便的速度，以小粒径玉米秸秆为基 质降解粪便的降解周期为3 7 天，以大玉米秸秆为基质的降解粪便的降解周期为 3 l 天。 ( 2 ) 由于玉米秸秆韧性差，易降解，以玉米秸秆为反应基质较木屑为反应基质的反 应周期短。但是由于反应过程中有机质的减少，反应物体积减少的较多，可以不 定期添加一定量的玉米秸秆，或者是当反应物体积增加到一定程度，掏出一半 或全部的残余物，再补充以玉米秸秆。 ( 3 ) 处理过程中混合物的有机质呈明显的下降趋势，以小粒径玉米秸秆为基质的处 理过程的有机质含量由8 3 5 减少到4 9 ，减少了3 4 5 ，以大粒径玉米秸秆为基 质的处理过程的有机质含量由8 3 2 减少到4 2 9 ，减少了4 0 3 。 ( 4 ) 处理过程中，由于每天不断添加的粪便，氮、磷、钾等营养物质的含量都是呈 相对增加的趋势。最终的残余物中氮、磷、钾等营养物质的含量均很丰富，分 别为2 8 5 、2 8 5 、1 2 6 和2 6 0 、2 7 3 、1 1 0 ，可以用作有机肥料。 ( 5 ) 两个处理过程的p h 值的变化趋势相同，都是先降低后升高再降低，最终稳定在8 左右。因此，最终残余物的p h 符合用作有机肥料的条件。 4 2 建议 本实验的研究仅仅是对于生态厕所的初步的实验室研究，生态厕所的推广使用， 还需要进一步的深入的研究。建议在如下方面进行深入的研究： ( 1 ) 进行玉米秸秆和粪便的配比实验，确定粪便和玉米秸秆的最适配比。 ( 2 ) 生态厕所的降解过程主要是利用好氧微生物降解有机质的过程，因此微生物的活 动对于降解过程有着重要的作用，建议对反应过程中不同阶段微生物的变化情况 进行研究。 ( 3 ) 将生态厕所置于旅游区或公共厕所，投入真正的使用，研究玉米秸秆作为生态厕 所基质降解粪尿混合物的情况。 ( 4 )日本的s 一1 5 型生态厕所处理粪便可以变废物为有用的资源，达到减量化、资源化、 无害化的目的，但是这种生态厕所价钱昂贵，建议继续研发经济实用的粪便处理 器。 参考文献 1 杜兵，司亚安，孙艳玲生态厕所的类型及粪污处理工艺 j 给水排水2 0 0 3 ，2 9 ( 5 ) ：6 0 一6 2 2 陈东蕾，唐赢中中国城市粪便处理系统与发展问题研究【j 环境卫生工 程，1 9 9 8 ，6 ( 3 ) ：1 2 5 一1 3 1 3 丁润柏水! 厕所革命首当其冲 j 建设科技，2 0 0 4 ，2 2 ：2 卜2 2 4 徐庆文城市粪便污染及治理对策 j 山东农业生物学报，1 9 9 4 ，1 3 ( 1 ) ：8 3 - 8 8 5 周敏宣，李冠锋，李艳平我国粪便处置现状与治理对策的研究 j 环境污染治理技术与设 备，2 0 0 3 。4 ( 3 ) ：9 一1 1 6 陈玮生态厕所简介 j 生物学通报，2 0 0 4 ，3 9 ( 4 ) ：2 8 2 9 7 刘文英，陆根法，钱新等2 0 0 4 生态厕所与湖泊富营养化控制 o l 环境污染与防治，( 5 ) ： h t t p ：w 、聊，z j e p c c o m a r t i c l e _ m a g s e a r c h a r t i c l e l i s t a s p 8 王应宽，蒲应龙太阳能生态厕所 j 太阳能，2 0 0 l ，3 ：2 0 2 3 9 不用水冲的概念厕所 j 中外轻工科技，2 0 0 0 ，4 ：5 3 6 1 0 宋序彤生态卫生( 排水) 系统国内外发展比较 j ，首届住区水环境国际研讨会，2 0 0 4 1 1 支国强粪尿分集式生态厕所的建造和环境卫生效果研究 j 云南环境科 学，2 0 0 3 ，2 2 ( 1 ) ：4 2 4 5 1 2 k u s h i j i m a ，m i r i e ，t i s h i k a w a ap r e l i 舶i n a r ye x p e r i m e n to nt h eu s eo fs a w d u s