堆肥嗜热纤维素分解菌的筛选鉴定及其强化堆肥研究

对采集于农业堆肥高温期的微生物样品进行30d的高温驯化,驯化完成后从中筛选得到15株嗜热纤维素分解菌,经形态学特征、生理生化反应及16S rDNA序列同源性比对鉴定为:Bacillus sp3株,Paenibacillus sp1株,Bacillus licheniformis3株,Bacillus subtilis4株,Brevibacillus borstelensis1株,Bacillus coagulans3株.将筛选得到的菌种添加至高纤维素含量的堆体进行效果验证,结果表明添加嗜热纤维素分解菌对堆肥pH变化无显著影响,但可提高堆肥高温期温度、延长高温期并显著地降低堆肥产品的C/N和有机质含量,显著降低纤维素和半纤维素含量,加快堆肥腐熟.堆体有机质降解动力学结果表明,堆体接菌和不接菌处理的有机质最大降解度分别为62.5481%和61.7101%,速率常数分别为0.1250d-1和0.1051d-1,接菌处理的堆肥比对照堆肥提前6d达到稳定.研究表明,添加筛选的嗜热纤维素分解菌能缩短堆肥周期.     

膨润土调质对污泥堆肥的脱毒及重金属钝化和雌酮消除作用

利用干基添加比例为0~10%钙基膨润土对污泥进行了调质,通过52 d的好氧堆肥研究了调质对堆体温度、pH、水溶性盐分(EC)、有机碳、总氮、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)的影响,并进一步分析了其对污泥脱毒(种子萌发)和重金属(Zn、Cu、Pb、Cd)钝化及雌酮(E1)消除的影响.结果表明,污泥经外加膨润土调质后,可以促进堆肥物料的热灭活无害化,能使有机碳矿化率达到15.27%~19.71%;堆肥过程中各处理堆肥pH先降低后升高,最终稳定在6.76~7.05之间,但膨润土调质堆肥pH的波动变缓;添加膨润土的堆肥EC显著低于对照处理(1 132μS·cm~(-1)),整个堆肥过程EC值随着膨润土添加比例的增加而稍有降低.堆肥过程中的总氮含量逐渐增加,但对照处理在堆肥初期存在一定的氮素损失,而污泥经过调质可减少堆肥初期氮素损失;整个堆肥中NH_4~+-N含量先增加后降低,各处理NO_3~--N均呈现出逐渐增加的趋势,表明污泥调质促进NO_3~--N的转化.虽然调质对种子发芽产生一定的抑制作用,但均不影响堆肥的腐熟,且能显著促进重金属的钝化,同时添加膨润土处理显著降低堆料E1含量,添加比例5%处理使E1含量由90.48μg·kg~(-1)降低至28.27μg·kg~(-1).研究表明,膨润土不高于5%的添加比例是适合的污泥调质措施,在污泥堆肥物料的安全化、脱毒及重金属钝化和雌酮消除方面具有较好的应用潜力.     

农业废弃物静态高温堆肥过程中纤维素酶活性的变化

在静态通气条件下,以养殖场鸡粪、猪粪、牛粪为材料,小麦秸秆作为调节物质.研究了堆肥过程中纤维素酶活性变化特性及其与堆肥温度的关系,旨在为农业废弃物资源化利用提供科学依据.结果表明:添加微生物菌剂后堆体升温迅速.堆肥1-2d后进入高温期,且高温腐解持续16-20d;对照处理在堆肥4-5d后进入高温期,持续时间仅为7-8d;整个堆肥过程中加菌剂处理的堆体温度高于对照.加菌剂处理在堆肥10-12d时纤维索酶活性达最高,依次为牛粪(0.642 mg·g-1·d-1)>鸡粪(0.457 mg·g-1·d-1)>猪粪(0.380 mg·g-1·d-1);对照处理推迟2d达纤维素酶活性高峰,且酶活性高峰值低于同等物料的加菌剂处理,依次为牛粪(0.491 mg·g-1·d-1)>猪粪(0.335 mg·g-1·d-1)>鸡粪(0.258 mg·g-1·d-1),整个堆肥过程中加菌剂处理平均纤维紊酶活性较对照提高了33.17%(牛粪)、20.17%(鸡粪)和12.4%(猪粪).堆肥初期堆肥温度过高不利于微生物的活动,纤维素酶活性在堆肥开始的3-4d低于初始水平.而后迅速上升.当堆肥温度等于或者低于60℃后,纤维素酶活性与有机物料温度变化间有显著正效应,对照处理两者间为线性关系,加菌剂处理两者间呈显著指数递增关系.     

酸性物质对猪粪秸秆堆肥过程中氮素转化的影响

了解不同酸性物质对堆肥过程中氮素转化和NH_3排放的影响,是筛选保氮添加剂的重要环节,对于堆肥中氮素控制具有重要意义.以新鲜猪粪和小麦秸秆为堆肥原料,磷肥、腐烂苹果和食用醋为添加剂,在实验室进行40 d的静态高温堆肥试验,研究堆肥过程中温度、pH、EC、GI、氮素化合物和TOC含量的变化特征.结果表明,CK、P、A和V这4个处理高温期(50℃)均持续了10 d以上,达到高温堆肥化卫生标准.添加磷肥延缓了堆体进入高温期的时间,降低了堆体的pH值,使整个过程的EC值保持较高水平.各处理氮素损失分别为53.1%、36.2%、46.5%和41.5%,主要集中在0~16 d之间,而P和V处理在16~24 d之间仍有20%左右的氮素损失.其中NH_3-N损失占氮素损失的26.0%、11.8%、21.5%和20.2%.添加酸性物质有效降低了堆肥的氮素和NH_3-N损失,其中以添加磷肥效果最好.堆肥结束时,各处理GI均达到80%以上,达到了腐熟的要求.     

秸秆堆腐物的基质化改良及育苗效应研究

文章针对农作物秸秆制备栽培基质的pH、EC值偏高和通气、持水孔隙度比例不当等问题,研究了稻草秸秆基质化利用过程理化性质的改良技术。以稻草秸秆、菇渣高温堆制及其堆腐物为常规对照,采用在高温好氧堆腐及穴盘育苗试验的方法,研究酒糟添加及物料组成对基质理化性质、幼苗生长的影响。结果表明,在堆腐阶段稻草秸秆+菇渣+酒糟处理的堆腐高温(50℃)维持天数较稻草秸秆+菇渣处理多13 d(P0.05),平均堆腐温度较稻草秸秆+菇渣高9.3℃(P0.05),稻草秸秆+菇渣+酒糟处理较稻草秸秆+菇渣处理腐熟物pH、EC值分别下降14.0%、16.5%,稻草秸秆+菇渣+酒糟处理提高了堆肥体的起始发芽指数;与对照相比稻草秸秆+菇渣+酒糟处理促进了堆腐进程,腐熟物更适宜于基质应用。2种腐熟物分别组配无机物珍珠岩后,均显著降低了EC值(P0.05),通气孔隙度、持水孔隙度等物理性质也得到改善(P0.05),综合幼苗地上、地下部生长特性,稻草秸秆+菇渣+酒糟处理组配珍珠岩后的育苗效果优于对照。采用农作物秸秆堆腐制备基质时,酒糟的加入能有效改善腐熟物中pH、EC值等不良理化性质,为农业废弃物的基质化利用提供了方法。     

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.     

VT菌剂对规模养猪场粪便高温堆肥腐熟进程的影响

为分析VT菌剂作为添加材料对农场尺度畜禽粪便高温堆肥腐熟进程的影响,以猪粪和发酵床垫料废弃物为试验材料进行了野外条垛式好氧堆制试验,监测堆肥过程中物料腐熟动态变化。结果表明:添加初始物料鲜质量0.2%的VT菌剂使堆肥49 d有效积温相对提高12%,水分散失速率相对提高46%,有机质累积降解率相对提高4%;VT菌剂的添加对堆肥过程中物料pH值、电导率(EC)、发芽率指数(GI)以及无机氮等腐熟指标变化规律产生了一定程度的影响,但总体影响较不显著;在添加VT菌剂的条件下,猪粪与垫料废弃物条垛式堆肥时间不宜少于35 d。     

C/N调控对园林绿化废弃物堆肥效果的影响

为探究将园林绿化废弃物直接进行堆肥的可行性与过程变化特征,设置不调控C/N和以尿素调控C/N两个试验组,分析堆肥过程中温度、pH值、EC值、腐殖酸光学特性(E4/E6值)、有机质含量、全氮含量、C/N和T值等多个指标的变化情况,并研究C/N调控对园林绿化废弃物堆肥效果的影响。结果表明:通过C/N调控可促进堆体温度上升以及增加高温持续时间,促进堆体尽快呈现弱碱性,并不至于使EC值太高,有利于提高有机质降解率,是其对照组的1.6倍;同时有利于在堆肥过程中对氮素的保存,其全氮含量较初始堆体增加了75%,C/N和T值分别降为17和0.55,均达到堆肥腐熟要求,显著加快了堆肥腐熟进程,缩短了堆肥周期。     

通风速率对厌氧残余物沼渣堆肥的影响

以牛粪发酵残余物沼渣为原料,设置不同的通风速率进行堆肥,堆体的通风速率分别是0.2,0.5,0.8L/（min·kg OM）,分析堆肥20d过程中物理、化学和腐熟变化的特征,探讨不同通风速率对堆肥特性的影响.结果表明,通风速率为0.2,0.5L/（min·kg OM）的堆体维持高温阶段的时间为5d,而通风速率为0.8L/（min·kg OM）堆体维持高温阶段时间为4d;各堆体OM分解率分别是28.2%,32.9%,30.5%;通风速率对终产品pH值、电导率（EC）影响不大,pH值均能满足堆肥最优pH值,EC均未超过4mS/cm;通风速率为0.2L/（min·kg OM）的堆体终产品的NH₄⁺-N含量超过400mg/kg,各堆体终产品NO₃^--N的含量分别是2545,3146,2735mg/kg;各堆体终产品C/N分别是16.5,14.1,15.6;各堆体终产品GI值分别是92.2%,96.6%,82.7%.通风速率为0.5L/（min·kg OM）堆体E465/E665（E₄/E₆）最小,其腐殖化程度最高.综合分析,0.5L/（min·kg OM）是沼渣堆肥最为合适的通风速率.     

全程高温好氧堆肥快速降解城市生活垃圾

为了提高堆肥处理城市生活垃圾（MSW）的速率和质量,设计了一种外加热源的全程高温好氧堆肥工艺.实验以全程高温好氧堆肥和传统好氧堆肥两种方法对MSW进行了60d的堆肥处理.同时,监测了堆肥的pH和温度等参数的变化情况,并以C/N、种子发芽率(GI)、可溶性有机碳(DOC)、比好氧速率(SOUR)和脱氢酶（DH-ase）活性为指标评价了堆肥的腐熟度和质量.结果表明,全程高温堆肥法和传统堆肥法的堆肥周期分别为16d和28d,两种方法得到的产品其pH值均在7左右.在第31d将全程高温堆肥产品置于30℃恒温箱时,其理化性质没有出现明显波动,说明其堆肥产品性质稳定.因此,全程高温好氧堆肥法能明显缩短堆肥周期、提高堆肥质量,具有很大的应用潜力.     

张红玉,张玉冬,顾军,李国学,袁京

为了降低厨余垃圾堆肥过程中H₂S和NH₃这2种恶臭物质的排放,通过向堆肥原料中添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑3种调理剂,同时以厨余垃圾单独堆肥作为对照,研究调理剂添加对H₂S和NH₃排放的影响.结果表明,3种调理剂的添加均促进了有机物的降解和堆体的快速升温,与对照相比,使堆肥进入高温期的时间提前了3~4d;从电导率和发芽率指数来看,添加玉米秸秆处理的堆肥产品达到完全腐熟的要求,而添加木本泥炭和木屑处理的堆肥产品只是达到了无害化的要求;3种调理剂的添加均不同程度减少了厨余垃圾堆肥中H₂S和NH₃的排放,与对照相比,添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑使厨余垃圾堆肥中H₂S的累积排放量分别降低了78.7%,50.3%和89.8%,NH₃的累积排放量分别降低了53.8%、87.7%和63.9%,可见木屑更能有效控制H₂S的排放,而木本泥炭更能有效控制NH₃的排放.     

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。     

碳氮比对厨余垃圾堆肥腐熟度的影响

以厨余垃圾和玉米秸秆作为堆肥原料,采用好氧堆肥的方法,探讨了不同C/N比对堆肥腐熟度的影响。结果表明:从温度、pH、电导率(EC)、腐植酸光学特性(E4/E6)、固相C/N和发芽率指数(GI)来看,只有C/N为21(T4)的处理没有达到无害化和腐熟的要求,其余3个处理均达到腐熟;建议采用C/N为17的方案,厨余垃圾和秸秆按照湿基质量9∶1的比例进行堆肥;如果秸秆资源比较丰富,可采用C/N为19的方案,此时厨余垃圾和秸秆湿基比例为5.7∶1。     

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。     

接种内外源微生物菌剂对堆肥效果的影响

在严格控制堆肥条件的堆肥反应器中,以鸡粪为堆肥基础原料,内源微生物M37和外源微生物VT为接种剂,研究了堆肥过程中温度、氧气浓度、C/N、水溶性碳(WSC)、发芽指数(GI)以及蛋白酶和脱氢酶的活性动态变化.结果表明,接种M37后,堆肥升温速度加快,且升温期氧气浓度下降速度最快.接种VT后能够增加堆肥高温期的温度,且高温期氧气浓度最低.接种内外源微生物菌剂,C/N下降速度快,WSC浓度相对高.堆肥结束时,GI值显著高于CK,有利于加快堆肥腐熟进程.M37有利于堆肥升温期的蛋白酶和脱氢酶的积累,在高温期,VT处理的蛋白酶和脱氢酶活性最强,促进堆肥的氧化还原反应.     

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。     

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.     

不同填充料污泥好氧堆肥的性质变化及腐熟度

对脱水污泥与4种填充料进行了好氧堆肥试验,温度、含水率、有机质、pH和电导率等参数的监测表明堆肥过程能顺利进行.通过研究化学指标水溶性有机碳、NO^-₃-N、NH⁺₄-N及生物学指标Cress发芽指数CI(Germina-tion Index)随时间的变化规律,发现NH⁺₄-N是影响生物学参数Cress发芽结果的重要因素,其含量变化与GI间具有较好的相关关系.本文提出NH⁺₄-N作为本堆肥工艺的腐熟度评价指标,腐熟堆肥的NH⁺₄-N含量范围为0.5～1.4mg/g,其变化与初始堆料有关.     

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.      

一种快腐菌剂在堆肥制作中的应用研究

在接种和未接种条件下,研究了一种菌剂YD-KFI对堆肥制作效果.结果发现,接种该菌剂加快堆肥升温速度、提高最高温度、延长高温维持时间;堆肥制作的升温期和高温期,接种菌剂分别促进了淀粉、可溶性糖和粗纤维等物质的降解,加快了堆肥的腐熟进程.采用PCR-DGGE方法,分析该菌剂对堆肥制作不同阶段微生物群落的影响,发现在堆肥制...