新型堆肥生物反应器人粪便堆肥功效的评价

利用以锯末为载体的Bio-Lux S15型生态卫生设备,对人粪便进行了连续性堆肥实验,考察了BOD5、粪大肠菌和蛔虫卵的灭活以及最终产品N、P和K等肥料成分的含量。实验结果表明,最初30 d,BOD5的累积去除率由27%快速增加到50%,之后的30 d维持在50%左右,随后下降至40%左右。生态卫生设备中维持50-60℃的温度是杀灭粪便病原微生物的适宜条件,可保证粪便投入后在24 h内,粪大肠菌的灭活率达到99.99%,蛔虫卵的灭活率在2 h内达100%。对反应周期内载体的N、P和K等肥料成分的分析结果表明,反应过程中3种肥分都持续积累,在反应末期,按TN、P2O5和K2O计算的3种肥分最终分别达到25.1、123.4和2.0 g/kg,基本上达到了农用肥料的国家标准,表明以锯末为载体的反应器具有良好的堆肥效果。     

厌氧互营苯甲酸降解菌 Sporotomaculum syntrophicum对玉米秸秆沼气发酵的生物强化作用

木质素的有效降解是提高秸秆等木质纤维素原料沼气发酵效率的有效途径。木质素很难被厌氧微生物分解利用,然而有研究表明木质素可以经由苯甲酸、苯酚等芳香族化合物被微生物分解利用。采用批次试验探究厌氧苯甲酸降解菌Sporotomaculum syntrophicum FB对秸秆沼气发酵的影响。强化菌株S.syntrophicum接种比例的结果表明,接种比例为5%、10%和20%时,甲烷产量分别为252.2,244.9,234.8 mL/g TS,比对照组提高了20.5%、17.0%和12.2%,TS去除率提高了2.9%、3.1%和3.4%。投加5%~20% S.syntrophicum后的玉米秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的去除率,比对照组提高了12%~13%,3%~5%和38%~46%。进一步试验结果显示,添加S.syntrophicum使甲基纤维素、木聚糖和碱木质素(纤维素、半纤维素和木质素的模式物)的甲烷产量分别提高了15.7%、11.4%和7.8%。     

接种微生物菌剂对枸杞枝条基质化发酵品质的影响

为探讨接种微生物对枸杞枝条基质化发酵品质的影响,采用随机区组设计,以干燥鸡粪和尿素为氮源,进行了接种外源微生物对枸杞枝条基质化发酵性能参数的影响试验.结果表明:接种粗纤维复合益菌、锯末专用复合菌和纤维素类复合酶堆体升温速度快,高温持续时间较长(高于55℃,分别达到9、5和5 d);至发酵80 d时,堆体总有机碳分别下降了8.46%、7.43%、8.06%,C/N值分别降低7.48、6.99、6.23,全氮分别为17.1、17.2、16.2 g·kg-1,全磷分别为5.1、5.2、5.0 g·kg-1,全钾分别为16.5、16.3、16.4 g·kg-1,均显著高于其他处理,且3种菌剂间无显著差异,容重分别增加了1.10%、0.91%、1.20%,总孔隙度分别增加了9.78%、10.45%、10.51%,持水孔隙度分别增加了6.21%、5.36%、8.80%,瓜菜种子发芽指数(GI)均高于85%,腐熟后的各项理化指标基本达到栽培基质的要求.综合基质的发酵温度、腐熟周期和基质保护作物根系生长及固定植株的功能对基质各项理化性质的要求,接种粗纤维复合益菌、锯末专用复合菌和纤维素类复合酶更适合枸杞枝条基质化处理.     

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%。     

碱处理对秸秆厌氧消化的影响

为减少秸秆碱处理的碱用量,提高秸秆的产气量,从产气量、XRD和FTIR等角度对碱预处理与后处理进行了初步比较,并对碱处理前后秸秆浸提液的理化性质以及秸秆的物质结构变化进行了分析.结果表明,秸秆经5%NaOH处理48 h后,细胞中的有机物大量溶出,COD、TN、NO 3--N和NH 4+-N分别从2 311.11、175.40、5.02和117.82 mg/L增至10 488.89、417.84、248.64和141.44 mg/L,表明碱处理不仅破坏木质纤维结构,还破坏核酸、氨基酸等含氮物的结构,将其中的氮以NO 3--N和NH 4+-N的形式释放出来;碱处理破坏了秸秆木质素结构,木质素含量降低,但纤维素的相对结晶度增加,从0.592 3增加到0.662 2.厌氧消化的结果显示,秸秆预处理与后处理的产气能力相当,单位TS产气量分别为382.32 mL/g和375.84 mL/g,较对照分别提高了28.13%和25.96%,但后处理的碱用量仅为预处理的50%;厌氧发酵后对照中的木质素含量增加,而预处理和后处理均降低,后处理对木质素的破坏效果更好;厌氧微生物可破坏纤维素的结晶区,后处理对纤维素结晶区和无定形区的破坏均强于预处理.     

无机碳源对ASBR反应器中厌氧氨氧化反应的影响研究

研究了ASBR反应器中厌氧氨氧化细菌的富集以及无机碳源对ASBR反应器中厌氧氨氧化的影响。实验分别在8.0 L和4.0 L的ASBR反应器中进行。结果表明,接种污泥在驯化55 d后,第一次出现厌氧氨氧化细菌活性迹象;在85 d时候,厌氧氨氧化细菌成为优势菌种;在140 d时候,反应器运行稳定,出水浓度非常低,污泥颜色由灰色变成浅红色。随着NaHCO3溶液质量浓度从1.0 g/L增加到1.4 g/L,厌氧氨氧化细菌的活性迅速增加,当NaHCO3溶液质量浓度达到2.0 g/L时厌氧氨氧化细菌的活性受到抑制。然而,随着NaHCO3溶液质量浓度下降到1.0 g/L,厌氧氨氧化细菌活性可以恢复。     

蚓粪与玉米秸混合厌氧消化实验

在中温(35℃±1℃)条件下,考察了玉米秸不同TS负荷单独发酵和与蚓粪混合发酵对玉米秸厌氧消化过程的影响.结果表明,玉米秸单独发酵时,单位TS产气量随TS负荷的增加先增加后降低,以TS负荷为4.80%的最大,单位TS甲烷产量为217.60 mL/g;当TS负荷为6.00%时,发酵前期出现酸化,pH最低为5.10;混合发酵提高了微生物的活性,增强了系统的缓冲能力,避免了发酵过程可能出现的酸化,玉米秸TS产气量提高了4.42%~58.61%,但对甲烷含量的影响不大,且对碱度的提高并无促进作用;当蚓粪与玉米秸混合比例为2∶3时,玉米秸的TS产气量最高,达410.30 mL/g,甲烷含量为63.21%;厌氧微生物可在一定程度上破坏玉米秸纤维素的结晶区,混合发酵促进了微生物对纤维素结晶区的破坏,以蚓粪与玉米秸混合比例为2∶3时处理的效果最好,破坏率达29.36%.     

DBD低温等离子体气化杨木及模型化合物

本文利用低温等离子体技术,使用介质阻挡放电反应器气化杨木屑、纤维素、木聚糖和木质素,用控制变量法研究了频率、载气对反应系统产气能力的影响以及生物质化学组成的气化特性.结果表明,频率越小、载气电离能越低,气化率越高,杨木的最佳气化率为64.11%;木聚糖和纤维素气化产物相似,较纤维素和木质素产气率更高并且能够产生更多CO;木质素主要生成气化炭.同时,利用SEM、BET对原料及气化炭进行了表征研究得出碱金属在高温下发生结晶;木聚糖在气化过程中会发生熔融;等离子体的高功率以及更多的氧化性物质能够使气化炭比表面积显著增加,达到150.71m²/g.     

贫营养条件下IAMBR污泥微生物群落结构的演变

采用PCR-DGGE技术并结合系统处理效果研究了贫营养条件下IAMBR污泥微生物群落结构,结果表明:IAMBR污泥中总细菌多样性特征、相似性特征和种群归属特征具有高度的协同性.运行前18天,氨氮去除率由95%降至73%后增加至82%,同时SVI值由123.7mL/g升至135.2mL/g再降至128.4mL/g.微生物群落在试验末期演替剧烈,总细菌相似性指数下降到63.6%,SVI值最终升至132.5mL/g.通过克隆测序分析,IAMBR系统中微生物菌种大部分为未培养菌种,其中亚硝化螺菌属占据优势地位,说明贫营养环境对IAMBR微生物群落产生不良影响,污泥微生物功能性指向明显,即硝化功能菌占据优势地位.     

氨氮浓度对鸡粪中高温甲烷发酵的影响

为探究氨氮浓度对鸡粪中高温甲烷发酵的影响，采用固定水力停留时间（HRT，20d），提高进料总固体浓度（TS，5%、7.5%和10%）的方式增加氨氮浓度，通过265d的长期甲烷发酵试验，比较了不同氨氮浓度条件下鸡粪中高温甲烷发酵效果和污泥的比产甲烷活性.结果显示，TS由5%增至10%，中高温反应器中氨氮浓度由2.1~2.5g/L增至6.1~6.5g/L，对应的比产甲烷活性分别降低了44%和100%，中温反应器中挥发性脂肪酸由0.4g/L增至7.6g/L，甲烷产率由253mL/gTS降至203mL/gTS；高温反应器中挥发性脂肪酸由0.4g/L增至26.1g/L，甲烷产率由181mL/gTS降至18mL/gTS.氨氮浓度对高温甲烷发酵系统的抑制作用更加明显.     

豆秸杆作生态厕所基质的可行性研究

采用S-15型生态厕所为试验装置,以粉碎的豆秸杆颗粒作为反应基质,对人粪便进行了好氧堆肥的减量化和营养元素含量变化的实验研究,以确定豆秸杆是否具有良好的处理效果。试验中检测了pH值、有机质和氮、磷、钾、等指标变化。结果表明,以豆秸杆作为生态厕所基质具有较好的处理效果,每周混合物干重降解率平均为37.49%,混合物干重累积降解率达95.23%,终产物pH值为7.2,有机物总量71.02%,氮、磷、钾含量分别为3.72%、1.53%和4.71%,反应终产物可作有机肥料回收利用。     

A fate model of pathogenic viruses in a composting toilet based on coliphage inactivation

A composting toilet using sawdust as a matrix has the potential to trap pathogens that might occasionally be contained in human feces. Therefore, care should be taken when handling the sawdust. It should also be noted that pathogenic viruses tend to have stronger tolerance than pathogenic bacteria. The fates of several species of coliphages, T4, , Q and MS2, in sawdust were investigated as a viral model. The fates of coliphages were significantly different among them, and they changed in response to temperature and the water content of the sawdust. As the results, T4 coliphage had the strongest tolerance and Q had the weakest one in sawdust. It was estimated the days required to decrease virus to a safe level based on a risk assessment. According to the rates of Q and T4, 15 days and 167 days were required respectively for a safe level of infection risk based on actually operated composting toilet condition. Thus, it was significantly different depending on the species and sawdust conditions.     

添加辅料对污泥堆肥产品的生物肥效的影响

为探讨添加辅料对好氧共堆肥效果的影响,设置分别添加木屑、蘑菇渣、微生物发酵菌和酸化生物质炭进行好氧共堆肥实验研究。通过正交实验,以堆体最高温度和>50 ℃天数为基准,得出最佳堆肥质量配比为:污泥66.9%、微生物发酵菌0.1%、木屑20%、蘑菇渣8%和生物质炭5%。该条件下,堆肥第4天,堆体最高温度达到69 ℃,温度高于50 ℃的天数为15 d,满足堆肥无害化指标要求;TKN、TP和TK养分含量较高,分别达到3.76,0.65,1.08 g/kg,发芽指数GI随着堆肥时间的延长逐渐增长,GI值最高达到156%;将堆肥产品用于土壤改良,并通过种植海芋发现经过土壤改良后的荒地,海芋的存活率更高。检测堆肥产品和改良土壤样品浸出液中的重金属浓度均低于1 mg/L,说明堆肥产品中重金属在施用中不易进入自然环境中造成二次污染。     

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.     

竹醋酸在堆肥中的应用

以秸杆、锯末和猪粪为原料,以竹醋酸为添加剂进行静态好氧堆肥试验,分析堆肥过程中温度、pH、有机质、TN等的变化情况,比较不同竹醋酸浓度对堆肥的促进作用。在对腐熟后堆肥的分析表明,适宜的竹醋酸浓度可以促进微生物的活性,缩短达到高温所需的时间;跟空白堆体相比,添加竹醋酸的堆体氮损失率降低10%。     

生物-化学联合法去除地下水中硝酸盐

采用添加锯末和零价铁的土柱实验,比较了不同填料组成和不同填装方式对硝酸盐去除的影响,初步考察了生物-化学联合法去除水溶液中硝酸盐的效果.结果表明,同时添加锯末和铁粉比单独加锯末或铁粉的脱氮效果好;而只加堆肥腐熟后的锯末比只加锯末的脱氮效果好;只加锯末或堆肥锯末的效果比只加零价铁的好;增加锯末和零价铁的量都有助于硝酸盐的去除,而同时添加活性碳更有助于硝酸盐的去除.此外,填料的不同放置方式对硝酸盐去除有一定影响.在所有处理中,同时加了锯末和铁粉的出水中NO-2-N和NH 4-N浓度最低.这表明生物-化学联合法是一种很有前景的脱氮方法.     

生物反硝化去除地下水中硝酸盐的混合碳源研究

选取麦秸、锯末、乙醇为碳源,比较了这3种物质单独或两两组合作为碳源的情况下,生物反硝化去除模拟地下水中硝酸盐的效果.结果表明,以麦秸为碳源的反应体系具有较好的反硝化效果,但反应器出水具有颜色和异味;锯末+乙醇作为混合碳源的反应体系比单独添加锯末或乙醇反应体系的脱氮效果好;碳氮比(C/N)为40的混合碳源用量有利于硝酸盐...     

餐厨垃圾堆肥理化特性变化规律研究

餐厨垃圾主要包括厨余和泔脚,二者的化学组成、物料结构以及初始微生物量均存在差异. 对厨余和泔脚分别与相同质量比的木屑混合堆制的一次好氧堆肥过程进行了比较研究. 结果表明,在相同好氧堆肥条件下,二者的特性变化不同:与厨余堆肥系统相比,泔脚堆肥系统初始水溶性w(C)/w(N)高,堆肥pH较低,高温持续时间长,CO₂释放率高,NH₃挥发少,氮素损失低,堆制后堆肥含氮量升高; 但泔脚一次堆肥所需时间偏长,应采取有效方法加速其堆肥进程. 厨余堆肥系统升温快,堆肥周期短, 但生物可利用碳的短缺造成系统氮素损失量大,可采用在厨余堆肥中添加适当碳源等措施来减少氮素损失.      

改性木屑对水中刚果红的吸附性能研究

对十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性木屑用于水中刚果红(CR)的去除进行了研究.用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)对木屑和改性木屑的性能进行表征.探讨了反应时间、pH、温度、剂量以及离子强度对改性木屑去除CR的影响.实验结果表明,CTAB改性后的木屑对刚果红的吸附量明显增大,改性前后木屑的最大吸附量分别为30.30和111.36 mg·g-1.反应过程在前20 min内反应速率很快,并约在120 min内达到吸附平衡.吸附动力学符合伪二级动力学模型.最佳反应温度为328 K,吸附剂最适投加量为0.09 g,吸附量的大小与溶液的初始pH值有关,且增加盐浓度,改性木屑的吸附能力增加.吸附等温线符合Langmuir方程,且吸附过程为吸热反应.     

三种调理剂与家畜粪便减量化处理效果分析

养殖业作为我国经济和农业的重要组成部分,已经逐步向着规模化、产业化方向发展,大型的现代化畜牧场、养殖场不断出现,同时大量集中的禽畜粪便导致的环境污染越来越严重,且已成为制约养殖业发展的一个重要因素。本试验就是利用日本JST赠送的生态厕所为反应装置,从家畜粪便(牛粪)的减量化处理及资源化利用的角度出发,做三个平行处理试验,分别以木屑、玉米秸秆屑和木屑混合物、玉米秸秆屑三种物料为调理剂,与家畜养殖场的牛粪进行序批式好氧减量化处理。旨在为研究中国农业的玉米作物秸秆是否可以替代木屑作为反应过程中的调理剂,达到对禽畜养殖业粪便良好的减量化处理效果,减轻对环境的污染。