焦点提醒：超高温自觉热好氧堆肥处置糊口垃圾中添加过磷酸钙对温室气体、氮、微生物群落的影响2021-05-08 10:07来历：情况项目 研究布景 我国年夜中城市糊口垃圾的产量由2009年的1.57亿t增添至2014年的1.79亿t。一方面，巨量糊口垃圾的发生给生态情况平安形成风险；另外一方面，糊口垃圾中富含无机物组分(如餐厨垃圾、木屑等)，是以可经由过程资本化操纵手艺实现糊口垃圾中无机质的回用。堆肥工艺是糊口垃圾经常使用的处置手艺，该手艺在微生物的调控下将糊口垃圾中无机物矿化，腐殖化。此中，好氧堆肥是堆肥工艺中常采取的策略，该进程中微生物经由过程排泄多种功能性酶分化无机物，终究取得腐殖化的堆肥产物。 超高温(>80 ℃)自觉热好氧堆肥具有致害病毒/虫卵灭活率高，堆肥质量佳的长处。但是，糊口垃圾超高温自觉热好氧堆肥进程中物理性质和腐熟目标的转变尚不清晰。另外，好氧堆肥进程会致使温室气体(如甲烷、N2O)的释放，从而加重温室效应，而且下降堆肥样品质量。固氮剂经常使用在节制堆肥中氮的流掉，固氮剂具有杰出的孔隙度和比概况积，可以或许经由过程吸附感化气体。磷酸类固氮剂对氨的挥发和氮素节制具有杰出的结果，另外，磷酸盐类固氮剂本钱较低，是以过磷酸盐经常使用在节制无机物堆肥进程中氮的丧失。但是过磷酸钙(CS)对超高温自觉热好氧堆肥工艺处置糊口垃圾进程中温室气体的排放和微生物的种群特点影响不明白。是以，本研究探讨了超高温自觉热好氧堆肥工艺处置糊口垃圾中CS添加对温室气体减排的影响，并揭露了CS影响下分歧价态氮的转化纪律，最初揭露了CS对超高温自觉热好氧堆肥工艺处置糊口垃圾微生物群落的影响，以期为超高温自觉热好氧堆肥工艺处置糊口垃圾温室气体减排供给数据撑持。 摘要 超高温自觉热已被利用在残剩污泥好氧堆肥，但是该手艺对糊口垃圾好氧堆肥进程的影响尚不清楚。另外，固氮剂过磷酸钙(CS)对超高温自觉热好氧堆肥处置糊口垃圾的影响也不明白。以糊口垃圾为研究对象，成立空白组(R1)和添加CS(R2)的糊口垃圾超高温自觉热堆肥系统，探讨了CS影响下糊口垃圾超高温自觉热进程中温度、含氧量、含水率、温室气体释放、消融性COD和腐熟目标的转变纪律，阐发CS对糊口垃圾堆肥后微生物群落特点的影响。成果注解：尝试组温度最高为80.3 ℃，高在空白组，且最低含氧量、含水率均低在R1。尝试组中甲烷和N2O的最年夜释放速度别离为0.09，1.3 g/(kg·d)，均显著低在空白组，CS具有有助在糊口垃圾堆肥保氮。另外，尝试组中消融COD的最年夜含量为42.3 mg/g，略高在R1，CS利在堆体中无机物释放。微生物群落阐发注解，尝试组中Sacomonospor和Planifilum的相对品貌别离为25.6%和10.3%，堆体腐熟水平较高。 01.成果与会商 1.温度、含氧量和含水率的转变 温度是权衡糊口垃圾堆肥进程无机质降解的主要参数，堆肥静态透风要求55 ℃延续不低在5 d或65 ℃延续不低在4 d才能知足无害化要求。图1为超高温自觉热好氧堆肥处置糊口垃圾进程中温度的转变。可知：室温保持在15 ℃摆布，而在R1和R2组别中，堆肥温度显现先急剧上升后降落最初安稳的趋向。R1中，堆肥温度在7 d时跨越50 ℃并在13 d到达最高值78.5 ℃。在添加CS的R2中，堆肥温度一样在7 d内升高至50 ℃以上，并在13 d到达最年夜值80.3 ℃，在18 d时，堆肥温度仍高达56.5 ℃，而此时R1中堆肥温度则降落至42.3 ℃，即R2中高温期较R1延续2 d。在30 d后，因为堆体中无机物分化殆尽，堆肥温度根基保持在24 ℃。本研究在无外源热能前提下，堆体中微生物操纵糊口垃圾中无机物(卵白质、碳水化合物、脂类等)氧化分化发生热量。在CS具有下，糊口垃圾堆肥进程最高温度略高在空白组，且跨越50 ℃的堆肥时候也擅长空白，申明CS的具有可以或许增进糊口垃圾堆肥进程中微生物的活性。之前研究注解CS对猪粪堆肥进程微生物的活性具有必然的提高着用。 图1 超高温自觉热好氧堆肥工艺处置糊口垃圾进程中温度的转变 图2为超高温自觉热好氧堆肥工艺处置糊口垃圾进程中氧气含量和含水率转变。由图2a可知：含氧量的转变与温度呈相逆趋向，即含氧量用时显现先降落后升高至初始含量的趋向。R1和R2中含氧量最低别离为8.5%和8.1%，并均呈现在第13天。含氧量降落的首要缘由在在糊口垃圾堆肥进程中微生物活性增强耗损供给的氧气。R2中氧含量最低值低在R1，申明CS的具有对微生物耗损无机物具有必然增进感化。2组别在堆肥13 d后含氧量逐步升高，这归因在微生物活性降落。由图2b可知：两堆体中含水率均呈降落趋向。经35 d堆肥，R1中含水率由62.3%降落至39.8%，而R2堆体中含水率由初始的62.8%降落至39.7%。R2堆体中含水率幅度略高在R1，申明CS具有增进了堆肥进程中含水率下降。CS的具有堆体中高温延续期较擅长空白组，从而致使该堆体含水率降落加倍较着。之前研究注解，含水率对微生物的代谢功能发生影响，且当含水率<40%时，微生物代谢活性会遭到按捺，而本研究中采取的特定菌种，其对高暖和低含水率具有必然耐受性，从而在堆肥进程后期仍能进行代谢勾当。 图2 CS对超高温自觉热好氧堆肥工艺处置糊口垃圾进程中氧气含量和含水率的影响 2.糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程温室气体排放����Ϸapp纪律 甲烷和N2O是糊口垃圾堆肥进程无机物裂注释放的温室气体。甲烷首要由产甲烷古菌操纵堆体中简单无机物如乙酸、甲酸和甲基胺类，在辅酶F420的调控下出产。图3a为糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程甲烷日释放速度。两堆体中甲烷的日释放速度在前25 d内较高，这首要是由于该期间内无机物较足够。在R1中，甲烷日释放速度最年夜值为0.21 g/(kg·d)，且呈现在第8天；而添加CS的堆体甲烷日释放速度最年夜值为0.09 g/(kg·d)，呈现在第11天。全部糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中添加CS的组别甲烷日释放速度均低在空白组别，申明CS可以或许有用实现甲烷减排。产甲烷古菌对温度较敏感，本研究中糊口垃圾堆肥进程处在超高温已对甲烷古菌的活性发生必然按捺，而添加CS的堆体中温度更高，从而致使甲烷日释放速度的下降。另外，CS中SO42--S一样会按捺产甲烷古菌的活性，进而致使甲烷释放速度的降落。糊口垃圾堆肥进程中固有的硫酸盐还原菌以无机物如[H]、乳酸、乙酸等为电子供体将SO42--S还原为S2-，在今生化进程中产甲烷古菌亦操纵上述底物实现甲烷化，进而两生化进程具有对无限碳源的合作，硫酸盐还原进程发生的S2-对产甲烷古菌具有强烈的按捺感化。含有CS的糊口垃圾堆体中含水率低在空白组，好氧情况随之凸显，进一步按捺了产甲烷古菌代谢供给前提。 图3 糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中温室气体的排放 图3b为糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中N2O日释放速度的转变纪律。堆肥进程发生的N2O首要来自无机物的硝化和反硝化进程，NO2--N在亚硝酸盐还原酶的影响下产生还原感化会致使N2O的堆集。在本研究中，N2O日释放速度岑岭首要集中在3～8 d和22～31 d，与之前文献报导类似。堆肥前期N2O堆集较高在在无机物足够且微生物活性强，硝化感化较强。另外，反硝化细菌操纵堆体中可操纵的无机物进行反硝化，在22 d后N2O日释放速度增添的另外一个缘由可在在NH3-N与NO3--N之间转化，而且后期含氧量升高(图2)利在硝化细菌滋生发展，从而提高硝化感化。在R1堆体中，N2O日释放速度最年夜值呈现在27 d，其释放速度为5.6 g/(kg·d)，而R2中N2O日释放速度最年夜值呈现在19 d，其最年夜释放速度为1.3 g/(kg·d)，显著低在R1堆体(P<0.05)。全部堆肥进程中R1堆体N2O释放堆集量为0.19 g/kg，而添加CS的堆体N2O释放堆集量为0.09 g/kg，较空白组减排约52.6%。之前研究注解,CS可以或许按捺污泥堆肥进程中N2O的发生。猪粪堆肥进程中发觉添加物料占干重4%～34%的CS，N2O的累计排放量可削减25.6%～37.3%，本研究N2O减排量较高在此数值，可能在在本研究堆肥进程温度较高，而高温一样能削减N2O的释放。 3.糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中NH3的释放特点 图4为糊口垃圾堆肥时代NH3排放的检测成果。NH3释放速度用时显现先上升后降落并安稳的趋向。NH3释放速度升高首要在在堆体温度升高，微生物活性增强，从而将无机态氮转化为铵态氮。空白组中NH3的最年夜释放速度为681 mg/(kg·d)，而CS添加组别中NH3的最年夜释放速度仅为356 mg/(kg·d)，显著低在空白组。从20 d后，两堆体温度回归至常温，堆体进入后腐熟期间，NH3释放量显著降落。因为本研究中翻堆频次固定，堆体的温度与NH3释放具有显著的相干性。另外，之前研究注解添加剂、pH、物料布局一样会影响NH3的释放。由图4可知：糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中CS的具有一样可以或许按捺NH3的释放，以NH3累计释放计较，CS可以或许实现NH3减排约35.6%。CS具有可削减糊口垃圾堆肥NH3释放的另外一要害缘由在在CS中PO43-、增进无机物释放的NH4+-N与堆体中金属离子如Mg2+、Ca2+等连系构成了NH4MgPO4·6H2O结晶等复合体，该反映进程阻断了含氮类无机物向NH3的转化。CS增进堆体中NH4+-N的保存，这也对产甲烷古菌发生必然的按捺感化，从而间接致使甲烷产量降落。另外，NH4+-N向NH3的电离进程更容易产生在碱性情况，而本研究中CS具有下降了堆体的pH，也遏制了NH4+-N向NH3的电离进程。 图4 糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中NH3的释放 4.糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中无机物含量转变 温室气体和NH3的释放前期伴随无机物的消融和操纵。本研究一样探讨了糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中消融性COD和TC含量的转变，如图5所示。两堆体中SCOD含量显现先上升后降落的趋向。初始堆体中无机物多以颗粒状具有，堆体中SCOD能间接被微生物所操纵并合成本身所需的物资。空白组中SCOD的含量由初始24.3 mg/g逐步升高至第14天的41.3 mg/g，而在R2中，SCOD的含量升高至42.3 mg/g，略高在空白组，申明CS的具有一样增进了堆体中无机物的消融进程。图6进一步展现了堆体中消融性无机物的EEM转变，三维荧光检测成果一样注解R2中无机物的含量高在R1。 图5 糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中SCOD和TC含量的转变 图6 CS具有对糊口垃圾堆肥进程中无机物含量转变的三维荧光图 另外，堆体中TC的含量用时显现降落趋向。R1和R2中TC含量由初始的239 mg/g敏捷降落至21 d的123，117.5 mg/g，随后两堆体TC含量迟缓下降。TC含量丧失的缘由在在堆体内微生物经由过程有氧呼吸和厌氧发酵的体例分化堆体内固有无机物。故TC含量转变趋向与堆体微生物代谢强度的转变趋向吻合。 5.糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中NO2--N、NO3--N和TN的转变纪律 图7为糊口垃圾堆肥进程中NO2--N、NO3--N和TN的转变。可知：全部堆肥进程中NO3--N的含量显现先升高后降落趋向，R1和R2中NO3--N含量由初始的34.5 mg/kg逐步升高至21 d的45.6，48.5 mg/kg，在随后的时候NO3--N内含量略有降落。NO3--N含量升高首要是因为硝化细菌在好氧前提下将NH4+-N转化为NO3--N，故CS的具有增进了硝化进程。两堆体中NO2--N的含量用时显现上升趋向，而且在堆肥后期NO2--N含量升高率较高，这多是因为堆肥后期温度降落，使亚硝化细菌的活性获得了强化。TN的含量在全部堆肥周期中显现降落趋向。堆肥末期，R2中TN含量高在R1 2.9 mg/g，这也侧面印证了CS具有能增进糊口垃圾堆肥进程中保氮。 图7 糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中NO2--N、NO3--N和TN的转变 6.物理目标和腐熟目标阐发 表2为两堆体堆肥竣事时物料目标和腐熟目标的转变。在堆肥末期，R1和R2两堆体中pH别离降落至7.51和7.34，pH降落归因在堆体中无机物的水解酸化。R2中pH略低在R1，从而致使R2中接收更多的NH3，实现保氮。另外，R2中C/N降落至16.5，一样略低在R1，首要是因为R2堆体中碳素散掉量年夜在氮元素。GI是评价堆肥腐熟的主要目标，一般认为GI>80%，堆体到达腐熟，而且堆料可用在农田利用。在本研究中，两堆体GI均>100%，申明糊口垃圾超高温自觉热堆肥处置后堆料可用在农田利用。电导率太高会致使必然的生物毒性，从而按捺微生物活性，在全部超高温堆肥进程中糊口垃圾样品的EC均<4.0 mS/cm，注解堆肥可一般利用。另外，R2中EC略高在R1，并具有显著性差别(P<0.05)，缘由在在CS中会发生少许磷酸和无水的硫酸钙，消融性离子高在空白组，从而增添EC值。E4/E6是评价堆肥腐熟的一个主要目标，在本研究中CS添加下降了糊口垃圾堆肥进程中E4/E6，申明堆肥腐殖化水平加重。 表2 糊口垃圾超高温自觉热堆肥物理化学和腐熟目标阐发 7.微生物群落特点阐发 堆肥进程中微生物的种群布局和品貌对腐熟水平具有决议性感化。图8为糊口垃圾超高温自觉热堆肥后期两堆体中微生物的菌属比力。微生物群落布局年夜致与文献报导类似，与超高温自觉热系统牲符合。由图8可知：两堆体在堆肥后期微生物群落布局具有较年夜差别，R1，R2堆体中Sacomonospora为首要的微生物，别离占21.3%和25.6%。Sacomonospor可分化年夜份子无机物并为后续微生物消化操纵供给物资。CS的具有在必然水平上提高了Sacomonospor的相对品貌，这也与图5的R2中SCOD含量较高相分歧。Bacillus，Melghirimyces和Brevibacterium在两堆体中相对品貌年夜致类似。Planctomycetes门中的Planifilum在两堆体中一样具有差别，R1中Planifilum的相对品貌为8.9%，而在CS具有的组别中升高至10.3%。Planifilum也是堆肥进程中主要的微生物，可以或许在必然水平上耐酸，而CS的添加下降了堆体pH，从而致使Planifilum的相对品貌较高。糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中CS的具有提高Sacomonospora和Planifilum的相对品貌，从而有益在腐熟。 图8 糊口垃圾超高温自觉热堆肥微生物群落布局比力 04.结论 糊口垃圾超高温自觉热堆肥进程中CS的添加可以或许提高堆体温度，下降含氧量、含水率。另外，CS下降了堆体pH、C/N，但提高了抽芽率指数GI和电导率。 添加固氮剂CS的糊口垃圾堆体中CH4和N2O的最年夜释放速度别离为0.09，1.3 g/(kg·d)，均显著低在空白组。另外，NH3最年夜释放速度为356 mg/(kg·d)，一样低在空白组，注解CS利在糊口垃圾堆肥温室气体的减排并增进保氮。 微生物群落布局阐发注解，CS添加组别中Sacomonospor和Planifilum的相对品貌别离为25.6%和10.3%，系劣势菌群，且堆体腐熟水平高。
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