城市污泥堆肥高温菌群的筛选、特性与应用研究

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开发高效堆肥复合菌剂,从根本上优化城市污泥堆肥过程,是提高城市污泥处理处置技术水平、改善堆肥产品质量的有效途径。本研究的目标是从城市污 泥堆肥中筛选出一组既能在堆肥中温期,又能在高温期及降温期生存的菌群,并且这组菌群具有较好的降解堆肥有机物的能力。该菌群不但可以利用污泥这一天然底物,而且还可以降解淀粉、蛋白质、油脂和纤维素等单一有机物,是一组多 功能的混合菌群,为研制可以缩短污泥堆肥处理时间,加快堆肥腐熟进程的微生物制剂奠定重要基础。本文主要由高温菌群的筛选、特性及应用三大部分构成。 通过研究城市污泥堆肥制作过程中微生物数量、类群的动态变化,反映堆肥代谢情况,阐明其微生物学基本规律,进而指导和促进城市污泥发酵,并为微生物菌剂功能菌种的选择指明方向。实验结果表明,在发酵初期应补加一定量的高温微生物,以加快堆肥发酵升温的速度;并且应在堆肥后期补加一定量的厌氧微生物,尤其是厌氧纤维素分解茵,以利后熟。 在确定微生物制剂的研发方向后,用平板法从城市污泥堆肥筛选到一组高温 菌群。该菌群由污泥有机质降解菌B1-23、B5-8、M2-5,淀粉分解菌DF1-6、油 脂分解菌ZF4-2、蛋白质分解菌DB1-9及纤维素分解菌QWS6-3组成。经鉴定,它们分别是地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)、短小芽孢杆菌(B.pumilus)、高 温放线菌(TheTmosctinomyces)、凝结芽孢杆菌(B.coagulans)、枯草芽孢杆菌(B.subtilis)。该菌群的成功筛选和鉴定,为菌种功能和特性的进一步开发研 究提供依据,并为菌种应用及实现其产品化提供基础。 通过实验和分析,定量、定性地了解菌株的适宜培育条件,以期为各菌株及 高温淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶规模生产的工艺设计及混合菌群的初始 培养条件研究提供参考。 将各菌株两两接种,发现菌株间可以共存,不存在生态位重叠的现象。经正交实验优化培养后的混合菌群对堆肥样品有机物降解作用明显,为菌群的扩大培养及复合菌剂的深入开发提供了基础。将高温菌群扩大培养后制成菌剂。分别在城市污泥堆肥中接种菌剂(CK+菌剂组)和鸡粪(CK+鸡粪组),并作空白对照(CK组)。发现CK+菌剂组臭味消失得比其余两组快,而且泥样颜色最深。CK+菌剂组每克干污泥微生物数量最多、堆体温度峰值最高、高温期(55℃以上)持续时间最长、到达室温时间最短、有机质含量最低。且CK+菌剂组中脱氢酶峰值、比耗氧速率SOUR峰值及高生物活性持续天数、发芽指数均优于CK+鸡粪组、CK组。结果表明,菌剂具有使污泥堆肥处理时间缩短,堆肥腐熟进程加快的能力。 对接种高温菌群城市污泥堆肥进行生物化学行为研究。结果表明,CK+菌剂组中微生物数量和脱氢酶、多酚氧化酶、脲酶、磷酸酶、纤维素酶活性均比其余两组高,显示添加菌剂促进了城市污泥堆肥中腐殖酸、氮素及磷元素的形成,提高了纤维素分解的效率,堆肥成品肥力增加,质量得到改善。 接种城市污泥堆肥过程分阶段反应动力学有助于较深地了解堆肥系统和竞争过程的复杂性。通过实验结果计算得到城市污泥升温一高温阶段堆肥反应接种和不接种动力学方程分别为:其中:v为堆肥反应速率,g·kg<-1>·h<-1>;X为微生物质量浓度,g·kg<-1>。 城市污泥高温一降温阶段堆肥反应接种和不接种动力学方程分别为: 其中:V为堆肥反应速率,gkg<-1>·h<-1>;S为底物质量浓度,g·kg<-1>。 最后,对堆肥成品进行检测。可知添加菌剂堆肥成品颜色呈黑褐色,有泥土的芳香味,不吸引蚊蝇,其pH值为7.2,C/N为16,T值为0.56,成品NH<,4>—N值与起始NH<,4>—N值的百分比为36.7%,发芽指数为66%,达到腐熟要求。有益微生物的数量达到5.6xlO<9>cfu·g干污泥<-1>,蠕虫死亡率达100%,粪大肠茵群菌值污污 为O.04。添加菌剂堆肥成品N、P、K含量丰富,在农业的使用中有着良好的效果和经济前景。
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