烟草废弃物堆肥过程控制及促腐研究

发布时间：2020-03-18 20:16

【摘要】：我国是烟草生产大国,每年产生约100~150万吨的烟草废弃物。好氧堆肥技术近年逐渐被用于烟草废弃物的资源转化处理,但原料中较低的碳氮比及烟碱一直影响烟草废弃物的堆肥转化处理。早期研究主要针对烟碱降解、腐熟度以及商业催腐剂对堆肥的影响几方面;但针对烟草废弃物堆肥中存在的问题,如原料碳氮比较低、烟碱含量较高、独立堆肥不易发酵等问题研究甚少;此外,对通用菌剂、土著菌种及酵素对烟草废弃物堆肥影响的研究不足。基于上述原因,本论文系统研究了原料预处理对烟草废弃物理化性状的影响及对堆肥过程中理化指标、烟碱降解及种子发芽指数的影响;同时,根据不同碳源添加下堆肥过程中各理化指标与种子发芽指数间的相关性,建立了表征堆肥腐熟度的快速测定指标评价体系;同时,探讨了工艺条件对堆肥过程的影响,并且验证了建立的腐熟度快速测定指标对堆肥腐熟度评价的有效性;研究了通用堆肥催腐剂、土著复合菌剂及自制酵素对堆肥的影响,并通过微生物群落分析、堆肥水溶性有机物(DOM)的三维荧光分析(3D-EEMs)及结构方程模型(SEM),探讨了催腐剂对堆肥过程的促腐效果及影响机制;并综合评价了促进烟草废弃物堆肥快速启动的几个方法。晾晒及物料粒径对烟草废弃物堆肥过程具有显著影响,原料晒干后,烟碱含量降至1.35%,C/N比和微生物数量均相应增高,晾晒后原料的理化性质更适于堆肥;晾晒后原料在不同粒径下均可顺利堆肥,而未晾晒原料其堆肥最高温度仅为44℃;长粒径堆肥效果优于短粒径原料。不同的碳源添加对堆肥过程具有显著影响,单糖碳源能有效加快堆肥进程及提高堆肥产品腐熟度。添加不同碳源堆肥过程中的硝态氮(NO3--N)、胡敏酸在465nm和665nm波长处的吸光度之比(E4/E6)、烟碱(Nicotine)三个理化指标与种子发芽指数间表现出较强相关性,其相关性介于0.96-0.99之间,且该三个指标适用于不同工艺条件下堆肥过程中腐熟度的表征。堆肥工艺是影响堆肥腐熟的另一关键因素,通过对预热条件、通风速率与初始含水率进行研究,发现在15℃或30℃条件下预热后的堆肥,其种子发芽指数达到80%的时间比45℃预热提前17d;0.2m3·h-1·m-3通风速率条件下的种子发芽指数在堆肥结束时比其他条件高出22.8%~81.1%,65%的初始含水率条件下堆肥产品的种子发芽指数比其他条件高出6.3%~25.8%。通过对催腐剂影响堆肥的研究发现,两种商业菌剂(满园春MYC和CM菌)更有利于堆肥中NO3--N的形成、自制菌剂G9YB1和烟酵(YX)更有利于堆肥过程中烟碱的降解,MYC和YX更能提高堆肥终产品的种子发芽指数,所有催腐剂对E4/E6的影响相差不大,但都强于对照。综合以上结果,25mm的晒干原料、原料预热30℃、通风速率0.2m3·h-1·m-3、初始含水率65%及MYC添加条件下的堆肥过程可使堆肥在第19d时达到腐熟,比对照提早了11d,堆肥结束时其种子发芽指数值高出对照13.4%。MYC、CM菌和普酵(PX)使得细菌数量在堆肥初期明显增加,除YX处理外,其他各催腐剂的放线菌数量均高于对照;磷脂脂肪酸(PLFA)的聚类分析显示,堆肥过程中的微生物种群可分为五大类;PLFA的主成分分析结果表明,尽管在堆肥初期,各处理有着不同的微生物群落,但是在堆肥结束时,均表现为相似的堆肥微生物群落结构。MYC及CM菌的加入,使得DOM三维荧光光谱不同区域积分的类腐殖质/类蛋白质(P(HS)/P(Pr))分别增加了191.9%和169.8%,类胡敏酸/类富里酸(P(V,n)/P(Ⅲ,n))分别增加了88.0%和77.0%。综合以MYC的促腐效果最为明显。结构方程模型结果表明,各催腐剂分别通过改善理化性质、微生物群落结构及数量中的某些方面来促进堆肥的腐殖化程度。在针对烟草废弃物堆肥设计的促进方式中,晾晒对改善原料理化性质起到了决定性作用,预热缩短了堆肥过程,苹果皮、MYC及自制酵素的添加提高了堆肥腐熟度。以上方式经济、方便、可行。
【图文】：

技术路线图,技术路线,菌剂

究含水率控制对种子发芽指数影响快速测定指标分析种子发芽指数分析微生物数量分析腐殖质分析较优的促腐条件催腐剂对堆肥过程剂促进堆肥腐殖化的机制通用菌剂自制菌剂结构方程模型

示意图,堆肥,反应器,堆肥系统

堆肥反应器示意图
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X795;S141.4

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