城市生活垃圾堆肥过程管理中的综合处理与实时监测关键技术研究

发布时间：2020-07-17 17:27

【摘要】： 环境规划与管理是对环境系统进行的科学评价预测、决策与管理的综合过程。管理内容包括水环境管理、大气环境管理、土地资源保护管理、固体废物管理及城镇环境管理等等。其中，固体废物管理是从固体废物的产生、收集和运输(收运)、处理(置)实行全过程的管理。固体废物管理是环境规划与管理中的一个重要内容。城市生活垃圾是固体废物管理的一个主要对象，其管理(处理)的技术手段具有多样性，垃圾堆肥技术作为一种处理成本最廉价、最能体现“资源化”、符合生态平衡原则的友好型处理方法已引起广泛关注。城市生活垃圾堆肥过程的管理非常重要。由于堆肥处理环节涉及到的关键技术改进、优化等直接关系到堆肥质量好坏、影响着后续的最终处置等环节，探究有效可行的综合处理与实时监测关键技术成为堆肥过程管理中的主要研究对象之一。本文旨在以改善堆肥管理中涉及的与堆肥生产流程密切相关的各环节系列关键技术为主轴，系统研究了垃圾堆肥过程中限速因子的优化控制方法、酚类典型有毒有害物质的控制、堆肥过程管理中微生物与活性组分及有毒有害物质的实时监测技术，并对堆肥成品腐殖质质量的优化控制方法进行了探讨，以期为城市生活垃圾堆肥过程管理中的综合处理与实时监测关键技术的进一步发展提供理论与方法指导，为堆肥过程管理的切实有效发展及其体系的健全完善提供技术支持。成功选育出木质素降解能力较强的复合菌JX1，并研发了基于接种复合菌JX1优化调控堆肥化限速因子的高效堆肥方法。结果表明接种复合菌JX1促进了堆肥限速因子木质素的降解，加速了堆肥进程。就整个复合菌堆肥化过程而言，木质素的生物降解更主要依赖多酚氧化酶的催化氧化作用。这种高效堆肥方法的发展有利于高效合理管理的实施。通过深入研究接种白腐菌堆肥法应用于处理五氯酚污染垃圾，发现接种白腐菌堆肥法处理五氯酚污染垃圾切实可行。接种白腐菌堆肥处理下堆料中五氯酚浓度、木质素、粗纤维含量比传统堆肥处理的减少更明显，这可能与接种白腐菌有效分解了五氯酚、缓减了其抑制作用有关。接种白腐菌堆肥过程中微生物量碳及种子发芽指数也均明显较高，在堆制80d后种子发芽指数达121％，这表明接种白腐菌堆肥法从一定程度上降低了五氯酚的生物毒性，使得堆制过程中生物活性相对较高。此方法实现了五氯酚类典型有毒有害物质的有效控制，可为此类问题对应的管理环节提供技术支撑。成功应用PCR-DGGE法分析了堆肥过程中微生物种群动态变化，并研制出快速便捷的电化学酶传感器用于木质素过氧化物酶(LiP)、锰过氧化物酶(MnP)的酶活性检测。结果表明，堆肥过程中微生物群落经历了明显的演变过程，高温阶段中真菌、放线菌种类较丰富，但微生物多样性至降温期减少。实验确定了电化学酶传感器裸玻碳电极对LiP、MnP体系的催化反应的响应最为灵敏且电流变化较大的最适pH值(pH4．2)、H_2O_2(0．1875 mM)、对苯二酚(0．25 mM)、藜芦醇(6 mM)含量等参数，在该反应条件下传感器能准确测定LiP、MnP。快速检测方法的研究可为实现堆肥过程的高效监控及合理管理提供有力的技术支持。成功研制出一种夹心式免疫传感器并用于检测堆肥中毒莠定含量。根据电流响应、毒莠定测定等实验，得到毒莠定浓度的线性方程，确定了毒莠定检测线性范围为0．01～10μg／mL，检测下限达1×10~(-8)μg／mL。成功研制出一种葡萄糖氧化酶传感器用于检测堆肥中重金属汞离子。该传感器对汞离子的检测下限是0．49μg／L，抑制率和汞离子浓度的自然对数值在0．49μg／L至783．21μg／L和783．21μg／L至25．55 mg／L范围内分别呈良好的线性关系。测定了汞离子在堆肥浸出液中的回收率，结果良好。这两类传感器的研制及应用可为堆肥过程中有毒有机物及重金属离子的在线检测的发展提供参考，利于实时安全管理的进一步发展。通过考察接种微生物对堆肥腐熟程度及成品腐殖质含量的影响，发现在堆肥二次发酵阶段接种黄孢原毛平革菌能优化控制腐殖质的形成，提高了总腐殖质含量，增强了堆肥成品的腐熟程度，并使堆肥腐熟时间缩短了7d左右。接种黄孢原毛平革菌堆肥法对总腐殖质的调控，主要表现在对腐殖质中胡敏酸形成的促进作用和对富里酸含量的减少作用。这有望为堆肥成品腐殖质质量管理的优化与完善提供可行技术和理论参考。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：F299.2
【图文】：

测定原理,传感器,底物,酶膜

面上而制成1118]。(2)电化学酶传感器的测定原理在传感器敏感面上装有固定化酶膜，其原理如图1一3所示，当将电化学酶传感器插入含底物的溶液时，底物向酶膜扩散并与酶发生反应，基体传感器对其端头的反应物或产物的浓度变化产生响应，则可测得和待测物浓度相应的电流或电位变化，根据变化值可对底物定量【”7]。在实际测量时要求响应时间(从加入底物到获得测量值的电信号所需时间)越短越好。响应时间短，就能较好地反应酶与底物反映瞬间变化的情况，一般在测定过程中使用搅拌器搅拌溶液以加快底物向酶的扩散速度。此外，酶膜的厚度薄，酶的活性高，也可以缩短响应时间。相应特性和酶反应的特性有关，并受酶的活力、底物浓度、酶膜厚度、pH值、温度、离子强度和液体的搅拌状态等多方面因素影响川7]。信号电圃华孰蕊澎缪爸缎?

方法,辣根过氧化物酶,电子转移,过氧化物酶

底物量增加，用酶量减少。比水溶酶更适于反应。酶的固定方法影响其固定多少及固定的生物组分的大小，常用的固定方法有:吸附固定法，包埋固定法，交联固定法【’34，135]。酶的固定化方法如图1一4:趣率卿嘲剪图1一4酶的固定化方法 F19.1一 4Immobilizationmethodofenzyme1.5.2.4常用的辣根过氧化物酶电极辣根过氧化物酶电极 HRp(Horseradishparoxidase)是人们较早利用和研究的过氧化物酶。相对于其他过氧化物酶，对它的研究更为系统和详细，因而由辣根过氧化物酶修饰的酶电极得到了较为广泛的研究和发展。过氧化物酶电极在HZOZ、芳香胺、酚类、葡萄糖等.物质的测定中有着很重要的作用，这为酶电极提供了广阔的应用前景。(l)HRP电极的生物催化机理HRP的X衍射结构已于 1997.年被解出。HRP在电极表面上被氧化形成中间化合物I和H，H20:直接从电极上得到电子而被还原(直接电子转移)，或者从氧化还原媒介物上得到电子而被还原(间接电子转移)，这两种电子转移方式也可能同时发生[’3“]，两种方式得到的还原电流都和过氧化物的浓度有关。而且

实验装置图,反应器

接种黄抱原毛平革菌(使用的液体菌种制备方法如3.1.3.3所述)，接种量为 0.15mL/go实验用圆柱状反应器，环境温度保持在30℃，装置如图3一1所示，备有A、BZ套相同的装置。堆肥过程中，控制通气量为 0.1m3.h一’。进气需先经过 200mLNaoH溶液(Zm。卜L一’)以去除空气中的coZ，再通过蒸馏水瓶以增加空气湿度并防止碱液随空气进入柱状反应器。反应器中的排出气体经空瓶干燥后用 200mLNaoH溶液 (2mol·L一’)吸收。堆制时间为80d。堆肥过程中分析检测指标及方法:(l)理化参数分析堆肥过程中含水率、pH、挥发性固体(VS)、总有机碳、总氮的动态变化数据是堆肥的基础数据，能一定程度上反映堆肥化是否顺利进行。

【参考文献】