《Biomass and Bioenergy》：The implication of continuous thermophilic composting for the resource recovery from slaughterhouse waste
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本研究探讨持续高温堆肥（CTC）处理屠宰场废物（SHW）的效率，通过批量容器系统测试35、45、55和65°C。结果显示，55和65°C显著提高pH值，促进有机质降解（最高56.59%）和灰分积累（54.19%），65°C下40-45天达到稳定，符合国际标准。但需进一步研究规模化应用、微生物组成及氮减排措施。
Muhammad Waqas|Abdul-Sattar Nizami|Mohammad Rehan|Hesam Kamyab|Osman Atilla Arikan|Cosimo Magazzino
巴基斯坦科哈特科学技术大学环境科学系，邮编26000
摘要
本研究探讨了在可持续管理和从屠宰场废弃物（SHW）中回收资源的背景下，连续热嗜好性堆肥（CTC）的应用效果。通过批次式容器内堆肥系统，在35°C、45°C、55°C和65°C四种不同温度下进行了实验，以评估这些温度对SHW堆肥过程的影响。实验结果表明，55°C和65°C下的热嗜好性条件显著提高了堆肥基质的pH值，促进了降解和矿化过程。在65°C条件下，有机质（OM）的降解程度最高（56.59%），其次是55°C（53.52%）。同时，与初始灰分含量（13.76%）相比，经过40天培养后，65°C条件下的灰分含量最高（54.19%）。NH4+-N和NO3?-N浓度也发生了显著变化，其中65°C条件下的浓度最高（分别为334.55 mg kg?1和157.63 mg kg?1），其次是55°C条件。在65°C条件下培养的堆肥在40至45天内达到了稳定性；而在实验最后10天内将温度维持在25°C时，堆肥稳定性保持不变。因此，与55°C相比，在65°C条件下进行堆肥并通过适当翻动确保空气供应，可以在40至45天内实现堆肥稳定性，且堆肥质量符合国际堆肥质量标准。然而，未来需要进一步研究以扩大CTC的规模、分析最终堆肥中的微生物组成、研究氨排放形式的氮损失，并探索新的添加剂以减少氮损失并提高SHW堆肥的质量。
引言
城市化进程的加速、物质消耗量的增加以及生活方式的改变导致了各种类型城市固体废弃物（MSW）的大量产生[1,2]。在包括巴基斯坦在内的发展中国家，MSW的管理面临诸多问题，如缺乏减少废弃物和可持续管理的意识、收集效率低下以及管理措施不完善[3]。巴基斯坦每年产生约4850万吨MSW，年增长率超过2%[4,5]。人口快速增长也增加了肉类消费，从而推动了该国屠宰业的发展[6]。为了满足肉类需求，该国每天需要屠宰超过50万头牛和100万只羊/山羊[7]。在屠宰过程中，废弃物是肉类产品生产和加工过程中的必然产物。屠宰场废弃物（SHW）主要包括不可食用的动物部位，占动物总重量的28%，包括血液、内脏、毛发、骨头、肉块、角和脂肪等[8,9]。由于处理不当，这些废弃物通常被直接倾倒在垃圾场或填埋场。这类高度有机且富含微生物的废弃物若处理不当，会对人类和环境造成严重危害，产生渗滤液、异味和传染病等二次污染物，进而引发公共卫生问题，并给肉类产业带来经济负担[10,11]。此外，由于这些活动与公共卫生问题的关联，卫生和政府机构面临巨大压力[12]。
对于像巴基斯坦这样的发展中国家来说，可持续管理这类废弃物已成为一项重大挑战，因为它们需要在国际和国家组织的压力下减少对环境和公众的影响[13]。全球范围内已经有许多尝试将SHW转化为有价值的产品和能源，如沼气、动物饲料、化学品和堆肥[11]。然而，非洲猪瘟（ASF）、牛海绵状脑病（BSE）和口蹄疫等传染病的爆发阻碍了SHW在动物饲料和肥料生产中的利用[14]。此外，最终产品中存在的多种微生物（包括真菌、细菌、酵母和病毒及其毒素）也带来了使用SHW生产沼气时的重大问题[15]。因此，SHW大多未被充分利用，导致环境、经济和公共卫生问题。
作为一种成本效益高且环保的废弃物管理方法，通过堆肥过程回收资源正在全球范围内受到关注[16]。堆肥是一种生化过程，其中有机物质（如MSW中的有机部分、污泥、花园废弃物和家禽粪便）在好氧条件下通过微生物分解生成有机肥料（堆肥）[17]。这一过程自然发生，但可以通过使用高效微生物、频繁翻动和添加天然添加剂等方式加速[18,19]。连续热嗜好性堆肥（CTC）作为一种新型技术，因其能够快速降解废弃物并在相对较短的时间内生成成熟堆肥而受到重视[16,19]。温度被认为是评估堆肥过程中生物活性的关键参数[21]。
在CTC过程中，废弃物在高温（高于40°C）下培养一段时间。高温能有效降解复杂有机物质，去除多余水分，减少体积40%至50%，杀死病原体，并对最终堆肥进行消毒[16]。通常，将温度控制在55至60°C并保持1至2天足以将病原细菌、病毒、蠕虫卵和原生动物降至可接受的水平[15]。为此设计了诸如容器内堆肥生物反应器等系统，以保持温度并减少热量损失[13]。然而，关于利用热嗜好性温度快速降解复杂有机废弃物（如SHW）的科学研究仍然非常有限，这也是本研究的重点。因此，本研究旨在将SHW从垃圾场转移出来，开发一种CTC处理方法，将其高效转化为有益产品。现有文献表明，本研究的结果可能为处理这类异质废弃物、在较短时间内生产高质量堆肥提供新的方法。
材料收集与准备
实验用的SHW废弃物由当地屠宰场提供，在动物屠宰后立即收集。收集到的废弃物主要成分包括血管、肉块、脂肪、肾脏和反刍动物的消化道。为保证成分均匀，所有成分的比例均为20%。收集到的废弃物经过充分混合后，使用电动工具研磨至粒径小于5厘米
堆肥过程中水分含量的变化
原料中的水分含量（MC）调整为68.28%，但在不同实验中随时间有所变化，如图2a所示。方差分析（ANOVA）结果表明，温度范围、时间及其交互作用对SHW堆肥过程的水分含量有显著影响（表2）。初期水分含量过高（超过60%）表明堆肥基质质量较差[13]。然而，在整个实验过程中，水分含量存在显著波动
连续热嗜好性堆肥对屠宰场废弃物稳定性的影响
传统上，处理SHW的主要方法是炼油。除了管理作用外，该过程还能带来收入。然而，可传播的海绵状脑病的爆发降低了炼油产品的经济价值[15]。由于需要采取额外措施避免健康风险和处理成本，安全处置这类有害废弃物的成本显著增加[82]。已有尝试将SHW用于堆肥
结论
本研究介绍了一种新型的CTC技术，能够在相对较短的时间内有效稳定SHW并生成堆肥。使用容器内批次堆肥生物反应器，将SHW原料在35°C、45°C、55°C和65°C不同温度下培养60天，以评估堆肥成熟度。实验结果表明，在较高温度（55°C和65°C）下堆肥可显著缩短堆肥时间，同时不影响堆肥质量
作者贡献声明
Muhammad Waqas：撰写初稿、进行正式分析、概念构思。Abdul-Sattar Nizami：审阅和编辑、验证、监督。Mohammad Rehan：软件应用、资源管理、数据整理。Hesam Kamyab：验证、方法设计、实验实施。Osman Atilla Arikan：数据可视化、资源获取、项目协调。Cosimo Magazzino：资源管理、项目统筹、概念构思。
