消化污泥和玉米秸稈強(qiáng)制通風(fēng)堆肥的研究

【摘要】：本研究采用強(qiáng)制通風(fēng)堆肥工藝,對(duì)消化污泥和玉米秸稈進(jìn)行堆肥處理。分別研究了在不同的初始C/N比、不同的通風(fēng)量和低溫環(huán)境條件下,堆肥過程中物理、化學(xué)及生物學(xué)指標(biāo)的變化規(guī)律,以及堆肥過程中微生物種群結(jié)構(gòu)的演替變化。 在不同初始C/N比下消化污泥和玉米秸稈強(qiáng)制通風(fēng)堆肥過程中物理化學(xué)及生物學(xué)指標(biāo)的研究中,設(shè)置3個(gè)堆體,初始C/N比分別為25、20和14。結(jié)果表明,3個(gè)堆體均可以實(shí)現(xiàn)順利升溫,并分別在55℃以上維持12d、16d和5d,滿足我國(guó)《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB7959-87)中規(guī)定的50～55℃以上維持5～7d的要求。堆肥過程中,總有機(jī)碳、C/N比和含水率下降明顯,NO3--N、陽離子交換量逐漸升高,pH、NH_4~+-N、電導(dǎo)率呈先增加后降低的趨勢(shì),堆肥結(jié)束時(shí),3個(gè)堆體的種子發(fā)芽指數(shù)分別為97%、96%和69%。紅外光譜圖反映了堆肥過程中脂肪族成分減少,芳香族成分增加的變化。研究中采用PCR-DGGE結(jié)合基因測(cè)序技術(shù)分析不同初始C/N比堆肥過程中微生物的多樣性及其種群結(jié)構(gòu)的演替變化,堆肥過程中隨著堆體溫度的變化,3個(gè)堆體內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生了復(fù)雜演替變化,但Clostridium sp.9B4、Clostridium sp.6-44和Bacillales bacterium P371在3個(gè)堆體的堆肥過程中始終存在。與3號(hào)堆體相比1號(hào)和2號(hào)堆體在堆肥過程中一直保持著較好的微生物種群多樣性。 在不同通風(fēng)量下消化污泥和玉米秸稈強(qiáng)制通風(fēng)堆肥過程中物理化學(xué)及生物學(xué)指標(biāo)的研究中,分別采用50L/min、100L/min和150L/min的通風(fēng)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn),初始C/N比均為20。結(jié)果表明,3個(gè)堆體均可以實(shí)現(xiàn)迅速升溫,并在55℃以上分別維持12d、14d和10d。堆肥過程中,總有機(jī)碳、C/N比和含水率下降明顯,NO_3~--N、陽離子交換量逐漸升高,pH、NH_4~+-N、電導(dǎo)率呈先增加后降低的趨勢(shì),堆肥結(jié)束時(shí),3個(gè)堆體的種子發(fā)芽指數(shù)分別為91%、96%和82%。紅外光譜圖反映了堆肥過程中脂肪族成分減少,芳香族成分增加的變化。研究中采用PCR-DGGE結(jié)合基因測(cè)序技術(shù)分析不同通風(fēng)量堆肥過程中微生物的多樣性及其種群結(jié)構(gòu)的演替變化,堆肥過程中隨著堆體溫度的變化,3個(gè)堆體內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生了復(fù)雜演替變化,但Anaerobaculum mobile、Bacillus sp.SG1、Ureibacillus thermosphaericus和Sedimentibacter sp.B4在3個(gè)堆體的堆肥過程中始終存在。1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)堆體在堆肥過程中一直保持著較好的微生物種群多樣性。 低溫環(huán)境下消化污泥和玉米秸稈強(qiáng)制通風(fēng)堆肥過程中物理化學(xué)及生物學(xué)指標(biāo)的研究建立在前兩部分對(duì)消化污泥和玉米秸稈強(qiáng)制通風(fēng)堆肥C/N比和通風(fēng)量?jī)?yōu)化的基礎(chǔ)上,初始C/N比為20,通風(fēng)量為100L/min。堆體可以實(shí)現(xiàn)順利升溫,堆體中心溫度在55℃以上維持9天,堆肥過程中,總有機(jī)碳、C/N比和含水率下降明顯,NO_3~--N、陽離子交換量、重金屬含量、腐殖質(zhì)、胡敏酸和腐殖化指數(shù)逐漸升高,pH、NH_4~+-N、電導(dǎo)率、纖維素酶活性、脲酶活性及蛋白酶活性成先增加后降低的趨勢(shì),種子發(fā)芽指數(shù)在第35d時(shí)達(dá)到84%。研究中采用PCR-DGGE結(jié)合基因測(cè)序技術(shù)分析低環(huán)境溫度下堆肥過程中微生物的多樣性及其種群結(jié)構(gòu)的演替變化,堆肥過程中隨著堆體溫度的變化,微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了復(fù)雜的演替變化,優(yōu)勢(shì)菌種也存在很大差異。Proteiniphilum acetatigenes、Clostridium ultunense等7種菌種存在于整個(gè)堆肥過程中,Clostridium aurantibutyricum隨著溫度升高而被淘汰,Kineococcus xinjiangensis、Laceyella putida等5個(gè)菌種隨著堆肥過程進(jìn)行作為新生菌種出現(xiàn)。 【關(guān)鍵詞】：消化污泥 C/N比 通風(fēng)量 低溫環(huán)境 PCR-DGGE
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：S141.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-32
• 1.1 堆肥原理13-16
• 1.1.1 厭氧堆肥14
• 1.1.2 好氧堆肥14-16
• 1.2 好氧堆肥過程的影響因素16-20
• 1.2.1 溫度16-17
• 1.2.2 含水率17-18
• 1.2.3 C/N 比18
• 1.2.4 通風(fēng)量18
• 1.2.5 pH18-19
• 1.2.6 孔隙率19
• 1.2.7 生物因素19-20
• 1.3 國(guó)內(nèi)外好氧堆肥技術(shù)研究進(jìn)展20-25
• 1.3.1 國(guó)外好氧堆肥技術(shù)研究進(jìn)展20-23
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)好氧堆肥技術(shù)研究進(jìn)展23-25
• 1.4 PCR-DGGE 技術(shù)及其在堆肥過程中微生物種群解析中應(yīng)用25-30
• 1.4.1 PCR 技術(shù)26-27
• 1.4.2 DGGE 技術(shù)27-28
• 1.4.3 PCR-DGGE 技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)28
• 1.4.4 PCR-DGGE 技術(shù)在堆肥環(huán)境微生物研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀28-30
• 1.5 研究目的和內(nèi)容30-32
• 1.5.1 研究目的30-31
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容31-32
• 2 初始 C/N 比對(duì)消化污泥和玉米秸稈強(qiáng)制通風(fēng)堆肥的影響32-55
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置與堆肥原料32-33
• 2.2 分析方法33-37
• 2.2.1 樣品采集與制備33
• 2.2.2 物化指標(biāo)及分析方法33-34
• 2.2.3 PCR-DGGE 實(shí)驗(yàn)方法34-36
• 2.2.4 克隆和基因測(cè)序36-37
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論37-54
• 2.3.1 堆肥過程中溫度的變化37-38
• 2.3.2 堆肥過程中含水率的變化38
• 2.3.3 堆肥過程中電導(dǎo)率的變化38-39
• 2.3.4 堆肥過程中pH 的變化39-40
• 2.3.5 堆肥過程中總有機(jī)碳和C/N 比的變化40-41
• 2.3.6 堆肥過程中NH_4~+-N 和N0_3~--N 的變化41-43
• 2.3.7 堆肥過程中陽離子交換量的變化43-44
• 2.3.8 堆肥過程中種子發(fā)芽指數(shù)的變化44-45
• 2.3.9 堆肥樣品紅外光譜分析45-46
• 2.3.10 堆肥樣品DNA 提取與PCR 擴(kuò)增46
• 2.3.11 堆肥過程中DGGE 圖譜結(jié)果與分析46-50
• 2.3.12 堆肥過程中微生物群落演替變化50-54
• 2.4 本章小結(jié)54-55
• 3 通風(fēng)量對(duì)消化污泥和玉米秸稈強(qiáng)制通風(fēng)堆肥的影響55-73
• 3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與堆肥原料55
• 3.2 分析方法55
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論55-72
• 3.3.1 堆肥過程中溫度的變化55-56
• 3.3.2 堆肥過程中含水率的變化56
• 3.3.3 堆肥過程中電導(dǎo)率的變化56-57
• 3.3.4 堆肥過程中pH 的變化57-58
• 3.3.5 堆肥過程中總有機(jī)碳和C/N 比的變化58-59
• 3.3.6 堆肥過程中NH_4~+-N 和N0_3~--N 的變化59-61
• 3.3.7 堆肥過程中陽離子交換量的變化61-62
• 3.3.8 堆肥過程中種子發(fā)芽指數(shù)的變化62
• 3.3.9 堆肥樣品紅外光譜分析62-64
• 3.3.10 堆肥樣品DNA 提取與PCR 擴(kuò)增64
• 3.3.11 堆肥過程中DGGE 圖譜結(jié)果與分析64-68
• 3.3.12 堆肥過程中微生物群落演替變化68-72
• 3.4 本章小結(jié)72-73
• 4 低溫環(huán)境下消化污泥和玉米秸稈強(qiáng)制通風(fēng)堆肥過程中物理化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)的研究73-95
• 4.1 實(shí)驗(yàn)裝置與堆肥原料73
• 4.2 分析方法73-78
• 4.2.1 物理化學(xué)指標(biāo)73-74
• 4.2.2 酶活性的測(cè)定74-78
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論78-94
• 4.3.1 堆肥過程中溫度的變化78
• 4.3.2 堆肥過程中含水率的變化78-79
• 4.3.3 堆肥過程中pH 和電導(dǎo)率的變化79-80
• 4.3.4 堆肥過程中總有機(jī)碳和C/N 比的變化80-81
• 4.3.5 堆肥過程中NH_4~+-N 和N0_3~--N 的變化81-82
• 4.3.6 堆肥過程中陽離子交換量的變化82
• 4.3.7 堆肥過程中腐殖質(zhì)及其組成的變化82-83
• 4.3.8 堆肥過程中種子發(fā)芽指數(shù)的變化83-84
• 4.3.9 堆肥過程中重金屬總量的變化84
• 4.3.10 堆肥過程中酶活性的變化84-86
• 4.3.11 堆肥樣品DNA 提取與PCR 擴(kuò)增86-87
• 4.3.12 堆肥過程中DGGE 圖譜結(jié)果與分析87-90
• 4.3.13 堆肥過程中微生物群落演替變化90-94
• 4.4 本章小結(jié)94-95
• 5 結(jié)論95-97
• 參考文獻(xiàn)97-108
• 致謝108-109
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷109
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文109

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