模拟固废生物降解物质变化特性规律研究.docx

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1、模拟固废生物降解物质变化特性规律研究为处理受控生态生命保障系统(CELSS)中固体有机废物,提高密闭系统的闭合度,本课题对模拟固废生物降解过程中物质特性变化规律进行了研究。通过分析CELSS中固体废物的组成特点,制作模拟固体废物,并采用好氧堆肥技术对模拟固体废物进行降解,研究堆肥过程中物质的变化规律,从而使各元素在系统中实现良性循环,并为科学实验提供可靠的理论依据。首先,利用改装后的堆肥桶对模拟固体废物进行好氧堆肥,设置初始含水率在0.55-0.60之间,通过调节不同的工艺参数(通气量、微生物菌剂、C/N),研究其对堆肥过程物质特性的影响:实验过程进行强制通风,设置三组平行实验的通气量分别为

2、0;50L/min,10min/次;50L/min,20min/次。研究表明,通风能使堆肥快速进入高温阶段,并使高温期延长,减少了升温阶段有机酸的生成,并促进有机质的降解及堆肥产品的腐熟;通风量为20min/次的处理,通风量过大不利于高温期的维持,通风量为10min/次的处理,堆肥效果最佳,种子发芽指数达116.59%。实验设置通气量为50L/min,10min/次,分别添加VT-1000发酵菌、有机肥发酵菌、生态厕所发酵菌,并以不添加菌剂的处理作为对照。研究表明,添加外源微生物菌剂能使高温期延长,提高堆肥产品的质量并缩短堆肥产物达腐熟的时间。三种菌剂相比较,VT发酵菌剂能有效促进模拟有机废

3、物的降解及腐殖质的形成,种子发芽指数达116.32%。生态厕所发酵菌剂能有效减少堆肥过程中氮素的损失,保氮效果明显,从而提高了堆肥产品的质量,种子发芽指数达116.06%。实验设置通气量为50L/min,10min/次,分别设置初始物料的C/N为15、17、19、21。研究表明,物料初始的C/N为15的处理有机质去除率更高,且实验出现二次高温现象,更有利于底部物料的降解并促进堆肥产物的无害化。设置初始C/N为17的处理更有利于氮素的保持,总氮含量的增量达65.31%,堆肥产品的质量更佳,种子发芽指数达186.69%。针对上述的研究结果,利用半自动式固体废物微生物好氧堆肥反应器为发酵装置,研究

4、恒中温条件下堆肥反应器对模拟废物堆肥过程中理化特性、物质转化特性、气体释放规律及微生物群落演替特性的影响。实验将模拟粪便与小麦秸秆以1:3的比例混合,并添加干重质量0.1%的VT-1000发酵菌剂,设置初始物料的含水率为0.55-0.60,通气量为1m3/min,并在恒温35oC±2oC下进行堆肥。实验结果如下:相较于传统堆肥方式,利用堆肥反应器能促进物料实现均一化、减量化,缩短堆肥腐熟时间,仅需12天即可达腐熟,18天堆肥产物质量最佳;利用堆肥反应器进行发酵,物料易形成厌氧区域,导致甲烷释放量较高;碳素降解快的同时伴随着甲烷的释放量增加;堆肥过程中NH3的释放量在中后期分别出现两个峰值,由

5、于堆肥腐熟期仍保持较大的通风量,促进了NH3的释放。堆肥过程中细菌的多样性随堆肥的进行而不断增加,由初始的降解糖类、多元醇物质的明串珠菌科、肠杆菌科类中低温细菌,演变为堆肥结束时以鞘脂杆菌科、乳酸细菌科、噬纤维菌科等为主的中高温菌,用以分解糖类、谷氨酸、丁酸盐、乙酸盐、丙酮酸盐、硝酸盐、甲醇等中间产物及纤维素、木质素等难降解物质;堆肥过程中真菌主要以子囊菌门为主。真菌的多样性随堆肥的进行逐渐减少,堆肥开始时以链格孢属、曲霉属真菌等主要利用物料中糖类、蛋白质等有机碳为主的真菌,随着腐殖质的不断形成,堆肥结束时主要是以动植物残体为营养物质的被毛壳菌属、粪壳菌类真菌。