微生物发酵菌和生物质炭及蘑菇渣对污泥堆肥效果的影响

为解决污泥的处理处置难题,实现污泥减量化、无害化和资源化,在污泥中添加蘑菇渣、微生物发酵菌和生物质炭等辅料,进行共堆肥试验,设置T1（不添加辅料）、T2（添加30%的园林枯枝）、T3（添加20%的园林枯枝、9.9%的蘑菇渣和0.1%的微生物发酵菌）、T4（添加20%的园林枯枝和10%的生物质炭）,以及T5（添加20%的园林枯枝、4.9%的蘑菇渣、0.1%的微生物发酵菌和5%的酸化生物质炭）5个好氧堆肥处理,考察各处理堆肥过程中温度变化、肥料的理化特性以及GI（发芽指数）.结果显示:①T5处理的效果最好,堆肥至第3天,堆体温度达到70.5℃,并且温度不低于50℃的时间达到19 d. ②T5处理肥料的w（TKN）（TKN为总凯氏氮）、w（TP）和w（TK）均最高,分别达到3.88、0.64和1.10 g/kg,远高于其他4个处理;产品的GI随堆肥时间的延长逐渐增长,达到183%. ③T5处理的NH₃排放最少,氮元素流失最低,能最大程度的转化成固化无机氮;残渣态重金属含量最高,不易浸出到环境中进入生态系统,生物毒性低.研究显示,蘑菇渣、微生物发酵菌和生物质炭能够促进污泥的腐熟,减少二次污染的产生,产品质量较好.      

添加钝化剂对猪粪好氧堆肥过程中理化特性的影响

以猪粪和玉米秸秆粉为堆肥原料,通过添加不同用量的重金属钝化剂(粉煤灰、风化煤或膨润土)进行90d的好氧堆肥,研究钝化剂的种类和添加比例对堆肥理化特性的影响.结果表明:所有处理的堆体温度均能迅速升至近70℃,并维持在55℃以上超过一周;随着堆肥时间的延长,各处理堆体含水量逐渐降低,并在90d后达到30%左右,但添加膨润土能减少一次发酵期水分的损失;添加风化煤会导致堆体pH呈现较强的碱性,而添加膨润土会显著提高堆体EC值;随着堆制时间的延长,堆体Cu、Zn全量逐渐增加,但DTPA提取态Cu、Zn所占的比例则逐渐减小;对照处理和添加风化煤的各处理中,雪里蕻种子的发芽率最终均达到90%以上,GI约1.0左右;而在添加膨润土和粉煤灰的各处理中,到90d堆肥结束,发芽率最高仅达80%,仅有2.5%和5.0%添加比例(质量分数,下同)的处理中GI大于0.5,且GI的增加趋势随着膨润土和粉煤灰的添加比例增加而降低.研究表明,钝化剂的添加比例和种类对猪粪好氧堆肥中堆体温度和含水率变化无显著影响;虽然堆肥过程添加重金属钝化对堆肥重金属Cu、Zn有良好的钝化作用,但对堆体的pH和EC影响较为剧烈,对雪里蕻种子的根系生长也有一定的影响.在堆肥中应合理选择钝化剂的种类和添加比例.     

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.     

污泥好氧堆肥对PAHs的处理效果和抗生素及抗性基因消解效果

为探讨污泥共堆肥对PAHs的处理效果以及堆肥过程中抗生素及抗性基因的变化情况,试验设置添加辅料木屑、蘑菇渣、微生物发酵菌和酸化生物质炭进行好氧共堆肥处理.结果表明:污泥堆肥对PAHs的去除率基本都在50%以上,特别是芴、菲和蒽的去除率超过了80%.∑₁₆PAHs(16种PAHs总量)的去除率达到78.7%,∑PAHs-cancer(具有致癌活性的4~6环PAHs总量)去除率达到74.1%,∑PAHs-ppc(被我国列入环境“优先污染物”的PAHs总量)去除率达到68.6%.136种抗性基因在堆肥过程中出现了不同程度的消减,其中,BL2a_1(青霉素)、catB5(氯霉素)和tetPA(四环素)等11种抗性基因在堆肥过程中完全消减,消减率达到100%,BL1_asba(头孢霉菌素)、EreA(红霉素)、QnrB(氟喹诺酮)和cmL_e8(氯霉素)等19种抗性基因在堆肥过程中消减率均超过85%,堆肥过程能有效消减该类抗性基因.研究显示,抗生素及其降解产物影响了微生物群落属水平,分枝杆菌属和鞘氨醇杆菌属变化明显,污泥堆肥产品施用过程中抗性基因出现水平迁移,不宜直接农业施用.      

分阶段接菌对中药残渣堆肥腐熟度及微生物多样性的影响

堆肥通常用于处理有机固体废弃物,可通过接种木质纤维素降解功能菌群提高堆肥进程及产品品质.然而,堆肥过程中传统的功能菌群一次性添加方式,不仅造成了堆肥过程中较低的堆肥效率,而且堆肥产品品质也并不稳定.为了探究基于不同接种方法对堆肥过程腐熟度和品质的影响,设置M0（不接菌）、M1（分阶段接菌）及M2（一次性接菌）3个好氧堆肥处理,考察各处理堆肥过程中理化性质变化、木质纤维素降解及微生物群落多样性.结果表明:M1处理下,堆肥至第20天,堆体温度达到51.2℃且拥有最高的嗜热温度（67.8℃）;堆肥至第67天,发芽指数达到83.61%.此外,M1处理下腐殖质增长率、总有机碳降解率、纤维素降解率和木质素降解率均最高,分别为50.20%、53.86%、59.87%和40.61%,远高于其他2个处理.变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析显示,在嗜热期,真菌种群对于木质纤维素生物降解的作用比细菌种群更加突出,并且受到总磷含量、pH、碱解氮含量和碳氮比的显著影响.研究显示,分阶段接菌可以显著提高堆体温度及堆体中木质纤维素降解酶活性,促进堆体腐熟进程及堆肥产品中腐殖质等养分积累.      

资源化利用冲施猪粪水高温堆肥研究

为有效处理采用水泡粪养殖模式的养猪企业粪污处理提供新的途径,评估辅料中添加不同量猪粪水对猪粪高温堆肥的影响,以期建立利用冲施猪粪水无害肥料化高效堆肥工艺.通过工厂堆肥,以蘑菇渣、砻糠和木屑为原料混匀建堆,堆体顶部挖槽,分7次添加不同量的猪粪水,研究添加不同量猪粪水高温堆肥过程中堆体温度、含水量、p H值、EC、C/N、铵态氮含量、硝态氮含量、水溶性有机碳含量、木质素含量、纤维素含量半纤维素含量、发芽指数和养分等理化指标的变化.结果表明,相比每次添加0.5t猪粪水(Z1)和每次添加1t猪粪水(Z2)的处理,每次添加2t猪粪水(Z3)的处理高温期温度最高,降温后熟阶段降温速率也最大;堆肥过程中各处理p H值变化基本一致,均是先降低再升高最后降低趋于稳定;各处理堆体在堆肥过程中,C/N均呈现逐步减小的趋势,并最终保持稳定,根据终点C/N与初始C/N的比值,至堆肥结束时,Z1、Z2处理未腐熟,Z3处理基本腐熟;各处理铵态氮含量逐渐下降,硝态氮含量逐渐增加;堆肥结束时,Z2和Z3处理类酪氨酸类物质和类色氨酸类物质减少至消失,胡敏酸类、富里酸类等物质成为DOM的主体部分,基本腐熟,而Z1处理未腐熟..相比Z1和Z2处理,Z3处理在堆肥过程中木质素、纤维素和半纤维素降解速率更快;堆肥过程中,各处理发芽指数(GI)不断增大,至堆肥结束时,Z1、Z2、Z3处理的发芽指数分别为72%、84%和101%,Z2和Z3处理腐熟,且Z3处理堆肥腐熟所需时间更短(第43d GI为85%).各处理有机质含量均下降,全氮、全磷、全钾含量在堆肥结束时比堆肥初始均有所增加.分次将猪粪水注入蘑菇渣、砻糠和木屑混合物进行高温堆肥可以有效解决规模化养猪厂猪粪水难处理的问题.     

城市污泥生物快速干化技术研究

研发了城市污水厂污泥好氧堆肥过程中的快速升温与生物快速干化技术。当蘑菇渣、磷矿粉、鸡粪、高温菌种与城市污泥以合适比例调配时,试验堆体温度第1天可达到66℃,第2天达到73℃,第5天可达到79℃。试验堆体含水率第5天降到51.4%,第7天降到47%,第11天降到40%以下,第22天降到30%以下。生成的有机肥营养成分指标及重金属含量均符合相关标准,有机肥已在园林绿化中进行了应用。     

微生物复合菌剂对污泥好氧堆肥过程的影响

研究了黄孢原毛平革菌与枯草芽孢杆菌复合菌剂在剩余污泥静态强制通风好氧堆肥中的作用.结果表明,根据堆肥过程中的温度(0~5d为中温阶段,6~12d为高温阶段,16~28d为腐熟阶段)变化,复合菌剂的变化导致堆体细菌数量明显高于空白堆体,且堆体中的嗜热真菌在高温期显著增多,促进了有机物的降解,加速了堆体的腐熟.试验组萝卜种子发芽指数(GI)相对空白组提前3d达到了50%,表明复合菌剂的加入迅速地降低了堆体的生物毒性,但由于相对浓缩效应使得堆肥产品Cd含量略有增加.     

夏季利用太阳能堆肥处理蔬菜废弃物的研究

以常见蔬菜废弃物为原料,进行了静态好氧堆肥实验,通过测定温度、pH等理化指标研究了光照、覆膜颜色以及EM菌等条件对堆肥的影响。结果表明:白膜比黑膜更有利于提高堆体温度并改善堆肥品质;EM菌有一定的促进作用但不明显。与非光照组相比,光照组在发酵温度、腐熟度、种子发芽指数等方面均具有明显优势。有光照、白色覆膜、EM菌加入2%条件下处理,55℃以上高温持续时间最长可达3d,最高堆肥温度达63.5℃。夏季利用太阳能堆肥处理蔬菜废弃物,可缩短堆肥周期,在16d之内得到完全腐熟的产品。     

采用生物沥浸法和化学法调理深度脱水污泥的堆肥效果:生产性试验

利用生物沥浸法和以添加石灰与三氯化铁为代表的化学法对污泥进行调理,继而采用隔膜厢式压滤机深度脱水是目前在我国应用较为广泛的工艺,但系统比较两种工艺所产生的污泥的堆肥效果的研究还很鲜见.为此,本试验分别对相同来源的污泥用两种方法进行调理后再用机械脱水,将获得的污泥饼进行工程化高温好氧堆肥,并以相同来源的常规脱水污泥(CS,指含水率80%左右的污泥)作为对照,探究其堆肥过程及产品性质的差异.结果表明,采用条垛式堆肥(条垛底宽2.8 m、高1.2 m、长10 m),生物沥浸污泥(BS)和石灰调理污泥(LS)堆肥所需辅料仅为CS的9.1%.尽管BS堆体中的NH+4-N含量始终最高,但其氨气挥发量仅为LS堆体的9.7%和CS堆体的31.4%.42 d时各堆体的CO2释放速率和水溶性C/N相比堆肥前均明显下降,说明堆体均已腐熟.LS堆肥产品的种子发芽指数(GI)仅为57.3%,而BS堆肥产品和CS堆肥产品的GI均为90%左右,显然后两者对种子的毒害已完全消除.此外,BS堆肥产品中的养分含量(N+P2O5+K2O)明显高于LS堆肥产品和CS堆肥产品,总养分分别高出28.5%和73.0%;其速效养分指标WSN亦分别高出40.6%和102%.综上所述,较之LS堆肥或CS堆肥,采用BS高温堆肥不仅可以显著减少辅料的添加量,且其堆肥过程中的氨气损失少,堆肥产品腐熟度好,养分含量高,因此,污泥生物沥浸处理-高温发酵技术是对推动堆肥后土地利用极有帮助的深度脱水工艺和资源化方法.     

四环素对人粪便好氧堆肥过程及微生物群落演替的影响

以人粪便和锯末为实验材料,研究了四环素(TC)对好氧堆肥过程中理化性质、酶活性以及微生物群落演替的影响.实验共设4个处理:CK(不添加TC)、TC100(100 mg·kg~(-1)TC)、TC250(250 mg·kg~(-1)TC)和TC500(500 mg·kg~(-1)TC).采用高通量16S rRNA基因测序技术对堆肥中微生物群落结构进行分析.结果表明,TC对堆肥理化性质的影响与其浓度有关,堆肥中TC浓度的增加显著抑制了堆肥温度的升高,增加了水溶性碳(WSC)的残留,降低了种子发芽率(GI)并抑制了脱氢酶活性(DHA).堆肥温度、WSC、GI和DHA等堆肥参数都可以用来表征堆肥的腐熟度,以上结果表明堆肥中TC浓度高达500 mg·kg~(-1)时,TC阻碍了人粪便好氧堆肥过程并影响堆肥产物的腐熟.而且,TC浓度的增加显著改变了堆肥中的微生物群落演替,降低了微生物的多样性和丰度.TC对堆肥过程和堆肥产物腐熟的主要不利影响是对微生物群落结构的干扰和对生物活性的抑制.     

复合菌剂强化餐厨垃圾好氧生物处理性能研究

为探索复合菌剂对餐厨垃圾好氧生物处理过程和腐熟效果的影响,利用4组自制的堆肥反应器进行小规模试验。以木屑为辅料,分别投加适用于常温条件下有机质分解的菌剂碧沃丰®除污(WD)、前期筛选制备的复合耐高温菌剂(TB)和WD+TB复合微生物菌剂,以不投菌为空白组(CK),通过测定堆体总重、温度、含水率、干基有机质含量、pH值、水溶性氨氮及硝态氮、腐殖化系数(E465/E665)、电导率(EC)、种子发芽率指数(germination index GI),研究处理过程。结果表明,初始含水率为(63.5±0.5)%,初始干基有机质含量为(96.6±0.9)%,初始碳氮比为34.9±2.7,辅料20%(质量分数),接种量25 mL/kg下,(WD+TB)组堆料高温期持续时间最长、温度峰值最高,可持续7d 50 ℃以上高温,最高温度达到72 ℃;总重减量率和有机质减量率最高,分别为80.7%和64.3%,日均有机质减量率是CK组的2.13倍;水溶性氨氮和E4/E6最低,种子发芽率指数 (96.3±26.7)%最高。说明WD+TB复合微生物菌剂可以有效提升餐厨垃圾好氧生物处理效果,并显著提高堆肥效率。     

外源添加剂对富磷餐厨废弃物堆肥磷素活化的影响

针对餐厨废弃物堆肥速效磷含量低、添加低品位磷矿粉的活化效率有限的问题,在富磷餐厨废弃物堆肥(添加磷矿粉处理,CP)基础上,分别添加表面活性剂(CSP)、解磷菌(CMSP)、生物炭(CBMSP),探究不同外源添加剂对餐厨废弃物富磷堆肥磷素转化的影响。结果表明:1)经过35 d的好氧堆肥,CSP、CMSP、CBMSP处理较CP速效磷增量分别提升2.00%、9.00%、39.00%,解磷菌与生物炭、表面活性剂共同添加显著促进难溶性磷活化效率(P<0.05),达到16.00%;2)CMSP处理堆肥产品中细菌数量较CP处理显著提升(P<0.05),增加至CP的1.85倍,生物炭添加进一步提高了餐厨废弃物堆肥产品放线菌和真菌丰度,分别达到CP的1.56,10.66倍,说明表面活性剂、生物炭与解磷菌共同添加有助于改善堆肥微生物生长环境,促进微生物生长;3)相关性分析表明,微生物量磷(MBP)与速效磷、真菌丰度均在CMSP和CBMSP中呈显著相关(P<0.01),表面活性剂、解磷菌接种和生物炭协同添加可通过强化微生物量磷累积促进难溶性磷矿粉的活化。该成果可为提升堆肥养分资源和难溶性磷利用效率提供有效途径。     

赤泥对堆肥腐熟度及其产品对稻米Cd阻控效果

以赤泥作为堆肥添加剂进行鸡粪好氧堆肥试验,分析了堆肥过程中赤泥对温度、pH值、电导率（EC）及种子发芽指数（GI）的影响.通过三维荧光与紫外-可见光光谱特征解析堆肥过程中腐殖酸（HA）组分的演变特征.并利用盆栽实验探索堆肥产品对矿区土壤中稻米镉的阻隔效果.结果表明,赤泥的添加提高了堆体高温期的温度.EC较堆肥前均显著降低,但赤泥堆肥EC （4.29mS/cm）显著高于鸡粪堆肥EC （3.59mS/cm）.鸡粪堆肥与赤泥堆肥的GI随着堆肥时间的增长而升高,在堆肥结束时分别达到100.2%和96.44%,说明2种堆肥产品均未表现出植物毒性.2种堆肥HA中类蛋白质等物在堆肥过程中均转化为较为稳定的类腐殖质物质,HA的SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀和A_226~400在堆肥结束后也显著提高,表明堆肥的腐殖化程度升高.此外,赤泥的添加提高了腐殖化参数数值,证明赤泥的加入能够加速堆肥腐殖化进程.在盆栽实验中,鸡粪堆肥与赤泥堆肥均提高了土壤的pH值,降低了土壤中DTPA-Cd和糙米中Cd的含量.其中,施用2g/kg赤泥堆肥后,糙米Cd含量降低幅度最大,为58.68%,水稻糙米中Cd的含量由未施用堆肥的0.42mg/kg降低至0.17mg/kg.因此,赤泥的添加可以在一定程度上提高堆肥效率,同时施加堆肥产品对土壤Cd的生物有效性及水稻植株内Cd起到抑制与阻隔作用,且施加赤泥堆肥效果更为显著.     

蓝藻好氧堆肥及其氮素损失控制的研究

选取锯木屑和药渣作为调理剂并分别添加酸化沸石、过磷酸钙和氢氧化镁与磷酸的混合液作为氮素固定剂或损失抑制剂,研究了蓝藻堆肥的效果.结果表明,V(蓝藻)∶V(锯木屑)∶V(药渣)=1∶1∶1时极易发酵.添加氮素固定剂在堆肥前期能促进发酵,特别是添加过磷酸钙的处理最高温度达66.8℃.固定剂的添加能促进物料的降解,尤其添加过磷酸钙的促进作用比较明显;各氮素固定剂在蓝藻堆肥过程中都起到了抑制氮素损失的作用,其中过磷酸钙和Mg(OH)2与H3PO4混合液对氮素的固定率达50%以上,且对氨氮的固定效果较好.堆肥结束后,添加过磷酸钙和Mg(OH)2与H3PO4混合液的两处理氨氮比堆肥起初分别增加23.52%和28.06%,P素分别增加了67.56%和36%.随着堆肥的进行,各处理堆肥物料中N、P、K含量均明显升高,C/N比显著下降,发芽指数增加到75%以上,而且添加氮素固定剂的处理效果更为明显.可见采用高温堆肥和氮素固定技术可有效实现蓝藻的资源化利用.     

好氧堆肥微生物代谢多样性及其细菌群落结构

好氧堆肥是农业废弃物无害化处理和资源化利用的一条有效途径.为了探究好氧堆肥过程中微生物群落的代谢特征和细菌群落演替现象,了解起关键作用的微生物菌群,通过筛选强降解菌种改善堆肥工艺、提高堆肥效率,采用Biolog法和宏基因组法分析了玉米秸秆和牛粪联合好氧堆肥过程中微生物的碳源代谢能力和细菌群落多样性.结果表明:在第2次翻堆（第14天）时,微生物利用碳源的能力最强,初次建堆时（0 d）和其余翻堆时（第8、20、26天）次之,发酵结束时（第34天）最弱.Simpson、Shannon-Wiener和McIntosh多样性指数表明,建堆时及翻堆时的菌群优势度、丰富度和均匀度均极显著优于好氧堆肥结束.不同好氧发酵时间的微生物群落对同一碳源代谢有差异,同一好氧发酵时间微生物群落对不同碳源的利用率不同.糖类、酸类和醇类是区分好氧堆肥不同时间微生物碳源利用差异的敏感碳源.好氧堆肥不同时间细菌的种类和丰度不同,共享的优势菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）,在第0、8、14、20、26、34天这6个时间内它们的相对丰度之和分别达90.27%、90.34%、94.26%、84.21%、84.31%和77.61%,且6种门类在不同发酵时间的丰度表达存在消长变化状态.研究显示,参与好氧堆肥不同时间的微生物群落在碳源代谢能力上存在多样性,在细菌菌群的种类和丰度上也存在多样性.      

应用新型好氧堆肥反应器连续投加处理人粪便的研究

针对间歇式堆肥反应器处理效率低、不便移动、单次投加所需物料量大等不足,以及为更有效地处理分散型人粪便,使人粪便资源化,开发了梨形筒式好氧堆肥反应器。在获得该反应器的最佳通风与搅拌频率分别为3.0 L/min,5 min/h以及最佳m（粪便）︰m（锯末）为1︰2.5的条件下进行连续投加人粪便好氧堆肥。在不接种微生物的30 d堆制过程中,升-降温周期为36 h,平均温度为51.44℃,第15天时COD降解率达到63.99%并趋于稳定,TN损失率第17天时达到56.68%,GI于第21天时达到106.25%,堆肥完全腐熟,稳定期处理效率为23.81 g/（L·d）。接种土著菌种时,升-降温周期缩短至24 h,平均温度为53.96℃,COD降解率8 d可达65.28%,TN 损失率仅为25.75%,GI于第8天达到108.22%,稳定期处理效率可达35.71 g/（L·d）,比不接种时提高1.5倍,同时节约能耗50%。