三阶段控温堆肥过程中接种复合微生物菌群的变化规律研究

接种复合微生物是提高堆肥效率的主要方法之一,但由于堆料中土生微生物的竞争,较高浓度的土生微生物浓度会抑制接种微生物的长生繁殖.实验表明:当堆料中土生微生物初始浓度为4×10⁸CFU/g时,所接种的微生物不增殖,且随着堆肥的进行,浓度下降很快;而非接种微生物增殖很快,最高浓度可达10¹⁰CFU/g.当土生微生物浓度降低至4×10⁵个/g,接种微生物增殖较快,最高达10¹¹CFU/g.因此,本文利用堆肥自身产热和少许外来热源加热的三阶段控温法进行堆肥.使堆温在4 h内迅速升到70℃以上,并维持8 h,从而使土生微生物浓度降至4×10⁵个/g以下,并起到软化堆料,便于微生物降解的目的.待温度冷却至35℃～45℃时,接种复合微生物,使其快速生长繁殖,数量从10⁸ CFU/g上升到10¹¹CFU/g(干样品),且接种微生物以非接种做生物保持优势地位,从而快速分解垃圾中的有机物.由于在最终产品中含有大量接种有益微生物,可利用其作为菌肥进行回流接种堆肥,以增加堆料中接种微生物数目、改善堆肥微环境、节约菌剂用量、缩短堆肥发酵周期和降低堆肥成本.但利用接种微生物堆肥产品作为菌肥反复接种时,随着反复次数的增加,非接种微生物高浓度繁殖;接种微生物和非接种微生物浓度比约为1:3(反复接种5次),浓度情况发生了逆变.因此,回流菌肥反复接种5次后,接种菌剂基本上就不再起作用了.     

解磷微生物强化堆肥磷组分转化研究进展

好氧堆肥是有机废弃物资源化的有效途径之一,但堆肥产品的供磷肥力较化肥相差甚远,使得有机废弃物堆肥产品在市场上存在竞争短板,因此,调控堆肥磷素资源有效性和磷组分转化具有重要意义。针对堆肥过程中可促进难溶性磷活化的解磷微生物,利用微生物强化和微生境调控手段,提高磷转化相关功能微生物在堆肥中的相对丰度和活性,能够显著改善堆肥过程磷组分形态,提升有效磷含量,但该过程易受到物料来源、堆肥过程工艺条件、微生物种间关系等多重因素影响。因此,综述了堆肥磷素转化规律及堆肥解磷微生物动态特征,阐述了外源接种解磷菌剂和堆肥添加生物炭等内源调控堆肥微环境的解磷微生物强化方法,讨论了堆肥内源、外源解磷微生物调控的关键限制因子(温度、C/N、含水率等),以期为探索堆肥磷素定向转化调控技术、开发富磷堆肥产品提供理论依据。     

垃圾堆肥高效复合微生物菌剂的制备

将康氏木霉、白腐菌、变色栓菌与EM菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌按一定配比扩大培养制成5组复合微生物菌剂,比较其产脱氢酶、淀粉水解酶和纤维素分解酶能力大小以及在实际堆肥中的应用效果,从中选出一组高效复合微生物菌剂Ⅴ,其配比为:康氏木霉∶白腐菌∶变色栓菌∶EM菌∶固氮菌∶解磷菌∶解钾菌=15∶15∶15∶25∶10∶10。      

纤维素分解菌和EM菌协同作用在有机废弃物堆肥中的应用

从堆肥、马粪、果园土、污泥等原料筛选出活性较高的纤维素分解菌，采用紫外诱变技术培育优良菌株。利用培育的纤维素分解菌、EM菌及两者的混合菌种作堆肥对比试验，通过对比堆肥过程中温度、微生物数量、出口气体浓度，证明堆料中接种微生物菌剂，可以提高有益微生物的群体数目和质量，使微生物群落之间相互协调，形成复杂而稳定的生态系统，从而增强微生物的降解活性，使堆肥温度迅速升高并维持较长的时间，提高堆肥效率。     

有机固废堆肥中产臭及除臭技术的微生物作用机制研究进展

持续推进有机固废资源化安全处置是国家环境管理的重要任务,也是落实"无废城市"发展路线的重要一环.堆肥是通过生物转化实现有机固废资源化利用的重要技术手段.然而,堆肥过程中会产生大量组分复杂的恶臭气体,已成为适应国家发展需求的资源化技术瓶颈.对有机固废堆肥恶臭气体的主要组成、生成转化的途径及核心微生物、生物除臭技术进行综述,结果表明:①堆肥中以NH₃、H₂S等含氮、硫类化合物为主要恶臭物质.②氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌及硫酸盐还原菌在恶臭气体生成转化途径中发挥主导作用,由ureC、amoA、napA、nosZ及dsrA等多个功能基因驱动完成;pH、温度等环境条件会影响微生物的活性,并作用于物质转化过程,最终影响到恶臭气体的产生.③原位添加微生物菌剂和异位生物反应器处理中的微生物将恶臭物质作为营养组分进行吸收降解,是绿色减排的重要技术.      

生活垃圾堆肥接种技术

以复合微生物菌剂、马粪、成熟堆肥、果园土、污泥为接种剂,采用在线监测堆肥设备,通过温度传感器、出口气体O₂-H₂S监测仪,研究堆肥过程中温度、耗氧速率、有机物分解速率、H₂S气体浓度变化.试验结果表明,添加接种剂堆肥与对照组比,堆料能达到理想的温度,且高温停留时间长,堆肥反应速率加快及堆肥腐熟时间缩短,并能很好地控制出口H₂S气体浓度.特别是以复合微生物菌剂或马粪作为接种剂,能明显加速堆料的腐熟进程,其腐熟时间分别比对照组提前210h和180h.     

微生物菌剂对堆肥功能微生物重构的影响

堆肥产品不仅可以作为有机肥或土壤改良剂,还可以在包气带土层防护地下水污染的过程中起到微生物载体的作用.在堆肥中接种菌剂能够加速堆肥进程,促进堆肥材料的腐熟,但是也有研究认为接种剂与堆肥土著微生物的竞争会导致菌剂无法发挥作用.为了阐明菌剂与土著微生物之间的相互作用,采用宏蛋白质组学方法,分析餐厨垃圾堆肥接菌组（木质纤维素混合菌剂）和对照组（未接菌）中功能微生物群落和碳水化合物代谢途径的变化.结果表明:接菌组中假单胞菌目（Pseudomonadales）和散囊菌纲（Eurotiomycetes）菌群的相对丰度比对照组分别提高了12.5%和22.0%,成为优势细菌和真菌,二者在碳水化合物代谢活性上也成为优势菌群.菌剂主要是由芽孢杆菌目（Bacillales）和散囊菌纲的曲霉（Aspergillus）组成,曲霉因具有堆肥系统所需的木质纤维素分解能力而成为优势真菌,而菌剂中的芽孢杆菌虽然数量较多,但是缺乏堆肥系统所需的功能而无法成为优势细菌.餐厨垃圾中易降解物质分解过程中产生的有机酸会导致酸性环境,对照组中能够适应酸性环境的芽孢杆菌目和酵母菌纲（Saccharomycetes）是优势群落,添加菌剂后,堆肥系统中土著的假单胞菌目和散囊菌纲具有较高的碳水化合物代谢活性和多种有机酸转化通路,因此在与菌剂中的芽孢杆菌目和土著的芽孢杆菌及酵母菌的竞争中成为优势菌群.研究显示,外源菌剂与土著微生物之间以及各土著微生物之间都会发生竞争作用,能否成为优势菌群取决于是否适应堆肥底物新陈代谢的变化,因此只要选择好菌剂的功能和接种时机,菌剂就能够发挥原有的作用.      

生活垃圾好氧堆肥微生物接种的初步研究

对城市生活垃圾高温好氧堆肥的人工接种试验进行了初步研究,利用恒温培养箱模拟堆肥中心的温度,筛选出堆肥各个阶段的优势菌种,单独培养后混合加入到城市生活垃圾的高温好氧堆肥中,通过温度变化和微生物数量变化考察了不同堆肥条件下垃圾降解效果的差异。结果表明,利用恒温培养箱模拟堆肥中心的温度是可行的;主发酵阶段进行微生物接种不能造成所加菌种的优势地位,且加菌的效果不明显,但在后发酵中接种降解纤维素活性高的霉菌很容易达到优势地位,因此可以利用所加霉菌提高堆肥的温度,加速降解的速度,以此为下一步菌群的筛选工作提出了方向。     

基于文献计量学的2001—2020堆肥臭气研究进展

堆肥是有机固废资源化利用的重要方式,而堆肥过程中产生的组分复杂的恶臭气体,限制了该技术的发展与推广应用。为了解堆肥臭气控制领域的研究趋势与重点,通过CiteSpace软件对CNKI和Web of ScienceTM核心合集数据库中2001—2020年共20年关于堆肥臭气研究的文献进行可视化分析。结果表明:近20年以来,堆肥臭气控制领域的发文量呈增长势态。核心研究团队为中国农业大学李国学团队。研究热点主要关注畜禽粪便、污泥、厨余等富含蛋白质或碳水化合物等易产生臭气的堆肥物料,氨气和挥发性有机物等臭气种类,添加外源调理剂、生物作用等除臭手段。食物垃圾堆肥产生的臭气治理,微生物作用下的臭气减排作用机理,以及臭气、重金属与抗生素抗性基因等多种性质污染物间的协同控制可作为未来的研究前沿。综上,堆肥臭气研究领域正处于活跃的发展状态,未来的研究视角也将更为多样化。     

高效复合微生物菌群在垃圾堆肥中的应用

利用高效复合微生物菌群对生活垃圾和污泥混合堆肥,通过测定堆肥过程中总菌数、温度、有机物、C/N比等,较系统地研究了高效复合微生物菌群在生活垃圾、污泥混合堆肥系统中的作用.试验证明:在生活垃圾和污泥共堆肥系统中,调节堆料比为厨房垃圾:污泥:粉煤灰土:成熟堆肥污泥:干草=41.6:27.8:13.8:11.1:5.5,有机物约为60%,总氮14%,全磷0.69%,全钾1.25%;初始含水率为58.5%,初始C/N比=30i供气量控制在0.8L/min·kg挥发性有机物,处理1、处理2、处理3堆料中分别接种2%、3%、5%(质量分数)的高效复合微生物菌群,与加入3%灭活菌的对照组进行对比实验.对照组、处理1、处理2和处理3堆肥系统垃圾腐熟时间分别为30d、24d、18d和12d;说明高效复合微生物菌群可以加速生活垃圾和污泥的降解,保证堆肥过程的顺利进行.处理3与对照组相比,堆腐时间缩短了18d,同时成品堆肥中含有大量具有生物活性的微生物,是一种良好的生物活性有机肥料.     

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.     

猪粪堆肥过程中腐殖酸电子转移机制及光谱演化特征

3D-EEM),探究了猪粪堆肥过程中HA和FA的化学结构变化以及对ETC的影响。结果表明:HA的ETC由堆肥初期10.06 μmol e-/g C增长至末期40.07 μmol e-/g C,FA的ETC由堆肥初期的15.36 μmol e-/g C增长至末期的69.73 μmol e-/g C,二者均随时间变化呈波动上升趋势,且EDC在电子转移中占主要地位。光谱分析表明,堆肥中的木质素类物质经堆肥化后会转变为聚合度高的腐殖质类物质,相比于堆肥初期,腐熟期时有机质的腐殖化程度和芳香化程度增大,相对分子质量也增高。类蛋白物质(组分C4)在堆肥过程中逐渐减少,易被微生物作为碳源利用从而转化为类腐殖质物质(组分C2),且C2是堆肥中较为稳定的组分。相关性分析表明:类蛋白质物质减少、腐殖化程度增加会使HA和FA的ETC增强,FA的电子转移能力更容易受到腐殖化程度的影响。     

城市污水处理厂剩余污泥堆肥的实验研究

污泥由于产量大且成分比较复杂,如何对它进行无害化,稳定化处理,使其成为替代资源已经越来越受到人们的关注。基于好氧堆肥装置系统,以徐州市某污水处理厂的剩余污泥为研究对象,研究了污泥处理过程中温度、含水率、有机质、有机碳以及pH值和重金属等指标的变化规律。研究结果表明：采用污泥与稻草的体积比为1：2的比例堆肥,控制初始含水率为70％左右,可顺利实现升温。堆肥15d后,物料含水率、有机质、有机碳都有了明显的降低;总氮、总磷以及水溶性钾的含量都有了不同程度的增加;重金属含量有了一定程度的降低,符合堆肥的要求。     

不同无害化处理对污泥中有机组分的影响

以城市污泥为材料,研究了热喷、辐射和堆肥 3 种无害化处理方式对污泥中有机组分形态的影响.结果表明,污泥中的有机组分经过热喷和辐射处理后,易降解物含量增加,难降解物含量降低;而堆肥处理则相反.污泥总氮的 70%~80%是有机氮,热喷、辐射处理使污泥中的有机氮向易矿化态转变,易矿化态氮含量较处理前分别增加 8.0%和 6.5%;而堆肥处理使污泥中的有机氮向难矿化态转变,难矿化态氮含量增加了 4.1%.经热喷、辐射处理后污泥中有机磷的活性显著提高,但堆肥处理降低了污泥中有机磷的活性.热喷、辐射处理使得污泥中水溶性有机物的大分子组分向小分子组分转化,堆肥处理则与之相反.因此,经热喷、辐射处理的污泥的供肥效果优于堆肥处理.     

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.     

Changes of Cu, Zn, and Cd speciation in sewage sludge during composting

The potential toxicity risks from heavy metals depend on their chemical speciation. The four stages of the Tessier sequential extraction method were employed to investigate changes in heavy metal speciation （Cu, Zn, and Cd） of sewage sludge during forced aeration composting, and then to identify whether the composting process would reduce or enhance their toxicities. Throughout the composting process, the exchangeable, carbonate-bound, Fe-Mn oxide-bound, and organic matter-bound fractions of Cu were converted to the residual Cu fraction. The organic matter-bound Cu fraction greatly contributed to this transformation. Residual Zn fraction was transformed to the Fe-Mn oxide-bound and organic matter-bound fractions after composting. The residual Zn fraction was a major contributor to the organic matter-bound Zn fraction. The availability of Cu and Zn was reduced by composting such that the risk of heavy metal toxicity decreased with prolonged treatment times. Additionally, attention should be paid to the increased availability of Cd in sewage sludge after composting treatment.     

好氧堆肥对难溶性磷转化的影响

在牛粪进行工厂化堆肥过程中,加入难溶性磷矿粉,探讨堆肥对难溶性磷转化能力的影响.结果表明,加入磷矿粉可使堆肥中活性有机磷、中等活性有机磷、中稳性有机磷、高稳性有机磷含量均有不同程度的提高;磷矿粉加入量为牛粪干重4%(P1DM)和8%(P2DM)的处理与未加磷矿粉的处理相比各形态磷含量分别增加120.99%、125.32%,34.86%、38.64%,27.74%、30.84%,21.38%、20.06%;P2DM和P1DM处理之间的差异分别为4.33%,3.78%,3.10%,-1.32%.电镜观察显示,堆肥后磷矿粉典型的矿物特征消失,表面呈蜂窝状.研究结果表明,通过堆肥生产富磷粪肥可为解决中国磷素资源缺乏、化学磷肥利用率低等问题提供一条生物学途径.     

城市生活垃圾外源微生物堆肥对有机酸变化及堆肥腐熟度的影响

利用外源微生物(美商复合菌,MS;中加发酵菌,ZJ)进行城市生活垃圾工厂化堆肥,在堆肥过程中,分析了小分子有机酸及大分子腐殖酸动态变化.结果表明,接种外源微生物可明显提高堆肥前期小分子有机酸含量,在堆肥后期又呈明显的降低趋势.而腐殖酸与胡敏酸则呈现先降低而后增加的趋势.通过对堆肥过程中有机酸、腐殖化指数分析表明,接种外源微生物可明显提高堆肥的腐熟度,并且ZJ发酵菌优于MS复合菌,而2种外源菌混合接种具有协同促进作用.     

牛粪生物堆肥有机酸变化及对腐熟度的影响

利用外源微生物(发酵菌,EM)进行牛粪工厂化堆肥,堆肥期间,分析了小分子有机酸及大分子腐殖酸动态变化。结果表明,接种外源微生物可明显提高堆肥前期小分子有机酸含量,在堆肥后期又呈明显降低的趋势;腐殖酸呈先降低而后趋于稳定的趋势,胡敏酸呈先降低而后增加的趋势,富里酸呈一直下降的趋势。对堆肥过程中有机酸、腐殖化指数分析表明,接种外源微生物可明显提高堆肥的腐熟度,但与微生物添加量有关。     

有机固体废物堆肥化及有机肥的特点

从堆肥化的概念着手,重点分析了影响堆肥化过程的因素,评判堆肥腐熟进程的方法,以及堆肥产品的特点。认为堆肥可作为有机固体废弃物无害化、减量化和资源化的重要途径。