随着人们生活水平的提高及城市化进程加快,垃圾产生量逐年激增,其资源化处理已成社会共识.好氧堆肥作为厨余垃圾资源化的主要方式,具有巨大的研究潜力和研究前景.好氧堆肥处理厨余垃圾有助于土壤固碳,降低大气CO2含量,更可获得有机肥料,符合目前"碳中和"和化肥减量化的政策.基于此,本文总结了好氧堆肥基本机制及微生物菌剂的作用,并对厨余堆肥腐熟度的评价和相应的肥料应用进行了综述.堆肥方式、含水率、碳氮比、通气量、温度和辅料种类等会影响厨余堆肥的效果,未来应进一步优化工艺,在发酵时间和处理成本之间获得最佳的平衡,不断完善堆肥产品腐熟度的评价指标,加强厨余垃圾有机肥的肥效评估.

目的 探讨不同供氧浓度对生物质固废好氧堆肥化处理过程的影响机制,以掌握适用于未来地外星球基地受控生态生保系统(CELSS)固废资源化处理的供氧参数,提高氧气利用率.方法 利用自研的固废生物反应器试验系统,以小麦秸秆和模拟粪便为处理对象,开展10%、15%和21%三种供氧浓度的好氧堆肥化处理实验,定期采样并分析处理过程中的气体组分(O2、NH3、CH4和N2O)及物料腐熟度(含水率、溶解性有机碳、NH4+-N和种子发芽指数).结果 15%O2处理组耗氧量最大,NH3和N2O排放量最小,溶解性有机碳含量降解效果最好,NH4+-N含量较高;3个处理组中CH4排放均处于较低水平.堆肥结束时,10%O2和15%O2处理组的产品含水率均大于74%,保水性最好,各处理组的种子发芽指数分别达到86.64%、123.81%和97.98%.结论 与10%和21%供氧浓度相比,15%供氧浓度有效减少了NH3和N2O的排放,且拥有良好的保氮、保水和溶解有机碳降解效果,腐熟度更高.

从菌糠鸡粪堆肥中筛选高效的解磷菌并优化其解磷能力,发掘多功能微生物资源以实现农业废弃物的有效利用.利用无机磷选择培养基从堆肥中筛选高效解磷菌,结合形态学观察、生理生化试验、分子生物学鉴定,对菌株进行鉴定.利用单因素和响应面试验优化菌株的解磷培养条件;通过解磷、解钾和产吲哚乙酸能力的测定确定菌株的堆肥潜力.筛选得到一株高效解磷菌株Pb1,经鉴定发现菌株隶属于Bacillus smithii strain;培养条件为葡萄糖 15.0 g/L、硫酸铵 3 g/L、磷酸三钙 7.0 g/L、无机盐 0.48 g/L、温度 55.0℃、摇床转速 225 r/min、初始pH 7.0、装液量 60.0 mL/250 mL、接种量 3.0%(V/V)时,菌株Bacillus smithii Pb1 的解磷能力最强;进一步通过响应面优化发现,当磷酸三钙 6.4 g/L、摇床转速 207 r/min、装液量 65.0 mL/250 mL时,菌株Pb1 培养3 d,发酵液中溶磷量可达 534.68 mg/L,是优化前的 1.58 倍.同时,发现B.smithii Pb1 解有机磷、解钾、产吲哚乙酸能力,分别为 238.99 mg/L、81.06 mg/L、23.26 mg/L.菌株B.smithii Pb1 在高温(55℃)条件下展现出了解无机磷、有机磷、解钾和产吲哚乙酸的能力,为菌株B.smithii Pb1 开发成好氧堆肥菌剂奠定基础.

餐厨垃圾具有资源性和危害性.利用家蝇幼虫(蝇蛆)的食腐性以及生命周期短特性研究餐厨垃圾处理,探究最佳蝇蛆接种量,而后分析此接种量下处理前后堆体的理化指标,并对蝇蛆进行营养评价.结果表明,蝇蛆处理餐厨垃圾的最佳接种量约为13 300只/kg,此接种量下餐厨垃圾的减量可达55％,减量指标为13.8;处理后堆体的含水量、有机质、全氮、全磷、全钾总量分别下降71.1％、63.9％、75.4％、8.13％、5.3％,碳氮比和pH分别为31.2、8.43,均满足好氧堆肥所需的初始条件;蝇蛆生物转化餐厨垃圾的平均产率为26.4％,转化效率达79.7％;所得干蛆的蛋白质含量接近50％,综合营养价值高于国产鱼粉及豆饼;多烯脂肪酸含量(亚油酸、亚麻酸等)超过智利鱼粉,深加工潜力大.上述结果表明蝇蛆生物转化餐厨垃圾效能显著,具有较好发展前景.

目的 采用嗜热微生物处理环孢菌素菌渣,实现环孢菌素生产过程中的菌渣减量排放.方法 将培养好的厌氧芽孢杆菌(Anoxybacillus mongoliensis SIIA-1501a)、土芽孢杆菌(Geobacillus sp.SIIA-1501g)和极端嗜热菌(Calditerricola yamamurae SIIA-1501c)依次分期加入环孢菌素菌渣堆肥培养,使菌渣减量化,并使菌渣中的环孢菌素残留降低.结果 环孢菌素菌渣经过厌氧芽孢杆菌堆肥处理5～8d,嗜热地芽孢杆菌堆肥处理4～7d和极端嗜热菌堆肥处理4～6d,环孢菌素菌渣减量80％以上,废渣中环孢菌素残留去除率近99％.结论 采用三联菌处理环孢菌素菌渣,实现了无害化和减量化,废渣中环孢菌素残留基本去除,具备较好的环境效益和社会效益.

[背景]堆肥过程中,不同反硝化微生物相互作用产生大量气态氮,不仅导致氮素流失使得堆肥肥效降低,而且造成环境污染.但是目前关于堆肥中反硝化细菌群落结构变化,尤其是群落结构与堆肥理化因子间相关性方面的报道较为欠缺.[目的]对堆肥中反硝化细菌进行研究,旨在揭示反硝化细菌群落动态变化,为深入理解堆肥氮循环机理提供科学数据.[方法]设计一种静态好氧高温堆肥技术处理牛粪和水稻秸秆,利用高通量测序技术研究堆肥中nirK型反硝化细菌群落组成的动态变化,并分析优势反硝化细菌菌属与理化指标之间的相关性.[结果]堆肥全程共17 d,各项堆肥理化指标以及生物学指标表明堆肥已经基本腐熟.高通量测序结果表明,在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著.门水平上,堆肥中反硝化细菌属于变形菌门(Proteobacteria)和一未分类门;目水平上,优势类群主要属于根瘤菌目(Rhizobiales)、红杆菌目Rhodobacter ales)和伯克氏菌目(Burkholderiales),其中根瘤菌目(Rhizobiales)的种类最多,而伯克氏菌目Burkholderiales)的相对丰度最高.Spearman相关性分析表明未分类门的反硝化细菌和未分类科根瘤菌目的反硝化细菌与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著负相关(P＜0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著正相关(P＜0.05);其他优势菌属与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著正相关(P＜0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著负相关(P＜0.05);未分类科伯克氏菌目的反硝化细菌、未分类纲变形菌门的反硝化细菌、产碱杆菌科的Pusillimonas属和副球菌属(Paracoccus)与铵态氮显著相关(P＜0.05).[结论]静态好氧高温堆肥技术可以缩短堆肥周期.在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著,并且该菌群落结构的变化受到堆肥理化因子的显著影响.本研究有助于揭示堆肥中氮素转化规律,并为改进堆肥工艺提供理论依据.

为了解决好氧堆肥中秸秆降解缓慢的问题,从玉米秸秆堆肥中筛选高效降解纤维素的菌株.采用平板稀释法并结合刚果红染色法对玉米秸秆堆肥中的纤维素降解菌进行初筛,通过滤纸条崩解实验进行复筛,筛得滤纸崩解能力较高的2株放线菌C31和C37,经鉴定分别为放线菌(Streptomyces drozdowiczii)和黄麻链霉菌(Streptomyces corchorusii);1株细菌GD16,经鉴定为类芽孢杆菌(Paenibacillus pabuli).对3株菌株进行了酶活的定量测量,其中菌株C31具有的纤维素酶活性和滤纸酶活性最高,分别为4.8 U/mL、3 U/mL,菌株GD16具有的木聚糖酶活性最高可达到23 U/mL.结果 显示菌株C31、C37和GD16均具有纤维素酶活性、滤纸酶活性和木聚糖酶活性.

[背景]为了提高堆肥降解有机废弃物的效率,高效堆肥菌剂成为了研究热点,其中以真菌应用的研究为多,但真菌也有对氧气和底物敏感等缺点,细菌对堆肥的作用开始被研究.本实验室以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为底物,从绿化废弃物堆肥中筛选得到枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,B.subtilis) BL03,它具有较好的纤维素分解能力,能提高绿化废弃物堆肥中纤维素降解和腐殖质合成的速度.[目的]进一步提高B.subtilis BL03的纤维素酶生产能力.[方法]利用常压室温等离子(Atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变BL03菌,通过CMC-刚果红固体培养基观察水解透明圈,以及液体发酵后检测酶活力的方法进行3轮筛选;通过连续多代培养观察突变株的遗传稳定性;通过梯度温度、pH培养研究突变株发酵的最适生长温度、培养基初始pH;利用正交设计方法研究适合突变株发酵培养的工业级原料配方.[结果]筛选到2株正突变株,酶活力分别提高了69％和72％;连续10代培养稳定,验证了突变株的遗传稳定性;其中酶活力最高的突变株BLA3890最适培养温度为37℃、培养基初始pH为5.0-6.5,研究得到较经济的发酵培养基配方.[结论]ARTP诱变B.subtilis BL03后得到的突变株BLA1973和BLA3890在绿化废弃物堆肥或其他纤维素降解行业具有进一步研究和应用的价值.

抗生素自发现以来广泛应用于医疗、畜牧业和水产养殖业,那些未被人体和动物吸收的抗生素通过排泄废物进入环境,使环境中抗生素的含量居高不下.环境中的微生物经抗生素持续不断地筛选产生了越来越多的抗生素抗性菌和抗生素抗性基因,引起了全球的广泛关注.抗生素抗性基因(以抗生素抗性菌作为主要载体)借助整合子、质粒、转座子等可移动遗传元件,通过水平基因转移的方式在物种间不断地传播扩散,直接引起了细菌对抗生素的耐药性.由于全球微生物的流动性,抗生素抗性基因对人类健康和生态环境潜在的巨大危害已经引起了人们的高度重视,开展对其进行有效去除的研究工作已迫在眉睫.对此,本文归纳了传统的消毒工艺、电离辐射技术、好氧堆肥和厌氧消化、膜生物反应器等几种典型的去除工艺对抗生素抗性基因的作用原理和去除效果,分析了这些工艺的优缺点,以期对未来确立抗生素抗性基因去除工艺的发展方向和研究重点有所帮助.

餐厨垃圾生物处理包括好氧堆肥、厌氧消化及卫生填埋等方式,在处理过程中产生的大量挥发性有机物(VOCs)造成二次污染,对环境和人体健康均造成危害.为促进对餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的控制,对其产生机理、排放特征及控制方法方面进行综述.已有研究表明:餐厨垃圾生物处理过程产生VOCs可达100种以上.好氧堆肥、厌氧消化、卫生填埋可产生总VOC量分别为57.40-12 736.72 mg/kg、25.98-29.19 mg/m3和106.20-1 103.70 mg/m3,且VOCs组成成分复杂,种类与气体量受处理季节、处理时间、处理技术等因素影响较大.当前的VOCs控制技术包括吸附净化、生物净化、热力燃烧等.吸附净化装置简单、成本低但热稳定性差、吸附容量较小;热力燃烧适用于厌氧消化产生的小气体量VOCs,但存在着能耗高、局限性大等缺点.相较于其他控制方法,生物净化具有适用范围广、能耗低、二次污染小、去除效率高等优点,可作为餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的主要控制方法.提出未来将餐厨垃圾生物处理过程VOCs产生的微生物机理研究,优化控制技术参数,提高总体去除效率作为重点研究与技术突破方向.