蚯蚓对城市污泥蚯蚓堆肥过程中微生物特征变化的影响

为揭示蚯蚓对城市污泥中微生物特征的影响和作用,本研究采用赤子爱胜蚓处理城市污泥,以无蚯蚓处理为对照,探讨蚯蚓对污泥堆肥中微生物数量、活性和种群变化的影响.结果显示:蚯蚓在前期能够显著提升脱氢酶的活性和细菌16S r DNA的丰度;从而加速有机物的降解,促进后期堆肥产物的腐殖质化.高通量测序结果表明:从60 d开始,蚯蚓组和对照组的细菌种群结构出现明显差异,蚯蚓处理能够显著增加最终产物的细菌种群的Chao1和Shannon指数.最终产物中,对照组的优势菌群为变形菌门(56%)、拟杆菌门(16.3%)和厚壁菌门(15.4%);蚯蚓组的优势种群有变形菌门(31.3%)、拟杆菌门(27.1%)、放线菌门(21.1%).与对照组相比,蚯蚓粪中放线菌和根瘤菌的丰度分别提高了13.1%和2.5%,表明蚯蚓的作用提升了堆肥产物作为微生物肥料的潜力.     

2种表居型蚯蚓处理污泥的比较研究

用微小双胸蚓(Bimastus parvus)和赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)2种表居型蚯蚓处理城市生活污泥,研究了污泥理化性质和污泥减量以及蚯蚓生物量的变化,比较2种蚯蚓对污泥的处理效果.结果表明,2种蚯蚓对污泥的矿化、降解及减量能力基本一致.接种双胸蚓和爱胜蚓污泥的pH分别降至6.27、7.07,接种双胸蚓使污泥的N、P、K含量分别增加了31.96%、5.76%、17.91%,C/N、C/P降低了44.14%、30.69%;接种爱胜蚓使污泥的N、K含量分别增加了35.48%、11.58%,P含量、C/N、C/P降低了10.12%、46.73%、20.50%.接种双胸蚓和爱胜蚓均能降低污泥中重金属含量,其降低次序分别为ZnCuPbCr和CuZnPbCr.实验结束后,2种蚯蚓的体重、卵数均显著增加,其生长率和生产率分别为76%～86%、156%～131%.     

四环素对污泥蚯蚓粪中微生物种群和抗性基因的影响

城市污泥中高含量的四环素可能会致使污泥蚯蚓堆肥产物中携带高丰度的抗性基因,降低其利用价值.本实验采用赤子爱胜蚓处理添加不同含量四环素(100、500和1 000 mg·kg-1)的新鲜污泥,以不添加为对照组,分析微生物种群和四环素抗性基因(tet C、tet G、tet M、tet W和tet X)及整合子基因(int I1)在不同四环素选择性压力下的变化,揭示四环素含量对污泥蚯蚓堆肥中微生物种群和抗性基因的影响.结果表明,添加四环素降低了污泥蚯蚓堆肥产物中变形菌门的丰度但增加了拟杆菌门的丰度,且四环素的含量与细菌的Shannon和Pielou指数有明显的负相关关系.同时,添加四环素致使int I1增加了4. 25倍;四环素类抗性基因增加了4. 7～186. 9倍,其中tet M基因丰度与四环素含量呈现出显著的正相关关系.因此初始污泥中较高含量的四环素会改变污泥蚯蚓粪的微生物种群结构,增加抗生素抗性基因的丰度和传播风险.     

蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响

将含水率80.6%的脱水污泥制成5 mm的污泥颗粒,以添加蚯蚓(赤子爱胜蚓)为处理组,无蚯蚓为对照组,测定不同时期污泥的理化性质、微生物碳量(MBC)和脱氢酶活性(DHA)的变化,重点研究了蚯蚓对污泥降解过程中MBC和DHA变化的影响.结果表明,相比对照组,蚯蚓处理组p H变化幅度较小;实验结束时,蚯蚓处理组的电导率(EC)和溶解性有机碳(DOC)显著高于对照组,而有机质(OM)显著低于对照组.实验前30 d,蚯蚓处理组MBC显著高于对照组,40 d至实验结束,蚯蚓处理组MBC显著低于对照组.DHA的结果表明,蚯蚓处理组和对照组在前30 d并没有显著性差异,40 d后蚯蚓处理组的DHA显著低于对照组,DHA稳定在2.98~6.40 mg·g-1·h-1(以TPF计).相关分析表明,DHA、MBC和OM之间显著正相关.研究表明,接种蚯蚓在实验前期显著提升了系统的微生物量,加快污泥有机质的降解,从而导致后期产物的微生物量及其活性较低,最终产物更稳定.     

基于活体微生物揭示蚯蚓对污泥耐药基因转归的影响

为削减污泥蚯蚓堆肥产物中耐药基因(ARGs),以无蚯蚓组为对照,采用叠氮溴化丙锭对蚯蚓堆肥样品进行预处理,探究蚯蚓对污泥中活微生物种群及其ARGs的影响.结果显示,与对照组相比,蚯蚓堆肥产物中有机物矿化度与降解量分别显著提升82.5%与5.2%(P<0.05).并且接种蚯蚓使其产物中放线菌门的丰度显著增加了65.6%(P<0.05),而厚壁菌门和拟杆菌门的丰度分别显著降低了74.7%和34.6%(P<0.05).相较于对照组,蚯蚓堆肥致使sul1、sul2、ermF和tetM基因丰度分别显著减少了66.5%、82.8%、72.8%和77.6%(P<0.05),但ermB的丰度显著增加了5.7倍(P<0.05).蚯蚓堆肥产物中intI1基因丰度比对照组显著降低了67.2%(P<0.05),蚯蚓处理后ARGs总绝对丰度为4.19×10¹³copies/g,ARGs总去除率为82.6%,比对照组高45.4%.研究表明,蚯蚓可通过改变活细菌种群结构,减少ARGs潜在活体宿主的丰度,进而降低其传播扩散的潜在风险.     

污泥蚯蚓堆肥过程中胞外聚合物的结构变化

为揭示污泥胞外聚合物(EPS)特征与蚯蚓堆肥产物腐熟的关系,以无蚯蚓为对照组,探究蚯蚓堆肥对污泥EPS结构变化的影响。结果表明,蚯蚓堆肥显著加快了蚯蚓堆肥产物有机质的矿化速率,其电导率和硝酸盐氮含量比对照组产物分别显著提升了0.64和0.22倍(P<0.05)。蚯蚓堆肥产物EPS层中的蛋白质和多糖的总含量比对照组产物分别降低了32.77%和31.54%。三维荧光结果表明,蚯蚓堆肥过程中蛋白质的荧光强度下降速率比对照组更高,其腐殖质在堆肥后期一直处于较高水平。污泥蚯蚓堆肥产物的紧密结合层(TB-EPS)和松散结合层(LB-EPS)中的色氨酸含量比对照组分别减少7.69%和13.62%,而LB-EPS和粘液层(SEPS)中腐殖酸含量比对照组分别增加了25.1%和7.82%。蚯蚓堆肥期间的硝酸盐氮含量和电导率均同SEPS、LB-EPS结构中的DOC、蛋白质和多糖含量呈显著正相关(P<0.05),其总DOC含量与EPS各层中的DOC及多糖含量呈显著相关性(P<0.05)。实验过程中对照组仅有机质和DOC含量同EPS各层多糖含量呈显著相关(P<0.05)。研究表明,蚯蚓堆肥能够破坏污泥EPS结构以促进有机物的分解,加快污泥的腐殖化和稳定化进程,且污泥EPS结构的变化可作为反映污泥蚯蚓堆肥产物腐熟程度的关键指标。     

温度对蚯蚓处理城镇污泥稳定化过程的影响

在蚯蚓堆肥过程中,温度会对微生物和蚯蚓活性产生影响,进而影响堆肥效率.将城镇脱水污泥制成5 mm的颗粒,通过比较3个温度条件下(15、20、25℃)赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)处理城镇污泥过程中理化、生化指标的变化,研究温度对蚯蚓堆肥稳定化过程的影响.结果显示,在整个稳定化过程中,随温度升高,有机质(OM)、微生物量碳(MBC)降低,电导率(EC)、NH_4~+-N、NO_3~--N升高,而脱氢酶活性(DHA)随温度变化不具有明显规律性.主成分分析(PCA)结果表明,蚯蚓堆肥稳定化过程依次经历以有机质生物降解、氨化和硝化为特征的3个阶段.以蚯蚓适宜生长温度控制蚯蚓堆肥,将更有利于蚯蚓与微生物协同作用的高效发挥.温度能改变蚯蚓堆肥的稳定化效率,但并不改变稳定化路径.     

城市有机垃圾蚯蚓堆肥处理的实验研究

采用蚯蚓堆肥处理4种不同有机废物,通过分析样品的温度、有机分含量、pH值以及实验前后样品的质量等参数的变化,比较蚯蚓堆肥处理不同有机垃圾的效果。实验结果表明:1.在合理条件下,蚯蚓堆肥可以直接处理生活有机垃圾和污泥(包括其堆肥后产物);2.在同样的实验条件下,蚯蚓堆肥处理生活有机垃圾和污泥及其堆肥后产物过程中,其处理城市生活有机垃圾的效果最好,减量化和物降解率分别为69.8%和75%。     

污泥四环素含量对蚯蚓堆肥中氨氧化菌群的影响

抗生素常积聚于脱水污泥中,其含量可影响污泥蚯蚓粪的氮肥价值.本研究通过向城市污泥中添加不同浓度四环素(0、100、500和1 000 mg·kg~(-1)),比较四环素含量对污泥蚯蚓堆肥过程中的硝化速率、氨氧化菌种群结构和丰度的影响,揭示四环素对污泥蚯蚓堆肥体中氨氧化作用的影响机制.结果表明,高含量四环素(1 000 mg·kg~(-1))显著抑制污泥蚯蚓堆肥过程的硝化速率(P 0. 05),但低含量四环素对硝化速率的影响并不显著.相比于氨氧化细菌(AOB),污泥蚯蚓堆肥体中氨氧化古菌(AOA)为氨氧化作用的主导者.低含量四环素(100 mg·kg~(-1))能显著提升氨氧化菌群amoA基因的丰度(P 0. 05);但随着四环素剂量增加,其对amoA基因的丰度有显著的抑制作用(P 0. 05).高通量测序结果表明,添加四环素改变了AOA和AOB的种群多样性及其结构,且AOA的α多样性和四环素含量之间呈负相关关系.     

珍珠岩对蚯蚓同步处理污泥-狐尾藻的研究

本研究利用太平二号蚯蚓构建生物反应器,以污水处理厂脱水污泥和粉绿狐尾藻作为研究对象,探究添加不同比例的珍珠岩对蚯蚓动物反应器处理混合物的减量化、无害化和资源化效果.结果表明,添加珍珠岩能够显著提高蚯蚓动物反应器同步处理污泥-狐尾藻的效率,经反应器处理后,混合物减量化效果明显,处理后产物的pH、有机质、碱解氮和重金属含量(Cu、Pb、Cr)均表现为明显下降,电导率(EC)和速效磷显著上升.经反应器处理后,产物品质符合在pH6.5的中性和碱性土壤上的施用标准.结果显示,当珍珠岩添加比例为4%时,对动物反应器的实用性和经济性效果最佳.     

蚯蚓对城镇污泥堆肥过程中微型动物群落演替的影响

采用实验对比和除趋势对应分析（DCA）等方法,以城镇污泥中的微型动物为对象,研究蚯蚓对堆肥过程微型动物群落演替的影响.结果表明,蚯蚓仅影响微型动物群落数量,对演替进程无明显影响.堆肥过程微型动物群落演替可分为3个阶段：第1阶段（0~10 d）,固着类纤毛虫为优势类群阶段,该阶段微型动物变化多受限于环境的改变,蚯蚓影响较小;第2阶段（10~30 d）,固着类纤毛虫和轮虫向肉足虫和线虫为优势类群的过渡阶段,该阶段蚯蚓对线虫数量有一定的限制;第3阶段（30 d后）,肉足虫和线虫为优势类群阶段,该阶段蚯蚓对有壳肉足虫的增长产生了明显的抑制作用.群落多样性指数结果显示,蚯蚓在第1和第2阶段作用不明显,在第3阶段增加了微型动物的多样性和均匀度,减小了优势物种的优势程度.对固着类纤毛虫的同化作用是蚯蚓稳定堆肥环境、促进有机质降解的重要因素.     

造粒处理对城镇污泥蚯蚓堆肥微生物群落碳源利用的影响

采用Biolog Eco微平板法探讨了城镇污泥造粒的预处理方法对蚯蚓堆肥系统中微生物碳源利用的影响.结果显示,造粒处理会显著提高城镇污泥中微生物群落对碳源利用的优势度和均匀度,但会降低碳源利用的多样性.与初始污泥相比,造粒处理对氧环境的改善在蚯蚓堆肥的前15 d明显提高了H1(a-D-乳糖)、A3(D-半乳糖酸γ内酯)、D4(L-丝氨酸)、C1(吐温40)、E1(a-环状糊精)、C3(2-羟苯甲酸)、B3(D-半乳糖醛酸)和F3(衣康酸)这8种碳源的代谢强度,增高幅度达到10.81%~24.83%.从碳源利用模式来看,蚯蚓堆肥系统中微生物的碳源利用表现出多元化向单一化发展的特点.胺类和酚类是微生物利用的主要碳源,约占总利用率的40%.污泥造粒和蚯蚓堆肥对胺类的利用无明显影响.与S组相比,15 d前造粒处理会提高氨基酸类和羧酸类的利用率8%以上,对酚类、聚合物类和碳水化合物类无明显影响.但这3类碳源对蚯蚓的作用更加敏感,蚯蚓可以使这3类碳源的利用率提高11%以上.15 d后随着基质中可利用物质的减少和蚓粪的积累,微生物对酚类、羧酸类和氨基酸类的代谢产生了明显的偏好,总体的碳源代谢能力却有所降低.     

施用无害化污泥影响土壤碳库组分和碳库管理指数的演变

以小麦-玉米轮作体系下的沙质潮土为研究对象,选用经无害化处理后符合国家标准且在推荐量范围内的商业化污泥产品,通过2013~2015年田间定位试验,研究无害化污泥施用对沙质潮土土壤碳库组分和碳库管理指数的影响,为无害化污泥资源化利用提供理论和技术依据.结果表明,与不施无害化污泥处理(CK)相比,土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(SMBC)、易氧化有机碳(LOC)和可溶性有机碳(DOC)施用污泥各处理分别显著增加到了8.40~14.74 g·kg-1、164.45~257.45 mg·kg-1、3.58~4.88 g·kg-1和81.16~101.58 mg·kg-1(P0.05),其中各活性有机碳组分SMBC、LOC和DOC分别显著提高了84.00%~188.07%,26.26%~58.03%和109.58%~185.39%(P0.05),其中45 t·hm~(-2)污泥(W3)处理提升效果最明显;施污泥各处理土壤微生物量熵(SMBC/TOC)和易氧化有机碳有效率(LOC/TOC)均有升高趋势,提高范围分别为8.02%~2.77%和13.75%~46.48%,土壤可溶性有机碳有效率(DOC/TOC)施污泥各处理分别显著降低了17.06%~40.94%(P0.05),并且随污泥施用量的增大,SMBC/TOC、LOC/TOC和DOC/TOC呈下降趋势,说明施用45 t·hm~(-2)污泥增大了土壤中稳定态碳含量,导致其比值降低;施污泥各处理土壤碳库活度(L)和碳库指数(LI)随污泥施用量增大而降低,说明施用45 t·hm~(-2)污泥其土壤稳定态碳含量高,有利于沙质潮土土壤有机碳的积累;施污泥各处理土壤碳库管理指数(CMPI)显著提高了153.45%~195.40%,其中W3处理提升效果最为明显;通过相关性分析及冗余分析得出,用CMPI来表征土壤肥力的变化比用TOC更灵敏、直接,能更好地反映出土壤养分及碳库的动态变化.综上,施用15~45 t·hm~(-2)污泥可以显著提高沙质潮土土壤活性碳库各组分含量和碳库管理指数,尤以施用45 t·hm~(-2)(W3)污泥效果最为显著.     

污泥厌氧消化和后续处理中沙门氏菌杀灭及VBNC发生

应用最大或然数(MPN)培养法和反转录定量PCR(RT-qPCR)技术研究了4种污泥厌氧消化方式以及后续处理过程中沙门氏菌杀灭及有活性但不可培养(VBNC)状态的发生情况.中温厌氧消化(MAD)和高温预处理后中温消化(65℃+MAD)的沙门氏菌分别减少了2.8和5.6个数量级;高温厌氧消化(TAD)和高温-中温两相厌氧消化(TPAD)的沙门氏菌含量均低于检测限.沙门氏菌的杀灭速率常数排序为65℃+MAD>TAD>TPAD> MAD.结果显示高温对病原菌的灭活效果显著增加,高温短时预处理使得杀灭速率明显加快.TAD和TPAD的污泥VBNC沙门氏菌数量高于MAD和65℃+MAD 2个数量级,表明长时间的高温厌氧消化易导致沙门氏菌进入VBNC状态.消化污泥经过离心脱水后会出现沙门氏菌数量增加的现象,MAD、65℃+MAD、TAD和TPAD的消化污泥中沙门氏菌分别增加了1.1、2.4、3.7和2.5个数量级.但其中VBNC状态的沙门氏菌数量明显降低了1~3个数量级,表明消化后污泥中部分VBNC沙门氏菌在离心脱水过程中复活并生长,使得MPN检测得到的可培养沙门氏菌数量增加,初步解释了消化污泥经离心脱水后的病原菌再生长现象.消化污泥中沙门氏菌数量在室温放置过程中会进一步下降.