不同堆肥工艺处理的城市污水污泥对滨海湿地土壤中养分释放特征和潜力的影响

通过土壤培养实验研究了4种不同堆肥［纯城市污水污泥堆肥、玉米秸秆生物炭（CSB）改良堆肥、益生菌菌剂（EM）改良堆肥和CSB+EM改良堆肥］在土壤中的碳、氮、磷和钾等养分释放特性及其对土壤溶解有机质（DOM）光谱特征、微生物群落的影响.结果表明,堆肥添加可显著降低土壤的pH,提高土壤的电导率,同时提高土壤中植物可利用养分［如可溶性有机碳（DOC）、NH₄⁺-N、NO₃^--N、速效磷（AP）和速效钾（AK）］含量;比较不同堆肥发现CSB+EM改良堆肥（CSB+EM-C）具备更高的养分释放潜力,且同时显著提高土壤DOM的腐殖化程度;高通量测序结果发现堆肥添加可以增加优势菌门水平上的相对丰度（如变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门）,但不同堆肥之间有所差异,其中CSB+EM-C的提高潜力最大.综合上述结果证实CSB+EM的堆肥工艺具有最佳的堆肥养分供应和改善土壤质量的潜力.该研究能够为建立有效的城市污水污泥资源化利用和滨海湿地退化土壤改良综合技术策略提供科学的理论依据.     

电场对污泥堆肥富里酸结构特征的影响

为了研究电场对污泥堆肥富里酸结构特征及电子转移能力(ETC)的影响,以市政污泥和米糠为原料,设置施加5V的直流电场(T1)和不施加电场(CK)的两个堆肥进行对比实验.通过三维荧光-平行因子分析(EEM-PARAFAC)、紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)结合二维相关光谱(2DCOS)分析堆肥过程中富里酸结构和组成变化.通过电化学方法测定了堆肥富里酸的电子接受能力(EAC)和电子供给能力(EDC).结果表明,类色氨酸、类富里酸和类胡敏酸是堆肥FA的主要组分,随着堆肥的进行,FA中类色氨酸物质减少,类富里酸和类胡敏酸含量增加,电场能够促进FA在堆肥过程中类色氨酸的降解和类胡敏酸的形成,提高了FA的芳香性、分子量和腐殖化程度.电化学分析结果表明,FA的ETC呈现先增后减的趋势.相比CK处理,施加电场降低了FA的EDC,但同时增强了其EAC,使得堆肥后期的FA具有更强的ETC.结果将有助于进一步了解污泥堆肥过程中FA的形成过程及其氧化还原特性.     

鸡粪与麦秸混合厌氧发酵产沼气特性

为深入研究混合发酵对秸秆厌氧发酵产沼气的影响,将4种不同形态的麦秸分别与鸡粪混合进行厌氧发酵产沼气,分析了试验过程中产气量,发酵液p H值、EC、总挥发性脂肪酸(TVFAs)、NH₄⁺-N和碱度的变化.结果表明:秸秆单独发酵产气量较低,不同形态秸秆单独发酵过程中发酵液各指标的变化趋势相似,总体为原秸秆高于一次发酵秸秆,搓揉秸秆高于未搓揉秸秆;鸡粪单独发酵累积产气量,发酵液p H值、EC、TVFAs、NH₄⁺-N和碱度等均高于秸秆单独发酵;混合发酵提高了秸秆的产气速率和产气峰值,缩短了峰值出现时间和达到80%总产气量的时间;将鸡粪与不同形态秸秆混合发酵对提高秸秆累积产气量的效果不同,在扣除鸡粪产气的影响后,鸡粪与原秸秆、搓揉秸秆、一次发酵秸秆和一次发酵秸秆搓揉混合发酵处理的秸秆TS产气量较相应的秸秆单独发酵分别提高了-12.19%、10.54%、13.01%和-12.21%;混合发酵各处理发酵液各指标的变化趋势相似,且处理间差异不显著(P>0.05),混合发酵日产气量和发酵液各指标的变化更温和,...     

基于光谱学技术对生物沥浸污泥与不同辅料堆肥过程中富里酸的研究

以生物沥浸污泥与不同农林废弃物混合堆肥为研究对象,采用紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)技术分析了堆肥过程中富里酸结构、组成和含量变化。基础理化性质表明：4个处理组(T1:污泥+甘蔗渣,T2:污染+秸秆,T3:污染+米糠,T4:污染+木屑)均达到堆肥成熟标准;UV-vis和紫外参数SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀的变化表明4个堆肥处理组中的腐熟度和富里酸的芳香碳含量均增加,其中T2处理组的腐熟度优于其他处理组。FTIR分析表明富里酸中多糖类、碳水类和脂肪族物质的含量逐渐降低,合成的腐殖酸类物质含量逐渐增加,T3处理组的腐殖化、芳构化程度要优于其他处理组。3D-EEMs分析表明结构简单、共轭程度低的有机物如辅酶、色素等物质被降解消耗,形成共轭程度高的类腐殖质物质,T2处理组的荧光峰强度最大,表明堆肥腐熟效果更好。富里酸含量变化则表明T3处理组腐熟效果优于其他处理组。结果表明,秸秆和米糠与生物沥浸污泥共同堆肥效果较好。     

深度脱水污泥好氧堆肥中多环芳烃的含量与风险削减研究

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是影响污泥安全资源化的重要因素.以无机药剂调理的深度脱水污泥有利于污泥的好氧堆肥处置,但对于该处置过程中深度脱水污泥PAHs的降解和风险削减尚缺乏认识.主要以复合铝镁盐调理的深度脱水污泥为对象,分析不同好氧堆肥条件下污泥中PAHs的含量、来源和风险,以明确好氧堆肥工艺过程对风险有机物的削减效果及潜在影响因素.通过气相色谱-质谱仪、特征比值法和风险熵法分析污泥中美国EPA优先控制的16种PAHs的含量、来源和风险,重点考察了深度脱水污泥在好氧堆肥前后PAHs含量和风险变化.结果表明：(1)16种PAHs在6组污泥中均有检出,其总量范围为777.78～1 878.38 ng/g,组成以中高环芳烃为主,主要来源为石油污染和燃烧的混合源.(2)堆肥28 d后6组污泥中PAHs的去除率分别为37.66%、54.29%、12.38%、15.40%、56.78%和34.25%,表明添加颗粒大的返混料或辅料更有利于PAHs的降解.(3)污泥中的PAHs整体处于中低风险,好氧堆肥后除组1的苯并[a]芘和组2的芴由低风...     

基于仿生学的一体式两相厌氧反应器的运行研究

反刍动物瘤胃对纤维素类物质具有强大的消化能力,在厌氧发酵领域备受关注.为了增加秸秆等物质的资源化利用途径,本文基于仿生学的原理,设计了一体式两相新型厌氧反应器,并以秸秆、猪粪和河道底泥为底物进行干式共发酵,研究了该反应器的水解酸化和产甲烷性能.结果表明：反应器在1～6 d的产气速率较快,单位体积累积产气量的增长速率为366.87 mL/d,最快产气速率为22.3 mL/(g·d)(以每g挥发性固体每天产生的沼气体积计);发酵过程挥发性固体的产气量为0.13 L/g;发酵过程中pH在7.3～8.2之间变化,p H与挥发性脂肪酸(VFAs)浓度整体上呈现相反的变化趋势,说明反应器内未发生氨抑制现象;第1～21天,主反应室产生的溶解性化学需氧量(SCOD)在次反应室中被充分利用,实现了水解过程和水解产物利用过程的分离;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是反应器中最丰富的两个菌门,均具有水解和产酸能力.基于瘤胃设计的反应器既具有不同水解程度底物分层和持续吸收VFAs的效果,又有上部水解和产酸、下部产甲烷的一体式两相厌氧发酵效果.研究显示,该反应器可有效延长...     

多杀菌素菌渣无害化处理与肥料化利用研究

针对抗生素发酵生产残余菌渣所引发的环境危害问题,以多杀菌素菌渣为研究对象,通过好氧堆肥工艺探究其资源化的可行性,设定不同的初始C/N,分析了反应过程中堆体pH、电导率（EC）、三维荧光图谱（3D-EEMs）等指标变化规律,并用初始C/N=20组的堆肥样品进行土壤模拟试验,以评估多杀菌素菌渣肥在使用过程中对土壤环境和微生物的影响。堆肥实验结果表明：多杀菌素去除率达到90%以上,堆体理化指标均处于适宜范围;3D-EEMs表明：堆肥过程中色氨酸类物质被微生物充分利用,腐殖酸类物质累积,堆体达到较好的腐熟效果;土壤模拟实验结果表明：1%和6%的抗生素残留低于检测限（多杀菌素A 2.0μg/kg,多杀菌素D 1.5μg/kg）。此外,投加了菌渣肥使土壤的微生物多样性提升。以上结果表明,多杀菌素菌渣经过堆肥化处理有助于改善土壤性能。     

柠檬酸污泥热碱预处理厌氧发酵产酸研究

文章对食品发酵工业产生的柠檬酸废水剩余污泥进行热碱预处理后,同时采用批次与半连续运行方式进行污泥厌氧发酵实验,分析了污泥发酵液中挥发性脂肪酸（VFAs）、有机质、荧光组分、氮磷,以及污泥中的有机物含量、脱水性能和微生物群落的变化。响应面优化结果确定了柠檬酸污泥热碱处理的最佳条件为62℃,pH=10.6,处理1 h。热碱预处理使溶解性化学需氧量、溶解性总有机碳和蛋白质（PN）、多糖（PS）等浓度分别提高4.75倍、2.94倍、12.67倍、15.49倍,加快了厌氧发酵中VFAs的产生,其中前3 d总VFAs浓度上升速度最快,浓度为(6 194.96±411.91) mg/L(以COD计);为保证VFAs底物充足,半连续组调整污泥发酵时间为3 d,物料更换率为1/3(SRT=9 d),虽然VFAs相比批次组有所降低,但仍呈上升趋势且乙酸浓度仍占VFAs的50%左右。荧光分析结果表明色氨酸类蛋白质、腐殖酸类物质、富里酸类物质为主要荧光物质。热碱预处理会使总磷提高2.23倍,但随着产酸的进行会不断降低,而NH3-N随PN降解不断升高后基本保持不变。污泥的脱水性能将直接影响VFAs产量,而发酵后...     

基于Web of Science数据库的丁醇发酵的研究趋势分析

随着化石燃料对环境影响的日益加剧及其储存量的逐渐减少,开发基于生物质资源的清洁型可再生能源已成为世界各国研究的热点。利用文献计量的方法,对Web of Science中Science Citation Index-Expended数据库在1994—2018年间收录的有关产丁醇发酵的7371篇研究型论文进行了统计分析。结果表明:产丁醇发酵相关研究整体呈上升趋势,其中美国发文量位居榜首,中国次之。中国科学院发文遥遥领先于其他研究机构,但中国在国际主流期刊的发文量低,影响力小。自2004年始,针对生物丁醇及生物质燃料的研究得到极大推进,说明开发生物丁醇这种极具潜力的新一代液体燃料已成为当前研究热点。     

微生物菌剂对枸杞枝条粉发酵堆体腐熟效果的影响

为探讨外源微生物对枸杞枝条粉基质化发酵堆体腐熟进程的影响,采用随机区组设计〔T1（CK）,枸杞枝条粉150 kg;T2,枸杞枝条粉150 kg+尿素4.15 kg;T3,T2+粗纤维降解菌Ⅰ 75 g;T4,T2+粗纤维降解菌Ⅱ 75 g;T5,T2+锯末专用复合益菌75 g;T6,T2+EM菌液75 g;T7,T2+纤维素酶制剂75 g〕,以尿素为氮源,研究添加外源微生物对枸杞枝条粉基质化发酵过程中发酵指标参数的影响.结果表明:堆腐发酵至第6天时,各处理组的温度均达到最高值,其中,T3的温度达到68.2 ℃,T2~T7内部温度超过50 ℃的时间依次为6、9、9、7、8、7 d.外源微生物菌剂的施用增加了枸杞枝条粉腐熟发酵后的湿容重、干容重、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙.至发酵结束后,各处理组的湿容重在0.43~0.47 g/cm3之间,T6的增幅最大.堆腐发酵过程中w（NH₄+-N）变化呈先增后减的变化规律,发酵至第21天时,T4达784.81 mg/kg;w（NO₃--N）呈逐渐增加的趋势,在发酵14~49 d之间的增幅最大,其中,T3的平均日增加值最大,为16.02 mg/（kg·d）,而发酵70 d后各处理组w（NO₃--N）逐渐趋于平稳.发酵前21 d w（TOC）呈近直线下降,发酵前14 d w（TN）呈直线上升;堆腐发酵至第49天时,T2~T7的GI（germination index,发芽指数）均高于50%,其中,T7为73.92%,较T1（CK）高出26.52%;发酵至第91天时,T1~T7的GI均超过85%.研究显示,枸杞枝条发酵堆体基质化过程中添加尿素+粗纤维降解菌Ⅰ（Ⅱ）、尿素+EM菌液、尿素+锯末专用复合益菌等更有助于加快基质化进程、缩短发酵时间、提高发酵效率,可为枸杞枝条基质化工厂利用提供理论支撑.