【摘要】：論文為國(guó)家自然科學(xué)基金重大國(guó)際合作項(xiàng)目的部分研究?jī)?nèi)容,針對(duì)糞便的生態(tài)衛(wèi)生處理和肥料化利用,設(shè)計(jì)了密閉式好氧堆肥反應(yīng)器,采用鋸末作為載體進(jìn)行了糞便好氧堆肥實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)研究了好氧堆肥反應(yīng)過(guò)程中有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)的降解和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。 研究工作采用批量式好氧堆肥的操作方式進(jìn)行,通過(guò)水浴進(jìn)行堆肥反應(yīng)器的恒溫控制,氣泵供氣以提供反應(yīng)器內(nèi)的好氧條件,冷凝水循環(huán)及外加水分保持堆肥過(guò)程中的堆體含水率。在60℃的高溫條件和35℃的中溫條件下,按糞便與鋸末干重比為1:4進(jìn)料,進(jìn)行周期為14d的好氧堆肥實(shí)驗(yàn),研究了糞便中以總固體、有機(jī)性固體和無(wú)機(jī)性固體為參數(shù)的物化特性指標(biāo)的變化規(guī)律,以COD為代表的有機(jī)物的生化降解規(guī)律,總氮、有機(jī)氮和各種形態(tài)的無(wú)機(jī)氮在堆肥過(guò)程中的遷移轉(zhuǎn)化以及反應(yīng)器中氨氣的釋放規(guī)律。通過(guò)反應(yīng)器中生物量的定量檢測(cè)和運(yùn)用FISH技術(shù)的細(xì)菌種群分析,揭示了堆肥反應(yīng)器中的微生物繁衍特性,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了好氧堆肥的生化降解動(dòng)力學(xué)研究。 論文研究工作的主要結(jié)果如下: (1)好氧堆肥反應(yīng)器具有良好的固體減量效果,兩種溫度條件下糞便中的總固體減量均可達(dá)50%以上,且高溫條件下的減量效果更好。隨著有機(jī)物降解有機(jī)性固體的大幅度減少是固體減量的主要原因。 (2)好氧堆肥反應(yīng)器具有良好的有機(jī)物降解效果,兩種溫度條件下糞便中的COD和TOC去除率均可達(dá)到70%以上,且高溫條件下的有機(jī)物降解率更高。在中溫條件下,有機(jī)物降解在10d~12d完成,而高溫條件下的有機(jī)物降解可在6d~8d完成。 (3)好氧堆肥的溫度直接影響糞便中肥分氮的保持特性。在高溫條件下,氮的損失率僅為17%,且?guī)缀跞勘憩F(xiàn)為糞便中的氨氮轉(zhuǎn)化為氨氣釋放,這一過(guò)程在堆肥反應(yīng)初期的24h內(nèi)即基本完成,而糞便中的有機(jī)氮含量在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中幾乎不發(fā)生變化。在中溫條件下,氮的損失率高于高溫條件,為31%,但這一過(guò)程伴隨著有機(jī)氮的損失,且氨氣釋放持續(xù)4d左右,總釋放量高于高溫條件,說(shuō)明存在有機(jī)氮的氨化,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為氨氣。根據(jù)氨氣累積濃度的物料平衡計(jì)算結(jié)果表明,兩種溫度條件下的氮損失量與氨氣釋放量相等。高溫條件有利于氮的保持是好氧堆肥反應(yīng)的一個(gè)重要特征。 (4)采用磷脂法進(jìn)行堆體中生物量檢測(cè)的結(jié)果表明,原始糞便中已存在有較高的生物量。隨著堆肥反應(yīng)的進(jìn)行生物量有初期降低后又逐漸增大的趨勢(shì),說(shuō)明微生物需要適應(yīng)環(huán)境后再增殖。生物量在中溫條件下11d~12d達(dá)到峰值,而在高溫條件下5d~6d達(dá)到峰值,峰值的出現(xiàn)與有機(jī)物降解的完成時(shí)間基本一致,之后生物量逐漸降低,表明生化可降解有機(jī)物的利用導(dǎo)致了生物量的增殖。高溫條件下的生物量峰值高于中溫條件,這與高溫條件下有機(jī)物降解率較高的結(jié)果是一致的。 (5)基于糞便中的有機(jī)物包括可生化降解和不可生化降解兩部分的假設(shè),可建立有機(jī)物降解的擬一級(jí)生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)用高溫和中溫條件下堆肥反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),推求出了兩種條件下的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)分別為0.4413和0.2684,高溫條件下的有機(jī)物降解速率為中溫條件下的1.65倍。 (6)FISH原位雜交分析和運(yùn)用Image-Pro Plus 6.0軟件的分析結(jié)果表明,在高溫條件下氨氧化菌(AOB)與亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的豐度從堆肥反應(yīng)初期即迅速降低,而中溫條件下AOB和NOB的豐度降低明顯緩慢。說(shuō)明高溫堆肥反應(yīng)抑制了與氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的微生物作用,從而糞便中的有機(jī)氮基本上不發(fā)生分解,使得堆肥產(chǎn)物能保持很高的營(yíng)養(yǎng)物氮含量。 (7)在好氧堆肥反應(yīng)中,糞便中的磷濃度基本上不發(fā)生變化,從而保持了堆肥產(chǎn)物中營(yíng)養(yǎng)物磷的含量。 論文的上述研究結(jié)果揭示了好氧堆肥反應(yīng)過(guò)程中有機(jī)物的分解和營(yíng)養(yǎng)物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,表明堆肥反應(yīng)溫度的合理控制是調(diào)整堆肥產(chǎn)物中肥分含量的有效途徑,60℃條件下的高溫堆肥能有效避免糞便中的有機(jī)氮損失。研究成果具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665267