餐厨垃圾堆肥化过程中水溶有机质组成及特性研究

发布时间：2020-05-04 13:16

【摘要】：以餐厨垃圾和甘蔗叶两种有机固体废弃物为原料堆肥40 d,监测堆肥过程中的理化参数变化,评估堆肥腐熟度,同时对水溶有机质(DOM)采用分馏法获得腐殖酸(HA)、富里酸(FA)、亲水性物质(Hi)、疏水中性物质(HoN),并分析其在堆肥过程中的动态变化。结果表明,堆体高温期(50℃)维持20d且最终堆肥C/N15,说明堆肥已达到杀灭堆肥物料中病原微生物和腐熟标准。堆肥过程中Hi组分在DOM中占有最高的比例。HA含量在堆肥过程中持续增加,FA和Hi含量稳定减少。堆肥结束时,DOM中HA、FA及Hi的含量达到较为平衡的比例,分别为29.94、30.1和 38.6%,HoN 含量为 1.36%。利用紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及荧光光谱对HA、FA、Hi和HoN的光谱学特性进行考察。紫外数据表明,HA在DOM的芳香性特性上起主导作用;HA和FA分别具有最大和最小的分子量。红外数据显示,堆肥降温期和腐熟期HA具有较高水平的芳香族化合物;FA含有较为丰富的羧基;Hi中存在较少的C-H结构的脂肪族和芳香族化合物;随着堆肥的进行,HA、FA、Hi及HoN的峰数和峰强逐渐变少和变弱,表明随着堆肥化的进程,DOM的结构也越趋于简单和稳定。荧光数据表明,在堆肥过程中,HA的峰主要位于类腐殖酸区域且以多环芳烃类腐殖酸为主,随着堆肥的进程,HA的物质组成由多环芳烃类腐殖酸向聚羧酸类腐殖酸转化;FA在堆肥前期以氨基蛋白类为主,后期以腐殖酸类为主;相比较于HA、Hi和HoN,FA在堆肥过程中的物质组成更加多样化;Hi和HoN在整个堆肥过程中均以溶解性微生物产物为主。DOM亚组份在堆肥过程中分别扮演着不同的角色,充当不同的功能作用,如Hi和部分FA可作为微生物直接利用的有效能源物质,促进微生物活动;微生物通过降解木质纤维素和蛋白类物质转化为Hi。为探究DOM亚组份间的结构组成差异,利用热裂解-气相/质谱(Pyrolysis-GC/MS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析DOM亚组份大分子结构和8种重金属含量,并通过计算量化HA、FA、Hi和HoN中重金属在DOM中的比例。结果表明,大量烷烃类和木质纤维素在堆肥嗜热期降解导致芳香族化合物的含量迅速增加。醇类和醛类很可能是堆肥过程中的过渡副产物并参与酮类的生成。堆肥高温期,8种重金属在HA、FA、Hi和HoN中均表现出相近的浓度。从DOM亚组分中重金属含量的定量信息可知Hi在DOM亚组份中As、Cr、Cu、Ni、Pb以及Zn具有最高的含量,而Hi可作为微生物优先利用的能源物质,表明Hi为微生物转化重金属的主要载体。堆肥40d时,Cu和Ni在HA中的浓度最高,Cd在FA中的浓度最高。取40 d腐熟样,通过设置不同浓度梯度的DOM及其亚组份溶液探究其对大白菜(Brassica rapachinensis L.)种子幼苗生长影响。结果表明,DOM、HA、FA 和 Hi 在 50、100、300、600 和 100 mg·L-1 浓度均不同程度的增加了大白菜幼苗的生物质的积累(0.05);DOM组均明显促进了大白菜根和茎的生长(p0.05),但高浓度的DOM、HA、FA和Hi均不利于大白菜根的生长,尤其是FA和Hi在1000 mg.L-1的根长值显著低于空白组(p0.05)。相比于HA和FA,DOM和Hi更有利于大白菜幼苗健康生长。
【图文】：

堆肥化是微生物为主导的降解有机质的生物化学反应过程，而水溶有机质逡逑（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｍａｔｔｅｒ，ＤＯＭ）作为活性有机质组分和微生物生物化学过程的有效逡逑基质，对堆肥的稳定性和腐熟有着至关重要的作用［３３，３４］。如图１－１，微生物氧化分解有逡逑机物生成ＤＯＭ，ＤＯＭ又可以作为微生物的能源物质促进大分子有机质降解，伴随着逡逑生物氧化和聚合等生化反应，最终不稳定的有机固体废弃物被转化为稳定的腐殖质。堆逡逑肥过程好比工艺品加工的过程，，微生物像个技艺高超的工匠，腐殖质好似完美的工艺品，逡逑而ＤＯＭ则是见证了粗糙的原料变为完美工艺品的过程，所以ＤＯＭ在微生物和腐殖质逡逑之间起着核心的作用。逡逑Ｃ０２逦Ｃ0２逡逑一邋ｍ逦0２逦．逦‘腐殖质逡逑0ｍ逦微生物逦微生物逡逑Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ逦Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ逡逑图１－１堆肥过程中有机质的迁移转化逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏ

２．３．１理化参数分析逡逑堆肥原料中，可利用的有机质被微生物氧化分解导致堆肥过程中温度升高［４８］。餐厨逡逑垃圾和甘蔗叶混合堆肥过程中的温度变化如图２－２所示。堆肥第１天，堆体温度迅速升逡逑高，达到高温阶段（＞５０．０邋°Ｃ），并维持了邋３周左右，己达到杀灭堆肥物料中病原微生物逡逑标准［６６］。高温期间，为保证堆体发酵的均匀性和氧气供给，于１２邋ｄ和１９邋ｄ分别对堆体逡逑进行翻堆。堆体在２１邋ｄ后进入降温期并逐渐达到室温，表明微生物活性受到抑制，堆肥逡逑进入稳定、腐熟的状态。逡逑水分在微生物代谢中起着至关重要的作用，它将直接影响堆肥过程和堆肥质量。如逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S141.4

【参考文献】

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1 代瑞熙;郝晓燕;;中国化肥消费分析及建议[J];农业展望;2015年09期

2 蔡静;张紊玮;

本文编号：2648602