好氧发酵硝基苯降解-腐殖酸合成技术研究.pdfVIP

摘要

硝基苯（Nitrobenzene，NB）作为芳烃类毒性化合物，因其难降解的特性，严重

影响环境安全。目前缺乏经济环保的硝基苯污染土壤高效修复技术，好氧堆肥技术在

硝基苯污染土壤修复方面具有广阔的应用前景。本研究采用硝基苯污染土壤与牛粪联

合堆肥的方式，改变传统单纯追求硝基苯降解率的思路，调控硝基苯降解向堆肥腐殖

质合成转化，建立堆肥硝基苯降解-腐殖酸合成定向调控体系，为硝基芳香类污染土

壤修复提供理论与技术指导。基于此，本研究开展了三部分实验：

（1）开展硝基苯污染土壤与牛粪联合堆肥（以下简称“联合堆肥”）实验，初

步探究联合堆肥过程硝基苯降解率以及硝基苯添加对堆肥腐殖化的影响。实验分为对

照组（CK）和添加硝基苯组（NB），硝基苯添加浓度设为20μg/g。结果表明，堆肥

结束后，硝基苯降解率达到54.66%，同时堆肥腐殖质的含量提高了18.75%，腐殖化

程度也显著提高。此外，网络分析与相关性分析表明，硝基苯中间代谢物对腐殖酸的

形成有很大贡献。影响添加硝基苯组堆肥腐殖化程度增强的关键因素是细菌与环境因

子的交互作用。结构方程模型表明，硝基苯的添加使堆肥多酚含量增加，通过影响美

拉德反应促进胡敏酸的合成。同时，硝基苯与多酚的存在避免了细菌过度消耗氮组分，

从而间接有利于胡敏酸的合成。此联合堆肥实验证明了利用好氧堆肥修复硝基苯污染

土壤并进一步合成资源化产物的可行性。

（2）为了解析不同浓度硝基苯对堆肥微生物的毒性作用以及实现硝基苯污染土

壤修复效率最大化的目的，本研究进一步开展不同浓度硝基苯污染土壤与牛粪联合堆

肥实验。硝基苯添加浓度分别为100.53（T0.5）、201.05（T1）、402.11（T2）、603.16

（T3）和1005.26（T5）μg/g。堆肥结束后，仅T0.5、T2和T3处理组达到腐熟标准

（种子发芽指数高于80%）。T3处理组硝基苯降解率为51.04%，高于其他处理组。

因此，结合硝基苯降解率、种子发芽指数（GI）结果确定堆肥初始硝基苯最佳添加浓

度为603.16μg/g。结合三维荧光平行因子和二维相关光谱分析，探究硝基苯添加对堆

肥腐殖质组分内部转化的影响。结果表明，胡敏酸的C2和C3对于硝基苯的扰动首

先响应的是长波长荧光峰，C1则刚好相反。

（3）在确定最佳初始硝基苯添加浓度（603.16μg/g）的基础上，提出添加生物炭

调控措施强化硝基苯降解和腐殖化进程，重点强调生物炭对联合堆肥微生境和细菌群

落特性的改善作用，探究各类腐殖酸前体、微生物群落响应硝基苯和生物炭添加的变

化，着重从细菌群落与微环境因子交互作用的角度，揭示生物炭强化NB降解和腐殖

酸合成机制。本研究设置了四个处理组，分别为对照组（CK），仅添加生物炭（B组），

硝基苯污染土壤与牛粪联合堆肥（NB组），以及添加生物炭联合堆肥组（NBB组）。

结果表明，添加生物炭显著加速了硝基苯的降解速率，NBB组在前3天的降解率达

到78.25%，NB组第8天达到74.54%。此外，生物炭的添加对腐殖质组分的含量没

有明显影响，但显著提高了腐殖酸组分的结构复杂性（p0.05）。同时，生物炭的添加

削弱了硝基苯对堆肥细菌群落的胁迫，改善了堆肥细菌群落的互作关系，并通过提升

核心微生物多样性和丰度分布的方式，强化联合堆肥的硝基苯降解速率。

综上，联合堆肥不仅对硝基苯污染土壤的修复有积极作用，而且提高了堆肥腐殖

酸合成效率及堆肥质量。添加生物炭可以进一步改善堆肥微生境，提升了腐殖质结构

的复杂性，提高了堆肥质量。本研究建立的堆肥硝基苯降解-腐殖酸合成定向调控技

术，可为硝基芳香类污染土壤修复和堆肥技术的创新发展提供重要参考。

关键词：联合堆肥；硝基苯；腐殖质；生物炭；土壤修复

ABSTRACT

Nitrobenzene,asatoxiccompoundofaromatichydrocarbons,hasaseriousimpacton

environmentalsafetyduetoitsdifficultdegradationproperties.Currently,thereisalackof

efficientandenvironmentallyfrien