密闭式堆肥反应器中复合微生物菌剂对堆肥效果的影响

通过一套自制密闭式堆肥反应器系统,研究在一定的堆肥条件下,接种复合微生物菌剂对堆肥腐熟度、环境影响控制和产品质量等方面的影响。通过对堆肥温度、含水率、碳氮比(C/N)、发芽指数(GI)、氨气(NH3)排放浓度和微生物数量等指标的检测分析发现,接种复合微生物菌剂的处理组提前3.5~4.5h到达高温期,高温期持续时长多于对照3.8~4.0 d,氧气消耗快,堆肥腐熟速度快,腐熟程度高,氨气排放浓度平均低于不接种处理39%,有效地控制了臭气排放和氮素损失。认为在堆肥中接种复合微生物菌剂是解决我国目前堆肥腐熟时间过长、养分损失大、恶臭气体排放严重、环境影响严重等问题的有效途径。     

应用新型好氧堆肥反应器连续投加处理人粪便的研究

针对间歇式堆肥反应器处理效率低、不便移动、单次投加所需物料量大等不足,以及为更有效地处理分散型人粪便,使人粪便资源化,开发了梨形筒式好氧堆肥反应器。在获得该反应器的最佳通风与搅拌频率分别为3.0 L/min,5 min/h以及最佳m（粪便）︰m（锯末）为1︰2.5的条件下进行连续投加人粪便好氧堆肥。在不接种微生物的30 d堆制过程中,升-降温周期为36 h,平均温度为51.44℃,第15天时COD降解率达到63.99%并趋于稳定,TN损失率第17天时达到56.68%,GI于第21天时达到106.25%,堆肥完全腐熟,稳定期处理效率为23.81 g/（L·d）。接种土著菌种时,升-降温周期缩短至24 h,平均温度为53.96℃,COD降解率8 d可达65.28%,TN 损失率仅为25.75%,GI于第8天达到108.22%,稳定期处理效率可达35.71 g/（L·d）,比不接种时提高1.5倍,同时节约能耗50%。     

堆肥反应器中2种微生物接种剂的堆肥效果研究

在严格控制堆肥条件的情况下,以鸡粪为堆肥基本原料,选用单一微生物巨大芽孢杆菌和复合微生物VT菌为接种剂,通过研究堆肥过程中的温度、氧气浓度、C/N、WSC(水溶性碳)、发芽指数(GI)以及脱氢酶和纤维素酶的活性动态变化来反映这2种微生物接种剂对堆肥效果的影响.结果表明,接种复合微生物菌剂VT的处理在堆肥升温和保持高温效果明显,接种微生物菌剂的2个处理的堆体内氧气浓度都较CK低,其中最低的为接种复合微生物菌剂VT的处理.接种微生物菌剂,C/N下降速度快,WSC浓度相对高,GI值上升速度明显加快,有利于加快堆肥腐熟进程,其中接种复合微生物菌剂VT的效果较单一微生物菌剂巨大芽孢杆菌好.接种微生物菌剂有利于堆肥升温期脱氢酶和纤维素酶活性增加,促进堆肥的氧化还原反应和纤维素的分解,且接种复合微生物VT的效果明显.     

粪便堆肥反应器载体性质变化及其对微生物影响

使用锯末作为堆肥反应器的微生物载体,研究了锯末载体性质的变化特性及其对微生物的影响。在历时90d的反应试验中,每日定时定量投加粪便,均匀混合,控制含水率和反应温度,对载体的总固体(TS)、灰分(Ash)、容重、孔隙度、木质素、纤维素以及好氧细菌和兼性细菌的数量进行了分析。实验结果表明,在每日定量投加1kg粪便(4~5人/d排泄量)的条件下,TS和Ash分别由最初的0.393g/g和0.024g/g增加到0.586g/g和0.138g/g。TS和Ash的增加导致载体容重的增加,容重由最初的0.052g/cm3增加到0.137g/cm3。相反,孔隙度由92.24%降低到89.42%。反应前后,载体的主要成分纤维素、半纤维素和木质素的含量分别下降了9.5%、3.2%和0.86%。好氧细菌总数由109cfu/g下降至107cfu/g,而兼性菌数量由105cfu/g增加到108cfu/g。由此可知,孔隙度是保障载体通气性和微生物良好生长环境的重要条件,由于载体通气性能下降,好氧微生物生长条件不断恶化,这是反应器工作周期受到限制的主要原因。     

用于城市生活垃圾好氧堆肥的滚筒式生物反应器研制

针对城市生活垃圾研制了一种用于好氧发酵的滚筒式生物反应器。滚筒式生物反应器的设计主要包括主体结构设计,支承装置的设计计算,传动装置的功率选用,进、出料装置的功能研究等。为保证滚筒式反应器发挥最大功用,在滚筒内壁增设抄板并设计了抄板的结构形式、布置情况及安装位置,用以延长生活垃圾在滚筒内的停留时间,使好氧发酵更为充分。     

四环素对人粪便好氧堆肥过程及微生物群落演替的影响

以人粪便和锯末为实验材料,研究了四环素(TC)对好氧堆肥过程中理化性质、酶活性以及微生物群落演替的影响.实验共设4个处理:CK(不添加TC)、TC100(100 mg·kg~(-1)TC)、TC250(250 mg·kg~(-1)TC)和TC500(500 mg·kg~(-1)TC).采用高通量16S rRNA基因测序技术对堆肥中微生物群落结构进行分析.结果表明,TC对堆肥理化性质的影响与其浓度有关,堆肥中TC浓度的增加显著抑制了堆肥温度的升高,增加了水溶性碳(WSC)的残留,降低了种子发芽率(GI)并抑制了脱氢酶活性(DHA).堆肥温度、WSC、GI和DHA等堆肥参数都可以用来表征堆肥的腐熟度,以上结果表明堆肥中TC浓度高达500 mg·kg~(-1)时,TC阻碍了人粪便好氧堆肥过程并影响堆肥产物的腐熟.而且,TC浓度的增加显著改变了堆肥中的微生物群落演替,降低了微生物的多样性和丰度.TC对堆肥过程和堆肥产物腐熟的主要不利影响是对微生物群落结构的干扰和对生物活性的抑制.     

厌氧流化床反应器微生物固定化载体筛选的研究

论述了在厌氧化床反应器中用包络法固定微生物的高分子载体筛选研究的情况。通过静态试验的对比，筛选出了微生物固定化效果好、产甲烷性能优良的聚丙烯酸酯类多孔高分子载体ＷＡＲ－８。用ＡＦＢ反应器进行合成葡萄糖废水的中温厌氧消化试验，达到了较高的处理性能指标。     

生物流化床反应器水力混合特性研究

分别以活性炭和陶粒作为载体,在无回流条件下研究了不同上升流速时,反应器的离散数D/μL和串联数N的变化规律.试验结果表明,上升流速,固体混合特性以及载体性质均对反应器离散程度产生影响.只要反应器达到一定的膨胀率,反应器的流态就比较接近完全混合型.活性炭为载体时,上升流速为0.29cm/s,膨胀率为9.5％,串联数N为2.17.说明用完全混合型反应器模拟生物流化床反应器是可行的.     

流化床反应器中共聚物多孔载体固定厌氧微生物的研究

研究了流化床反应器中ＨＰ共聚物多孔载体固定厌氧微生物的效果，与活性碳载体对比表明，共聚物载体对厌氧产甲烷菌的优选固定优于活性炭载体，其流化床反应启动比活性碳提前半个月左右。具有很强的抗负荷冲击能力。     

鸡粪堆肥有机物演化对重金属生物有效性影响研究

采用离子色谱、三维荧光光谱、紫外-可见吸收光谱和多元统计分析,研究了鸡粪堆肥水溶性有机物(DOM)和重金属组成与演化特性,探究了有机物演化对重金属生物有效性的影响及其机理.结果显示,堆肥升温期和高温期有机物降解最为剧烈,产生了大量苹果酸、酒石酸、乙酸和草酸,其浓度分别在2097.55~2155.61、39.24~51.58、12.52~12.90及1.68~2.31 mg·L-1之间;堆肥降温期和二次发酵过程,蛋白类物质降解,腐殖质类物质合成,DOM的腐殖化率和缩合度增大,稳定性增强.堆肥过程中水溶态重金属中Fe的浓度(1.069~7.106 mg·L-1)最高,Al、As、Cr、Cu和Mn的浓度(0.1~1.008mg·L-1)其次,Pb的浓度(0.003~0.02 mg·L-1)最低,随着堆肥的进行水溶态重金属含量呈下降趋势(Al除外),相关性分析显示,水溶态重金属主要结合在腐殖质类物质上,生物可利用性低.分析结果表明,堆肥可通过降低水溶态重金属的含量和将水溶态重金属络合在腐殖质类物质上降低产品中重金属的生物有效性.     

堆肥嗜热纤维素分解菌的筛选鉴定及其强化堆肥研究

对采集于农业堆肥高温期的微生物样品进行30d的高温驯化,驯化完成后从中筛选得到15株嗜热纤维素分解菌,经形态学特征、生理生化反应及16S rDNA序列同源性比对鉴定为:Bacillus sp3株,Paenibacillus sp1株,Bacillus licheniformis3株,Bacillus subtilis4株,Brevibacillus borstelensis1株,Bacillus coagulans3株.将筛选得到的菌种添加至高纤维素含量的堆体进行效果验证,结果表明添加嗜热纤维素分解菌对堆肥pH变化无显著影响,但可提高堆肥高温期温度、延长高温期并显著地降低堆肥产品的C/N和有机质含量,显著降低纤维素和半纤维素含量,加快堆肥腐熟.堆体有机质降解动力学结果表明,堆体接菌和不接菌处理的有机质最大降解度分别为62.5481%和61.7101%,速率常数分别为0.1250d-1和0.1051d-1,接菌处理的堆肥比对照堆肥提前6d达到稳定.研究表明,添加筛选的嗜热纤维素分解菌能缩短堆肥周期.     

有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响

研究了有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.在没有有机物的条件下,进水基质(氨氮和亚硝氮)浓度为70～280 mg·L-1,容积总氮负荷为0.29～0.72 kg·m-3·d-1,氨氮去除率86.0%～99.7%,亚硝氮去除率88.7%～99.3%.添加有机物(酵母膏100 mg·L-1)后,ANAMMOX反应器运行性能与容积总氮负荷有关.容积总氮负荷低于0.43 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响较小,氨氮和亚硝氮去除率保持在94%以上;但当容积总氮负荷为0.72 kg·m-3·d-1时,有机物对ANAMMOX反应器运行性能产生严重影响,氨氮和亚硝氮去除率降至75%以下.停止添加有机物并降低容积总氮负荷,可在短期内消除有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响.     

Humification characterization of biochar and its potential as a composting amendment

Biochar has received increasing attention due to its applications as a soil amendment. Here, the chemical properties of solid and water-extractable fractions of four biochar samples were investigated. The results showed that wood biochar and bamboo biochar samples were 60%–80% more hydrophobic than those of rice husk biochar and rice husk ash. In addition, the acidity was 3.88 mmol/g from the total functional groups and 1.03 mmol/g from the carboxyl groups/lactones/phenols found in the wood biochar sample, which were about 1.5 times greater than those of the bamboo biochar sample. These functional groups could be used to determine the sorptive capacity of biochar for ionic solutes and water content and to increase the degradation of compost organics. The wood biochar sample was found to have the most humification materials(fulvic acid-like material + humic acid-like material) in the water-extractable fraction, which was 3–10 times higher than that in the rice husk biochar and rice husk ash; humified materials were not detected in the bamboo biochar sample. Humification materials in biochar may be involved in increasing the proportion of humic acid-like materials in humic-like substances within the compost product. Wood biochar had better hydrophobic, sorptive, aromatic, and humification properties compared to other biochars, suggesting that it may be used in composting in order to exert its effect as both a bulking agent and a composting amendment during the solid waste composting process.     

Fluorescence characteristic changes of dissolved organic matter during municipal solid waste composting

Dissolved organic matter（DOM） of municipal solid waste（MSW） consists of minerals, water, ash and humic substances, and is known to enhance plant growth. In this study, inoculating microbes（Z J, MS） were used in municipal solid wastes composting, and composting implemented a industrialized technology. During composting, dissolved organic matter was extracted from the compost and purified. The spectral characteristics of dissolved organic matter was determined by fluorescence emission, excitation, and synchronous spectroscopy. Fluorescence emission, excitation, and synchronous spectra characterized by different relative fluorescent intensities and peaks over time. Fluorescence spectra were similar to that of fulvic acid in sewage sludge, indicating the presence of dissolved organic matter with aromatic structures and a high degree of molecular polymerization. Compared with the controls with no microbial inoculation, the microbe-inoculated treatments exhibited the increase of aromatic polycondensation, in the following order： MS ＋ ZJ 〉 ZJ 〉 MS 〉 CK.     

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.     

牛粪堆肥过程中水溶性有机物演化的光谱学研究

采用紫外-可见吸收光谱、1H-核磁共振(NMR)和同步荧光光谱,研究了牛粪堆肥水溶性有机物(DOM)的结构特征及其演化规律.紫外-可见吸收光谱分析显示,SUVA254由堆肥起始的1.161上升至堆肥结束的2.543;E465/E665在整个堆肥过程中呈现上升趋势,变化范围在2.333~3.500;260~280,460~480,600~700nm范围内的面积积分A1、A2和A3均呈现出先增大后减小的趋势,峰值分别出现在26,14, 14d.1H-NMR分析显示,堆肥0d到堆肥41d,0.5~3.1δ面积积分所占比例从43.06%下降至8.63%,3.1~5.5δ从56.07%上升至89.68%,5.5~10δ不足总体的6%且变化趋势不明显.同步荧光光谱结果显示,经过41d 的堆肥,蛋白质类物质区积分面积比例(APLR)由0.331下降到0.252,而富里酸类物质区积分面积比例(AFLR)由0.325增加到0.336,同时胡敏酸类物质区积分面积比例(AHLR)由0.344增加到0.412;AFLR/APLR比与同步荧光光谱3个荧光峰峰高存在显著相关性,AHLR/AFLR与两个荧光峰光强的比值I351/I284和I382/I351存在显著相关性.上述结果表明,随着堆肥进行, DOM中的非腐殖质物质转化为类腐殖质,同时其芳香性结构增多,碳链结构发生氧化反应,分子量从小变大,堆肥腐殖化程度加大,稳定度增加.     

Nitrogen-retaining property of compost in an aerobic thermophilic composting reactor for the sanitary disposal of human feces

Aerobic composting is a method for the sanitary disposal of human feces as is used in bio-toilet systems. As the products of composting can be utilized as a fertilizer, it would be beneficial if the composting conditions could be more precisely controlled for the retention of fecal nitrogen as long as possible in the compost. In this study, batch experiments were conducted using a closed aerobic thermophilic composting reactor with sawdust as the bulk matrix to simulate the condition of a bio-toilet for the sanitary disposal of human feces. Attention was paid to the characteristics of nitrogen transformation. Under the controlled conditions of temperature at 60°C, moisture content at 60%,anda continuous air supply, more than 70% fecal organic removal was obtained, while merely 17% fecal nitrogen loss was observed over a two-week composting period. The nitrogen loss was found to occur mainly in the first 24 h with the rapid depletion of inorganic nitrogen but with an almost unchanged organic nitrogen content. The fecal NH₄-N which was the main component of the inorganic nitrogen ( > 90%) decreased rapidly in the first day, decreased at a slower rate over the following days, and finally disappeared entirely. The depletion of NH₄-N was accompanied by the accumulation of NH₃ gas in the ammonia absorber connected to the reactor. A mass balance between the exhausted NH₃ gas and the fecal NH₄-N content in the first 24 hours indicated that the conversion of ammonium into gaseous ammonia was the main reason for nitrogen loss. Thermophilic composting could be considered as a way to keep a high organic nitrogen content in the compost for better utilization as a fertilizer.     

不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化

利用室内模拟堆肥试验,对不同畜禽粪便在堆肥过程中酸水解态氮及其组分的变化规律进行了研究.研究结果表明,随着堆肥的进行,酸水解态氮呈现先降后增的变化趋势,且与堆肥前相比,堆肥处理后酸水解态氮占全氮比例增加,尤其是在猪粪、鸡粪等家禽粪便更为明显,表明畜禽粪便经过堆肥处理后有利于氮素的保蓄;非酸解性氮占全氮比例的变化趋势与酸水解态氮的变化趋势相反;酸解铵态氮、氨基酸态氮和氨基糖态氮占全氮的比值在堆肥过程中均呈现先增加后降低的趋势;未鉴别态氮占全氮比例在整个堆肥过程中的变化趋势与上述3种可鉴别态的酸水解态氮的变化趋势相反.温度、pH值与氨基糖态氮变化趋势相同,这可能是影响氨基糖态氮变化的主要因素;而温度与酸解铵态氮、未鉴别态氮变化的趋势相同,可能是影响酸解变化的主要因素,pH 值与酸水解态氮、非酸解性氮变化趋势相同,可能是影响它们变化的主要因素.     

复合微生物菌剂对污泥堆肥的作用效果研究

为了研究复合微生物菌剂对污泥堆肥的作用效果,以消化污泥、锯末和回流堆肥为原料,接种不同剂量（0、0．2％、0．5％）的复合微生物菌剂进行室外露天堆肥,分析了温度、含水率、pH值、全碳（TC）、全氮（TN）、种子发芽指数（germination index,GI）的动态变化,结果表明：各堆体温度保持在50℃以上的时间均超过7d,满足堆肥卫生标准;接种复合微生物菌剂的堆体升温速率和温度最高值均大于未接种堆体,接种复合微生物菌剂有利于增加堆体水分散失量,加快堆体有机质降解速度,降低堆体氮的损失量,提高GI值;其中微生物菌剂接种量为0．5％的堆体,接种处理对水分散失、氮损失的控制和GI值的增加效果较明显。     

复合铜盐对有机废弃物高温好氧堆肥的保氮效果

高温好氧堆肥是资源化利用有机废弃物的途径之一,但堆肥过程中氮素损失严重.本文以复合铜盐CCS为保氮剂,粪便混合物为堆肥原料,通过单因素和正交实验,研究了C/N比(20、30、35)、含水率w(50%、55%、60%)、CCS添加量m(1.2%、1.4%、1.6%)等因素对高温好氧堆肥中氮素的影响,初步探讨了氮素固定的机理.实验结果表明,最佳氮素固定条件为:C/N=20、w=60%、m=1.4%,在此条件下,总氮损失减少率(L)高达62.78%.与其他保氮剂对比发现,复合铜盐具有添加量少、总氮损失减少率较高、成本适中等优点,表明复合铜盐适宜用作堆肥过程中的保氮剂.氮素固定的机理可能是铜离子与铵根离子络合.