1、研究背景——現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

（1）貯存污泥產(chǎn)量巨大

➢貯存污泥主要就是指在污泥填埋場(chǎng)貯存多年且只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單毒性處理的污泥；

➢近年來(lái)，我國(guó)污水處理量不斷上升。而作為污水處理的“衍生品”，我國(guó)污泥產(chǎn)量也年年攀升；

➢但是長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)污水處理過(guò)程中主要以水質(zhì)達(dá)標(biāo)為主，“重水輕泥”是普遍存在的現(xiàn)象。污泥處理處置發(fā)展卻十分緩慢，污泥有效處置率偏低；

➢在我國(guó)，目前大約2/3的污泥被填埋，1/5的被外運(yùn)和隨意堆放，焚燒和資源化利用的比例較少。因此導(dǎo)致貯存污泥的產(chǎn)量越來(lái)越多。

（2）貯存污泥引發(fā)一系列問(wèn)題，亟需對(duì)其進(jìn)行處理處置

➢含水率高，易產(chǎn)生滲濾液，而滲濾液對(duì)土壤和地下水產(chǎn)生污染；

➢內(nèi)部厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生惡臭氣味，導(dǎo)致周圍大氣環(huán)境污染、蚊蠅滋生；

➢離村莊特別近，影響周邊居民的正常生活以及健康；

➢占地面積大，浪費(fèi)土地資源。

（3）缺乏貯存污泥相關(guān)的處理處置標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)

➢隨著“十三五”規(guī)劃出臺(tái)，將更加重視改善生態(tài)環(huán)境總體質(zhì)量，貯存污泥帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)引起社會(huì)各界的重視。

➢但由于重水輕泥的原因，污泥處置技術(shù)發(fā)展緩慢，目前還沒(méi)有貯存污泥處理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，因此亟需對(duì)貯存污泥進(jìn)行處理處置的技術(shù)。

（4）貯存污泥在貯存過(guò)程的性質(zhì)變化、高含水率等會(huì)影響后續(xù)處理處置

➢目前對(duì)于貯存污泥性質(zhì)在貯存過(guò)程中隨時(shí)間的變化未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，鑒于貯存污泥特性會(huì)影響其處置及利用方式，因此亟需對(duì)其貯存過(guò)程中的性質(zhì)進(jìn)行分析；

➢貯存污泥的含水率仍高75%~80%，影響其后續(xù)的處理處置，因?yàn)楦鞣N處置方法對(duì)污泥含水率都有明確的要求：污泥用于衛(wèi)生填埋和土地利用時(shí)含水率需低于60%，作建筑材料時(shí)含水率應(yīng)該低于45%，單獨(dú)進(jìn)行焚燒時(shí)含水率需要低于50%。同時(shí)會(huì)增加運(yùn)輸難度和成本。因此對(duì)貯存污泥進(jìn)行干化處理，降低其含水率，是目前解決貯存污泥問(wèn)題的關(guān)鍵。

2、污泥綜合利用研究現(xiàn)狀

污泥的綜合利用是指污泥處理和處置的綜合，污泥的處理和處置密不可分。

（1）處理技術(shù)

污泥處理是指污泥經(jīng)過(guò)處理實(shí)現(xiàn)減量化、無(wú)害化和穩(wěn)定化。常見(jiàn)的污泥處理技術(shù)有濃縮、脫水、消化、干化、堆肥、石灰穩(wěn)定化等。

（2）處置技術(shù)

污泥的處置指經(jīng)過(guò)處理后的污泥在環(huán)境中的利用過(guò)程中達(dá)到穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)人體及環(huán)境產(chǎn)生有害影響的消納方式。污泥的主要處置方式為填埋、焚燒、土地利用、海洋傾倒及制作建筑材料等。

（3）污泥利用現(xiàn)狀

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)中期就具備比較先進(jìn)的污泥處理水平。

我國(guó)與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，污泥的處理處置起步較晚，與其存在較大的差異。

“重水輕泥”的現(xiàn)狀，更加導(dǎo)致污泥處理處置技術(shù)的發(fā)展緩慢，造成污泥處理缺乏法律法規(guī)的有效監(jiān)管以及完善的處理設(shè)備及工藝。從而導(dǎo)致大部分污泥直接傾倒或掩埋，造成嚴(yán)重的二次污染。

3、干化方法概況

（1）物理干化

熱干化：最常用的一種干化技術(shù)，干化效率高，但污染環(huán)境，費(fèi)用高。

自然干化：利用自然力量去除水分，節(jié)能、成本低，但周期長(zhǎng)，占地面積大、污染環(huán)境。

微波干化：利用微波技術(shù)處理，高效、應(yīng)用前景廣闊。

油炸干化：利用各種廢棄油（精煉工業(yè)廢油、回收的烹飪油、燃料油等）作為熱介質(zhì)，技術(shù)還不成熟。

（2）化學(xué)干化

生石灰干化：與污泥內(nèi)部的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除水分，工藝簡(jiǎn)單、投資少，但導(dǎo)致固體總量增加。

電滲析干化：利用直流電場(chǎng)的作用，提高脫水效率，此技術(shù)還不太成熟。

（3）生物干化

不需要外加熱源，能耗低且無(wú)燃料產(chǎn)生的有害尾氣。

生物干化技術(shù)

➢起源

1984年美國(guó)康奈爾大學(xué)Jwell教授在處理牛糞時(shí)第一次提出生物干化的概念。

➢原理

利用好氧微生物降解物料中的有機(jī)物產(chǎn)生熱量，結(jié)合外界適宜的通風(fēng)將物料中的水分去除，最終降低物料的含水率。

➢目的

最大限度去除物料中的水分，使物料減量減容，同時(shí)使物料在一定程度上得以穩(wěn)定化，便于后續(xù)處理。

➢優(yōu)點(diǎn)

不需外加熱源，不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

4、研究目的與意義

（1）貯存污泥在貯存的過(guò)程中會(huì)引發(fā)一系列的問(wèn)題，因此對(duì)貯存污泥的處理處置迫在眉睫。

（2）貯存污泥在貯存過(guò)程中性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，由于性質(zhì)會(huì)決定后續(xù)的處理處置方式，因此需對(duì)貯存污泥性質(zhì)的變化規(guī)律進(jìn)行分析。

（3）貯存污泥的含水率仍然很高，影響進(jìn)一步的處理處置，因而對(duì)貯存污泥脫水干化是后續(xù)處理的關(guān)鍵。

（4）生物干化技術(shù)是一種新型的干化技術(shù)，具有不需要外加熱源、成本低、環(huán)境友好以及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是處理貯存污泥的首選方法。

5、研究的主要內(nèi)容與技術(shù)路線

（1）貯存污泥特性與變化規(guī)律分析；

（2）貯存污泥生物干化的關(guān)鍵工藝參數(shù)確定及預(yù)測(cè)模型建立；

（3）貯存污泥生物干化過(guò)程中組分變化規(guī)律及水分和能量分析；

（4）貯存污泥生物干化過(guò)程中微生物特性研究。

實(shí)驗(yàn)材料與方法

1、實(shí)驗(yàn)裝置

2、實(shí)驗(yàn)原料

3、主要檢測(cè)指標(biāo)

（1）常規(guī)理化指標(biāo)：含水率、pH、VS、重金屬、PAM、總碳和總氮等；

（2）有機(jī)物指標(biāo)檢測(cè)：溶解性有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)、水溶性有機(jī)質(zhì)的EEM、有機(jī)元素等；

（3）水分和熱量平衡

貯存污泥特性與變化規(guī)律分析

1、貯存污泥理化性質(zhì)隨時(shí)間變化規(guī)律

含水率受降水等外界條件影響明顯，變化無(wú)明顯規(guī)律性；VS前期下降明顯，后期趨于穩(wěn)定，且與傅里葉函數(shù)擬合較好；pH呈下降趨勢(shì)，但下降不明顯，始終維持在7左右。

2、貯存污泥營(yíng)養(yǎng)元素隨時(shí)間變化規(guī)律

總碳、總氮、總磷及總鉀均前期下降明顯，后期趨于穩(wěn)定。

總氮逐漸下降，與高斯函數(shù)擬合較好；銨態(tài)氮先增加后減少，與傅里葉函數(shù)擬合效果較好；硝態(tài)氮逐漸增加，與多項(xiàng)式函數(shù)擬合較好。

3、貯存污泥中微生物組成隨時(shí)間變化規(guī)律

細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，且逐漸下降；真菌相對(duì)穩(wěn)定（4%~5%）；放線菌逐漸減少；原生動(dòng)物逐漸增加；厭氧微生物逐漸增多。

4、貯存污泥中重金屬隨時(shí)間變化規(guī)律

從表中可以發(fā)現(xiàn)各種重金屬總量并沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，且只有Cu、Zn兩種元素超過(guò)國(guó)標(biāo)中的污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，但是滿足歐盟及法國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)。

各種形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化并不明顯，且大部分的重金屬始終以比較穩(wěn)定的可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)形態(tài)存在，說(shuō)明貯存時(shí)間對(duì)重金屬形態(tài)變化影響并不顯著。

貯存污泥特性與變化規(guī)律分析-小結(jié)

（1）pH在貯存過(guò)程中未產(chǎn)生明顯波動(dòng)，穩(wěn)定在7左右。含水率變化無(wú)明顯規(guī)律性，其與貯存時(shí)間無(wú)關(guān)，主要與外界降雨（雪）、蒸發(fā)等自然條件有關(guān)。

（2）貯存污泥中的有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)元素隨著貯存時(shí)間的增加而逐漸減少。VS、TN、NH4+-N和NO3--N的變化趨勢(shì)分別與傅里葉函數(shù)、高斯函數(shù)、傅里葉函數(shù)和多項(xiàng)式函數(shù)擬合較好。

（3）隨著貯存時(shí)間的增加，污泥中的厭氧微生物數(shù)量增加，但總的微生物數(shù)量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，細(xì)菌仍占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

（4）重金屬含量及形態(tài)在貯存過(guò)程中沒(méi)有明顯規(guī)律性變化，說(shuō)明貯存時(shí)間對(duì)重金屬的含量及形態(tài)變化影響較小。

貯存污泥生物干化關(guān)鍵工藝參數(shù)研究

1、調(diào)理劑種類對(duì)貯存污泥生物干化的影響

非木質(zhì)調(diào)理劑（啤酒糟、稻草、白酒糟）的生物干化效果優(yōu)于木質(zhì)調(diào)理劑（鋸末、刨花、細(xì)木條）的效果。

2、調(diào)理劑配比對(duì)貯存污泥生物干化的影響

B2（5:1）堆體高溫維持時(shí)間最長(zhǎng)，積累溫度值最高。

B2（5:1）堆體含水率減少及VS降解幅度最大。

pH及CO2含量均先增加后減少；O2含量與CO2變化趨勢(shì)相反：先減少后增加。

3、通風(fēng)方式對(duì)貯存污泥生物干化的影響

當(dāng)通風(fēng)方式為間歇通風(fēng)(A1、A2)時(shí)，更有利于堆體溫度的積累、水分的去除以及VS的降解，且A2的效果更好。

4、通風(fēng)量對(duì)貯存污泥生物干化的影響

D2堆體高溫維持時(shí)間最長(zhǎng)，積累溫度值最高；含水率減少最明顯，并且Stage 2是水分去除的主要階段。

VS逐漸降低；pH及CO2含量均先增加后減少；O2含量與CO2變化趨勢(shì)相反：先減少后增加。

5、基于支持向量回歸機(jī)的預(yù)測(cè)模型建立

預(yù)測(cè)模型：

從驗(yàn)證結(jié)果可知，含水率的預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值的變化趨勢(shì)是一致的，并且預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的誤差范圍較小，最大誤差為1.98%，最小誤差僅為0.57%，因此該模型的預(yù)測(cè)效果較好。

貯存污泥生物干化關(guān)鍵工藝參數(shù)研究-小結(jié)

（1）采用6種調(diào)理劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)調(diào)理劑的種類對(duì)生物干化有顯著影響，木質(zhì)調(diào)理劑（鋸末、刨花和細(xì)木條）的效果比非木質(zhì)調(diào)理劑（稻草、啤酒糟和白酒糟）的效果要差。對(duì)調(diào)理劑配比的研究表明，配比為5:1（w/w，濕重）時(shí)較合適。

（2）采用不同通風(fēng)方式及通風(fēng)量研究通風(fēng)狀況對(duì)生物干化的影響，研究表明：通風(fēng)方式為10min開(kāi)/20min關(guān)的間歇通風(fēng)方式，通風(fēng)量為1.4L min-1 kg-1干物質(zhì)是較為合適的選擇。

（3）基于支持向量回歸機(jī)的預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)效果較好（最大誤差為1.98%），可以用于生物干化過(guò)程中含水率的變化預(yù)測(cè)。

貯存污泥生物干化過(guò)程中組分變化規(guī)律及效能研究

1、不同組分轉(zhuǎn)化規(guī)律——溶解性有機(jī)質(zhì)變化

 
 

➢ DOC逐漸下降，且前前快速下降，后期減緩；

➢ DON初期短暫的快速上升，第3天之后快速下降；

➢ DOC/DON比值逐漸下降，最后趨于穩(wěn)定，表明物料穩(wěn)定性增加。

2、不同組分轉(zhuǎn)化規(guī)律——溶解性有機(jī)質(zhì)EEM變化

➢蛋白類物質(zhì)、微生物副產(chǎn)物、富里酸類物質(zhì)熒光強(qiáng)度逐漸減弱；腐殖酸類物質(zhì)逐漸增強(qiáng)；

➢干化結(jié)束時(shí)DOM的主要成分發(fā)生顯著變化，腐殖酸類物質(zhì)成為主要成分，說(shuō)明物料向穩(wěn)定大分子轉(zhuǎn)變；

➢M2堆體腐殖酸熒光強(qiáng)度最強(qiáng)，表明以啤酒糟為調(diào)理劑的堆體穩(wěn)定化程度最高。

3、不同組分轉(zhuǎn)化規(guī)律——有機(jī)質(zhì)不同溶解性組分轉(zhuǎn)化

➢水溶性組分降解程度最高，且其降解主要發(fā)生在生物干化的升溫期以高溫前期；

➢半纖維素的降解程度僅次于水溶性組分，降解主要發(fā)生在高溫期及降溫期；

➢纖維素的降解程度低于半纖維素，纖維素主要在高溫期及后期發(fā)生降解；

➢木質(zhì)素是生物干化過(guò)程中最難降解的有機(jī)物，整個(gè)干化過(guò)程含量有少量增加。

4、不同組分轉(zhuǎn)化規(guī)律——主要元素變化

➢在生物干化過(guò)程中各種元素含量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，且初期階段下降速率較快，后期趨于穩(wěn)定，表明有大量的有機(jī)物在初期發(fā)生降解；

➢C/N比隨著生物干化的進(jìn)行降低，意味著經(jīng)過(guò)生物干化物料的穩(wěn)定性和礦化程度得以提高。

5、不同組分轉(zhuǎn)化規(guī)律——腐殖質(zhì)及其組成變化

➢腐殖質(zhì)含量緩慢上升；

➢胡敏酸（腐殖酸，HA）和富里酸（FA）是腐殖質(zhì)的主要成分，HA含量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，反之FA含量逐漸下降，與EEM吻合；

➢HA/FA隨著生物干化的進(jìn)行逐漸升高，說(shuō)明生物干化有利于大分子物質(zhì)的形成。

6、水分變化分析——水分去除量

➢生物干化過(guò)程中Stage 2是水分去除的主要階段，占總?cè)コ�量的比例接�?0%；

➢生物干化過(guò)程中水分的去除量大小順序?yàn)椋篠tage 2 > Stage 1> Stage 3；

➢M2堆體的干化效果好于M1和M3，因此進(jìn)一步說(shuō)明啤酒糟更加適合作為的調(diào)理劑。

7、水分變化分析——蒸發(fā)及產(chǎn)生水分變化

➢水分的蒸發(fā)速率及代謝產(chǎn)水速率先增加后降低，且與溫度變化密切相關(guān)；

➢堆體代謝產(chǎn)水量與蒸發(fā)量的比值約為1:6.42，說(shuō)明生物干化過(guò)程中堆體蒸發(fā)水量遠(yuǎn)大于產(chǎn)水量，因此水分得以減少，生物干化才可以實(shí)現(xiàn)。

8、水分變化分析——水分平衡分析

➢水分的散失途徑有蒸發(fā)和翻堆兩種途徑，且蒸發(fā)是水分去除的主要途徑，占總?cè)コ�量�?0%以上；

➢微生物新陳代謝產(chǎn)生的水分含量遠(yuǎn)小于脫水量。

9、熱量分析——熱量平衡

生物干化系統(tǒng)熱量平衡分析

➢蒸發(fā)散熱是熱量損失的主要途徑，占60%左右，其次為反應(yīng)器散熱（20%左右）和物料升溫消熱（15%左右）。

➢產(chǎn)生的生物熱稍大于消耗的熱量，說(shuō)明系統(tǒng)產(chǎn)生的生物熱足以維持系統(tǒng)的熱量利用。

10、熱量分析——污泥與調(diào)理劑生物熱貢獻(xiàn)分析

貯存污泥和調(diào)理劑各自產(chǎn)熱量分析

➢貯存污泥的生物產(chǎn)熱量?jī)H占總產(chǎn)熱量的13.33~17.65%，調(diào)理劑對(duì)生物熱的貢獻(xiàn)值大于80%，遠(yuǎn)高于貯存污泥，所以生物干化過(guò)程添加調(diào)理劑非常有必要。

貯存污泥生物干化過(guò)程中組分變化規(guī)律及效能研究-小結(jié)

（1）生物干化過(guò)程中的DOM含量、EEM圖譜以及腐殖質(zhì)變化表明，生物干化可以促進(jìn)物料向穩(wěn)定的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化；結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)組分在生物干化過(guò)程中降解情況不同。

（2）蒸發(fā)是生物干化過(guò)程中水分去除的主要途徑，占總?cè)コ�量�?0%以上，其中Stage 2是水分去除的主要階段，60%左右的水分在此階段被去除。微生物新陳代謝產(chǎn)生的水分遠(yuǎn)小于脫水量，因此生物干化過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)物料的干化。

（3）蒸發(fā)散熱是熱量損失的主要途徑，占總消耗熱量的60%左右。微生物代謝產(chǎn)生的生物熱稍高于消耗的熱量，可以維持系統(tǒng)熱量的利用。調(diào)理劑對(duì)生物干化系統(tǒng)生物熱的貢獻(xiàn)值大于80%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于貯存污泥的貢獻(xiàn)。

貯存污泥生物干化過(guò)程中微生物特性研究

1、常規(guī)微生物數(shù)量變化

➢細(xì)菌和放線菌數(shù)量變化類似，總體先增加后減少，但是由于放線菌耐高溫，在高溫期仍能維持相對(duì)較高的水平；

➢真菌數(shù)量在生物干化初期出現(xiàn)短暫的上升，由于真菌不耐高溫，此后快速下降，在后期出現(xiàn)短暫的上升。

2、酶活性變化

➢生物干化過(guò)程中對(duì)易降解有機(jī)物的降解起作用的酶類（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶）活性在干化初期快速增高，進(jìn)入高溫期后活性降低�？傮w先增高后降低。

3、酶活性變化——木質(zhì)纖維素酶活性

• 木聚糖酶進(jìn)入高溫期之后活性出現(xiàn)輕微的上升；

• 羧甲基纖維素酶活性在初期緩慢增加，在高溫期活性達(dá)到較高的水平，之后逐漸降低；

• 木質(zhì)過(guò)氧化物酶在整個(gè)生物干化過(guò)程中始終維持在較低的水平，說(shuō)明對(duì)木質(zhì)素的降解程度很低。

• 總之，木質(zhì)纖維素酶在整個(gè)生物干化過(guò)程中始終維持在較低的水平。

4、細(xì)菌群落特性分析——群落豐度和多樣性



➢稀釋曲線、OTUs數(shù)目、Chao 1和ACE指數(shù)表明生物干化過(guò)程在一定程度上會(huì)到導(dǎo)致細(xì)菌群落的物種豐度降低；

➢ Shannon和Simpson指數(shù)表明細(xì)菌群落多樣性也逐漸降低。

細(xì)菌的alpha多樣性指數(shù)



5、細(xì)菌群落特性分析——群落結(jié)構(gòu)



➢門水平，優(yōu)勢(shì)菌為Firmicutes（厚壁菌門）、Proteobacteria（變形菌門）、Bacteroidetes（擬桿菌門）、Actinobacteria（放線菌門）和Chloroflexi （綠彎菌門）。厚壁菌門和放線菌門為嗜熱菌。

➢由PCoA分析可知，群落相似性在生物干化過(guò)程中始終在發(fā)生變化。



➢屬水平，整個(gè)生物干化過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)屬為Ureibacillus和Bacillus（芽孢桿菌屬），且兩者均為嗜熱菌。

6、細(xì)菌群落特性分析——群落間相互作用



➢可以發(fā)現(xiàn)為Firmicutes（厚壁菌門）、Proteobacteria（變形菌門）、Bacteroidetes（擬桿菌門）、Actinobacteria（放線菌門）和Chloroflexi （綠彎菌門）為優(yōu)勢(shì)菌。

➢厚壁菌門和放線菌門呈現(xiàn)正相關(guān)，變形菌門和擬桿菌門呈現(xiàn)正相關(guān)。

7、細(xì)菌群落特性分析——群落演替模型



➢可以直觀地觀察到升溫期細(xì)菌群落具有較高的豐度和多樣性，進(jìn)入高溫期之后均降低，降溫期之后雖然有一定的復(fù)蘇，但是仍然低于升溫期。

8、細(xì)菌群落特性分析——功能性預(yù)測(cè)



➢由1級(jí)預(yù)測(cè)可知，代謝（metabolism）是最重要的代謝途徑（47.76~50.70%），其次為基因信息處理過(guò)程、環(huán)境信息處理過(guò)程和細(xì)胞過(guò)程。

➢由2級(jí)預(yù)測(cè)可知，氨基酸代謝、糖類代謝、能量代謝和膜運(yùn)輸是生物干化過(guò)程中的主要代謝途徑。



➢由3級(jí)預(yù)測(cè)可知，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（包括ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）、一般功能預(yù)測(cè)、DNA修復(fù)和重組蛋白、雙組分體系和嘌呤代謝是主要的生化代謝途徑。

9、真菌群落特性分析——多樣性和相似性



➢生物干化過(guò)程同樣導(dǎo)致真菌群落的豐度和多樣性降低。



➢由相似性分析可知，生物干化初期啤酒糟中的真菌占優(yōu)勢(shì)；

➢高溫期過(guò)后啤酒糟中的真菌逐漸失去優(yōu)勢(shì)，貯存污泥中的真菌逐漸成為優(yōu)勢(shì)菌。

10、真菌群落特性分析——群落結(jié)構(gòu)



➢門水平，Ascomycota（子囊菌門）是整個(gè)過(guò)程的優(yōu)勢(shì)菌；



➢屬水平，Pichia（畢赤酵母屬）是最主要的優(yōu)勢(shì)菌。

11、真菌群落特性分析—群落間相互關(guān)系



網(wǎng)絡(luò)分析圖（目水平）

➢ Sacomycetales（酵母目）是生物干化過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)菌（40.73%），其次為Tremellales （銀耳目，7.30%）和Microascales（囊菌目，6.68%）。

➢酵母目和囊菌目呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性（綠線），說(shuō)明具有抑制關(guān)系；酵母目和銀耳目為正相關(guān)（紅線），說(shuō)明它們?yōu)楣采�關(guān)系。

12、真菌群落特性分析—群落演替模型



演替圖

➢真菌群落豐度和多樣性經(jīng)過(guò)短暫的適應(yīng)期之后達(dá)到最大值（B），高溫期導(dǎo)致大部分嗜溫菌失活，因此豐度和多樣性降低，此時(shí)嗜熱菌成為優(yōu)勢(shì)菌（C），達(dá)到降溫期后部分微生物活性恢復(fù)，因此群落多樣性有所回升（D），達(dá)到新的平衡，但是仍然低于初期的多樣性和豐度（A）。

12、真菌群落特性分析—功能性分析



➢生物干化過(guò)程中的真菌根據(jù)營(yíng)養(yǎng)方式和生態(tài)模式主要分為病原型和腐生型兩大類，以及4個(gè)小類：未定義腐生菌、動(dòng)物病原菌、糞便腐生菌和真菌寄生菌；

➢大部分的動(dòng)物病原菌在生物干化結(jié)束時(shí)未被檢出（如Candia、Mucor和Geotrichum），但是Scopulariopsis（帚霉屬）在生物干化結(jié)束時(shí)仍可以檢測(cè)出，說(shuō)明生物干化可以使大部分的病原菌失活。雖然不及堆肥滅活徹底，但是生物干化仍是一種有效的滅活病原菌的生物處理方式。

➢大部分的病原真菌只在高溫期之前檢出，說(shuō)明高溫是病原菌滅活的最主要的因素。

13、水分變化與微生物關(guān)系



微生物與水分蒸發(fā)相關(guān)性分析



生物干化過(guò)程中水分蒸發(fā)起作用的微生物主要為Bacillus、Ureibacillus和Pichia。

貯存污泥生物干化過(guò)程中微生物特性研究-小結(jié)

（1）細(xì)菌和放線菌數(shù)量變化類似，總體先增加后減少。真菌數(shù)量在生物干化初期出現(xiàn)短暫的上升，由于真菌不耐高溫，此后快速下降。

（2）淀粉酶、蛋白酶及脂肪酶活性均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。木質(zhì)纖維素酶（木聚糖酶、羧甲基纖維素酶、木質(zhì)過(guò)氧化物酶）在整個(gè)生物干化過(guò)程中始終維持在較低的水平，且它們的活性主要在干化的高溫期及以后相對(duì)較高。

（3）細(xì)菌群落中厚壁菌門、變形菌門、擬桿菌門、放線菌門為整個(gè)生物干化過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)菌（門水平），高溫期的優(yōu)勢(shì)菌屬為Ureibacillus和Bacillus。主要的生化代謝途徑為：代謝、基因信息處理過(guò)程、環(huán)境信息處理過(guò)程和細(xì)胞過(guò)程。

（4）真菌群落的多樣性經(jīng)過(guò)高溫期以后會(huì)降低。子囊菌門是高溫期的優(yōu)勢(shì)菌門。屬水平，優(yōu)勢(shì)真菌為畢赤酵母屬。真菌主要分為病原型和腐生型兩大類，以及4個(gè)小類：未定義腐生菌、動(dòng)物病原菌、糞便腐生菌和真菌寄生菌。

（5）對(duì)水分變化與微生物群落的相關(guān)性分析表明Bacillus、Ureibacillus和Pichia對(duì)水分蒸發(fā)起至關(guān)重要的作用。

結(jié)論

（1）貯存污泥在長(zhǎng)期的貯存過(guò)程中含水率始終維持在較高的水平（75~80%），有機(jī)質(zhì)含量逐漸降低，厭氧微生物增加，Cu、Zn、Cr、Ni、Cd、As、Hg等重金屬含量及形態(tài)并未發(fā)生明顯規(guī)律性的變化。

（2）對(duì)貯存污泥生物干化關(guān)鍵工藝參數(shù)的研究表明：貯存污泥與啤酒糟的配比為5:1（w/w，濕重），通風(fēng)方式為10min開(kāi)/20 min關(guān)的間歇通風(fēng)方式，曝氣量為1.4 L min-1 kg-1干物質(zhì)是較為合適的選擇。預(yù)測(cè)含水率變化的支持向量回歸機(jī)模型預(yù)測(cè)效果較好。

（3）對(duì)生物干化過(guò)程中的DOM、EEM圖譜、腐殖質(zhì)和有機(jī)元素分析表明，生物干化可以促進(jìn)物料向穩(wěn)定的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化。對(duì)有機(jī)質(zhì)不同組分的降解情況分析表明，結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)組分在生物干化過(guò)程中的降解情況不同。

（4）由水分平衡分析可知，蒸發(fā)是生物干化過(guò)程中水分去除的主要途徑，占總?cè)コ�量�?0%以上。微生物新陳代謝產(chǎn)生的水分遠(yuǎn)小于脫水量，因此生物干化可以實(shí)現(xiàn)物料的干化。生物干化過(guò)程中蒸發(fā)是熱量損失的主要途徑，占總消耗熱量的60%左右。調(diào)理劑對(duì)生物干化系統(tǒng)生物熱的貢獻(xiàn)值大于80%，其貢獻(xiàn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于貯存污泥，因此貯存污泥生物干化時(shí)添加調(diào)理劑是非常必要的。

（5）生物干化過(guò)程中的細(xì)菌與放線菌數(shù)量均先升高后降低，真菌數(shù)量在初期出現(xiàn)短暫的上升，由于真菌不耐高溫，此后快速下降。淀粉酶、蛋白酶及脂肪酶活性均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。木質(zhì)纖維素酶（木聚糖酶、羧甲基纖維素酶、木質(zhì)過(guò)氧化物酶）在整個(gè)過(guò)程中始終維持在較低的水平，且它們的活性主要在高溫期及以后相對(duì)較高。

（6）對(duì)細(xì)菌群落分析表明，生物干化過(guò)程會(huì)導(dǎo)致群落多樣性降低，群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，F(xiàn)irmicutes、Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria 和Chloroflexi為整個(gè)生物干化過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)菌（門水平），高溫期的優(yōu)勢(shì)菌屬為Ureibacillus和Bacillus。利用PICURSt對(duì)群落的功能性分析可知，主要的生化代謝途徑為：代謝、基因信息處理過(guò)程、環(huán)境信息處理過(guò)程和細(xì)胞過(guò)程；

（7）對(duì)真菌群落的分析同樣表明，生物干化過(guò)程中真菌群落的多樣性經(jīng)過(guò)高溫期以后會(huì)降低。Ascomycota是高溫期的優(yōu)勢(shì)菌門，而Basidiomycota是升溫期的主要真菌。在屬水平，高溫期的優(yōu)勢(shì)真菌為Pichia。利用FUNGuild數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)真菌的功能性分析表明，真菌主要分為病原型和腐生型兩大類，以及4個(gè)小類：未分類腐生菌、動(dòng)物病原菌、糞便腐生菌和真菌寄生菌；對(duì)水分變化與微生物群落相關(guān)性分析可知Bacillus、Ureibacillus和Pichia對(duì)生物干化過(guò)程的水分蒸發(fā)起至關(guān)重要的作用。

原標(biāo)題:赫俊國(guó) | 寒區(qū)貯存污泥特性及其生物干化技術(shù)研究