高温解磷菌对堆肥所添加难溶性磷素转化的试验研究

为提高堆肥产品中可利用磷素含量,采用不接种解磷菌剂、不添加磷矿粉处理(CK),不接种解磷菌剂、添加磷矿粉处理(CP),接种解无机磷菌剂、添加磷矿粉处理(CMP)3种处理进行了堆肥试验,并对堆肥不同时期样品中磷组分的动态变化进行分析.结果表明,与CK比较,在堆肥不同时期, CMP、CP处理有机态磷、水溶性磷、速效磷均呈不同程度的增加.堆肥结束后, CP、CMP处理有机态磷、水溶性磷、速效磷与CK比较的增加值分别为2049.8、4188.6mg/kg,264.2、648.7 mg/kg,954.0、3576.4mg/kg,其中CMP处理分别是CP处理的2.04、2.46、3.75倍.试验结果证明,采用高温解无机细菌接种,可明显促进堆肥中添加难溶性磷矿粉的转化效率,提高堆肥产品中植物可利用磷素含量.     

生活垃圾生物预处理对As Pb Cr生物有效性的影响

采用室内模拟试验,研究了生物预处理工艺对生活垃圾As、Pb、Cr总量和生物有效性(水提取态、DTPA提取态、EDTA提取态)的影响.结果表明:由于“相对浓缩效应”和淋滤的交互作用,As、Pb和Cr总量分别升高了1.96%、6.13%和10.81%;生物预处理后,w(水溶态As)、w(DTPA-As)和w(EDTA-As)分别升高了51.46%、26.65%和19.02%,w(水溶态Pb)、w(DTPA-Pb)和w(EDTA-Pb)分别升高了36.59%、22.91%和17.48%,w(水溶态Cr)、w(DTPA-Cr)和w(EDTA-Cr)分别升高了9.01%、12.79%和8.77%.模拟试验结果证实,生活垃圾生物预处理在一定程度上增加了As、Pb和Cr总量及其生物有效性,可能会增加后续堆肥土地利用的环境风险和填埋对地下水的污染风险.      

耐高温解无机磷菌解磷条件的优化

为提高堆肥中添加难溶性磷的转化效率,对筛选于高温堆肥中的耐高温解无机磷菌株(BL161)解磷条件进行优化研究. 利用正交设计表L₂₅(56)选择培养时间,温度,pH,磷矿粉添加量和菌剂接种比例作为参考因素,对该菌株进行发酵培养. 结果表明:该菌株的最佳解无机磷条件是培养基pH为4.5,磷矿粉添加量与接种量分别为9.0 g/L和7%,于38 ℃下培养25 d,解磷总量(274 mg/L)达到最大;对温度指标分析显示,该菌株的温度耐受范围较广,在34～50 ℃下均能进行解无机磷活动,38 ℃为最适解无机磷培养温度;该菌株的耐热性较高,在50 ℃下能够很好地定植和解无机磷,发酵液中ρ(磷矿粉)随着培养时间的增加呈上升趋势,并于培养的第25天达到209 mg/L;极差分析显示,发酵时间对解磷总量的影响最大(R_时间152.2),其他各因素对解磷总量的影响大小依次为pH＞温度＞磷矿粉添加量＞接种量.      

生活垃圾与畜禽粪便联合好氧堆肥

生活垃圾与畜禽粪便联合好氧堆肥有利于堆肥的进行和堆肥产品品质的提高. 采用固体废物好氧堆肥成套技术(CBS技术)与设备,对生活垃圾(处理Ⅰ)、畜禽粪便(处理Ⅱ)、生活垃圾与畜禽粪便混合物料(处理Ⅲ)进行堆肥,温度在线监测显示,处理Ⅲ堆肥过程中升温速率、最高温度和高温持续时间分别是1.88 ℃/h,69 ℃和440 h,各项指标参数均略高于处理Ⅰ的1.79 ℃/h,67 ℃和418 h,明显优于处理Ⅱ的0.47 ℃/h,42 ℃和0h,达到无害化处理的要求;对堆肥产品腐熟度及荧光特性分析表明,处理Ⅲ堆肥20 d后,堆肥对小麦、玉米、大豆、水稻和棉花5种农作物的发芽指数分别达到88.7%,91.3%,82.7%,85.2%和83.4%;发射荧光光谱在350 nm附近的特征峰有较为明显的红移现象,且荧光峰明显变宽,在450 nm附近(类富里酸峰)的峰强度增加,说明堆肥产品中有机物分子共扼作用加强、缩合度增加. 腐熟堆肥营养成分含量测定结果表明,处理Ⅲ腐熟堆肥的w(有机质)及w(TN),w(TP)和w(TK)分别达到36.64%,2.20%,2.82%和1.52%,优于处理Ⅰ的30.14%,1.58%,1.02%和0.93%,高于《有机肥料标准》(NY525—2002)中≥10%,≥0.5%,≥0.3%和≥1.0%的要求.      

温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢的影响

以猪粪、鸡粪、玉米秸秆、餐厨垃圾和厨余垃圾等5种农业固体废物为底物,采用修正的Gompertz模型,研究了典型农业固体废物暗发酵产氢动力学和代谢产物变化规律,探讨了不同温度和初始pH条件下的主要产氢代谢途径。结果表明:温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢具有显著影响;高温组累积产气量和氢气百分含量显著高于中温组。在55℃高温且pH为6.0的条件下,餐厨垃圾暗发酵产氢效果最佳,累积产气量和氢气百分含量最大,为1 100 mL和73.58%,最大产氢速率和产氢潜力分别为37.11 mL·h~(-1)和660.30 mL;厨余垃圾暗发酵产氢效果次之,鸡粪产氢潜力最差。在暗发酵产氢末期,以鸡粪为底物的代谢产物的氨氮浓度最高,过高的氨氮浓度可能抑制了产氢过程。VFA分析表明:不同底物和条件下丁酸浓度均最高,且含有少量乙醇、乙酸、丙酸等;暗发酵产氢代谢途径是以丁酸型发酵为主的混合型发酵。通过温度、初始pH等非生物性控制因素的优化调控,显著提高了农业固体废物暗发酵产氢潜力和底物利用效率,为生物制氢的技术研发与工程应用提供参考。     

温度和物料配比对餐厨垃圾与果蔬垃圾协同厌氧产氢的影响研究

采用餐厨垃圾和果蔬垃圾协同厌氧产氢工艺,通过pH、氨氮、还原糖、溶解性COD(SCOD)等指标变化规律、产氢动力学和相关性分析,研究不同温度和物料配比(餐厨垃圾与果蔬垃圾的湿质量比)对协同厌氧产氢潜力的影响。结果表明,温度和物料配比对餐厨垃圾和果蔬垃圾协同厌氧产氢均有显著影响。高温组(55℃)物料配比为1∶4时累积产气量和氢气体积分数最大,分别为510mL和52.57%;中温(35℃)组物料配比为1∶2时累积产气量最大为200mL,物料配比为1∶1时氢气体积分数最大为5.45%。相关性分析表明,pH与累积产气量呈显著负相关,氨氮与累积产气量呈显著正相关。高温协同厌氧产氢可有效提高微生物活性和产氢潜力,促进餐厨垃圾和果蔬垃圾的有效利用,实现有机废弃物的绿色能源化。     

硝酸改性活性炭对赤铁矿生物可利用性的强化效果与影响因素分析

赤铁矿生物可利用性弱、污染物去除效率低,但因其具有价格低廉、存在广泛的特点而常被用于环境污染治理与修复.本研究通过向赤铁矿生物还原体系中添加硝酸改性后的活性炭,以强化矿石中Fe(Ⅲ)的生物可利用性.同时,以Fe(Ⅲ)还原率与有机物降解率为响应值,通过响应曲面法探究了赤铁矿浓度、有机物浓度与硝酸改性剂浓度对赤铁矿生物可利用性的影响机制.结果表明,硝酸改性活性炭可以提高赤铁矿的生物可利用性,促进有机物的降解,赤铁矿浓度对反应的影响最为显著.生物反应过程的最佳条件为:赤铁矿初始浓度8.35 mmol·L~(-1)、有机物初始浓度13.41 mmol·L~(-1)、硝酸改性剂浓度5.07%.硝酸改性活性炭强化赤铁矿生物体系虽能降解高浓度有机物,但有机物去除效率仅为20%～50%,证明该体系适用于低有机物浓度的水环境.本研究对促进水、土壤环境中有机物的降解具有重要科学意义.     

餐厨垃圾调理剂对果园土壤团聚体组成及分布的影响

针对我国贫瘠果园土壤结构和功能退化的问题,以餐厨垃圾制备的土壤调理剂为研究对象,从时间和空间两个层面,采用DR_0.25（团粒结构体占比）、MWD（平均质量直径）、GMD（几何平均直径）和分形维数评价长期施用餐厨垃圾土壤调理剂对贫瘠果园土壤团聚体结构特征及其有机质赋存转化的影响.结果表明:施用餐厨垃圾土壤调理剂可增加0~20 cm土壤层中粒径 < 0.25 mm微团聚体的W_wi（水稳性团聚体占比）,施用3 a后其W_wi最大值为23.04%,有利于提升土壤抗侵蚀性;随着施用餐厨垃圾土壤调理剂时间的延长,30~40 cm土壤层的DR_0.25逐渐增加,施用5 a后各土壤层MWD和GMD均大于对照组;随着施用时间的延长,相同深度土壤层的分形维数逐渐减小,施用5 a后0~20 cm土壤层分形维数最小值为2.13,表明施用餐厨垃圾土壤调理剂有利于改善土壤团聚体粒径分布和土壤分维特征;施用餐厨垃圾土壤调理剂可提升0.5~5 mm粒级团聚体中的有机质含量.研究显示,长期施用餐厨垃圾土壤调理剂可改善土壤团聚体粒径和有机质的分布,有助于土壤团聚体中有机质的赋存转化,提高团聚体稳定性和土壤抗侵蚀力.      

生活垃圾堆肥过程中细菌群落演替规律

应用PCR-DGGE技术研究生活垃圾堆肥过程中的细菌群落演替规律,对堆肥不同时期的宏基因组DNA进行提取,扩增16S rDNA的V3区,分析生活垃圾堆肥过程中细菌群落的变化. DGGE图谱表明,随着堆体温度的升高,DNA条带表现出了明显的动态变化,降温期出现了新的优势条带并趋于稳定,说明堆肥不同时期的细菌群落发生了更替. 对条带分布进行聚类分析,结果表明:以55 ℃为界,将14个堆肥样品划分为2个族,族间的相似性仅为13%,说明堆肥过程中常温期(<55 ℃)和高温期(>55 ℃)微生物群落结构差别较大. 对优势条带回收测序的结果表明:在升温期,堆肥堆体中检测到H. obtusa和人类排泄物中的细菌;但随着温度的升高,具有纤维素降解功能的嗜热微生物Clostridium thermocellum成为堆肥高温期的优势细菌;当堆体温度小于55 ℃时出现了大量的未培养微生物.      

堆肥复合功能菌剂的优化组合研究

为提高堆肥中难溶性磷的转化及堆料的降解效率,选取课题组前期筛选、驯化的4株耐高温解无机磷菌 (X₁,X₂,X₃和X₄)和2株纤维素降解菌 (X₅和X₆),采用均匀设计对不同配比的菌株进行液体发酵培养,通过对发酵培养后解磷能力的指标分析,优选复合菌配比. 经均匀设计软件及DPS数据处理系统优化的结果表明,最佳的菌剂配比:φ(X₁)=13.66%,φ(X₂)=11.36%,φ(X₃)=11.41%,φ(X₄)=13.61%,φ(X₅)=10.62%,φ(X₆)=39.34%. 回归后的配方所得解磷总量实测平均值(230.12 mg/L)与理论值(228.75 mg/L)基本一致. 将优化的组合菌剂接种到纤维素液体发酵培养基中,培养168 h后CMCase酶活性高达39.76 U.