市政污泥是污水處理過(guò)程的產(chǎn)物，具有“污染”和“資源”雙重屬性，而好氧堆肥則是實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用的有效途徑之一。然而，由于污泥中氮含量較高，在堆肥過(guò)程中尤其是高溫期會(huì)產(chǎn)生大量NH₃逸出堆體，造成嚴(yán)重的臭氣污染和堆肥產(chǎn)品的氮素?fù)p失，這已成為污泥堆肥過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，當(dāng)前通常采用生物炭、沸石等進(jìn)行吸附以及采用氮轉(zhuǎn)化微生物進(jìn)行生物強(qiáng)化。此外，近年來(lái)采用高分子半透膜覆蓋堆體的氣流膜堆肥技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于污泥和糞便堆肥，能夠有效減少堆肥過(guò)程中的臭氣和溫室氣體的排放。因此，微生物菌劑結(jié)合氣流膜堆肥將成為減少堆肥過(guò)程氮素?fù)p失的一種環(huán)境友好、高效、低成本的新策略，而其中氮轉(zhuǎn)化微生物菌劑在堆肥過(guò)程中所發(fā)揮的作用需要進(jìn)一步解析。    

基于此，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所污染生物治理團(tuán)隊(duì)篩選獲得了3株具有高氨氮轉(zhuǎn)化率的高溫異養(yǎng)硝化菌，將其制備成菌劑接種到污泥氣流膜堆肥中，并通過(guò)堆肥過(guò)程中的氮素變化情況、微生物群落組成以及碳氮代謝通路來(lái)解析外源添加的微生物對(duì)堆肥過(guò)程的影響。研究表明，接種菌劑將高溫期從4天延長(zhǎng)至7天且提高了堆體的溫度，有機(jī)質(zhì)的降解率提高了14.06%，這促進(jìn)了堆肥的腐殖化進(jìn)程。同時(shí)，菌劑組的NH₃累積排放量減少了34.64%，而堆體中NO₃^--N的含量是對(duì)照組的2.76倍，表明接種的菌劑能夠有效減少堆肥產(chǎn)品中的氮素?fù)p失。此外，菌劑的添加還顯著影響了堆肥過(guò)程的微生物組成，菌劑組中多數(shù)有機(jī)質(zhì)降解菌豐度增加而典型的病原真菌的豐度降低，這與維持高溫期的溫度有關(guān)。研究通過(guò)氮轉(zhuǎn)化微生物和功能基因分析發(fā)現(xiàn)，菌劑組中富集了大量的異養(yǎng)硝化菌，增強(qiáng)了內(nèi)源性微生物的硝化作用而抑制了反硝化作用，表明接種菌劑優(yōu)化了堆肥過(guò)程的群落結(jié)構(gòu)，使其成為一個(gè)有機(jī)質(zhì)快速降解和氮素保留的高效系統(tǒng)。這表明在污泥氣流膜堆肥過(guò)程中聯(lián)合使用高溫異養(yǎng)硝化菌是提高堆肥效率、增加產(chǎn)品肥效、減少臭氣污染的有效策略。     

相關(guān)研究成果發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、成都市科技局項(xiàng)目、四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目、四川省科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化示范項(xiàng)目、河南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目和中原工學(xué)院青年人才基金項(xiàng)目的支持。     

論文鏈接

堆肥過(guò)程的氮素變化

堆肥過(guò)程的微生物群落組成

碳氮代謝情況

微生物、功能基因與堆肥參數(shù)的相關(guān)性分析

高溫異養(yǎng)硝化菌劑對(duì)堆肥過(guò)程氮素轉(zhuǎn)化的影響