环保酵素和多孔物质对污泥堆肥中氮素转化和微生物群落演变的影响.pdfVIP

摘要

脱水污泥作为污水处理过程中的副产物，含有病原微生物、重金属、毒性有机污

染物等，若处置不当，会对生态环境造成重大的污染。高温好氧堆肥是脱水污泥资源

化利用的有效手段，其最终产品可以作为优质的农业有机肥料。然而，高温堆肥过程

中氨气（NH）和氧化亚氮（NO）的大量排放会导致氮素的大量损失，降低堆肥的养

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分含量和农用价值。因此，寻求污泥堆肥过程中保持氮素的技术是污泥资源化利用中

亟待解决的难题。

本文首先研究环保酵素和多孔物质（选用生物炭和火山石）单独添加对堆肥过程

中氮素转化、NH和NO排放以及其他堆肥相关理化指标的影响；其次研究环保酵素

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和多孔物质联合添加对堆肥过程中氮素转化、NH和NO排放的影响，确定最佳优化

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组合方案；最后综合分析环保酵素和多孔物质联合添加条件下堆体氮素形态、微生物

群落、功能基因和与氮素转化有关酶活性与NH和NO排放的关系，揭示NH和NO

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的减排机制，有望为堆肥过程中NH和NO的排放控制及其氮素保持提供理论依据和

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技术支撑。主要研究结果如下：

（1）污泥堆肥过程添加环保酵素（GarbageEnzyme,GE）显著提高了堆肥过程中

二乙酸水解酶（FDA）、纤维素酶（CL）和固氮酶（Nase）的活性。与对照相比，添加

GE可使NH累计排放量降低66.5%，堆肥结束时NH-N含量提高26.3%，总氮（TN）

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含量提高39.2%。微生物学分析表明，与CK相比，GE的添加显著提高了高温和降温

阶段厚壁菌门的相对丰度。所选环境因子对细菌群落组成的影响顺序为:NH-

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NTOCFDATNC/N。同时网络分析表明，在堆肥过程中，GE处理中的三种酶主要

由Bacillus和norank_f_Caldilineaceae菌属分泌，CK的三种酶主要由

norank_f_Methylococcaceae菌属分泌。但是GE的低pH值可能抑制了微生物的活性，

从而延长堆肥过程。

（2）本研究以火山石（Pelelith,PL）和生物炭（Biochar,BC）为添加剂，综合探

究PL和BC对氮素（N）保存、固氮酶（Nase）和固氮细菌的影响。结果表明，添加

PL和BC后，NH累计排放量较对照分别减少29.3%和67.4%，NO-N含量较对照分别

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增加88.2%和105.8%，PL组和BC组相比与初始的总氮含量分别增加了7.2%和13.8%。

两种添加剂对Nase、CL和FDA活性及固氮菌nifH基因丰度均有改善，其中BC增加

幅度最大，PL次之。此外，添加剂对固氮菌的演替也有显著影响，在整个过程中显著

增加了变形菌门的丰度。相关热图分析表明，BC和PL的添加增强了固氮细菌对环境

变量的敏感性，FDA、TN、含水率（MC）含量和NO-N在属水平上显著影响固氮细

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菌群落结构。

（3）研究了GE与BC或PL联合使用对堆肥过程中氮的转化以及氨氧化细菌