芽孢杆菌属在污泥处理中的应用研究[新版]

芽孢杆菌属在污泥处理中的应用研究[新版] 芽孢杆菌属在污泥处理中的应用研究摘要:目的:通过添加芽孢杆菌提高污泥堆肥质量，使污泥变为微生物有机肥。方法:利用地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、高产淀粉酶枯草芽孢杆菌、高产纤维素酶枯草芽孢杆菌4种芽孢杆菌菌种，按0%、5%、10%的3种剂量的不同投加比例组合对污泥进行需氧堆肥的正交试验，考察堆体表观状态、温度、pH、有机质、全氮磷钾含量、蛔虫卵死率、粪大肠菌群是否能够达到微生物有机肥并得出最佳的组合。结果:各组合均对堆肥指标有一定影响，能够不同程度的改善表观状态、加速有机质的降解，固定氮，释放磷和钾，提升蛔虫卵死亡率、减少粪大肠菌群数。结论:接种剂量和菌种为10%多粘芽孢杆菌、10%高产淀粉酶枯草芽孢杆菌、10%高产纤维素酶枯草芽孢杆菌的组合最有利于污泥堆肥，但蛔虫卵死亡率、粪大肠菌群并没有达到微生物有机肥的标准。 关键词:污泥; 芽孢杆菌属; 堆肥; 微生物有机肥 目 录 摘要 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ? Abstract ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 第1章 绪论 .................................................................................... 1 1.1 国内外污泥处理的主要方法和技术比较 .......................... 1 1.1.1 农用 ........................................................................... 1 1.1.2 填海 ........................................................................... 2 1.1.3 焚烧 ........................................................................... 2 1.1.4 填埋 ........................................................................... 2 1.2 堆肥 ...................................................................................... 3 1.2.1堆肥的简介 ................................................................ 2 1.2.2堆肥的原理 ................................................................ 3 1.2.3影响堆肥的因素 ........................................................ 3 1.3 微生物有机肥 ...................................................................... 5 1.3.1微生物有机肥的进展 ................................................ 5 1.3.2微生物有机肥的特点 ................................................ 5 1.4 芽孢杆菌属 .......................................................................... 6 1.4.1枯草芽孢杆菌功能 .................................................... 7 1.4.2实验菌株 .................................................................... 7 1.5 研究目的及意义 .................................................................. 7 第2章 材料与方法 .......................................................................... 9 2.1 材料 ...................................................................................... 9 2.1.1复合微生物菌剂 ........................................................ 9 2.1.2 污泥 ........................................................................... 9 2.1.3 药品 ........................................................................... 9 2.1.4 试剂 ........................................................................... 9 2.1.5 主要仪器设备 ......................................................... 10 2.2 方法 .................................................................................... 10 2.2.1复合枯草芽孢杆菌的制备 ...................................... 10 2.2.2污泥的采集及前处理 .............................................. 10 2.2.3污泥接种芽孢杆菌的堆肥正交试验 ...................... 10 2.3 堆肥指标及测定方法 ........................................................ 11 2.3.1外观测定 .................................................................. 11 2.3.2温度测定 .................................................................. 11 2.3.3水分含量测定-红外烘箱法 ..................................... 11 2.3.4酸碱度的测定- 精密pH试纸法 ............................ 12 2.3.5有机质含量测定-重铬酸钾容量法 ......................... 12 2.3.6样品消化-硫酸和过氧化氢消煮法 ......................... 12 2.3.7全氮含量测定-凯氏定氮法 ..................................... 12 2.3.8全磷含量测定-偏钼磷黄光吸光度法 ..................... 13 2.3.9蛔虫卵死亡率的测定 .............................................. 13 2.3.10粪大肠菌群的测定 ................................................ 14 第3章 结果与分析 ........................................................................ 16 3.1 外观 .................................................................................... 16 3.2 温度 .................................................................................... 16 3.3 pH值 ................................................................................ 16 3.4 含水率 ................................................................................ 17 3.5 有机质含量 ........................................................................ 17 3.6 全氮含量 ............................................................................ 18 3.7 全磷含量 ............................................................................ 19 3.8 全钾含量 ............................................................................ 21 3.9 蛔虫死亡率 ........................................................................ 21 3.10 粪大肠菌群数 .................................................................. 22 第4 章 结论与讨论 4.1结论 ..................................................................................... 24 4.2 讨论 .................................................................................... 25 4.2.1 温度和含水率的互相影响 ..................................... 25 4.2.2 有机质测定方法的改良 ......................................... 25 4.2.3 样品消化时注意的问题 ......................................... 25 4.2.4 氮、磷测定时注意的问题 ..................................... 26 致 谢 ................................................................................................ 27 参考文献 .......................................................................................... 28 第1章 绪论 目前世界上80,以上的污水处理厂应用的是活性污泥法处理污水，它最大的弊端就是处理污水的同时产生惊人的大量剩余污泥。污泥中的固体有的是截留下来的悬浮物质，有的是由生物处理系统排出的生物污泥，有的则是因投加药剂而形成的化学泥，污水处理厂产生的污泥量约为处理水体积的0.15%—1%左右。污泥的处理和处置，就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某 [1]种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。这些污泥一般富含有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境产生新的污染。 1.1 国内外污泥处理的主要方法和技术比较 目前，国内外污泥最终处置方式主要有:农用、填海、焚烧、填埋。 1.1.1 农用 由于污泥中含有大量植物生长所必需的肥分(N、P、K)、微量元素及土壤改良剂(有机腐殖质)，所以污泥脱水后堆肥农用是目前国内一些污水处理厂正在进行研究和开发的课题，也是最佳的污水污泥最终处置方法。但污泥中也含有对植物及土壤有危害作用的病菌、寄生虫卵、难降解有机物、重金属离子以及N、P的流失对地表水和地下水的污染，甚至可能含有一些致癌物质，因此，在作农用前，应进行堆肥处理以杀死病菌及寄生虫卵，同时还应去除这些有害物质。目前普遍的问题是检测手段跟不上要求，处理成本无法和经济效益相平衡，化肥的普遍应用造成销售市场难以开发等，这些使得此种处置方式尚未得到普遍的推广。我国有大量工业废水进入污水处理厂，污水中重金属离子约有50,以上转移到污泥中，污泥中的重金属离子含量一般都较高。 为提高污泥的农用量可以采取一些措施:一是把污泥制成有机—无机复合肥料，适当添加钾肥以补充污泥肥料中钾的不足，这样可以提高肥效降低有害物的含量;二是在经济政策上优惠使用污泥复合肥料的单位或个人，如免费提供试用肥料样品，免费为施用污泥复合肥料的区域或地块作土壤营养状况分析等。 用污泥对农田、林地、草坪施肥或进行土壤改良以及用于市政绿化、育苗等，不仅可改善土壤的理化性质，增加土壤肥力，促进树木、花卉及草坪等的生长，而且可避免污泥中的重金属、有毒有机物因食物链的生物富集效应对人畜产生的危害，除此之外土壤的自净能力还可使污泥进一步无害化。因此土地利用是一种积极的、生产性的污泥处置方法。 1.1.2 填海 沿海地区，尤其是有大江、大河入海口附近，可考虑把生污泥、消化污泥、脱水泥饼或焚烧灰渣投海。投海污泥最好是经过消化处理的污泥。投海方式可用管道输送或船运，其中管道输送较为经济。在污泥投海工程实施前，必须搞好投海区的选择(离海岸10km以外，水深25m左右)，以保证海水的稀释与自净作用。污泥填海造地，应遵守下列要求:?必须设护堤，渗水也必须集中进行处理，以防污泥和污水污染海水;?污泥或灰渣中的重金属含量应符合填海造地标准。投放远洋虽可在短期内避免海岸线及近海受到污染，但其长期危害可能非常严重，因此，已被界上大多数国家所禁用。 1.1.3 焚烧 污泥中合有一定量的有机成分，经脱水干燥的污泥可用焚烧处理。在日本，该方法巳占污泥处 理总量的60,以上、欧盟也在10,以上。为防止焚烧过程中产生二噁英等有毒气体，焚烧温度应高于850?。污泥焚烧所产生的焚烧灰具有吸水性、凝固性，因而可用于改良土壤、筑路等，也可作为砖瓦和陶瓷等的原料，另外，污泥灰也可以作为混凝土混料的细填料。将污泥转变成一种颗粒状燃料，可以很好燃烧，其热值和褐煤相当，燃烧释放的有害气体远低于焚烧过程，其残余物可用于建筑工业。污泥焚烧可以从废气中获得剩余能量，用来发电。在脱水污泥中加入引燃剂、催化剂、疏松剂和固硫剂等添加剂制成合成燃料，该合成燃料可用于工业和生活锅妒，燃烧稳定，热工测试和环保测试良好，是污泥有效利用的一种理想途径。污泥焚烧效果好，焚烧产物既可用作新的产品原料，又可回收热能。国外已有较成熟经验和工艺，可以直接借鉴使用。但总体来说焚烧的成本最高(是其他工艺的2-4倍)。焚烧处置虽可使污泥体积大幅减小，且可灭菌，但焚烧设备的投资和运行费用都比较大。 1.1.4 填埋 污泥消化后经脱水再填埋是目前国内许多大型污水处理厂中常采取的方式，经过消化后的污泥有机物含量减少，性能稳定，总体积减少，脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。由于消化装置工艺复杂、一次性投资大、运行操作难度大，实际运行经验表明往往难以达到预期的效果。况且脱水污泥含水率大大高于普通生活垃圾卫生填埋场所要求的30,含水率，因此需再经处理才能送生活垃圾填埋场填埋;或者设置专用的污泥填埋场，根据污泥的含水率及力学特性等因素进行专门填埋，但此法有占地较大、选址受阻及存在二次污染隐患等缺点。污泥填埋的操作要求与垃圾填埋相似。污泥填埋场的渗滤液属高浓度有机污水，必须集中加以处理;污泥填埋场四周应设围栏，并采取相应的防蚊蝇、防鼠措施，未经干燥焚烧处理的污泥，宜小规模分层填埋，生污泥泥层厚度应<0.5m，消化污泥泥层厚度应不大于3m，泥层上面铺砂土层为0.5m，彼此交替进行填埋，并设置通气装置，污泥焚烧灰渣填埋时，可不分层填埋。但填埋处置容易对地下水造成污染，同时大量占用土地。 1.2 堆肥 1.2.1 堆肥的简介 堆肥是在一定条件下通过微生物的作用，使有机物不断被降解和稳定，并生产出一种适宜于土地利用的产品的过程。 堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是在有氧情况下有机物料的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热;厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解，厌氧分解最后的产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机酸等。厌氧堆肥与好氧堆肥相比较，单位质量的有机质降解产生的能量较少，而且厌氧堆肥通常容易发出臭气。由于这些原因，几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。 堆肥实际就是废弃物稳定化的一种形式，但是它需要特殊的湿度和通气条件以产生适宜的温度。一般认为这个温度要高于45?，保持这种高温可以使病原菌失活，并杀死杂草种子。在合理堆肥后残留的有机物分解率较低并相对稳定，堆肥的臭味可以大大降低。堆肥还可以产生明显的干燥效果，这一点对于处理市镇和工业污泥等潮湿物料非常有用。堆肥中有机底物的降解与干燥过程同步进行能够降低后续处理的费用，从而有利于增加堆肥的再利用或处置。 完整意义上的堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、C/N和通风条件下通过微生物的发酵 作用，将废弃有机物转变为肥料的过程。通过堆肥化过程，有机物由不稳定状态转变为稳定的腐殖质物质，其堆肥产品不含病原菌，不含杂草种子，而且无臭无蝇，可以安全处理和保存，是一种良好的土壤改良剂和有机肥料。 1.2.2 堆肥的原理 污泥堆肥是指污泥经过好氧微生物的发酵分解，高分子长链有机物降解为小分子的葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等，并最终转化为CO、NH、HO及无机盐，并且合成新的高分子有机物质—腐殖232 质，病原菌被基本灭活，使污泥不再发黑发臭，含水率大幅度降低，从而达到污泥减量化、无害化和资源化的过程。堆肥过程中主要包括有机物的氧化、细胞物质的合成、细胞物质的氧化和腐殖质的合成等生物化学反应。 1.2.3 影响堆肥的因素 机械化好氧堆肥过程的关键，就是如何选择和控制堆肥条件，促使微生物降解的过程能快速顺利进行，一般来说好氧堆肥要求控制的参数有: (1)供氧量 对于好氧堆肥而言，氧气是微生物赖以生存的物质条件，供氧不足会造成大量微生物死亡，使分解速度减慢;但供冷空气量过大又会使温度降低，尤其不利于耐高温菌的氧化分解过程，因此供 33氧量要适当，一般为0.1-0.2m/m.min，供氧方式是靠强制通风，因此保持物料间一定的空隙率很重要，物料颗粒太大使空隙率减小，颗粒太小其结构强度小，一旦受压会发生倾塌压缩而导致实际空隙减小。因此颗粒大小要适当，可视物料组成性质而定。 (2)含水率 在堆肥工艺中，堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大，水的作用一是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢;二是可以调节堆肥温度，当温度过高时可通过水分的蒸发，带走一部分热量。水分太低妨碍微生物的繁殖，使分解速度缓慢，甚至导致分解反应停止。水分过高则会导致原料内部空隙被水充满，使空气量减少，造成向有机物供氧不足，形成厌氧状态。同时因过多的水分蒸发，而带走大部分热量，使堆肥过程达不到要求的高温阶段，抑制了高温菌的降解活性，最终影响堆肥的效果。实践证明堆肥原料的水分在50,左右为宜。 (3)碳氮比 有机物被微生物分解的速度随碳氮比变化，微生物自身的碳氮比约为4~30，因此用作其营养的有机物的碳氮比最好也在该范围内，当碳氮比在10~25时，有机物被生物分解速度最大。如果碳氮比过高，堆肥成品的比值也过高，即出现“氮饥饿状态，施于土壤后，会夺取土壤中的氮，而影响作物生长。堆肥过程适宜的碳氮比应为20~30。 (4)温度 在堆肥工艺中，堆肥过程的温度对发酵过程也会产生很大的影响。好氧堆肥过程是放热过程，嗜温菌与嗜热菌由适于环境的变化到死亡，完成分解有机物的作用。同时，在堆肥升温过程中又可杀死病原微生物和寄生虫卵等使污泥无害化。从而更好的是污泥得以发酵，因此，堆肥过程中的温度变化是我们所要考察的重要指标。 (5)pH值 污泥一般情况下呈中性;微生物的活动也需要一个微酸性或中性的条件，因此堆肥化时pH一般不需要调整。即使发酵过程中由于产生有机酸，会使pH有所降低，但是随着堆肥的进行，有机酸会被进一步分解为 CO和HO，pH会重新上升，堆肥结束时pH值达到7-8之间。 22 (6)外加微生物菌剂 污泥中通常有发酵微生物，只要通风等条件合适，不加菌剂也能发酵，但是为了实现快速堆肥，必须添加菌剂，接种菌剂有固体和溶液菌剂，但是为了节约成本，也可以采用成品回流的方式，回流量占体积的20,30,即可。 1.3 微生物有机肥 微生物有机肥是有机固体废物(包括有机垃圾、秸秆、畜禽粪便、饼粕、农副产品和食品加工产生的固体废物)经微生物发酵、除臭和完全腐熟后加工而成的有机肥料。微生物有机肥包括农 [2、3]家肥和商品生物有机肥。 1.3.1 微生物有机肥研究进展 我国微生物肥料研究可以追溯到20世纪30年代，从我国著名的土壤微生物学专家张宪武教授1937年发表第一篇大豆根瘤菌研究与应用文章算起，已经有近80年的历史。20世纪50年代初中国科学院林业土壤研究所科研人员在张宪武教授的带领下，在东北地区150万公顷土地上大面积推广大豆根瘤菌接种剂技术，平均增产大豆10%以上。前苏联微生物学者也在固氮菌、磷细菌、硅酸盐细菌的研究工作中取得了突破，并大面积推广应用，取得了良好的效果。1958年我国的农业植物根际促生菌用，起到积极促进作用。 当前，植物根际促生菌研究异常活跃。1977年Broalbent等人分离得到一株枯草芽孢杆菌(Bacillus.subtilisA13)，并成功地应用在农业生产。1988年美国Weller报道枯草芽孢杆菌A13主要是抑制植物病原真菌，并促进多种植物生长，可以提高胡萝卜产量48.0%、燕麦产量33.0%、花生37.0%，应用面积已经达到400万公顷。我国田间应用植物根际促生菌生物制剂始于1979年，到1994年应用面积已达3930万公顷。海洋放线菌MB-97制成的植物根际促生菌生物制剂，应用始于1997年，已经有2万公顷大豆应用该菌剂，平均增产10.0%,20.0%。海洋细菌9912制成的植物根际促生菌生物制剂，应用始于2000年(田间试验示范阶段)，在大豆、蔬菜等专题评论经济类作物得到应用，平均增产10.0% ,18.9% 。 1.3.2 微生物有机肥功能及特点 微生物有机肥可以调理土壤、激活土壤中微生物活跃率、克服土壤板结、增加土壤空气通透性。减少水分流失与蒸发、减轻干旱的压力、保肥、减少化肥、减轻盐碱损害，在减少化肥用量或逐步替代化肥的情况下，提高土壤肥力，使粮食作物、经济作物、蔬菜类、瓜果类大幅度增产。提高农产品品质、果品色泽鲜艳、个头整齐、成熟集中，瓜类农产品含糖量、维生素含量都有提高，口感好，有利于扩大出口，提高售价。改善作物农艺性状、使作物茎杆粗壮，叶色浓绿，开花提前，做果率高，果实商品性好，提早上市时间。增强作物抗病性和抗逆性、减轻作物因连作造成的病害和土传性病害，降低发病率;对花叶病、黑胫病、炭疽病等的防治都有较好的效果，同时增强作物对不良环境的综合防御能力。化肥施入量的减少，相应地减少了农产品中硝酸盐的含量。试验证明，生态有机肥可使蔬菜硝酸盐含量平均降低48.3-87.7%，氮、磷、钾含量提高5-20%，维生素C增加， 总酸含量降低，还原糖增加，糖酸比提高，特别是对西红柿、生菜、黄瓜等能明显改善生食部分的品味。所以说，用了生态有机肥，农产品叶色鲜嫩，滋味甘美，更好吃了。 微生物有机肥的特点是生态有机肥营养元素齐全，能够改良土壤，改善使用化肥造成的土壤板结。改善土壤理化性状，增强土壤保水、保肥、供肥的能力。生物有机肥中的有益微生物进入土壤后与土壤中微生物形成相互间的共生增殖关系，抑制有害菌生长并转化为有益菌，相互作用，相互促进，起到群体的协同作用，有益菌在生长繁殖过程中产生大量的代谢产物，促使有机物的分解转化，能直接或间接为作物提供多种营养和刺激性物质，促进和调控作物生长。提高土壤孔隙度、通透交换性及植物成活率、增加有益菌和土壤微生物及种群。同时，在作物根系形成的优势有益菌群能抑制有害病原菌繁衍，增强作物抗逆抗病能力降低重茬作物的病情指数，连年施用可大大缓解连作障碍。减少环境污染，对人、畜、环境安全、无毒，是一种环保型肥料。 1.4 芽孢杆菌属 芽孢杆菌属，拉丁学名:(Bacillus Cohn, 1872) ，形态描述:细胞呈直杆状，0.5,2.5μm×1.2,10μm，常以成对或链状排列，具圆端或方端。细胞染色大多数在幼龄培养时呈现革兰氏阳性，以周生鞭毛运动。芽孢呈椭圆、卵圆、柱状、圆形，能抗许多不良环境。每个细胞产一个芽孢，生孢不被氧所抑制。好氧或兼性厌氧，具有对热、pH和盐各种多样性的生理特性。化能异养菌，具发酵或呼吸代谢类型。通常接触酶阳性。发现于不同的生境，少数种对脊椎动物和非脊椎动物致病。模式种:枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。 1.4.1 枯草芽孢杆菌功能 枯草芽孢杆菌菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用，枯草芽孢杆菌菌体自身也要合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等酶类，这些酶对污泥的发酵有一定推动作用，所以本次实验菌株选择在枯草芽孢杆菌这一类菌株上。 1.4.2 实验菌株 本实验采用属于芽孢杆菌属的四种菌种:高产淀粉酶枯草芽孢杆菌，高产纤维素酶枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌，多粘芽孢杆菌。 高产淀粉酶与高产纤维素酶枯草芽孢杆菌为本实验室先前筛选出的枯草芽孢杆菌功能菌株。高产纤维素酶枯草芽孢杆菌是经过辐照后的枯草芽孢杆菌在纤维素-刚果红筛选培养基上反复培养与筛选而得到的高产菌株，高产淀粉酶枯草芽孢杆菌是经过辐照后的枯草芽孢杆菌在淀粉酶筛选培养基上反复培养与筛选而得到的高产菌株，由于它们能够高产淀粉酶与纤维素酶，对污泥中的纤维素与多糖类有很好的降解作用，是污泥中的这些物质变为可为农作物所利用的物质，所以本次实验我选取了这两种菌株作为污泥堆肥的外源菌种。 地衣芽孢杆菌和多粘芽孢杆菌是从污泥中筛选出来的优势菌株，它能够在污泥中大量存在与生长，说明它能够很好的适应污泥这种生长环境，并在这种生长环境中分解与利用它所需要的有机物质，因此它在一定程度上也促进了污泥的肥化，所以本次试验我选取了这两种菌株作为污泥堆肥的内源菌种。 1.5 研究目的及意义 污水污泥的处理处置及其无害化，作为再生资源有效利用是世界各国共同重视的问题。面对各 地区千差万别的污泥利用经验，应立足于本地区的实际情况，在兼顾环境生态效益、社会效益和经济效益平衡的前提下，审慎地、全面地论证各种实施的可行性，从中选出最佳方案。目前的利用方向是土地利用和热能利用。污泥焚烧作为最彻底的处理方式，在国外，特别是西欧和日本已得到了广泛的应用，欧洲将来有30,的污泥土地利用、70,热能利用。而对于我们这样一个农业大国，应将污泥制成污泥复合肥料或污泥生物复合肥料，将农田林地利用作为主要的有效利用途径。 微生物有机肥料是在微生物肥料基础上发展起来的一种高效、无毒、无污染、无公害的新型肥料。美国、日本、法国、德国、俄罗斯等发达国家从环境保护、资源再利用和培肥地力等方面考虑，结合微生物液固两相发酵技术，对城市生活垃圾、大型养殖场的畜禽粪便、城市污水和活性污泥等进行无害化处理，生产制造高效益、无污染的微生物有机肥料。 随着微生物学、肥料学研究工作不断深入，人们已经把微生物、肥料和环境作为一个整体来研究，单一菌种向复合菌种发展，单纯生物菌剂向复合生物肥发展，单一剂型向多元剂型发展;小型粗放的微生物有机肥料产业，向综合型集约型的产业化方向发展。 目前国内外市场都有生物有机肥出售，主要用作基肥。这种肥料的使用可以避免因过度使用化肥造成的土壤板结和环境污染。污泥肥效好且肥效稳定，作为生物肥的原料，将使成为降低，在市场上极具竞争力，具有广阔的应用前景。 利用污水厂污泥制作微生物有机肥的社会效益非常明显，最主要的是彻底解决污水处理厂污泥的出路问题，这对于减少环境污染，减少污泥堆放占用土地，维持污水厂的正常运行，变废为宝，化害为利，促进无污染农产品的生产，都具有十分重要而长远的意义。 第2章 材料与方法 2.1 材料 2.1.1 复合微生物菌剂 本实验选用的微生物菌种包括:地衣芽孢杆菌(Baclicus lincheniformis)、多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)、高产淀粉酶枯草芽孢杆菌(high-yield amylase Bacillus subtilis),、高产纤维素酶枯草芽孢杆菌(high-yield cellulase Bacillus subtilis)4种菌种(均由本实验室分离筛选获得)。 2.1.2 污泥 本实验选用的污泥为四川省绵阳市西南科技大学污水处理厂2009年12月经过初步脱水处理后的污泥。 2.1.3 药品 蛋白胨、牛肉膏、氯化钠、琼脂、二氧化硅、浓硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁、邻啡罗啉、30%过氧化氢、氢氧化钠、硼酸、溴甲酚绿、甲基红、95%乙醇、硝酸、钼酸铵、偏钒酸铵、磷酸二氢钾、2,4-二硝基酚、硝酸钠、甘油、甲醛溶液(均为国产分析纯试剂)。 2.1.4 主要试剂配制 (1)0.2M硫酸亚铁标准溶液 称取55.6g硫酸亚铁，加水和6M的硫酸30mL溶解，稀释定容到1L。 (2)邻啡罗啉指示剂 称取0.695g硫酸亚铁和1.485g邻啡罗啉溶于100mL水中。 (3)2%硼酸溶液 称取2g硼酸溶于100mL约60?热水中，冷却后，用稀碱调节溶液pH=4.5。 (4)定氮混合指示剂 称取0.5g溴甲酚绿和0.1g甲基红溶于100mL95%乙醇中。 (5)钒钼酸铵试剂 A液:称取25.0g钼酸铵溶于400mL水中; B液:称取1.25g偏钒酸铵溶于300mL沸水中，冷却后加250mL硝酸，冷却。 在搅拌下将A液缓缓注入B液中，用水稀释定容至1L，混匀，贮于棕色瓶中。 (6)100µg/mL磷标准溶液 称取0.439g经105?烘干1h的磷酸二氢钾，用水溶解后，转入1L容量瓶中，加入5mL浓硫酸，冷却后，稀释定容至1L。 (7)固体培养基:牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl5g，蒸馏水1000mL，pH7.0，琼脂25g，121?灭菌30min。 (8)液体培养基:牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl 5g，蒸馏水1000mL，pH7.0，121?灭菌30min。 (9)伊红美蓝琼脂培养基:蛋白胨10.0g，乳糖10.0g，磷酸氢二钾2.0g，琼脂14.0 g，2%伊红0.4g，美蓝0.065g，蒸馏水1000 mL，pH值7.2-7.4，121?灭菌15min。 2.1.5 主要仪器设备 电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司) DHG-9245A型电热恒温鼓风干燥箱(上海恒科技术有限公司) HZQ-F160振荡培养箱(哈尔滨市东联电子技术开发有限公司) 电子万用炉(北京市永光明医疗仪器厂) 722光栅分光光度计(上海第三分析仪器厂制造) LDZ4离心机(北京医用离心机厂) GH型隔水培养箱(天津市泰斯特仪器有限公司) 超净工作台(苏州净化设备有限公司) 2.2 方法 2.2.1 复合枯草芽孢杆菌的制备 取斜面保存的地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、高产淀粉酶枯草芽孢杆菌、高产纤维素酶枯草芽孢杆菌菌体斜面，以体积分数10,的接种量分别接入装有液体培养基的三角瓶中，在37?，160rpm振荡频率条件下进行摇床培养16h，作为种子液。 2.2.2 污泥的采集及前处理 在污水处理厂取回污泥带回实验室后，将其混匀并取出其中的杂质，然后再将污泥以每份500g的质量分别放置在30个铁盆内。 2.2.3 污泥接种芽孢杆菌的堆肥正交试验 本实验采用4因素3水平的正交试验进行污泥堆肥，其中4因素分别是地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、高产淀粉酶枯草芽孢杆菌、高产纤维素酶枯草芽孢杆菌4种不同的菌种，3水平分别是按菌液 [4-9]体积与污泥质量比为0,、5,、10,的3个接种量。 以污泥为原料，调节水份和孔隙度，堆肥容器有效容积3L，堆料重0.5kg，c/N=30左右，在环境因素相同的条件下，试验设计分为9个菌剂组和1个对照组(堆肥前):9个菌剂组接种量分别按0, 、5, 、10,(菌液体积与污泥质量比)的正交试验组合，每组3个重复，采用强制通风好氧堆肥技术，堆肥发酵15d。 表2-1 污泥堆肥正交试验因素水平表 水平 高产淀粉酶 高产纤维素酶 地衣芽孢杆菌多粘芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌 的接种量(%) 的接种量(%) 的接种量(%) 的接种量(%) 1 0 0 0 0 2 5 5 5 5 3 10 10 10 10 2.3 堆肥指标及测定方法 外观采用目视、鼻嗅测定;温度测定采用温度计测定;水分测定采用红外烘箱法;酸碱度测定采用精密pH试纸法;有机质测定采用重铬酸钾容量法;全氮测定采用凯氏定氮法;全磷测定采用钒钼黄比色法;全钾测定采用火焰光度计法;蛔虫死亡率测定采用硝酸钠分离计数法;粪大肠菌群测定采用稀释平板计数法。 在堆肥前将各个指标进行一次测定，作为实验的对照组，堆肥后再将9个菌剂组的各个指标进行一次测定，作为实验的结果，实验完毕后将堆肥前对照组的各个指标的数据结果和堆肥后9个菌剂组的各个指标的数据结果进行分析比较得出最佳的菌剂组。 2.3.1 外观测定 通过目视和鼻嗅观察污泥堆肥前后的颜色，状态和味道。 2.3.2 温度测定 测定时将温度计水银端全部插入污泥中，但不要碰触铁盆，5min后读数记录堆肥温度，同时记录室温，每天早晚各测量一次。 2.3.3 水分含量测定-红外烘箱法 将干净的培养皿置于红外烘箱中烘干0.5h，冷却后称量并记录培养皿的质量，然后称取污泥(每份大约30g，精确到0.01g)，加入培养皿中称量并记录污泥和培养皿的总质量，附着样品编号标签，将装好样品的培养皿置于红外烘箱中烘干，每隔一小时取出装有污泥的培养皿进行称量并记录质量，直至恒重，即为烘干完毕，然后根据烘干前后污泥和培养皿的总质量计算含水率。 2.3.4 酸碱度的测定- 精密pH试纸法 称取污泥5.0g于100mL烧杯中，加50mL水(经煮沸驱除二氧化碳)，搅动15min，静置30min，用精密pH试纸测定。 2.3.5 有机质含量测定-重铬酸钾容量法 称取过φ0.5mm筛的烘干污泥0.1g(精确至0.001g)，置于150mL的锥形瓶中，准确缓慢的加入20mL 1mol/L KCrO标准溶液和10mL浓硫酸的混合液，在锥形瓶口处放一弯颈小漏斗，置227 [10]于可调电炉上保持和缓的沸腾，加热30min，每隔约5min摇动一次。取出冷却至室温，用水冲洗小漏斗，洗液承接于锥形瓶中。再将锥形瓶内的溶液倒入白瓷缸内，加10滴邻啡罗啉指示剂，用0.2mol/L FeSO标准溶液滴定近终点时，溶液由绿色变成暗绿色，再逐滴加入FeSO标准溶液直44至生成砖红色为止。最后记录FeSO标准溶液的用量并计算有机质含量。同时称取0.1g(精确至4 0.001g)二氧化硅代替污泥，按照相同分析步骤，使用同样的试剂，进行空白试验。 2.3.6 样品消化-硫酸和过氧化氢消煮法 试样溶液制备，称取过φ0.5mm筛的风干污泥0.3g(精确至0.001g)，置于凯氏烧瓶底部，准确缓慢的加10.0mL浓硫酸和2mL 30%过氧化氢，顺势冲洗沾附在瓶壁上的污泥，在开氏烧瓶口处放一弯颈小漏斗，在可调电炉上缓慢升温至硫酸冒烟，取下，稍冷后加2mL过氧化氢，轻轻摇动开氏烧瓶，加热30min，取下，稍冷后分次再加2mL过氧化氢并分次消煮，直至溶液呈无色或淡黄色清液后，继续加热10min，除尽剩余的过氧化氢。取下稍冷，小心加水至20-30mL，加热至沸。取下冷却，用少量水冲洗弯颈小漏斗，洗液收入原开氏烧瓶中。将消煮液移入100mL容量瓶中， [12]加水定容，静置澄清到具塞三角瓶中，供测氮、磷、钾含量备用。除不加试样外，试剂用量和操作同上，同时进行空白试验。 2.3.7 全氮含量测定-凯氏定氮法 蒸馏前先按仪器使用说明检查定氮仪,并空蒸0.5h洗净管道。吸取试样溶液50 mL于定氮瓶内，置于定氮仪上，旋紧接口。于150mL三角瓶内加入10mL 2%硼酸溶液和5滴混合指示剂承接于冷凝管下端，管口插入硼酸液面中。先开起冷凝水，再打开仪器总开关，待仪器没有响声就开启进气开关，待凯氏定氮瓶内液体被加热有气泡冒出时，关掉进气开关，开启进碱开关，向凯氏定氮瓶内加入40%氢氧化钠溶液，待凯氏定氮瓶内液面上升有原液面高度的三分之一处时，关掉进碱开关，开启进气开关，继续加热蒸馏，待三角瓶内馏出液体积约100mL，即可停止蒸馏，先关进气开关再关总开关，最后关冷凝水。直至冷凝管不再滴出馏出液，取下锥形瓶，用0.05mol/L硫酸标准溶液滴定馏出液，由蓝色刚变至紫红色为终点。记录消耗硫酸标准溶液的体积并计算全氮含量。 2.3.8 全磷含量测定-偏钼磷黄光吸光度法 首先进行标准曲线绘制，吸取100µg/mL磷标准溶液0，1.0，2.5，5.0，7.5，10.0，15.0mL分别置于7个50mL容量瓶中，加入与吸取试样溶液等体积的空白溶液，加水至30mL左右，加2滴2,4二硝基酚指示剂溶液，用10%氢氧化钠溶液和5%硫酸溶液调节溶液刚呈微黄色，加10.0mL钒钼酸铵试剂，摇匀，用水定容。此溶液为1mL含磷(P)0，2.0，5.0，10.0，15.0，20.0，30.0µg的标准溶液系列。在室温下放置20min后，在分光光度计波长440nm(*)处用1cm光径比色皿，以空白溶液调 节仪器零点，进行比色，读取吸光度。根据磷浓度(横坐标)和吸光度(纵坐标)绘制标准曲线并求出直线回归方程。 再吸取10.0mL试样溶液于50mL容量瓶中，加水至30mL左右，与标准溶液系列同条件显色、比 [13-15]色，读取吸光度。 2.3.9 蛔虫卵死亡率的测定 (1)蛔虫卵分离 称取5.0g样品，放于容量为50mL离心管中，注入5%NaOH溶液30mL，另加玻璃珠约10粒，用盖子盖紧管口，放置在振荡器上振荡15min。振荡完毕，取下离心管上的盖子，用玻璃棒将离心管中的样品充分搅匀，再次用盖子盖紧管口，继续振荡15min。 (2)离心沉淀 振荡完毕后，打开盖子，用滴管吸取蒸馏水，将附着于盖子上和管口内壁的样品冲入管中，以2500r/min速度离心5min后，弃去上清液。然后加适量蒸馏水，并用玻璃棒将沉淀物搅起，按上述方法重复洗涤三次。 (3)离心漂浮 往离心管中加入少量饱和NaNO溶液(密度1.38-1.40)，用玻璃棒将沉淀物搅成糊状后，再3 徐徐添加饱和NaNO溶液，随加随搅，直加到离管口约1cm为止，用饱和NaNO溶液冲洗玻璃棒，33 [16]洗液并入离心管中，以2500r/min速度离心5min。 用金属丝圈不断将离心管表层液膜移于盛有半杯蒸馏水的烧杯中，约30次后，适当增加一些饱和NaNO溶液于离心管中，再次搅拌、离心及移置液膜，如此反复操作3次，直到液膜涂片观察不3 到蛔虫卵为止。 (4)抽滤镜检 将烧杯中混合悬液，通过覆以微孔滤膜的过滤器抽滤。若混合悬液的浑浊度大，可更换滤膜。 抽滤完毕，用弯头镊子将滤膜从过滤器中小心取下，置于载玻片上，滴加二、三滴甘油溶液，于低倍显微镜下对整张滤膜进行观察和蛔虫卵计数。当观察有蛔虫卵时，将含有蛔虫卵的滤膜进行培养。 (5)培养 在培养皿的底部平铺一层厚约1cm的脱脂棉，脱脂棉上铺一张直径与培养皿相适的普通滤纸。为防止霉菌和原生动物的繁殖，可加入30mL/L甲醛溶液，以浸透滤纸和脱脂棉为宜。 将含蛔虫卵的滤膜平铺在滤纸上，培养皿加盖后置于恒温培养箱中，在28?,30?条件下培养，培养过程中经常滴加蒸馏水，使滤膜保持潮湿状态。 (6)镜检 培养15d，自培养皿中取出滤膜置于载玻片上，滴加甘油溶液，使其透明后，在低倍镜下查找蛔虫卵，然后在高倍镜下根据形态，鉴定卵的死活，并加以计数。镜检时若感觉视野的亮度和膜的透明度不够，可在载玻片上滴一滴蒸馏水，用盖玻片从滤膜上刮下少许含卵滤渣，与水混合均匀，盖上盖玻片进行镜检。 (7)判定 凡含有幼虫的，都认为是活卵，未孵化或单细胞的都判为死卵。 2.3.10 粪大肠菌群的测定 (1)样品稀释 在无菌操作下称取样品10g，加入到装有玻璃珠的90 mL无菌水的三角瓶中，置于摇床上 -1200r/min充分振荡30min，即成10稀释液。用无菌移液管吸取10.0 mL上述稀释液加入到90mL -2-3-4无菌水中，混匀成10稀释液。这样依次稀释，分别得到10，10等浓度稀释液(每个稀释度须更换无菌移液管)。 (2)分离培养 分别吸取每个稀释度稀释液在伊红美蓝琼脂平板上划线，置36??1?条件下培养48h。 (3)验证试验 菌落观察:在上述平皿培养基上，仔细观察菌落生长情况:大肠菌群在伊红美兰琼脂培养基上其典型菌落是呈深紫色、圆形、边缘整齐、表面光滑、湿润、常具有金属光泽，或呈紫黑色不带或略带金属光泽及粉紫色，中心较深的菌落。 革兰氏染色、镜检:将以上典型的(或近似的)大肠菌群菌落进行革兰氏染色、镜检，若革兰氏染色呈阳性(紫色)反应，则报告粪大肠菌群呈阴性，未检出粪大肠菌群。若革兰氏染色呈阴性，则报告粪大肠菌群呈阳性，检出粪大肠菌群。 (4)结果 [17]以每毫升样品中的粪大肠菌群数表示结果。 第3章 结果与分析 3.1 外观 随着堆肥化的进程，污泥表观发生了明显的改变。污泥颜色由最初的深褐色逐渐转变为土黄色，由局部的黏稠状逐渐转变为疏松的具有一定结构的状态。从前期的蝇虫飞舞，有强烈的刺激性的臭味，到后期气味平淡，不再吸引蝇虫。 臭味的消除可能与某些除臭微生物有关。上述污泥表观状态均符合典型腐熟堆肥的情况。但不同处理略有差别，总体上接种微生物的处理表观状态的改变要略早于未接种的空白对照，说明接种芽孢杆菌菌种加速了堆肥的速度。 3.2 温度 温度是判定堆肥能否达到无害化要求的最重要指标之一，堆肥过程中，堆体温度应控制在 、[1819]45-65?。本实验每次测量出的堆体实际温度和室温均只有10?左右，堆肥过程中温度几乎没有较大变化，堆体温度和室温也非常接近。分析造成温度没有大幅升高的原因可能分为内在因素和外在因素。内在因素可能是因为污泥太少，即使有机质被分解产生热量，也不足以使堆体温度有明显的升高;外在因素是由于实验在冬天进行，室温太低，而实验是好氧堆肥，污泥在铁盆中与空气接触面较大，热量容易很快散失，且铁盆易传热，致使堆肥的保温效果极差。 3.3 pH值 通过精密pH试纸法测定污泥堆肥前后的pH值均为7-8。 由此可见，加入的四种芽孢杆菌菌种并未在很大程度上影响到pH值的变化。 3.4 含水率 表3-1 污泥堆肥前后的含水率 编号 地衣 多粘 高产淀粉酶 高产纤维素酶枯 污泥含水率的 芽孢杆菌 芽孢杆菌的枯草芽孢杆菌的草芽孢杆菌的接 平均值(%) 的接种量(%) 接种量(%) 接种量(%) 种量(%) 1 1 1 1 1 87.53 1 2 2 2 2 86.65 1 3 3 3 3 85.70 2 1 2 3 4 86.18 2 2 3 1 5 86.35 2 3 1 2 6 86.61 3 1 3 2 7 85.91 3 2 1 3 8 85.91 3 3 2 1 9 86.34 对照 — — — — 85.51 表3-1结果表明:堆肥前后污泥样品的含水率普遍在85%与88%之间，堆肥后菌剂组样品与堆肥前对照组样品之间含水率相差并不大，但均有所升高。由此可见，加入的四种菌种并未在很大程度上影响到含水率的变化。含水率变化很小间接说明堆肥过程温度较低，微生物发酵产生的热量没有得到聚积，原因可能与污泥堆肥总量及环境因素有关。实验取500g污泥用以堆肥，造成堆体体积不够大，热量易挥发，堆体温度不宜上升。 发酵后的污泥含水率高于发酵前污泥的含水率。按照理论应该是发酵后的污泥含水率要低于发酵前污泥含水率，因为在微生物发酵过程中，会产生热量，而这些热量会以带走污泥水分的方式消散掉，从而达到干化污泥的目的。但实际结果却与理论相反，原因可能是外加菌液使污泥的含水率升高，而微生物发酵产热并未能带走足够多的水分，导致发酵后的污泥含水率高于发酵前污泥的含水率。 3.5 有机质含量 样品有机质含量以样品的质量百分数表示，按下式计算: 有机质，% = c×(V-V)×0.003×1.724×100/m 0 式中:c—FeSO标准溶液的摩尔浓度，mmol/mL; 4 V—空白试验时，使用FeSO标准滴定溶液的体积，mL; 04 V—测定时，使用FeSO标准溶液的体积，mL; 4 0.003—1/4碳原子的毫摩尔质量，g/mmol; 1.724—由有机碳换算为有机质的系数; m—风干试样质量，g。 表3-2 污泥堆肥前后有机质含量 编号 FeSO溶液用量的有机碳含量 有机质含量 4 平均值(mL) (%) (%) 1 56.9 25.87 44.59 2 63.5 21.91 37.76 3 70.1 17.94 30.94 4 68.2 19.08 32.90 5 60.7 23.59 40.66 6 61.6 23.05 39.73 7 65.4 20.76 35.80 8 66.3 20.22 34.87 9 58.8 24.73 42.63 对照 55.4 26.77 46.14 空白 100.1 — — 有机质是有机肥力中最活跃的因素之一，也是衡量肥料养分的一个重要指标。所以对有机质测定的结果进行方差分析，由分析结果可知，因素重要性主次顺序是高产纤维素酶枯草芽孢杆菌>高产淀粉酶枯草芽孢杆菌>地衣芽孢杆菌>多粘芽孢杆菌。 表3-2结果表明:堆肥原料的有机质含量为46.14%，随着堆肥化的进行，堆体中的有机物质逐渐被微生物降解，有机质含量减少，到堆肥稳定期时，堆肥物料有机质含量最低为30.94,。 有机质的含量在堆肥后较堆肥前均有所减少，说明加入的菌剂均能起到一定降解有机质的作用，但由菌剂投加比例组合不同造成有机质减少的幅度不同。其中第三组污泥堆肥后有机质含量最少，即减少幅度最大的一组，说明第三组复合微生物菌剂对污泥堆肥中有机质降解的影响最大;第一组为堆肥后的空白对照，没有添加任何微生物菌剂，是有机质减少幅度最小的一组，但较堆肥前有机质含量仍然有所降低，说明污泥中自身含有有益菌在堆肥过程中可降解有机质。 有机质含量从低到高的组合依次是3>4>8>7>2>6>5>9>1。 3.6 全氮含量 样品的全氮含量以样品的质量百分数表示，按下式计算: 全氮(N)，% = c×(V-V)×0.014×D×100/m 0 式中:c—酸标准溶液的浓度，mmol/mL; V—试液滴定消耗标准酸溶液的体积，mL; V—空白滴定消耗标准酸溶液的体积，mL; 0 0.014—氮的毫摩尔质量，g/mmol; D—分取倍数，定容体积/分取体积，100/50; m—称取风干试样质量，g。 表3-3 污泥堆肥前后全氮含量 编号 硫酸用量平均值(mL) 全氮(N)含量(%) 1 6.1 2.84 2 6.8 3.16 3 7.5 3.49 4 7.0 3.24 5 7.1 3.31 6 6.3 2.93 7 7.3 3.37 8 6.5 3.02 9 6.6 3.07 对照 6.0 2.76 空白 0.1 — 氮素是有机肥力中最活跃的因素之一 ，也是衡量肥料养分的一个重要指标。表3-3结果表明:全氮含量在堆肥后较堆肥前均有所增加，说明加入的菌剂均能起到一定保存和转化氮的作用，但由菌剂投加比例组合不同造成全氮含量增加的幅度不同。其中第三组污泥堆肥后全氮含量增加最多，即增加幅度最大的一组，说明第三组复合微生物菌剂对污泥堆肥中氮含量保存和转化的影响最大;第一组为堆肥后的空白对照，没有添加任何微生物菌剂，是全氮含量增加幅度最小的一组，但较堆肥前全氮含量仍然有所增加，说明污泥中自身含有有益菌在堆肥过程中可固定和转化氮。 全氮含量从低到高的组合依次是3>7>5>4>2>9>8>6>1。 3.7 全磷含量 样品的全磷含量以样品的质量百分数表示，按下式计算: -4全磷(PO)，% = c×V×D×2.29×10/m 25 式中:c—由回归方程求得显色液磷浓度，µg/mL; V—显色体积，50mL; D—分取倍数，定容体积/分取体积，100/10; m—风干称取试样质量，g; 2.29—将P换算成PO的因数; 25 -410—将µg/g换算为质量百分数的因数。 0.14 y = 0.0038x + 0.00330.122R = 0.99780.1 0.08 0.06吸光度()A4400.04 0.02 0 05101520253035-1磷标准浓度/μg?ml 图3-1磷标准溶液吸光度曲线 表3-4 污泥堆肥前后全磷含量 编号 吸光度 对应的磷浓度O) 全磷(P25 -1平均值 (µg.mL) 含量(%) 1 0.024 5.535 2.11 2 0.026 6.061 2.31 3 0.039 9.307 3.55 4 0.032 7.640 2.92 5 0.036 8.693 3.32 6 0.035 8.254 3.15 7 0.041 9.833 3.75 8 0.028 6.588 2.51 9 0.030 7.114 2.72 对照 0.022 5.009 1.91 表3-4结果表明:可看出全磷含量在堆肥后较堆肥前均有所增加，说明加入的菌剂均能起到一定转化，溶磷的作用，但由菌剂投加比例组合不同造成全磷含量增加的幅度不同。其中第七组污泥堆肥后全磷含量增加最多，即增加幅度最大的一组，说明第七组复合微生物菌剂最有利于污泥堆肥中磷溶解和转化;第一组为堆肥后的空白对照，没有添加任何微生物菌剂，是全磷含量增加幅度最小的一组，但较堆肥前全磷含量仍然有微小增加，说明污泥中自身含有有益菌在堆肥过程中可释放出磷。 全磷含量从低到高的组合依次是7>3>5>6>4>9>8>2>1。 3.8 全钾含量 样品肥料的全钾含量以样品的质量百分数表示，按下式计算: -4全钾(KO)，% = c×V×D×1.20×10/m 2 式中: c—由校准曲线查得测定液钾浓度，µg/mL; V—测定体积，本操作为50mL; D—分取倍数，定容体积/分取体积，100/5; m—称取风干试样质量，g; 1.20—将K换算成KO的因数; 2 -410—将µg/g换算为质量百分数的因数。 表3-5 污泥堆肥前后全钾含量 -1样品 钾含量(µg.mL) 全钾(KO)含量(%) 2 对照组 3.35 1.34 菌剂组 17.5 7 表3-5结果表明:加入的菌剂在污泥堆肥过程中发挥了转化、解钾的作用，能够大幅度提高堆 体的钾含量。 3.9 蛔虫卵死亡率 计算:K=100(N-N)/ N 121 式中: K—蛔虫卵死亡率(%),N—镜检总卵数，N—培养后镜检活卵数 12 表3-6 污泥堆肥前后蛔虫卵死亡率 编号 N平均值(个) N平均值(个) K平均值(%) 12 1 11 7 36.36 2 6 3 50.00 3 14 6 57.14 4 17 8 52.94 5 8 5 37.50 6 15 10 33.33 7 9 4 55.56 8 16 8 50.00 9 18 10 44.44 对照 12 8 33.33 表3-6结果表明:污泥堆肥前后蛔虫卵死亡率均较低，但绝大部分堆肥后较堆肥前蛔虫卵死亡 率还是有所提高，只是提高幅度不大，也都没达到商品生物有机肥蛔虫卵死亡率的标准。导致蛔虫 卵死亡率均较低的原因是堆肥过程中温度没有达到高温，不能大量杀死蛔虫卵。 3.10 粪大肠菌群数 表3-7 污泥堆肥前后粪大肠菌群数 4编号 平均值(×10个/mL) 1 373 2 56 3 33 4 50 5 54 6 48 7 37 8 41 9 39 对照 303 表3-7结果表明:粪大肠菌群数值堆肥后较堆肥前除第一组外均有所降低，第一组在堆肥后粪大肠菌群数值反而增大，是由于堆肥处理时没有加入任何菌剂，导致粪大肠菌与污泥中其它微生物营养竞争机制相对其它加菌剂较弱，而且水分含量较多也为粪大肠菌提供了生长条件。而粪大肠菌群数值在堆肥后也远未达到商品生物有机肥粪大肠菌群数的标准，主要原因是堆肥过程中没有形成高温来杀死大量的粪大肠菌，导致粪大肠菌含量仍然很高。 第4章 结论与讨论 4.1结论 表4-1 污泥堆肥前后综合指标 编号 有机碳全氮(N)全磷C/N T值 蛔虫卵粪大肠 含量(%) 含量(%) (PO) 死亡率菌群数 25 4含量(%) (%) (×10个 /mL) 1 25.87 2.84 2.11 9.11 0.94 36.36 373 2 21.91 3.16 2.31 6.93 0.71 50.00 56 3 17.94 3.49 3.55 5.14 0.53 57.14 33 4 19.08 3.24 2.92 5.89 0.61 52.94 50 5 23.59 3.31 3.32 7.13 0.73 37.50 54 6 23.05 2.93 3.15 7.87 0.81 33.33 48 7 20.76 3.37 3.75 6.16 0.64 55.56 37 8 20.22 3.02 2.51 6.70 0.69 50.00 41 9 24.73 3.07 2.72 8.06 0.83 44.44 39 对照 26.77 2.76 1.91 9.70 — 33.33 303 C/ N是一个重要的腐熟度指标，一般来说堆肥C/N达到20以下就认为堆肥腐熟，可以直接施用。但也有研究者认为C/N小于20只是堆肥腐熟的必要条件，建议采用:T=(终点C/N)/(初始C/N)评价腐熟度，认为T值小于0.6时堆肥达到腐熟。 堆肥过程中污泥堆体的外观发生了明显的变化，颜色变浅，臭气消失，不招引蝇虫，其中接种芽孢杆菌处理效果明显好于对照。pH值在堆肥处理前后并没有太大改变。 各加菌处理的C/N都低于对照，所有的C/N均在20以下，只有处理组合3的T值小于0.6。通过对堆肥前后有机碳、C/N及T值的分析表明，处理组合3对污泥有机质矿化、降解具有明显作用，C/ N为5.14，T值小于0.6。 不同处理对污泥堆肥质量具有不同影响 ,分别体现在有机质、全氮、全磷、全钾等指标上 ,综合来看处理3、7的堆肥质量较高且相应指标均达到生物有机肥的标准。 蛔虫卵和粪大肠菌均要在高温下才能被大量杀死，但由于堆肥中温度没有较大提高，导致蛔虫卵和粪大肠菌均未被大量杀死，两项指标远没有达到生物有机肥的标准。 综上所述，处理组合3，即10%多粘芽孢杆菌、10%高产淀粉酶枯草芽孢杆菌、10%高产纤维素酶枯草芽孢杆菌为最佳组合，能有效加速堆肥进程、减少养分损失、改善堆肥品质。 4.2 讨论 4.2.1 温度与含水率的相互影响 本实验的关键在堆肥过程中，加入的菌剂是否起到使污泥肥化的作用，而温度是重要的指标之一，但是本次试验温度并没有较大的提高，分析得出主要原因有堆肥的样量太少，只有500g，而且堆肥设施是铁盆易传热，实验是在冬天进行，室温只有10?左右，受的环境因素也较大。所以建议以后堆肥加大污泥的用量，改善堆肥设施，以此促进堆肥温度的有效升高。 本实验堆肥前后的含水率均过高，而含水率过高的主要原因可能是堆肥前接种微生物菌剂是以菌液的形式接种，而污泥本身的含水量也较高，含水率过高会导致微生物缺氧，而不能进行好氧堆肥，从而也阻碍了堆体温度的升高，所以在以后的堆肥实验时要控制好污泥的含水率，接种的菌液 要浓缩，污泥本身的含水率在堆肥前也要进行降低处理，这样才更有利于污泥高温堆肥。 4.2.2 有机质测定方法的改良 测定有机质时进行了多次的预试验，最初实验结果均不理想，而对反应的原理和过程理解不到位，不知如何改进试验方案，很多次因为没有掌握样品用量和重铬酸钾和硫酸的用量和配比，导致样品不能被充分消化，通过进一步理解和反复试验，总结出污泥含有机质量较高，所以消化样量需减少，消化剂需增加，以此保证样品被充分消化。最后得出消化0.1g样品，需加入20mL 1mol/L KCrO标准溶液和10ml浓硫酸的混合液就能将样品充分消化。滴定过程中因为指示剂容易跟杂227 质吸附在一起，不能起到指示剂的作用，所以需要在理论值上多加一倍，才能达到指示效果，然而溶液颜色较深，不易观察滴定终点，所以后来改进用白瓷缸作为滴定显色时的容器，便于对颜色变化及的滴定终点的准确观察。 4.2.3 样品消化时注意的问题 消化是测定氮磷钾含量的重要步骤,消化是否成功关系到氮磷钾含量测定的准确性。正式试验前进行了许多次预试验，其中有用过消化炉和可调电炉进行消化试验。消化炉同时可进行八个样品的消化，理论上可缩短消化时间，但其缺点明显:(1)消化管过长，在倒入样品时很难避免样品粘附在管壁而全部达到管底;(2)加入硫酸和过氧化氢时，氧化会产生气泡，附带部分样品粘附在管壁而不易冲下，并且本实验消化样品量较少，如果还有损失，会导致试验误差极大，影响试验结果;(3)每个样品有机质含量不同，消化时反应程度情况不同，而加热程度不能分别控制;(4)消化的关键是消化过程中需要不断加氢，样品不同，消化程度不同，加氢的时间和量就不同，而消化炉的盖子是同时盖住八个管的，不论是哪管加氢，都得打开盖子，这样会有大量氨气流出，造成测氮的误差，关上时，因为加热，盖子上附有大量的水蒸气会滴入其它的管内，也会造成测量误差，而且非常麻烦。用可调电炉进行消化，最大的缺点是每台电炉只能消化三个样品，样品量多时，比较耗时。但是其可避免样品粘附管壁，加氢时可通过弯颈漏斗直接加氢，避免了氨气的过度损失，也非常方便，这样测定的实验结果相对较准确。所以本实验选用可调电炉进行消化。 消化时应注意:(1)样品应是均匀的，应预先研细混匀。(2)样品放入定消化瓶内时，不要 3)消化时如不容易沾附颈上。万一沾附可用少量水冲下，以免被检样消化不完全，结果偏低。( 呈透明溶液，可将定氮瓶放冷后，慢慢加入30%过氧化氢(H2O2)2-3ml，促使氧化。30%过氧化氢的用量对消解有一定程度的影响。用量太少,消解液分解不完全,且颜色较深;而用量过多,消解液体积大,消解时间长，费时费电，但均不影响结果。(4)在整个消化过程中，不要用强火。保持和缓的沸腾，使火力集中在消化瓶底部，以免附在壁上的蛋白质在无硫酸存在的情况下，使氮有损失。 4.2.4 氮、磷测定时注意的问题 测全氮含量时注意凯氏定氮仪的正确使用，避免仪器在无冷凝水循环的状况下工作，测定前必须先进行空蒸，以免影响实验数据;安装定氮瓶时，瓶口要与接口旋紧，以免加热时有氨气外泄;碱要加足量，使铵态氮全部转化为氨气，氨是否被完全蒸馏出来，可用pH试纸试馏出液是否为碱性来确定。 测全磷含量时注意显色酸度控制在5%-8%范围内较好。酸度太大时会引起黄色络合物颜色变浅，而酸度太小时，黄色显著增加，难以辨认色阶。 致 谢 感谢我的导师陈晓明老师，本课题在选题及研究过程直至论文截稿一直得到陈老师的悉心指导。陈老师多次询问实验进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。陈老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时一年，却给我以终生受益无穷之道。对陈老师的感激之情是无法用言语表达的。 在此，我还要特别感谢张建国老师为我提供了良好的实验条件。韩珍琼老师对我部分实验技能的指导，谨向各位老师表示诚挚的敬意和谢忱。 感谢在一起愉快的度过毕业生活的实验室104各位同门，特别感谢师姐柳芳和师兄严万里，对本课题做了不少指导，给予我很多的帮助。正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有许多可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢含辛茹苦培养我长大的父母，谢谢你们～ 参考文献 [1] 彭琦,孙志坚.国内污泥处理与综合利用现状及发展[J].能源与环境,2008,5:47-50. 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