污泥和餐厨垃圾联合干法中温厌氧消化性能研究

采用完全混合式反应器R1～R5(进料脱水污泥与餐厨垃圾的湿重混合比分别为1:0、4:1、3:2、2:3和0:1),在半连续运行的状态下,考察了停留时间(solid retention time,SRT)为20 d时脱水污泥和餐厨垃圾混合干法厌氧消化的产气性能、有机质降解性能和系统稳定性.结果表明,随着进料中餐厨垃圾所占比例的增大,系统的产气率和甲烷产率呈上升趋势,产气中甲烷含量呈下降趋势,污泥中添加餐厨垃圾有助于在利用原有消化罐容积的前提下显著提高有机负荷和体积产气率.餐厨垃圾比例越大,混合物料的水解速率常数越大,有机质降解率越高,R1～R4中有机质水解速率常数分别为0.25、0.61、1.09和1.56 d-1,有机质降解率分别为37.4%、50.6%、60.7%和68.2%,水解速率差异是导致VS降解率不同的主要原因.随着餐厨垃圾比例的增大,系统内pH、总碱度(total alkalinity,TA)、总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)和游离氨氮(free ammonianitrogen,FAN)呈下降趋势,当污泥中添加的餐厨垃圾提高60%时,系统内pH、总碱度、总氨氮和游离氨氮分别下降6%、16%、22%和75%.游离氨和Na+分别是影响污泥和餐厨垃圾单独干法消化稳定性的重要因素,污泥和餐厨垃圾混合消化可降低潜在抑制性物质的浓度,显著提高系统稳定性.     

巨大芽孢杆菌在餐厨垃圾湿热处理脱出液中生长条件优化研究

选用巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)作为实验菌种,以餐厨垃圾湿热处理脱出液为发酵培养基制作解磷液态菌肥。将巨大芽孢杆菌接种于餐厨垃圾湿热处理脱出液中进行培养并确定最佳发酵时间,考察初始p H值、接种量、培养温度、摇床转速、装液量和脱出液与水的混合比例对活菌数的影响。结果表明:巨大芽孢杆菌在餐厨垃圾湿热处理脱出液中最佳发酵时间为36 h,发酵最佳初始p H值、接种量、培养温度、摇床转速、装液量和脱出液与水的混合比例分别为7.5、2%、30℃、210 r/min、50 m L(250 m L锥形瓶)和1∶1。巨大芽孢杆菌在餐厨垃圾湿热处理脱出液中进行培养后可达到农业部规定的液态菌肥的活菌数(2×108cfu/m L)标准。     

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.      

餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物多样性分析

采用PCR-DGGE等分析手段,研究了餐厨垃圾乳酸发酵过程中的微生物种群动态变化.结果表明,餐厨垃圾不灭菌而接种的开放式发酵体系中微生物的多样性高于灭菌后接种的非开放式发酵体系,而乳酸产量也是前者高于后者.说明发酵体系中的微生物多样性与乳酸产量有很大的相关性.通过对部分条带的测序可知,餐厨垃圾开放式发酵体系中除含有接种用的嗜淀粉乳杆菌外,还含有很多土著乳酸菌,如Lactobacillus sp.、Lactobacillus casei和Lactobacillus plantarum,以及土著水解菌,如假单胞菌属(Pseudomonas sp.)等,这些土著菌的存在是促进乳酸发酵的重要因素.PCR-DGGE结合技术对于成分复杂的餐厨垃圾中的细菌种群结构的动态变化分析是可行的.     

利用餐厨垃圾湿热处理脱出液制备液态菌肥研究

以餐厨垃圾湿热处理脱出液为发酵培养基,选用圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)作为实验菌种制作固氮液态菌肥。测定了圆褐固氮菌的主要生理特性,将其接种于餐厨湿热处理脱出液中进行培养,确定最佳发酵时间,并分别测定发酵的最佳初始p H值、接种量、培养温度、摇床转速、装液量、脱出液与水的混合比例。结果表明:圆褐固氮菌在餐厨湿热处理脱出液中最佳发酵时间为36 h,发酵最佳初始p H值、接种量、培养温度、摇床转速、装液量、脱出液与水的混合比例依次为7.5、1%、30℃、150 r/min、50 m L(250 m L锥形瓶)、1∶1。圆褐固氮菌在餐厨垃圾湿热处理脱出液中进行培养后,可达到液态菌肥的活菌数标准。     

利用餐厨垃圾废液制备液态复合菌剂

选用圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)和巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)作为实验菌种,以某餐厨垃圾处理厂的2种餐厨垃圾废液(湿热脱出液和沼液)为培养基,成功制备了固氮、解磷微生物菌剂。研究菌种接种比(圆褐固氮菌∶巨大芽孢杆菌=1∶0,0∶1,1∶1,2∶1,3∶1)对微生物菌剂的影响,并应用于水稻种植试验中,考察菌剂的增产作用。结果表明:在餐厨垃圾湿热脱出液中两菌种最佳接种量比例为2∶1,沼液最佳接种比例为1∶1。在2种液体中接种圆褐固氮菌和巨大芽孢杆菌,有效活菌数均在2×10~8cfu/mL以上,杂菌率<10%,达到GB 20287—2006《农用微生物菌剂》标准。同时,培养制备菌剂可以有效降低餐厨垃圾废液中COD和氨氮浓度。以沼液为培养基所制备的固氮、解磷菌剂具有良好的田间增产效果,增产幅度为564. 0～2053. 5 kg/hm~2,增产率为8. 1%～29. 5%。     

餐厨垃圾营养复配及其在复合微生物菌剂作用下的好氧降解

针对餐厨垃圾自身特点,选用花生壳、香蕉皮对餐厨垃圾进行复配以改善其营养结构,并通过微生物强化其好氧降解。对餐厨垃圾降解菌剂CCJ-Bac-1进行多样性分析及鉴定发现,该菌剂以芽孢杆菌（Bacillus spp.）为主,主要包括贝莱斯芽孢杆菌（B.velezensis）、栗褐芽孢杆菌（B.badius）、热噬淀粉芽孢杆菌（B.thermoamylovorans）、普鲁兰类芽孢杆菌（Paenibacillus pueri）、格氏乳杆菌（Lactobacillus gasseri）、食蔗糖驹形氏杆菌（Komagataeibacter saccharivorans）,其中栗褐芽胞杆菌、热噬淀粉芽孢杆菌和普鲁兰类芽孢杆菌均为首次在餐厨垃圾降解中报道。以花生壳和香蕉皮对餐厨垃圾原料进行理化性质调控,确定出最适的复配比为餐厨垃圾（湿料）:花生壳（干料）:香蕉皮（干料）=0.7:0.2:0.1。此复配原料经CCJ-Bac-1与嗜热毁丝霉、嗜热链球菌按照1:1:1复合制备的菌剂降解后,减重率达到63.9%。该成果可为餐厨垃圾制作可生物转化的原料提供基础数据。     

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。     

pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

通过间歇实验研究了中温条件下pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的影响.考察了pH值为5.0、6.0、7.0及不控制pH值下的有机酸浓度及组成情况.结果表明,当控制反应器中pH值为6.0时,餐厨垃圾水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的有机酸.pH值为6.0时,VFA浓度与单位VS产酸量在第68h达到最大值,分别为40.89g/L和0.328gVFA/gVS,是不控制pH值时的8倍.pH值对发酵产物组成影响显著.不控制pH值时,反应器内的pH值在24h内由6.6迅速下降到3.8,乙醇为主要的发酵产物,占59.8%,表现为典型的乙醇型发酵.当控制pH值为5.0、6.0、7.0时,均为丁酸型发酵.但pH值为5.0时,乙酸为主要产物;pH值为6.0时,丁酸为主要产物;pH值为7.0时,乙酸与丁酸比例相当.试验表明,餐厨垃圾厌氧发酵产酸的最佳pH值为6.0.     

餐厨垃圾两相厌氧消化特性试验研究

研究了餐厨垃圾两相厌氧消化特性。以北京化工大学餐厨垃圾为原料,分别以不同有机负荷(10、30、50和70 gVS/L)、接种量(5、10、15和20 gVS/L)、酸化时间(3、5、7和9 d)考察其对酸化效果的影响,并对酸化出料进行甲烷化产气实验。结果表明,餐厨垃圾最优酸化条件为有机负荷30 gVS/L,酸化时间5 d,接种量15 gVS/L。在此条件下,单位负荷产酸率为561.0 mg乙酸/gVS,酸化末端产物主要为乙酸和丁酸,单位负荷累积产气量达到826.7 mL/gVS,比乙醇型最佳条件单位负荷累积产气量763.8 mL/gVS高8.2%,比丁酸型最低单位负荷累积产气量70.6 mL/gVS高1 070.3%。有机负荷、酸化时间、接种量依次对餐厨垃圾酸化有重要的影响,并且餐厨垃圾酸化效果和产气性能具有一致性。研究结果可为城市生活垃圾厌氧消化提供设计和运行依据。     

米曲霉发酵厨余垃圾制备富酶产物的研究

为了探讨利用微生物发酵厨余垃圾产酶的最佳条件,实现厨余垃圾高值资源化,选取米曲霉为试验菌种,基于米曲霉BNCC142787 (简称“米曲霉B”)、米曲霉CGMCC3.4427 (简称“米曲霉C”)的生长特性解析,研究不同培养方式(静置、振荡)和培养温度(30、35、40 ℃)对米曲霉好氧发酵厨余垃圾产酶性能的影响. 结果表明:米曲霉B和米曲霉C分别在30 ℃和40 ℃、pH为6的培养条件下生长最佳;与静置培养相比,振荡培养可显著提高米曲霉菌丝体的形成和生长速率,促进淀粉酶和蛋白酶分泌. 米曲霉B在40 ℃下厨余垃圾好氧发酵48 h时蛋白酶活性最高,为66.64 U/g;在30 ℃下好氧发酵48 h时,其淀粉酶活性最佳,为129.44 U/g. 米曲霉C在40 ℃下、厨余垃圾好氧发酵96 h时蛋白质酶和淀粉酶活性均达到最高,分别为64.02和131.11 U/g. 研究显示,米曲霉B和米曲霉C产生蛋白酶与淀粉酶的能力相当,但米曲霉B生长速率快,所需发酵时间短,可在温和的条件下实现产酶,因此采用米曲霉B在40 ℃、好氧发酵48 h条件下进行酶源制备,可充分利用厨余垃圾中的营养物质获得富含淀粉酶和蛋白酶的产物,具有显著的应用潜力.      

接种抗酸化复合菌对餐厨废弃物堆肥酸化缓解及腐殖化的影响

为研究接种抗酸化复合菌(包括假单胞菌、芽孢杆菌、唾液乳杆菌、Dysgonomonas、Aeribacillus pallidus)对餐厨废弃物堆肥过程中有机酸降解、腐殖化进程的影响.以餐厨废弃物和稻壳为堆肥原料,抗酸化复合菌为接种菌,设置T1(接种抗酸化复合菌)和CK(对照)2个试验组,对堆肥温度、pH、DOM(水溶性有机物)、有机酸代谢酶等指标进行了分析.结果表明:抗酸化复合菌能有效缓解堆肥初期酸化抑制作用,使堆肥快速进入高温期且持续时间可达7 d,T1组高温期峰值温度为64 ℃,而CK组仅为59 ℃且高温时间不能持续；堆肥1 d后,CK组pH由初始的5.68迅速降至4.42,下降了22%,T1组pH变化不明显；从蛋白酶种类来看,CK组仅检测到与丙酸、乙酸代谢相关的丙酮酸脱氢酶、乌头酸水合酶,而T1组除上述两种酶外,还检测到乙醛脱氢酶、乙酰辅酶A合成酶和苹果酸合成酶,接种抗酸化复合菌增加了有机酸代谢相关酶种类,并有效缓解了堆肥初期酸化的问题.研究显示,堆肥结束时,T1、CK组DOM中代表胡敏酸类物质的积分标准体积占总积分标准体积的比例分别为57.8%、44.0%,接种抗酸化复合菌系使DOM中腐殖酸比例增加了31.4%,促进了DOM腐殖化,T1组堆肥腐殖质碳相比CK组提高了66.67%,促进了腐殖质合成.      

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...     

解淀粉乳酸细菌在厨余垃圾乳酸发酵中的应用

研究了水解淀粉乳酸细菌对厨余垃圾发酵生产乳酸的强化作用.从厌氧发酵的厨余垃圾中分离到6株水解淀粉的乳酸细菌,其中菌株FH164具有最高的淀粉降解率和乳酸产量.在pH5.5～6.0条件下,经48h发酵,菌株FH164从40.50g·L^-1的可溶性淀粉产生32.67g·L^-1的乳酸.根据形态、生理生化特征和16SrDNA序列分析结果,可将菌株FH164鉴定为链球菌属(Streptococcus sp.)细菌.接种菌株FH164可强化厨余垃圾的乳酸发酵,采用垃圾不灭菌的开放式发酵,菌株FH164可得到28.23g·L^-1的乳酸,比自然发酵(不接种的对照)的乳酸浓度高19.2%.     

厨余垃圾与污泥厌氧发酵产甲烷的协同作用

以剩余污泥和厨余垃圾混合进行共发酵,评估其厌氧发酵协同效果,基于挥发性固体悬浮物(VSS)设置剩余污泥和厨余垃圾比例为1∶0,4∶1,2∶1,1∶1,1∶2,1∶4,0∶1的生化甲烷潜势(BMP)实验,通过厌氧发酵前后pH值、COD、总氮、氨氮、硝酸盐氮等参数的变化,甲烷产量,碳的迁移、转化和微生物群落结构变化评价协同...     

生活垃圾处理机中复合微生物降解厨余垃圾的机理研究

为探究复合微生物降解厨余垃圾的机理,通过采用复合微生物降解各类厨余垃圾的降解温度、代谢气体成分以及对残余代谢物中的氮及磷含量的分析,得出复合微生物降解生活垃圾的温度在高温期稳定在48~52℃,有利于杀灭垃圾中的病原菌;微生物降解过程中排放的气体主要成分为CH_4、CO_2、H_2S、NH_3等,是垃圾减量化的主要原因之一;降解产物中富含氮和磷速效成分,可作为肥料使用。     

驯化对餐厨垃圾厌氧消化系统微生物群落结构的影响

为研究驯化对餐厨垃圾厌氧消化系统微生物群落结构的影响,在单相完全搅拌式(CSTR)反应器内,以农村户用沼气池污泥为接种污泥,进行了餐厨垃圾中温厌氧消化.反应器在3 g·L-1·d-1(以VS计)的负荷下成功启动,并连续45 d维持性能稳定,表明驯化成功.期间采用454焦磷酸测序技术分析了驯化前后系统内的微生物群落结构.结果表明,微生物群落结构与底物密切相关,驯化后细菌及古菌群落都发生明显变化.从细菌群落看,与复杂有机物降解相关的菌类显著下降(如梭菌纲(Clostridia)和(vadin HA17),而易降解碳水化合物发酵菌(如Petrimonas)和脂肪降解菌(如Erysipelotrichia)显著增加.这与餐厨垃圾易降解有机物含量高,且富含淀粉和脂肪相关.丰富的易降解有机物还使得反应器内总挥发性脂肪酸(VFA)浓度((2203±174)mg·L-1)远高于种泥水平((222.0±0.3)mg·L-1),这导致了产甲烷菌由乙酸型的甲烷鬃菌属(Methanosaeta,占85.01%)绝对主导转向氢营养型的甲烷螺菌属(Methanospirillum,占35.35%)、甲烷囊菌属(Methanoculleus,占9.89%)与之(46.97%)共同主导的局面.然而,驯化后Methanosaeta在非最优条件下依然保持主导地位,可见接种污泥的群落组成对厌氧消化系统群落结构的塑造也具有重大影响.     

曲霉对水中重金属的吸附去除

利用2种曲霉A.sojae M146和A.oryzae M149的菌体，作为吸附剂对水中Pb^2＋和Cd^2 进行去除实验。结果表明，曲霉菌体的最佳培养时间为72h，吸附的最佳pH为5．5、温度为30℃、时间为1h。在最佳实验条件下，A.sojae M146对Pb^2 和Cd^2 的吸附率，分别为69．76％和72．28％；A.oryzae M149对Pb^2 和Cd^2 的吸附率，分别为60．64％和81．34％。使用稀碱溶液对曲霉菌体进行浸泡预处理后，可提高对重金属的吸附去除效果；而使用稀释、乙醇水溶液以及蒸馏水对菌体浸泡后，明显降低了重金属的去除效果。Na2CO3和EDTA溶液，可以有效地将重金属从曲霉体上解吸下来，从而达到重复利用菌体作为吸附剂的目的。     

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。     

厨余垃圾静态生物干化的过程特性及其微生物群落演替

提出厨余垃圾协同园林绿化垃圾及返料的静态生物干化工艺,并探讨了静态生物干化过程的温度、含水率等指标的变化规律,利用宏基因组学技术对生物干化过程中的微生物群落结构的演替进行了探究。结果表明,静态生物干化技术升温速率快,4 h内即可让物料从室温升至65 ℃以上。料堆的含水率在48 h内由36%迅速降低至20%左右。该过程中主要作用的菌门有厚壁菌(Firmicutes)和放线菌(Actinomycetes)。属层面分析则发现,主导的菌属有芽孢杆菌属(Bacillus)、糖单孢菌属(Saccharomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)和高温放线菌属(Thermoactinomycetes)。静态生物干化工艺使物料主要处在高温发酵段,微生物群落结构和代谢通路相对稳定,保证了工业化操作的稳定性和高效率,是一种具有广泛应用潜力和前景的生物干化新策略。