堆肥低温起爆微生物筛选及其初步应用

为解决北方寒冷地区因低温导致有机废弃物处理周期漫长且效率低等问题,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术与传统平板培养相结合的方法,从低温堆肥中分离出19株嗜冷细菌,并采用序列引导分离分子生物学技术,最终获得目标优势菌株CY1. 将CY1与筛选的糖、淀粉、蛋白质分解菌株CY14、CY17和CY19复配成低温复合菌剂,研究优化组合菌剂对低温鸡粪堆肥的影响. 结果表明,堆肥至第6天时,复合菌剂处理(T)堆料中w(OM)(OM为有机质)下降了12.64%;水溶性有机物(DOM)三维荧光光谱显示,低温复合菌剂处理类蛋白峰(峰T)的荧光峰强度下降了44.10%,类腐殖酸峰(峰C)的荧光峰强度上升了39.00%. 添加复合菌剂能够提高堆肥低温起爆效率,可为我国北方寒冷地区低温堆肥提供技术优化.      

餐厨垃圾与水葫芦联合好氧堆肥生物质组分分类表征

为解决农村生活垃圾处理实践中存在的问题,并对水葫芦的堆肥化处理进行探索.利用自行设计的能量输入式高温好氧堆肥系统,以农村生活垃圾主要组成——餐厨垃圾及餐厨垃圾+水葫芦混合物料为堆肥化对象,测定与分析了堆肥化过程中温度、有机质的变化规律,并分类表征了总糖、还原糖、淀粉、脂肪、蛋白质5种生物质组分的演变趋势.同时,借助C/N比值、CEC/TOC比值的变化及GI指数评估了堆肥的腐熟度.研究表明,在外界环境温度小于8℃的情况下,与单一餐厨垃圾堆肥化处理相比,混合物料堆肥化升温更快(ld即达40℃,3d达52℃),处于高温堆肥化时间更长(8 d),堆肥无害化程度更高,有机质降解更迅速且降解程度高;而且,混合物料有助于提高总糖、还原糖、淀粉、脂肪与蛋白质5种生物质组分的降解水平.腐熟度评估结果表明,在约11d的堆肥化时间内,能量输入式好氧堆肥系统能够使单一餐厨垃圾堆肥达到基本腐熟,餐厨垃圾与水葫芦混合物堆肥达到完全腐熟.     

农村垃圾蚯蚓堆肥处理的研究

将传统堆肥与蚯蚓堆肥处理相结合,对蚯蚓处理牛粪、玉米秸秆和废弃菜叶等农村垃圾进行了研究,检测处理过程中物料性质的变化和有效磷的含量变化。结果显示:接种蚯蚓时,物料的初始C/N在30~35之间,氨氮浓度在500 mg/kg以下,经蚯蚓处理后,物料的有机质和C/N下降较快,氨氮浓度下降至200 mg/kg左右,总磷含量和有效磷含量显著上升。通风堆肥和翻堆堆肥预处理后,经过蚯蚓堆肥,有效磷分别增加59.09%和53.54%。翻堆堆肥是更适合农村垃圾蚯蚓处理的预处理方法。     

低温复合菌剂对牛粪堆肥发酵影响的研究

为了探明低温复合菌剂对牛粪堆肥发酵的影响,开发出适合东北寒区堆肥发酵的微生物菌剂.本研究在0℃以下以牛粪、秸秆为原料,分别设置接种低温复合菌剂堆肥、接种常温菌剂堆肥和自然堆肥3个处理,测定了堆肥过程中温度、p H、C/N、全磷、铵态氮、硝态氮和种子发芽指数的动态变化.试验结果表明,接种低温复合菌剂组第11 d进入高温期(50℃),比接种常温菌剂组提前了14 d,最高温度达62℃,高温期维持了9 d,而自然堆肥组一直未进入高温期.至堆肥结束时,接种低温复合菌剂组和接种常温菌剂组的最终p H分别为7.17、7.24;C/N均降到20以下,分别为16.10、15.67;全磷的变化无明显差异;种子发芽指数分别为92%和85%.添加菌剂组较自然堆肥组铵态氮含量明显降低,硝态氮含量增高.综上所述,接种低温复合菌剂可以在低温下促进堆肥迅速起温,并保证了堆肥的腐熟质量.     

头孢菌素发酵菌渣电子束辐照-好氧堆肥无害资源化处理技术研究

采用电子束辐照联合好氧堆肥工艺对头孢菌素发酵菌渣进行无害化处理和资源化利用.堆肥原料为头孢菌素菌渣、鸡粪和秸秆,菌渣未辐照直接进行堆肥的反应器（1号）与菌渣辐照50 kGy后再进行堆肥的反应器（2号）平行运行进行对比.结果表明：2号反应器的堆体温度、温度上升速率以及高于55 ℃天数均大于1号反应器.在30 d堆肥周期中,2号堆体的平均温度比1号堆体高3.3 ℃;1号和2号堆体温度高于55 ℃的天数分别为5 d和7 d.2号堆体的有机质含量和溶解性TOC浓度下降均较快,表明其有机物的利用效率较高.辐照预处理可促进菌渣好氧堆肥腐殖化进程,2号堆体的腐殖化指数比1号堆体高15%~51%.2号堆体中抗生素头孢菌素C的浓度到第10 d即可降至液相色谱无法检出.此外,两个反应器堆肥过程中抗性基因ermB丰度有所减小,sul2丰度升高.堆肥产品中无抗生素残留,有机质指标远高于有机肥料国家标准,其作为优质肥料进行安全再利用需重点关注抗性基因的影响.     

氨氮和硫酸盐对谷氨酸厌氧生物降解性能的抑制及机理

采用连续运行1119d的上流式厌氧污泥床（UASB）反应器,研究了最佳有机负荷条件下氨氮和硫酸盐对模拟废水中谷氨酸降解性能的抑制作用.结果表明,有机负荷为8.0g COD/（L·d）时,COD去除率达到最高值为（97.94±0.28）%.逐步提高进水氨氮浓度,起初对谷氨酸降解性能的影响不大;但升到2000mg/L时COD去除率和甲烷产率明显降低,继续升至4000mg/L时即达到半抑制状态.逐步提高进水硫酸盐浓度至4000mg/L,甲烷产率和溶液中游离硫化氢（FS）浓度分别呈现一直下降和升高趋势,但COD去除率均能维持在90%以上.进水中的氨氮和硫酸盐分别因离解平衡和生物还原作用形成游离氨（FAN）和FS,进而抑制了产甲烷菌的活性;前者因FAN扩散到细胞内部破坏质子平衡从而过多消耗ATP,后者还因硫酸盐还原菌的增殖存在底物竞争抑制作用.     

氨氮和硫酸盐对谷氨酸厌氧生物降解性能的抑制及机理

采用连续运行1119d的上流式厌氧污泥床（UASB）反应器,研究了最佳有机负荷条件下氨氮和硫酸盐对模拟废水中谷氨酸降解性能的抑制作用.结果表明,有机负荷为8.0g COD/（L·d）时,COD去除率达到最高值为（97.94±0.28）%.逐步提高进水氨氮浓度,起初对谷氨酸降解性能的影响不大;但升到2000mg/L时COD去除率和甲烷产率明显降低,继续升至4000mg/L时即达到半抑制状态.逐步提高进水硫酸盐浓度至4000mg/L,甲烷产率和溶液中游离硫化氢（FS）浓度分别呈现一直下降和升高趋势,但COD去除率均能维持在90%以上.进水中的氨氮和硫酸盐分别因离解平衡和生物还原作用形成游离氨（FAN）和FS,进而抑制了产甲烷菌的活性;前者因FAN扩散到细胞内部破坏质子平衡从而过多消耗ATP,后者还因硫酸盐还原菌的增殖存在底物竞争抑制作用.     

EGSB反应器中耦合厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的研究

将好氧活性污泥接种于膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器中,经过120 d的启动运行,形成颗粒污泥.在启动好的EGSB反应器进水中添加亚硝酸盐和氨盐,反应器内温度控制在32～35 ℃,pH为7.5～8.3,氧化还原电位为-150～-40 mV;水力停留时间4.2 h,上升流速4.86 m/h,经过270 d运行,逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在进水ρ(COD_Cr)为500 mg/L,有机容积负荷速率为4.800 kg/(m3·d)(以COD_Cr计)和1.152 kg/(m3·d)(以N计)的条件下,出水ρ(COD_Cr)维持在80 mg/L以下;COD_Cr,氨氮,亚硝态氮和总氮去除率分别为85%, 35%, 99.9%和67%;其去除速率分别稳定在6.12,0.202,0.575和0.777 kg/(m3·d);其中氨氮和总氮的去除速率分别是传统活性污泥法硝化/反硝化(0.05 kg/(m3·d))的4和15.5倍. pH,温度,溶解氧,氧化还原电位,亚硝酸盐和COD_Cr对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响.      

温度分化对APBR反应器性能及产甲烷菌群落的影响

为了研究温度分化对固定床厌氧反应器(anaerobic packed bed reactor,APBR)牛粪发酵处理效果及产甲烷菌群落的影响,反应器发酵温度从室温(22℃±1℃)阶梯式分化到低温(15℃±1℃)、中温(37℃±1℃)和高温(55℃±1℃).温度变化的过程中,温度越高COD(chemical oxygen demand)去除率和日总产气量越高,分化后COD去除率分别为25%、45%、60%,相应的日产气量为2.3、4.0、8.5 L·d-1,但是甲烷含量基本保持不变(~60%);温度突然变化造成挥发性脂肪酸含量骤然增加,并处于波动状态.16S r RNA基因克隆文库法分析表明,室温时包含广古菌门中的常见重要产甲烷菌MBT(甲烷杆菌目)、Mst(甲烷鬃菌科)、Msc(甲烷八叠球菌科)和MMB(甲烷微菌目),以及嗜热菌,也有少部分泉古生菌门,发酵温度分化后,产甲烷菌多样性减少,中温条件下产甲烷菌种类相对较少.定量PCR表明Mst、MMB和Msc总基因浓度都有所减少,并且温度越高减少越多,各菌数量相对比例变化较大,但Mst仍为优势产甲烷菌.     

不同碳源农林废弃物与厨余垃圾协同堆肥对腐熟度和臭气排放的影响

针对北京市生活垃圾分类后厨余垃圾含水率高,在堆肥过程中存在酸化严重、升温慢、渗滤液产率高、产品品质差和臭气排放严重等问题,研究了玉米秸秆、园林剪枝和西瓜秧作为外加碳源对厨余垃圾堆肥腐熟度和臭气排放的影响,其中3种辅料添加比例均为15%,采用机械强制连续通风,通风速率为0.5 L/（kg DM·min）。堆肥周期为16 d,每4 d翻堆1次。结果表明:纯厨余垃圾单独堆肥酸化严重,未升温,添加辅料高温期（>55℃）持续时间超过10 d。碳源辅料影响有机质降解难易程度,西瓜秧添加在堆肥前期升温迅速,园林剪枝在堆肥中期温度较高,玉米秸秆在堆肥中后期温度较高。添加玉米秸秆、园林剪枝和西瓜秧可分别减少95%、39%和17%的渗滤液生成。秸秆和西瓜秧处理的种子发芽率指数（GI）第12天达到100%,比园林剪枝缩短4 d。与西瓜秧相比,添加秸秆减少了66.6%硫化氢（H₂S）和86.3%甲硫醚（Me₂S）排放,园林剪枝减少了82.3% Me₂S排放。影响厨余垃圾堆肥腐熟度和臭气排放的主要理化因素为pH和温度。     

复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响

秸秆资源化利用对于农业环境保护和可持续农业发展具有重要意义.利用实验室分离获得的15株高效纤维素降解菌,筛选出可有效降解秸秆的复合菌剂JFB-1,研究了复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响.结果表明,接种该复合菌剂能将秸秆堆肥的单个发酵周期缩短1~2 d,堆肥中有机质含量达到403.5~515.1 g·kg-1,C/N比降低至15.30~10.53.盆栽试验发现,施用水稻秸秆堆肥的效果总体好于相应的芦笋秸秆堆肥.与水稻秸秆对照堆肥比较,施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥150 g·kg-1时,土壤中有机质和全氮含量分别提高33.5%和7.3%,土壤脲酶和纤维素酶活性分别提高16.7%和30.8%;与不施肥处理比较,施用秸秆堆肥可改善土壤微生物群落结构,增加微生物多样性指数.当施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥100 g·kg-1时,栽培30 d的普通白菜生物量比水稻秸秆对照堆肥提高46.4%,表明复合菌剂JFB-1在秸秆堆肥中具有很大的应用潜力.     

不同氮源对麦秆厌氧消化过程的影响

在中温[(35±1)℃]条件下,采用批式发酵方式,研究了不同氮源对麦秆厌氧消化过程的影响.结果表明,不添加氮源时,麦秆挥发性固体(VS)产气量为323.97mL/g,甲烷含量为64.38%;厌氧发酵后发酵液中各形态氮含量均大幅增加,发酵液中的氮以铵态氮和有机氮为主;发酵后的麦秆中木质素含量增加,纤维素结晶区受到一定程度的破坏.添加氮源提高了微生物的活性,产气速率大幅提高,VS产气量提高了35.37%~50.20%,但对甲烷含量的影响不大.除硝酸钾外,添加氮源的各处理发酵液中均以铵态氮为主,占总氮的70%以上,添加硝酸钾的处理最低,仅为54.60%,均远高于对照的38.49%.添加氮源及不同氮源对发酵液中硝态氮含量的影响不大;添加氮源促进了微生物对麦秆中纤维素和半纤维的破坏,但对纤维素结晶区的影响不大.在各种氮源中,以添加尿素的效果最好.     

干发酵对稻草结构及产沼气的影响

为了防止稻草焚烧产生的环境污染,采用厌氧干发酵方式对稻草进行资源化处理.通过稻草元素的分析、X射线衍射(XRD)及红外光谱(FT-IR)的分析,考察了干发酵及预处理对稻草结构的改变.结果表明,稻草干发酵60d单位挥发固体累积产气量278.1mL/g (0℃),前30d产气占总产气量的90.3%;XRD显示稻草纤维晶体为纤维素Ⅰ型,堆沤预处理和厌氧发酵未改变纤维素的晶型,但略微增加纤维素的结晶度;FT-IR表明:堆沤预处理使聚糖脱聚、纤维素分子键氢键增强和木质素结构部分改变;发酵主要使聚糖脱聚与降解.     

生活垃圾与畜禽粪便联合好氧堆肥

生活垃圾与畜禽粪便联合好氧堆肥有利于堆肥的进行和堆肥产品品质的提高. 采用固体废物好氧堆肥成套技术(CBS技术)与设备,对生活垃圾(处理Ⅰ)、畜禽粪便(处理Ⅱ)、生活垃圾与畜禽粪便混合物料(处理Ⅲ)进行堆肥,温度在线监测显示,处理Ⅲ堆肥过程中升温速率、最高温度和高温持续时间分别是1.88 ℃/h,69 ℃和440 h,各项指标参数均略高于处理Ⅰ的1.79 ℃/h,67 ℃和418 h,明显优于处理Ⅱ的0.47 ℃/h,42 ℃和0h,达到无害化处理的要求;对堆肥产品腐熟度及荧光特性分析表明,处理Ⅲ堆肥20 d后,堆肥对小麦、玉米、大豆、水稻和棉花5种农作物的发芽指数分别达到88.7%,91.3%,82.7%,85.2%和83.4%;发射荧光光谱在350 nm附近的特征峰有较为明显的红移现象,且荧光峰明显变宽,在450 nm附近(类富里酸峰)的峰强度增加,说明堆肥产品中有机物分子共扼作用加强、缩合度增加. 腐熟堆肥营养成分含量测定结果表明,处理Ⅲ腐熟堆肥的w(有机质)及w(TN),w(TP)和w(TK)分别达到36.64%,2.20%,2.82%和1.52%,优于处理Ⅰ的30.14%,1.58%,1.02%和0.93%,高于《有机肥料标准》(NY525—2002)中≥10%,≥0.5%,≥0.3%和≥1.0%的要求.      

基于大数据分析的杭州市农业源高分辨率氨排放清单研究

基于实地调查并辅以统计的方法获得大数据,采用排放因子法,估算了杭州市2015年农业源氨排放清单,并选取经纬度坐标、土地类型和人口等数据作为权重因子,建立1 km×1 km高精度网格化空间分布,研究了该地区农业排放源氨排放空间分布特征.结果表明:杭州市2015年农业源NH3排放总量为54787.9 t,其中畜禽养殖和农田种植是最主要的氨排放来源,分别占农业源总排放量的86.7%和12.8%.在畜禽养殖各主要环节的氨排放过程中,圈舍固态粪便的氨排放贡献量最大,占总氨排放量的52.8%;其次是存储固态,占总氨排放量的35.1%.氮肥施用主要集中在萧山区、建德市、临安市和余杭区.秸秆堆肥和秸秆焚烧与秸秆综合利用率高低密切相关,两者氨排放量占有率不高,占杭州市农业源氨排放总量的1%以下.     

甘蔗渣和稻草秸在亚/超临界水中液化的初探

采用亚/超临界水解方法进行了甘蔗渣和稻草秸液化的实验研究,考察了反应温度、质量比(秸秆/水)对纤维素液化转化所得还原糖产率的影响.研究结果表明:(1)反应温度为350℃,固液比为1∶4时,甘蔗渣转化为还原糖的产率与浓度最大,产率达31.8%,浓度为127 g/L;(2)稻草秸在333℃,固液比为1∶3.6时,还原糖产率...     

氢氧化钠和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响

为提高水稻秸秆生物转化产糖效率,分别用氢氧化钠和碱性双氧水对其进行预处理,并考察处理液浓度、温度和时间对木质纤维素酶解糖化效果的影响. 通过分析预处理前后水稻秸秆组分和结构变化,揭示氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响机理. 结果表明:①在80 ℃的条件下,使用1.25%的氢氧化钠对水稻秸秆水浴处理3 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为480.81 mg/g. ②在50 ℃的条件下,使用碱性双氧水(1.5%的氢氧化钠+2%的双氧水)对水稻秸秆水浴处理5 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为575.85 mg/g. ③与未预处理的水稻糖化效果(132.7 mg/g)相比,经氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆酶解产糖率分别提高了262.3%和336.2%. ④扫描电镜显示,经氢氧化钠和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆的比表面积均显著增加,表面结构更加疏松. ⑤红外光谱和X射线衍射光谱表征显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理均可消解水稻秸秆中的木质素并使其转化成纤维素,从而可以促进后续的酶解糖化效果. 研究显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理都能较好地促进水稻秸秆的酶解糖化过程,得到较高的糖含量.      

底物含氮量对厨余堆肥氮素转化及其损失的影响研究

采用静态好氧工艺研究了含氮量分别为32.4 g·kg-1、45.3 g·kg-1和58.2g·kg-1的厨余垃圾(N0、N1、N2)与木屑混合堆制时,堆肥过程中不同形态氮的转化及其氮损失规律.结果表明,堆肥中堆体全氮含量呈先升后降趋势,部分有机氮转化为铵氮导致堆体pH升高,在通风和高温的联合作用下,NH3挥发出堆体造成一定的氮损失.随着底物含氮量的增加,NH3挥发速率和氮损失率均呈上升趋势.堆肥结束时N0、N1、N2的堆体全氮含量分别下降了16.4%、26.3%和21.7%,NH3累计挥发量分别为7.0 g·kg-1、9.8 g·kg-1和29.4 g·kg-1,堆肥氮损失率分别为35.0%、49.9%和53.0%.NH3挥发主要集中在高温阶段的中后期,是厨余堆肥氮损失的主要原因.     

低温冰冻预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气性能的影响

以水稻秸秆为厌氧发酵原料,在中温（37 ℃）湿式批次发酵条件下,考察了低温冰冻预处理在不同温度（-5,-18,-40,-60 ℃）和不同时间（12,24,36 h）下对水稻秸秆厌氧发酵产气性能影响。实验结果表明:低温冰冻预处理均显著增加了秸秆溶出物COD含量,其中D3处理与对照相比增加了7.65倍。低温冰冻预处理显著降低了木质素含量,降低幅度为16.36%~59.88%。在预处理冰冻温度为-5,-18,-40 ℃下,水稻秸秆厌氧发酵TS产气率和甲烷含量随着预处理时间增加而提高。其中,-60 ℃,24 h处理的厌氧发酵TS产气率与-60 ℃,36 h处理的甲烷含量最高,相较于对照组分别提高了96.46%和209.30%。     

高浓度氨氮有机废水的吹脱试验研究

某化工厂在生产有机酸的过程中产生了一部分高浓度氨氮的有机废水（NH3-N约30000mg／L,SO4^2-约80000mg／L,CODcr约20000mg／L）,试验采用投加石灰、通入空气进行吹脱的预处理方法。试验结果表明,控制吹脱温度30℃-40℃、pH值11-12、吹脱时间3～4h时,氨氮的吹脱效率〉99％,氨的吸收率〉87％。