农业废物处理与综合利用

X712.05200601621生物表面活性剂在农业废物好氧堆肥中的应用/戴芳…(湖南大学环境科学与工程系)∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2005,26(4).-181～185环图X-5以稻草秸秆和麸皮为堆肥原料,鼠李糖脂为促进剂,进行了控温条件下堆肥一次发酵的实验研究。堆肥采用好氧静态堆肥技术,含水率控制在60%～70%,通气量采用时间控制方式,发酵周期18d。实验分析了堆肥过程中有机质、pH值、水溶性有机碳、微生物种群密度、半纤维素酶活、羧甲基纤维素酶活,半纤维素和纤维素含量等指标随时间的变化特征。实验结果表明,堆肥过程中,实验组的有机质降解…     

Tween 80和鼠李糖脂对稻草酶解的影响

采用纤维素酶促水解的方法,以稻草为底物,探讨了添加化学表面活性剂Tween 80和生物表面活性剂鼠李糖脂对酶解过程的糖产率、酶稳定性、纤维素转化率的作用以及对酶动力学特征和酶在纤维素上吸附的影响.结果表明,不同浓度的Tween 80和鼠李糖脂对稻草酶解有不同程度的促进,添加0.016%和0.048%Tween 80使糖产率分别提高18.07%和11.98%,而添加0.01%和0.03%鼠李糖脂使糖产率分别增加了23.01%和22.16%,相比较鼠李糖脂的效果更好.表面活性剂能有效增强酶的稳定性,添加高浓度表面活性剂的酶稳定性优于添加低浓度表面活性剂,添加浓度为0.048%的Tween 80得到最高相对CMCA(羧甲基纤维素酶活)108.06%和最高相对FPA(滤纸酶活)80.26%.表面活性剂能提高酶解反应的纤维素转化率,而且添加鼠李糖脂的转化率明显高于Tween 80.表面活性剂不仅能够提高最大反应速度并使米氏常数变大,而且显著地降低了纤维素酶在纤维素上的吸附.     

鼠李糖脂对铜绿假单胞菌降解颗粒有机质的影响

通过好氧降解实验研究了生物表面活性剂鼠李糖脂对1株铜绿假单胞菌(Pseudomonas Aeruginosa)降解颗粒有机质的影响,着重探讨了其作用方式,并与TritonX-100和SDS等2种化学表面活性剂作了对比.结果表明,浓度高于临界胶束浓度的鼠李糖脂在基质表面的等温吸附呈线性规律.鼠李糖脂在基质和微生物表面的吸附使菌体在基质表面的吸附性能减弱.鼠李糖脂和2种化学表面活性剂的物化作用使基质水分得以较长时间地保持,并加强了有机质在基质液相中的分散.在鼠李糖脂的作用下,有机质的降解从颗粒表面转移到液相,降解方式发生了改变.通过以上作用,鼠李糖脂促进了微生物的生长和有机质的降解.SDS和TritonX-100对有机质颗粒的降解也产生了一定的促进作用.     

简青霉(Penicillium simplicissimum)对木质纤维素的降解及相关酶活性特征

简青霉[Penicillium simplicissimum(Oudem.)Thom BGA]能分泌木质纤维素降解酶,其中半纤维素酶、纤维素酶、木质素过氧化物酶、锰过氧化酶和漆酶的最大酶活分别为146.82 Iu·g-1、2.78 U·g-1、47.97 U·g-1、34.56 U·g-1和17.94 U·g-1.实验结果和SPSS统计分析表明,简青霉产木质纤维素酶的能力与木质纤维素的结构有很大的关系,其对木质纤维素的降解可能是几种木质纤维素酶之间协同作用的结果.在30 d的固态发酵中,半纤维素含量与发酵天数呈显著负相关(r=-0.946,P<0.01),纤维素与木质素的降解趋势呈显著负相关(r=-0.818,P<0.05).木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶在降解木质素的同时对半纤维素和纤维素进行协同降解,是非选择性的木质素降解酶.木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶与纤维素酶之间呈显著相关(相关性依次为r=0.922,P<0.01;r=0.807,P<0.05).研究还发现生物吸附在简青霉对液态碱木质素的去除中起到了非常重要的作用.     

鼠李糖脂对铜绿假单胞菌在堆肥颗粒介质中吸附与传输影响的初步研究

以铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)AB93066及其发酵生产的鼠李糖脂(rhamnolipid)为研究对象,通过柱淋洗实验考察了不同浓度鼠李糖脂对堆肥颗粒中单一菌属铜绿假单胞菌吸附传输情况的影响.实验结果显示,一定浓度(100～400mg·L-1)的鼠李糖脂能够有效地减弱细菌在堆肥颗粒介质中的吸附作用,增强细菌在介质中的传输和分散,使细菌得以传输到样品柱的更深层.这将有利于深层堆肥有机物的生物降解.原因可能是鼠李糖脂的存在改变了菌体和堆肥颗粒的表面性质,并且使菌体和颗粒之间产生位阻效应,减弱了它们之间的亲合性.     

Tween-80和鼠李糖脂对铜绿假单胞菌及枯草芽孢杆菌产蛋白酶的影响

研究了添加表面活性剂Tween-80和生物表面活性剂鼠李糖脂对从堆肥中筛选得到的铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌生产蛋白酶的影响.用固态发酵的方法,对添加不同浓度的表面活性剂对这2种微生物产蛋白酶能力的影响、2种微生物产蛋白酶能力的差异以及发酵过程中的一些参数(包括菌体数、酶提取液表面张力、pH值和挥发性有机质)进行了考察.结果表明,Tween-80对铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌产蛋白酶有较大促进作用,添加浓度为0.05%时,能分别使铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌产蛋白酶最高酶活提高65%和30%;鼠李糖脂对铜绿假单胞菌产蛋白酶有轻微抑制作用,但能将枯草芽孢杆菌产蛋白酶,当添加浓度为0.018%时,鼠李糖脂能将枯草芽孢杆菌产蛋白酶最高酶活提高51%.铜绿假单胞菌产蛋白酶能力明显强于枯草芽孢杆菌,前者对照样的蛋白酶产量是后者对照样蛋白酶产量的6倍多.发酵过程中,铜绿假单胞菌酶提取液的表面张力明显低于枯草芽孢杆菌;添加表面活性剂对菌体生长有一定影响,但对pH值变化影响不大;挥发性有机质变化与微生物酶活成正相关关系.     

添加纤维素降解菌对牛粪堆肥特性的影响

在实验室规模的牛粪和木薯杆堆肥中,筛选出能降解纤维素的混合菌,经在平板培养基中分离纯化和进一步筛选,得到对纤维素降解效果较好的纯菌株CE5,将其在液体培养基中富集后添加到相同的堆肥原料中,研究接种CE5对堆肥特性的影响。结果表明:接种CE5的试验组堆体温度在堆肥过程中均高于未接种对照组;堆肥结束时,实验组的C/N低于对照组,种子发芽指数、全氮和有效氮含量均高于对照组,水溶性有机碳和有机质含量相当,说明实验组的腐熟情况好于对照组,通过扫描电镜对堆肥结束后样品检测,可以看出试验组中木薯杆的降解效果优于对照组,证明接种CE5提高了有机肥的品质。     

城市污水厂污泥快速好氧堆肥技术研究

以污泥静态堆肥工艺为基础,针对上海曲阳污水处理厂的脱水污泥进行动态好氧堆肥处理工艺研究,重点研究了控制参数和评价参数(温度、含水率、pH、水溶性有机碳和发芽指数等)变化规律.结果表明:污泥堆肥过程中,含水率、物料温度、水溶性有机碳、发芽指数等指标变化规律性强,效果指示性明显,均可选作堆肥腐熟度的表征参数或评价参数.在优化工艺条件下,通过添加适量的木屑和回流物料,控制物料初始含水率在60%±2%时,堆肥处理可以实现顺利升温并在>55℃维持4d,100%杀灭了病原菌;14d反应周期结束时,物料含水率显著降低,水溶性有机质降解50%左右,出料松散且无臭味,堆肥产品腐熟,卫生学指标达到了我国标准和美国EPA污泥产品A类标准.     

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.      

城市污水厂污泥堆肥中试实验研究

城市污水厂污泥由于产生量大且成分复杂,如何对它进行稳定化、无害化处理已越来越受到人们的关注.本研究基于好氧发酵仓式堆肥系统,研究了城市污泥处理过程中温度、含水率、pH、有机质、水溶性有机碳、总氮和发芽指数等指标参数的变化规律.研究结果表明:当物料初始含水率控制在65%左右时,在强制通风量112.5m3/12hr,搅拌频率30min/24hr的工艺条件下,堆肥过程可以实现顺利升温并在55℃以上维持3天,满足杀灭致病菌要求的条件;14天反应周期结束时,物料含水率、水溶性有机碳和有机质含量显著降低,堆肥产品腐熟,卫生学指标达到了美国EPA污泥产品A类标准;得到的污泥产品成为性质优良的土壤质量调节剂.     

高效纤维素分解菌在蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中的应用

以滇池流域典型的蔬菜废物和花卉秸秆为堆肥原料,以本实验室筛选、保存的17株纤维素降解菌和1株购买的产黄纤维单胞菌(Cellulomonas Flavigena)为复合接种剂,对不同接种条件和控温条件下的联合堆肥中试进行了研究.实验结果表明,在一次发酵的初始阶段,以体积分数0.5%的接种量向堆肥中接种纤维素降解复合菌剂可有效提高发酵过程堆料中纤维素降解菌的种群密度,并使其迅速成为优势菌群,尤其是当堆体处于控温55℃的工况条件时,其菌群密度可保持在3.84×10⁹～1.80×10¹⁰CFU/g;在二次发酵的初始阶段,以体积分数1%的接种量接种,可有效提高二次发酵阶段堆温的回升.对堆料中木质素和纤维素含量以及堆肥终产物的粒径分布指标--过筛率的检测表明,接种的复合纤维素降解菌可有效地降解堆料中的木质纤维素,接种处理中纤维素的降解率比不接种处理高23.64%,接种处理堆肥终产物的过筛率(2.0 cm)比不接种处理高18.28%.研究表明,用纤维素降解复合菌剂进行二次接种二次发酵,能够有效地促进蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中物料的纤维素组分的降解,达到加快堆肥进程,提高堆肥品质的目的.     

中药渣与城市污泥好氧共堆肥的效能

以中药渣与城市污泥为原料进行共堆肥实验,考察了不同物料质量配比与中药渣不同时间投加条件下,堆体在堆肥过程中温度、有机质、挥发氨、蛋白酶活性等理化指标的变化情况,确定了最佳的物料质量配比与中药渣投加时间;同时探讨了中药渣投加对堆肥过程中溶解性有机质(DOM)及微生物群落结构的影响.结果表明,中药渣作为外加碳源投加后(60 g中药渣+300 g污泥),提高了堆体的温度,减少了氨的挥发,且提高了堆体中蛋白酶的活性,氨的挥发量减少了35.9%,蛋白酶的含量提高了80.5%.同时中药渣可作为调理剂,在堆肥前期投加,促进了有机质的降解,从而加快了堆肥的进程.而通过对DOM的紫外-可见和荧光光谱特征分析表明,投加中药渣有利于提高堆肥的腐殖化程度;同时通过磷脂脂肪酸(PLFA)分析可以发现,投加中药渣后使得堆体中革兰氏阴性菌与真菌的数量有所提高.     

高水分蔬菜废物和花卉、鸡舍废物联合堆肥的中试研究

以滇池流域的典型农业废物蔬菜、花卉废物和鸡舍废物为原料,进行了不同配比的联合堆肥中试研究.一次发酵采用温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥系统,二次发酵采用周期性翻堆自然腐熟.在一次发酵阶段,堆体温度在55℃以上保持至少3d,最高温度达73.3℃,可有效杀灭致病菌;堆体含水率从75%降低到56%,多余水分得到快速去除;有机质从65%降低到50%,pH值稳定在8.二次发酵后堆肥产物的腐熟度和养分分析结果表明,产物稳定性好,养分含量高.通过堆肥工艺的优化控制,蔬菜废物、花卉废物和鸡舍废物联合堆肥可以获得高质量的堆肥产品,废物还田能有效减少固体废物非点源污染、提高土壤肥力.     

高水分蔬菜废物和花卉废物批式进料联合堆肥的中试

以滇池流域典型农业废物蔬菜(西芹)和花卉废物(石竹)为原料,进行了2种配比的蔬菜废物和花卉废物联合堆肥的中试研究.堆肥一次发酵采用批式进料温度反馈通气量控制的静态好氧技术,发酵周期15d.对于西芹与石竹废物各占一半的堆肥试验,在一次发酵阶段,堆体温度在55℃以上保持10d,最高温度达65℃,可有效杀灭致病菌,堆体含水率从64.2%减少为46.3%,有机质含量从74.7%下降到55.6%,体积减少为原来的一半,pH值稳定在7左右.二次发酵采用周期性翻堆,自然腐熟,周期30d.对堆肥产物的腐熟度和养分分析表明,堆肥产物稳定性好,养分含量高.这表明,采用温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥技术,蔬菜废物和花卉废物联合堆肥可以在45d内获得高质量的堆肥产品,将堆肥产品返还土壤能有效减少固体废物非点源污染、提高土壤肥力.     

堆肥处理过程中猪粪有机物的动态变化特征

为了解猪粪堆肥过程中各种有机物的变化特征,并为判断猪粪堆肥腐熟度提供参考指标,进行42d的高温好氧堆肥.结果表明,堆体中的有机质含量呈下降趋势;水溶性有机碳(DOC)含量在第10d达到最大值,之后呈下降趋势;易分解有机质含量呈下降趋势,但在高温开始阶段呈上升趋势;腐殖质含量呈上升趋势.说明堆肥过程中有机物不断向腐殖化方向转化.在研究H/F变化时发现,它与判断堆肥腐熟度常用的化学指标(有机质、DOC)呈一定的相关性,而且与易分解有机质和腐殖质也有较好的相关性.     

温度控制对蔬菜废物和花卉秸秆共堆肥的影响

以农业蔬菜和花卉废物为原料,进行了不同堆肥控制温度水平的共堆肥.试验在2m3的静态好氧床中试装置中,采用静态好氧工艺进行,研究分析了55℃,60℃,65℃3个温度控制水平下的废物减量化、底物降解、水分去除等的随时间的变化特征:总废物减量率分别为45.8%,63%和58.1%;有机质的降解率分别为23.4%、41.4%和23.8%;水分去除率分别为59.9%、79.1%和78%.60℃控温工艺的废物减量化效果最好,65℃次之,55℃最差;60℃控温工艺的底物降解能力最强,65℃和55℃工艺的底物降解效果相差不大;60℃和65℃控温工艺的水分去除能力最强,55℃条件下的水分去除能力较弱.     

高水分蔬菜和花卉废物序批式进料联合堆肥的中试

以滇池流域典型蔬菜废物(西芹、白菜)和花卉废物(石竹)为原料,进行了序批式联合堆肥的试验研究.以西芹和石竹作为初始物料,控制初始混合物料的含水率在60%～70%,每隔4d添加一次白菜;采用温度反馈通气量控制的好氧静态堆肥技术,在堆体温度40℃左右时停止通风.试验分析了堆肥过程中堆体温度、通风速率、水分、pH值、有机质、灰分、体积、NH₄⁺-N,NO₃^--N等指标随时间的变化特征.结果表明:采用序批式进料、温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥技术进行蔬菜和花卉废物联合堆肥可以有效控制堆肥过程,实现有机物料的快速稳定和去除水分,解决了滇池流域蔬菜废物量远大于花卉废物量时堆肥难以有效进行的技术难题.     

垃圾渗出液微生物循环强化培养菌剂在堆肥中的应用

针对垃圾堆肥过程中外加菌剂存在接种后菌剂活性衰退的问题,提出一种直接利用垃圾堆肥渗出液中微生物制备高效菌剂的方法．分别以堆肥高温阶段和中温阶段产生的渗出液中微生物为来源,利用自制培养基经4次循环强化培养制得高温菌剂和中温菌剂,进行了接种和不接种的好氧堆肥对比试验,测定了堆肥渗出液中微生物数量、堆体温度、纤维素酶活、pH和好氧速率等指标实验结果表明：(1)接种组渗出液中高温细菌、高温放线菌和高温霉菌数量平均是对照组的2．17倍;中温细菌、中温放线菌和中温霉菌数量平均是对照组的2．41倍,接种组微生物的数量明显多于对照组;(2)接种组的纤维素酶活性较对照组最大提高26%,且提前4d达到最大值;堆体耗氧速率在高温阶段和中温阶段分别提高37％和42．8％．说明接种后的微生物经过堆体微生态环境的自然选择作用,其代谢活性增强,对有机垃圾的降解能力明显提高,垃圾中纤维素更快地被分解和转化,有利于加快堆肥腐熟．     

花卉废物和牛粪联合堆肥中的氮迁移

以花卉废物和牛粪为原料,进行了温度反馈的通气量控制联合堆肥中的氮迁移中试研究.采用自制的静态好氧床进行一次发酵,过程控制采用温度反馈通气量控制方法,发酵周期20d;采用周期性翻堆进行物料二次腐熟,腐熟周期40d.研究了堆肥过程中总氮、有机氮、无机氮、氨氮、硝氮等氮素形态转化随时间的变化特征及温度反馈的通气量控制对氮迁移的影响.结果表明:堆肥初期的氨化作用和反硝化作用显著,氮素总量损失累计达41.98%,其中主要是有机氮的损失,99.95%的氮损失发生在一次发酵阶段;氮素损失主要是在pH和温度较高条件下的氨气大量挥发造成的.对通风进行有效控制、提高物料C/N及添加酸性物质有望减少N损失.对于C/N较低,硝态氮含量较高的物料堆肥,NH₄⁺-N≤0.04%、NH₄/NO₃≤0.16不能作为腐熟度指标.     

分类收集蔬菜垃圾与植物废弃物混合堆肥工艺实例研究

以分类收集的生活垃圾(主要为蔬菜垃圾)和破碎树枝为原料,采用条垛式堆肥工艺,在中试规模条件下考察了原料初始含水率、通风频率、翻堆频率、接种比例4种因素对混合堆肥效果的影响.同时,在试验的9种工况下,对温度、氧浓度、有机碳降解率、有机碳氮比(C/N)、腐殖质含量等指标进行测定.结果表明,堆肥42d时各堆体均已达到稳定化要求.经过比较肥分保持、腐殖化程度和能量投入等指标,获得的最优堆肥控制条件为:初始含水率65%,通风频率15min/60min(开/关),翻堆频率为每3d1次,产物接种比例5%.最优控制方案下的主发酵通风率仅为0.03L.min-1.kg-1(以VS计),可实现堆肥过程的低能耗,适合于我国村镇区域的应用条件.