《Journal of Environmental Management》：The composite acidifier of superphosphate and sulfuric acid for swine slurry storage treatment: Assessment of gases emission reduction and stabilization
编辑推荐：
•提出了一种用于猪粪浆储存期间酸化的新型复合酸添加剂。•过磷酸钙与硫酸的配比3:1在减排方面更为理想。•由于H+缓慢释放，过磷酸钙用量越多可获得越低的pH值。•SP-SA酸化使NH3排放量减少46.79%–72.71%，温室气体排放量减少38.95%–69.21%。•酸化组在
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提出了一种用于猪粪浆储存期间酸化的新型复合酸添加剂。
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过磷酸钙与硫酸的配比3:1在减排方面更为理想。
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由于H+缓慢释放，过磷酸钙用量越多可获得越低的pH值。
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SP-SA酸化使NH3排放量减少46.79%–72.71%，温室气体排放量减少38.95%–69.21%。
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酸化组在第20天达到稳定，比对照组提前了20天。
引言
随着畜牧生产的扩大，大量产生高污染粪浆的问题日益受到公众关注，以确保动物蛋白的稳定供应（Ma等，2023）。由于粪浆中含有农作物所需的必需养分，粪浆的田间还田处理已成为主流实践（Prado等，2022；Shappell等，2007）。然而在粪浆还田之前，对其进行无害化和稳定化处理是必要的。蓄粪池作为传统的储存设施，已被广泛用于粪浆储存处理（Li等，2020a，Li等，2020b；Shappell等，2007）。然而，长期储存需要大量土地建设设施，严重限制了储存效率和还田需求（Im等，2024）。畜牧粪便管理过程中的氨排放相当于农业氨总排放量的49%（Cao等，2020）。此外，储存过程中的氨排放约占总排放量的20%（Finzi等，2024）。NH3排放以及通过氨挥发造成的显著养分损失不仅导致肥力下降，还加剧了大气污染（García álvaro等，2025）。
已有多种方法被开发用于减少温室气体和氨的排放，如固液分离、储存覆盖和添加剂添加等（Kupper等，2020；Overmeyer等，2023）。然而，有限的减排能力难以满足应用需求。此外，耗能设备、覆盖维护难题以及高成本添加剂也给大规模应用带来了压力。通过添加酸添加剂调节粪浆pH值，可以因微生物活性受抑制和稳定铵盐形成而有效实现温室气体和氨的双重减排（Hou等，2025；Umar等，2025）。硫酸已被广泛用于粪浆酸化，通过化学平衡从挥发性氨向非挥发性铵盐的转化来保留氮肥（Finzi等，2024；Kupper等，2020）。当pH值降至5.5以下时，氨和甲烷的排放量可有效减少70%–87%（Pedersen和Nyord，2023；Prado等，2020）。在粪浆储存处理过程中，当使用硫酸将粪浆酸化至pH 5.5时，氨排放几乎可以忽略不计（Regueiro等，2016a，Regueiro等，2016b）。尽管硫酸酸化的益处已被证实，但也存在一些限制。酸过量施用导致的土壤生态系统酸化会影响作物产量（Regueiro等，2016a，Regueiro等，2016b）。由于粪浆具有较强的缓冲能力，硫酸加入后pH值下降，但随后会迅速回升（Zireeni等，2025）。为克服这一问题，已将硫酸与其他有机酸或粪浆添加剂进行复合（Fuchs等，2021；Thorn等，2022）。然而，有机酸的高成本和弱酸性限制了其大规模应用。因此，应研究一种可行的复合酸添加剂，以实现粪浆储存处理过程中的减排和快速稳定。
盐基酸添加剂由于酸性弱和盐分积累而较少被采用。然而，大量添加盐基酸添加剂才能将pH值降至6.0以下，反而会抑制氨的减排效率（Regueiro等，2016a，Regueiro等，2016b）。引入重盐阳离子会破坏土壤结构并导致重金属积累（Shin等，2019）。这促使了人们对替代酸添加剂和复合酸添加剂的研究。为减少氨排放并提高磷的有效性，过磷酸钙已被广泛用于堆肥（Wang等，2022；Zhang等，2017）。在猪粪堆肥过程中，添加2.5%的过磷酸钙可减少氮素损失并加速腐殖化（Li等，2023）。由于过磷酸钙中含有游离酸，它为酸化策略提供了一种创新途径（Lei等，2021）。然而，目前尚无关于过磷酸钙作为酸添加剂用于粪浆储存处理酸化的报道。鉴于过磷酸钙的弱酸性特征，将其与无机酸结合的复合酸添加剂可以平衡酸性和用量。此外，矿物酸与过磷酸钙之间的潜在协同效应仍未得到充分探索，尤其是关于对pH值维持、气体排放抑制和稳定化的综合影响。
本研究设计了一种新型复合酸添加剂，用于减少猪粪浆储存处理过程中的气体排放，该复合酸添加剂由不同比例的过磷酸钙和硫酸（SP-SA）组成。具体研究目标为：(1) 研究复合SP-SA酸添加剂对粪浆储存处理的效果，(2) 优化复合酸添加剂中过磷酸钙与硫酸的比例，(3) 评估新型复合SP-SA酸添加剂在气体减排和快速稳定方面的协同机制。
章节摘要
粪浆样品与酸添加剂来源
猪粪浆采集自中国四川省乐山市郊区一家养猪场的蓄粪池。在该猪场，粪浆在排入蓄粪池前经过粗筛去除大颗粒杂质。该高浓度猪粪浆的特征如下：pH值为7.81±0.02，总固体（TS）含量为12.66±0.71%，挥发性固体（VS）含量为7.33±0.18%，化学需氧量（COD）为5880±113 mg/L
氨和温室气体减排效果
粪浆储存处理过程中的氨和温室气体排放会导致大气污染和氮肥损失，其排放特征可在图1和图2中清晰观察到。对照组（CG）的氨排放通量在前10天内从2.40 g/m3/d稳步上升至2.90 g/m3/d（图1(a)）。从第20天到储存期结束，对照组的通量在0.97–2.11 g/m3/d范围内波动，峰值为2.11 g/m3/d
结论
本研究提出了一种新型复合SP-SA酸添加剂，并对其处理效果和气体减排进行了研究。结果表明，复合SP-SA酸化为解决猪粪浆储存处理过程中的多重环境挑战提供了一种可行方案。与对照组（CG）相比，复合SP-SA可使氨排放减少46.79%–72.71%，温室气体排放减少38.95%–69.21%
作者贡献声明（CRediT）
吴厚凯： 撰写—初稿，项目管理，资金获取。杨云峰： 验证，方法论，调查，数据整理。陶秀平： 撰写—审阅与编辑，资金获取，概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到国家重点研发计划（2023YFD1701700）、农业科技创新工程（ASTIP）以及中国科学院都市农业研究院青年创新项目（SJQC2025005）的资助。
吴厚凯|杨云峰|陶秀平
