短期高温预处理对餐厨垃圾堆肥进程及产品质量的影响

为探索短期高温预处理对餐厨垃圾堆肥进程及产品质量的影响,设计预处理温度(65、80、95℃)、时间(2、4、6 h)和通风量(0、0.1、0.2m3·min^-1·m^-3)的三因素三水平正交试验.结果表明,高温预处理能促进半纤维素的降解,增加腐殖质前体物质氨基酸、还原糖等溶出,两者在高温预处理组(HTP)中的含量分别比对照组(CK)高出41.41%和35.51%.经短期高温预处理后,所有试验组都可在20 d时完全腐熟(种子发芽指数(GI)>70%),部分试验组甚至在15 d即可腐熟,而CK组在20 d时GI仅65.7%.HTP组堆肥产品总氮、总磷和总钾的平均含量分别比CK组高6.19%、10.96%和6.61%.以GI、腐殖质、聚合度和总养分为评价指标进行正交和方差分析,得出最佳预处理条件为温度80℃,时间4 h,通风量0.1 m3·min^-1·m^-3.研究结果表明短期高温预处理可以显著加速餐厨垃圾堆肥进程、提高产品质量,这可为突破传统堆肥耗时长、产品肥效低的瓶颈提供指导.     

超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响

以猪粪、砻糠为原料,利用自行设计的超高温预处理装置,开展了为期56d的模拟堆肥试验,比较了超高温预处理好氧堆肥（HPC）和常规高温好氧堆肥（CK）过程中碳、氮素转化及损失.结果表明,CK有机质最大降解度（42.58%）比HPC堆体（49.29%）小,但降解速率常数（0.1d^-1）高于HPC（0.07d^-1）,两种堆肥工艺碳素降解率差异不显著.HPC堆体NH₄⁺-N、TN质量分数平均比CK高143.9%、11.2%,而NO₃^--N质量分数则比CK低58.8%.HPC堆肥后期胡敏酸含量及腐殖质聚合程度分别比CK高45.2%~56.8%、59.1%~65.3%.在预处理阶段以及后续堆肥阶段,HPC、CK有机碳损失率分别为48%、51%,氮损失率分别为18%、27%.说明超高温预处理不仅有利于堆肥过程的保氮,而且促进富里酸向胡敏酸的转化,提高了堆肥产品腐殖化水平.     

微生物在污泥堆肥处理中的优化改良

为了研究微生物组合菌剂在污泥堆肥中的优化改良作用,本文以地衣芽孢杆菌、高产木聚糖酶短小芽孢杆菌、高产淀粉酶枯草芽孢杆菌和耐辐射枯草芽孢杆菌为菌种,分别以0%、5%、10%的3种接种量为正交试验水平,按照不同比例微生物菌剂组合对污泥进行了需氧堆肥的L9(34)正交试验,考察了堆体有机质含量、全氮含量、全磷含量、蛔虫卵死亡率和粪大肠菌群等堆肥指标是否能够达到微生物有机肥标准。结果表明:不同菌剂组合均对堆肥指标有一定影响,能够不同程度地改善堆肥的表观状态、加速有机质的降解、固定氮、释放磷和钾、提高蛔虫卵死亡率、减少粪大肠菌群数,其中10%的高产木聚糖酶短小芽孢杆菌、10%高产淀粉酶枯草芽孢杆菌、10%耐辐射枯草芽孢杆菌、0%地衣芽孢杆菌的菌剂组合最有利于污泥堆肥。     

温和水热预处理促进秸秆产沼气的条件优化研究

以水稻秸秆为原料,在前期单因素试验基础上,通过正交试验研究不同水热预处理条件对稻秸理化特性及产沼气效果的影响.结果表明,预浸时间、初始含水率和热处理时间3个因素对稻秸厌氧发酵20d累积TS产气率的影响程度各不相同,各因素对厌氧发酵累积TS产气率的影响大小顺序为初始含水率 >预浸时间 >热处理时间;得出的最佳水热预处理条件为：初始含水率为55%,预浸时间为2h,热处理时间为6h;与处理CK相比,最佳预处理条件下稻秸20d容积产气率提高29.79%,产气量达总产气量60%和80%时间可提前5d;结合预处理前后稻秸理化特性变化规律分析,表明温和水热预处理促进了纤维素和半纤维素的降解溶出,并促使其更多转化为挥发性脂肪酸（VFA）,从而有利于稻秸快速产沼气.     

磺胺甲噁唑对堆肥过程中酶活性及微生物群落功能多样性的影响

为了探讨磺胺甲噁唑(Sulfamethoxazole,SMZ)对猪粪堆肥过程的影响,以猪粪、小麦秸秆为试验材料,研究了SMZ对好氧高温堆肥过程中温度、脱氢酶活性及微生物群落功能多样性的影响.结果表明,在整个堆腐过程中,SMZ含量为50 mg·kg-1的处理中脱氢酶活性受到不同程度的抑制作用;SMZ含量为95 mg·kg-1时对脱氢酶活性有激活作用.SMZ含量为95 mg·kg-1的处理中AWCD值与未添加SMZ的处理差异不显著,Simpson指数显著高于其他处理,有利于提高微生物的优势度,Shannon多样性指数显著高于未添加SMZ的处理,提高了微生物群落的丰富度和均匀度.SMZ含量为50 mg·kg-1的处理中AWCD值显著低于其他处理,对微生物活性具有一定的抑制作用.SMZ含量为50 mg·kg-1的堆料中微生物对多酚化合物类和多胺类等物质利用率显著低于其他处理,SMZ含量为95 mg·kg-1的堆料中微生物对糖类、多聚物类及多胺类等物质利用率较低.主成分分析表明,堆料中微生物中起分异作用的碳源主要为糖类、羧酸类及AA酸类.     

不同物料堆肥过程中溶解性有机质和腐殖酸的物质结构演化时序差异分析

以提取鸡粪未添加菌剂（CM）、鸡粪添加菌剂（CMB）及餐厨垃圾（FW）堆肥过程中提取的溶解性有机质（DOM）和腐殖酸（HA）为研究对象,利用荧光光谱平行因子分析及二维相关光谱分析对DOM和HA的物质结构及转化时序进行表征。结果表明：DOM的腐殖化指数（HIX）表现为CMB>CM>FW,FW堆肥有机质的自生源特性更强,CMB堆肥有机质腐殖化程度最高。与堆肥时间相比,DOM和HA的光谱结构特性对堆肥种类的响应更强烈;3种堆肥的DOM中,类蛋白组分相对浓度整体表现为CM>FW>CMB,类腐殖质组分表现为CMB>FW>CM;HA中,类蛋白组分相对浓度为CM>CMB（FW）,类腐殖质组分表现为CMB(FW)>CM。二维相关光谱表明：鸡粪堆肥中,DOM各组分演化时序为类胡敏酸>类酪氨酸>类色氨酸>类富里酸,HA各组分表现为类酪氨酸>类富里酸>类色氨酸;餐厨垃圾堆肥中,DOM各组分演化时序为类色氨酸>类酪氨酸>类富里酸,HA各组分表现为类胡敏酸>类酪氨酸>类色氨酸>类富里酸。适当的含水率有利于DOM中类腐殖质物质的生成,氨氮（NH₄ ⁺-N）浓度的降低与鸡粪堆肥DOM中类蛋白物质的降解以及腐殖化程度的增强有关,硝氮（NO₃ ⁻-N）浓度与类腐殖质组分呈显著正相关;水溶性有机碳（DOC）浓度和含水率的降低可能标志着堆肥过程中HA的腐殖化程度增强。

     

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.     

土霉素和磺胺二甲嘧啶对堆肥过程中酶活性及微生物群落功能多样性的影响

为了探讨抗生素对堆肥过程中酶活性及微生物群落功能多样性的影响,将添加土霉素(OTC)和磺胺二甲嘧啶(SM_2)的猪粪与小麦秸秆进行好氧堆肥发酵试验.试验设置3个处理,分别为CK处理(不添加抗生素)、L处理(10 mg·kg~(-1)OTC+1 mg·kg~(-1)SM_2)、H处理(140 mg·kg~(-1)OTC+30 mg·kg~(-1)SM_2).结果表明,各处理堆体温度在55℃及以上持续了4 d,发芽指数大于85%,均达到了腐熟标准;堆肥35 d后,L和H处理中OTC残留率分别为2.8%和4.2%,SM_2均未检出;抗生素降解符合一级动力学方程,半衰期为0.56~1.24 d.H处理对堆肥过程中脱氢酶活性呈先抑制后促进的作用,而对脲酶活性则在堆肥后期表现出显著抑制作用.Biolog数据表明,在堆肥腐熟期H处理AWCD值、Shannon指数和Simpson指数显著大于CK;主成分分析得出,H处理改变了堆肥过程中微生物群落结构,起分异作用的碳源主要为糖类、羧酸类及氨基酸类.综上所述,添加OTC和SM_2对堆肥过程中酶活性和微生物群落功能多样性有显著影响,且经堆肥处理后SM_2被完全降解,而OTC仅有少量残留,说明好氧堆肥是一种快速有效去除抗生素的方法.     

生活垃圾堆肥过程中腐殖质及有机态氮组分的变化

利用实际城市生活垃圾,采用工厂化工艺进行堆肥试验,探讨在堆肥过程中腐殖质及有机态氮组分的动态变化.结果表明,随着堆肥的进行,有机碳、富里酸、全氮、酸水解性有机氮含量均有不同程度的降低,与堆肥前相比,降低幅度分别为53.00%、64.73%、21.78%、22.80%.而腐殖质、胡敏酸、氨基酸态氮则分别在堆肥的第35d达到最低点,而后呈逐渐增加的趋势.酰胺态氮、氨基糖态氮在堆肥的第21d达到最高峰.堆肥过程中,腐殖质与胡敏酸、酸水解有机态氮与全氮含量显著相关.胡敏酸的红外光谱分析结果表明,堆肥后胡敏酸分子的芳构化程度明显增强.     

去电子水对牛粪秸秆好氧堆肥进程及细菌群落的影响

通过对普通水进行去电子处理,得到可利用性较强的去电子水,但其对好氧堆肥进程的影响还不明确．在牛粪秸秆好氧堆肥过程中添加去电子水,分析堆肥腐熟进程,并通过细菌群落结构变化揭示其作用的微生物学机理．研究结果表明去电子水处理堆肥的电导率（EC）、腐熟度（E4/E6）和C/N分别比对照组降低了48.7%、43.2%和27.9%,堆肥最高温度和种子发芽指数（GI）分别升高了17.5%、30.6%．同时去电子水提高了Glycomyces、Ammoniibacillus、Flavobacterium、Actinomadura和Geobacillus等优势属的相对丰度,改变了细菌群落的分布．冗余分析表明堆肥不同阶段的细菌优势菌属驱动着堆肥温度、pH、EC的变化,提高GI,促进堆肥腐熟．总之,加入去电子水有利于调节堆肥环境,缩短堆肥周期,并增加优势属的相对丰度,提高堆肥产品的稳定性．     

过磷酸钙和腐烂苹果联合添加对猪粪堆肥过程中碳素转化和腐熟的影响

调控堆肥过程中CO_2的排放,对于保证堆肥进程的有效进行和减少碳素损失具有重要意义.本文以过磷酸钙和腐烂苹果为添加剂,共设置4个处理:不添加添加剂(CK)、过磷酸钙处理(P)、腐烂苹果处理(A)及混合添加处理(1/2过磷酸钙+1/2腐烂苹果,PA),研究在自制堆肥反应箱猪粪堆肥过程中碳素转化特征及其对堆肥腐熟的影响.结果表明,单加过磷酸钙处理进入高温期的时间晚于其他处理3～4 d,而混合添加处理并没有出现高温期推迟的现象.整个堆肥过程中,CK、P、A和PA处理CO_2-C的累积排放量分别占起始碳素的37.0%、33.0%、40.1%和36.7%,碳素损失分别为54.1%、50.3%、59.4%和55.7%.虽然单加过磷酸钙处理降低了堆肥中碳素损失,但却抑制了有机质的降解,增加了电导率值,而混合添加处理促进了有机质的降解,并使腐殖质含量较对照提高了11.8%.此外,单加过磷酸钙处理的种子发芽指数在40 d时才达到80%,而混合添加处理在24 d时已达到80%.综上分析,1/2过磷酸钙+1/2腐烂苹果联合添加是一种可行的畜禽粪便堆肥添加剂使用方法.     

沼渣堆肥中Cu和Zn形态与有机官能团特征

以猪粪沼渣和水稻秸秆为原料,采用BCR提取法和同步辐射红外显微成像法研究了沼渣堆肥过程中Cu和Zn形态的变化和有机官能团的原位分布特征.研究发现,沼渣堆肥后Cu和Zn含量分别增加28%和38%.同时,可交换态Cu和Zn比例明显降低,而残渣态Cu和Zn比例普遍升高.同步辐射红外显微成像结果显示,与猪粪沼渣原料相比,堆肥后的沼渣在3400cm^-1处吸收峰强度显著降低,而在1430cm^-1处吸收峰强度明显增加,表明堆肥过程中多糖类物质发生了降解进而形成了芳香类物质.综上,同步辐射红外显微成像技术有望成为表征有机物演变规律及解释重金属形态转化的一个新手段.