复合微生物菌剂的制备及投加策略对农村易腐生活垃圾堆肥效果影响研究

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调查研究表明,我国农村生活垃圾的产生量逐年增长,且成分日趋复杂,若处理不当,将会对土壤、水体、大气等造成极大的污染危害。因此,农村生活垃圾的处理日益受到重视,目前,好氧堆肥是农村生活垃圾处理的主流技术之一,在处置过程中,探索农村生活垃圾的组成成分和特性具有现实意义。同时,在好氧堆肥过程中,复合微生物菌剂的投加能加速堆肥进程,提高堆肥效果。但由于好氧堆肥三阶段温度变化及底物降解速率的差异,传统单批次投加复合微生物菌剂难以发挥其最大功效。因此,本文针对以上问题,对农村易腐生活垃圾中化学元素、化学指标、生物大分子等理化指标进行了周期性采样分析;同时,自主筛选了高效中高温微生物降解菌株,制备成了中高温复合微生物菌剂,并与市售菌剂对比,分别确定了市售菌剂和自制复合微生物菌剂的最适投加量;最后,在确定两种复合菌剂最适投加量的基础上,探索了其单批次投加和分阶段投加对堆肥效果的影响,以期为微生物菌剂的投加提供一种新的策略。本论文的主要研究成果如下:1.农村易腐生活垃圾组成成分特性分析通过统计分析农村易腐生活垃圾产生量,探明了该镇人均日易腐生活垃圾产生量(0.081 kg/(人·天));通过农村易腐生活垃圾组成成分分析,确定了垃圾鲜样中元素组成为C(42.72%)、H(12.41%)、N(3.94%)、S(0.25%);农村易腐生活垃圾整体呈酸性,p H值在4.2-5.9之间波动变化,含水率和EC值分别在72.93%-80.74%、1.60-3.80 m S/cm之间波动变化,E4/E6值整年基本保持稳定在2.0左右,生物大分子组成为蛋白质(21.05%)、脂肪(19.88%)、半纤维(19.77%)、纤维素(12.70%)、木质素(10.23%);养分指标年变化范围为有机质含量(76.92%-86.8%)及C/N比(9.6-17.97)。2.高效降解菌株的分离、筛选及固体微生物菌剂的制备利用特定分离培养基,以农村易腐生活垃圾升温期、高温期堆体及羊粪堆体为筛菌原料,30℃条件下分离出26株细菌、21株放线菌、24株真菌,50℃条件下分离出25株细菌、8株放线菌、18株真菌;将分离得到的各菌株按照其产酶特性,利用特定的筛选培养基展开进一步的筛选,30℃条件下共筛选得到36株中温高效降解菌株,50℃条件下共筛选得到19株高温高效降解菌株,并分别制备成了单一高效固体微生物菌剂,供后续堆肥高效复合微生物菌剂的投加使用。3.复合微生物菌剂最适投加量的确定选择不同投加比例的市售菌剂进行投加实验,通过测定堆肥过程中堆体温度、p H值、含水率、C/N比、堆体减量化等指标的变化情况综合分析,确定了0.5%为市售菌剂堆肥处理农村易腐生活垃圾的最佳投加质量比。选择不同投加比例的自制复合微生物菌剂进行堆肥实验,结合堆肥过程中理化指标变化情况及16S r RNA高通量测序技术展开综合分析,结果表明自制复合微生物菌剂的最适投加量为3.0%。4.复合微生物菌剂投加策略对堆肥效果影响的研究在确定市售菌剂(0.5%)和自制复合微生物菌剂(3.0%)最适投加量的基础上,开展了两种菌剂单批次投加及分阶段投加实验。通过A1组(市售菌剂单批次投加组)、B1组(自制复合微生物菌剂单批次投加组)堆体堆肥过程中各项理化指标分析,其中B1组高温峰值(58.71℃)、50℃以上高温持续时间(7天)、堆肥产品EC值(3.47 m S/cm)、含水率(22.73%)、整体湿重消减率(72.94%)和减容率(61.30%)较大、有机质降解率(27.18%)、GI值(116.36%)等理化指标测定结果均略优于A1组,可知自制复合微生物菌剂单批次投加的堆肥效果略优于市售菌剂;同时,通过A2组(市售菌剂分阶段投加组)、B2组(自制复合微生物菌剂分阶段投加组)堆体堆肥过程中各项理化指标分析,其中,B2组二次升温情况、堆肥产物EC值(3.15 m S/cm)、E4/E6值(2.10)、含水率(23.10%)、整体湿重消减率(75.29%)及减容率(63.04%)、有机质降解率(27.48%)、GI值(121.36%)等理化指标测定结果均明显优于A2组,得知自制复合微生物菌剂分阶段投加的堆肥效果明显优于市售菌剂;最后综合分析结果表明堆肥效果表现为B2组>B1组>A1组>A2组>CK组。
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