热解温度对不同种类易腐垃圾生物质炭理化特性的影响

随着垃圾分类政策的推行,易腐垃圾减量化、无害化、资源化处理越来越重要,热解炭化是一条具有环境效益和经济效益的处理途径.本研究利用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱及比表面积分析等表征方法,系统地分析了热解温度对6种易腐垃圾生物质炭(甘蔗皮炭、豌豆荚炭、橘子皮炭、柚子皮炭、桂圆皮炭和厨余垃圾炭)理化特性的影响.结果表明：(1)热解温度是影响生物质炭理化特性的关键因子,随热解温度的升高,易腐垃圾炭产率降低,灰分含量、pH和EC值增大,表面-OH、C-H、C=O、C=C和C-O-C等官能团含量减少,CaC₂O₄和K₂C₂O₄等草酸盐逐步分解为CaCO₃和K₂CO₃.当热解温度为650℃时,厨余垃圾炭的产率、灰分含量、pH分别为41.7%、57.4%、9.8.(2)生物质原料种类是影响生物质炭理化特性的另一关键因子,不同种类的生物质炭表面元素含量、比表面积和形貌结构等参数均不相同,厨余垃圾炭的产率、灰分含量、表面钠元素...     

翻堆策略对猪粪沼渣好氧发酵特性的影响

为探究翻堆对好氧发酵过程及产品理化性质的影响,明确沼渣好氧发酵的最佳翻堆策略,开展7 组不同翻堆时间和频率的猪粪沼渣好氧发酵试验,分别在好氧发酵高温中、后期和降温前、中、后期进行翻堆1 次、2 次或3 次,对好氧发酵过程中的理化性质和腐熟指标进行分析评价.结果表明:翻堆可延长好氧发酵高温期,加快降温期的降温速度.在高温...     

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.     

高铁酸钾对微生物生长及污泥理化特性的影响

工业废水中往往含有有毒、难降解有机污染物,生物处理很难达到理想的效果,通常需与物化法联用.通过研究高铁酸钾对微生物生长代谢的影响,以期为高铁酸钾氧化法与生物处理法在同一反应器中实现提供有用参数.首先研究了高铁酸钾对微生物生长的影响,结果表明高铁酸钾浓度小于60mg/L时在微生物生长阶段的停滞期初期就分解完全,低浓度高铁酸钾对微生物生长没有不利影响甚至具有促进作用.然后考察了高铁酸钾对CODCr去除率和污泥理化特性的影响,结果表明高铁酸钾浓度为41.5mg/L时,CODCr去除率达到最大值,该浓度下,污泥的沉降性变好,与不加高铁酸钾的情况相比,SV值较低,MLSS和MLVSS明显增加.     

左氧氟沙星对土壤中汞形态微生物转化的影响

为阐明左氧氟沙星(Levofloxacin)对土壤中汞形态转化的影响效应,探究了左氧氟沙星对2种能够影响汞形态转化的细菌—枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis subsp.spizizenii)和洋葱假单胞菌(Pseudomonas cepacian)的抑菌效果;并通过室内土培试验阐明了添加左氧氟沙星对土壤汞赋存形态的作用机制.结果表明,左氧氟沙星对2种细菌都有较好的抑菌效果,在添加0.1 mg·mL^-1左氧氟沙星时,枯草芽孢杆菌和洋葱假单胞菌的菌群数量都有显著降低.土壤培养实验中,接种枯草芽孢杆菌处理土壤中的Hg²⁺含量显著高于对照组(p<0.05),而洋葱假单胞菌则导致土壤中Hg⁰生成量明显升高(p<0.05).左氧氟沙星的添加减弱了土壤细菌对Hg²⁺和Hg⁰的转化作用;这主要归因于左氧氟沙星可以有效抑制土壤中菌群的数量及过氧化氢酶和汞还原酶的活性,从而导致2种菌对Hg的氧化和还原能力下降,降低了土壤中Hg²⁺和Hg^0...     

发酵温度对青海农用沼气池微生物群落的影响

为了研究发酵温度对青海农用沼气池微生物群落结构的影响,以沼气池全年6个温度时期的24个泥样为研究对象,采用变性梯度凝胶电泳分析样品中细菌与古菌的群落结构及其变化差异.结果显示：发酵温度的波动变化对微生物群落结构、多样性及沼气池产气量影响显著.细菌在温度最高（九月中旬）和最低（三月中旬）的2个采样时期多样性最高,古菌仅在温度最高时期多样性最高.在细菌类群中,厚壁菌门Firmicutes、拟杆菌门Bacteroidetes和变形菌门Proteobacteria是所有样品中丰度最高的类群（三者总和>72.43%）,是发酵系统中重要的功能细菌类群.细菌属分类水平上,理研菌科佩特里单胞菌属Petrimonas、梭菌属Clostridium、泰氏菌属Tissierella和假单胞菌属Pseudomona是所有样品的优势类群,总丰度比例较为恒定（约32.40%）.在古菌类群中,甲烷微菌目是最优势类群,丰度为40.62%~64.74%.产甲烷菌属Methanogenium是所有样品中主要的产气功能种群,丰度波动范围为32.62%~55.74%,随全年温度的变化而波动,此与沼气的产气规律相一致.     

精喹禾灵降解菌株Bacillus subtilis H的分离鉴定及降解特性

以精喹禾灵为唯一碳源,从长期受精喹禾灵污染土壤中分离筛选出一株精喹禾灵降解菌株H.通过形态观察、生理生化试验和16S rRNA基因序列分析,将菌株H鉴定为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis ）.菌株H在温度为30~42℃和pH值7~9范围内,72h内对100mg/L精喹禾灵的降解率均可达95%以上.利用超高效液相色谱-质谱联用（UPLC-MS）鉴定菌株H降解精喹禾灵的产物为精喹禾灵酸.这是首次报道枯草芽孢杆菌对精喹禾灵的降解.     

重金属Zn对猪粪堆肥过程中微生物群落的影响

利用Biolog微平板技术,对不同浓度重金属Zn影响下堆料微生物群落多样性进行了研究.结果表明,较低浓度Zn处理（Zn含量分别为0mg.kg-1,300mg.kg-1,600mg.kg-1,900mg.kg-1）的堆料升温快,在高温期持续时间长,并达到无害化处理,堆料微生物中起分异作用的碳源主要为多聚物类和糖类.重金属...     

外加纤维素酶和α-淀粉酶对猪粪厌氧发酵的促进机制

为有效缩短有机物厌氧发酵限制阶段的反应时间,提高发酵底物的生物产甲烷效率,以猪粪为发酵底物,添加外源纤维素酶和α-淀粉酶,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程.结果表明:适量添加纤维素酶和α-淀粉酶对厌氧发酵系统的水解反应具有积极的促进作用,当两种酶的总添加量为40 mg/g、纤维素酶和α-淀粉酶配比为1∶3时促进作用最为显著,其多糖浓度、TVFAs (乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的统称)浓度峰值、累积沼气产气量、甲烷产率(基于猪粪中挥发性固体含量计算)分别为4 494 mg/L、8 666 mg/L、187 688 mL、392.1 mL/g,与CK (对照)组比分别提高了171.0%、23.3%、23.5%、24.3%.相关性分析表明,外源酶的添加对厌氧发酵系统中微生物可利用的C/N具有显著影响,可有效促进TVFAs转化产甲烷,当纤维素酶和α-淀粉酶配比为1∶3时,厌氧发酵过程具有最大反应速率〔32.95 mL/(g·d)〕,与CK组相比水力停留时间(HRT)缩短了2.5 d,生物产甲烷效率提高了24.3%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型(R²     

微生物对土壤与沉积物吸附多环芳烃的影响

以枯草芽孢杆菌为接种微生物,研究微生物对沉积物和湿地土壤吸附多环芳烃（PAHs）菲、苯并［a］芘过程的影响.结果表明,枯草芽孢杆菌对菲与苯并［a］芘都可进行吸附或生物降解,48h液相PAHs浓度达到平衡时,微生物对菲消除了98％,对苯并［a］芘消除85％;接种的样品48h吸附等温线均呈线形,能较好地符合线性方程;在接种微生物情况下,沉积物与土壤对菲和苯并［a］芘吸附特征均发生较大变化,对菲的吸附量增大约35倍,而对苯并［a］芘的吸附量却降低了2/3左右;未接种微生物的土壤和沉积物对菲解吸率为20％,接种的样品组为2.9％,而对苯并［a］芘的解吸结果与菲相反,未接种的对照组为4％,接种的样品组为13％.微生物在土壤与沉积物吸附PAHs的过程中起主导作用.     

锌污染对猪粪堆肥过程中氧化还原类酶活性的影响

以猪粪和秸秆为主要试验材料,添加不同浓度重金属Zn,采取发酵罐处理方法,在好氧高温条件下,研究了重金属锌污染对猪粪堆肥过程中多酚氧化酶、脱氢酶活性的影响,以及对堆腐过程堆体温度、堆料pH值、胡敏酸E4/E6值的影响.结果表明:①CK以及低量重金属Zn污染的堆料升温快,高温期持续时间长,达到无害化处理.②Zn含量为600mg·kg-1和900mg·kg-1的堆料E4/E6平均值小,有利于腐殖质的缩合和芳构化.③Zn含量为600mg·kg-1的堆料多酚氧化酶平均活性、脱氢酶平均活性最高,有助于堆料中木质素的降解及其产物的转化、微生物生长繁殖.④Zn含量为300mg·kg-1、600mg·kg-1、900mg·kg-1的堆料对pH有较强的控制能力,其脱氢酶活性均表现出一定的不稳定性,可能是重金属对脱氢酶活性有抑制作用的同时发生"抗性酶活性现象".     

好氧高温堆肥处理对猪粪中重金属形态的影响

用 Tessier 连续提取法研究了好氧高温堆肥处理对猪粪中重金属结合形态变化的影响.结果表明,经过好氧堆肥处理,猪粪中 Pb、Cu、Zn、Ni、Cr、Cd、As 的总浓度升高;碳酸盐结合态 Ni、Zn 的浓度降低,其余 Pb、Cu、Cr、Cd 的浓度都升高;硫化物及有机结合态、残渣态重金属的浓度普遍升高,仅有硫化物及有机结合态 As 和 Zn 的浓度下降;可交换态 Cu、Zn、Cr、As 的浓度显著降低.堆肥处理可以降低可交换态和碳酸盐交换态 Pb、Ni、Cu、Cr、Zn、As 和铁锰氧化物结合态 Pb、Cu、Cr、As 的分配系数,因此可以降低猪粪中重金属的有效性.堆肥处理有利于降低猪粪土地利用中重金属污染的风险.     

生物炭添加对猪粪堆肥过程碳素转化与损失的影响

堆肥是最合适的处理农业废弃物的技术之一,但在堆肥过程中,碳素的损失及温室气体的大量排放引起越来越多的关注.因此,如何减少堆肥过程中碳素损失成为堆肥面临的重要问题.本研究以猪粪等为原料,利用强制通风反应箱研究了生物炭添加对堆肥过程中碳素转化及碳素损失的影响.结果表明,在堆肥过程中总有机碳呈下降趋势,添加生物炭处理的总有机碳含量提高了6.69%~20.60%;可溶性有机碳的变化规律与总有机碳相似.腐殖质碳含量呈先下降后上升的变化趋势,添加生物炭处理的腐殖质碳含量下降了0.39%~14.97%;腐殖化系数(胡敏酸/富里酸)与生物炭添加量成正比,说明生物炭添加有利于堆肥的腐熟.至堆肥结束,堆料干物质失重率为23.51%~30.91%,碳素损失率为20.71%~28.85%,添加3%生物炭的处理干物质失重率与碳损失率均最高,添加9%生物炭处理均最低.     

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.     

不同原料厌氧发酵及其微生物种群的研究

使用PCR-DGGE技术,对以鸡粪、猪粪、牛粪、秸秆为发酵原料的发酵体系的微生物群落多样性进行了研究.在发酵不同时间取样,进行了日产甲烷量、日产甲烷浓度的变化分析和DGGE分析.结果表明,日产甲烷量整体趋势为猪粪>鸡粪>秸秆>牛粪,日平均产甲烷量分别为2.67、2.24、0.99、0.49L;猪粪、鸡粪、秸秆的日产甲烷浓度在整个发酵周期大多可维持在50%以上,牛粪的日产甲烷浓度大部分时间低于30%;细菌的优势菌群有拟杆菌属(Bacteroidetes)、密螺旋体属(Treponema)、厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)等,新增优势菌群有梭菌属(Clostridium)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)、醋弧菌属(Acetivibrio);古菌的优势菌群有甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),新增优势菌群有斯氏甲烷球菌属(Methanosphaera stadtmanae).     

黄土及其他添加物对猪粪贮存过程氨气和温室气体排放的影响

畜禽粪肥在贮存阶段养分损失严重,是CO_2、CH_4、NH_3和N_2O等大气污染物的重要排放来源.本文采用室内培养方法,研究了添加黄土、秸秆、生物炭和膨润土对猪粪贮存过程中氨气及温室气体排放的影响.结果表明,添加10%用量的生物炭和膨润土处理的CO_2累积排放量与不添加任何添加物的猪粪对照相比分别降低了15.4%和20.9%,N_2O累积排放量分别降低了19.8%和37.6%.添加膨润土处理的NH_3损失量显著增加,但添加生物炭和膨润土处理的综合温室效应与猪粪对照相比均显著降低.添加10%秸秆处理的CH_4和NH_3累积排放量分别较猪粪对照降低了56.8%和95.8%,但其综合温室效应与对照相比差异不显著.模拟黄土垫圈过程添加黄土处理的氨气及温室气体累积排放量均显著降低,综合温室效应显著低于其他处理(p0.05).可见,黄土垫圈是保蓄粪肥碳、氮养分的有效措施,猪粪贮存阶段添加少量生物炭、膨润土对于减少粪肥综合温室效应具有积极作用.     

鸡粪中高温厌氧甲烷发酵产气潜能与动力学特性

采用富含氮素的鸡粪为原料,包括原料鸡粪、鸡粪固相部分和鸡粪液相部分,选取以鸡粪为原料连续稳定运行超过90d的中高温厌氧反应器新鲜出料为接种污泥,在中温（35℃）和高温（55℃）条件下开展动力学和产甲烷潜能试验.采用Gompertz模型、一级动力学模型和两阶段模型对鸡粪中高温累积产甲烷量进行拟合.结果表明,鸡粪中高温甲烷发酵均呈现明显的快速产气期和慢速产气期两阶段特征,快速产气期的动力学常数K₁分别为0.4174和0.2104d^-1,快速产气分别在4.5和6.5d结束,快速产气量占到总产气量的69%和58%.原料鸡粪和液相部分的中温发酵动力学常数（K₁）分别为0.4177和0.2330d^-1,均高于高温的0.1721,0.2214d^-1,发酵产气速率较快.鸡粪固相部分中温发酵的动力学常数为0.1960d^-1,低于液相中温发酵的0.2330d^-1和固相高温的0.2310d^-1,中温条件下,水解过程是限制鸡粪甲烷发酵速率的主要因素之一.鸡粪固体和鸡粪液体高温发酵的动力学常数K分别为0.2310,0.22214d^-1,鸡粪固体发酵产甲烷的速率快于液相部分,水解过程不是限制鸡粪高温发酵产甲烷速率的最主要因素.产甲烷潜能试验表明鸡粪在中温和高温下产甲烷潜能分别为212,177mL/gTS.因此,仅从发酵效率的角度考虑,鸡粪中温发酵比高温发酵的产甲烷潜能更高,产甲烷速率更快.     

麦秆酸预处理后与猪粪混合发酵提高产气量的效应研究

为了研究不同水平的酸处理对麦秆混合发酵过程中各指标变化的影响,本试验通过测定不同醋酸浓度、时间处理后的麦秆与猪粪混合厌氧发酵进程中还原糖、挥发性脂肪酸(VFA)含量,以及p H值变化和甲烷产量,探究各指标的关系并优化得出最佳醋酸处理组合,以期为酸预处理混合发酵实现高甲烷产量提供可靠的理论依据.结果表明,醋酸处理后的麦秆通过与猪粪混合发酵可明显提高甲烷单位产量,增幅为124.28%~207.40%.发酵过程中还原糖、VFA、p H值间相互影响.通过响应面法建立模型,得到醋酸处理的最优组合为浓度3.35%、时间6.75d,最大甲烷单位产量751.97 m L·g-1(以VS计).     

碳氮比对稻草和猪粪生物处理及厌氧消化的影响

以农业废弃物稻草和猪粪为发酵原料,首次采用纤维素降解复合菌系对稻草和猪粪混合物进行生物处理,通过考察不同碳氮比(25∶1、30∶1、35∶1和40∶1)条件下稻草和猪粪混合物生物预处理的发酵特征及后续的产甲烷能力,探讨了碳氮比对稻草和猪粪的协同生物预处理及厌氧消化效果的影响.结果表明,控制碳氮比为30∶1、料水比为11%时,稻草和猪粪混合物经纤维素降解复合菌系于55℃预处理30 h后其厌氧消化效果最佳.在此条件下,稻草和猪粪降解液中滤纸酶活和羧甲基纤维素酶酶活分别达到了2.18和2.31 IU,其失重率高达41.69%;随后经厌氧发酵后其甲烷产率和产甲烷速率分别可达318.14 m L·g-1(以VS计)和10.61 m L·d-1·g-1(以VS计),且总量为9.9 g的稻草和猪粪混合物的总甲烷产量可达1948 m L,上述结果相对于未经生物预处理的对照组均提高了38%.本研究结果可进一步为其它种类的农作物秸秆和畜禽粪便的高效资源化利用提供理论支撑,展现出了巨大的应用潜力.