微生物燃料电池在固体废物堆肥中的应用进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种近几年快速发展的废物处理与能源化技术,可以与污水处理、污染物降解、脱盐等环境技术结合。微生物燃料电池与堆肥技术结合可以在处理日益增长的固体废弃物的同时回收能量,具有很好的发展前景。文中分析了堆肥微生物燃料电池系统的微生物特征,探讨了堆肥过程中影响微生物燃料电池产电性能的因素,包括电极,隔膜,供氧和构型。最后归纳说明了堆肥微生物电池作为一种新的废弃物处理技术的特点:较高的微生物量并可产生较高的电流密度;对不同环境的适应性强;可以自身调节温度,能源利用效率高;质子从阳极向阴极的移动会受到不同堆肥原料的影响。     

土霉素对堆肥过程中酶活性和微生物群落代谢的影响

摘 要;以猪粪和秸秆为试验材料,研究了土霉素对堆肥温度、种子发芽指数、C/N、纤维素酶、脲酶、过氧化氢酶以及微生物群落代谢的影响。结果表明, 0 mg/kg (对照处理)的堆肥在第 2 天上升到 50 ℃以上, 维持了 5 d,达到了无害化处理的要求。35 mg/kg 土霉素处理(A1 处理）第 4 天升到 51.0 ℃,其高温期维持了 1 d。70 mg/kg 土霉素处理(A2 处理)第 3 天升到 50 ℃以上,高温期维持了 2 d。105 mg/kg 土霉素处理(A3 处理)和 140 mg/kg 土霉素处理(A4 处理)的温度在整个堆肥期间均未达到 50 ℃。在堆肥结束时各个处理的种子发芽指数均达到 80 % 以上。CK（Control check, 对照处理）、A1、A2、A3 和 A4 处理的 C/N 由 34.50 分别降为 16.64、16.07、19.48、18.45 和 19.83。堆肥的第 1 天,A1、A2、A3 和 A4 处理对纤维素酶活性的抑制率分别为 60.30%、21.30%、48.81% 和 76.05%,第 3 天,土霉素对纤维素酶活性起促进作用,在 4—30 d,A3、A4 处理对纤维素酶活性有抑制作用。在堆肥的前期（1—3 d）,土霉素刺激脲酶活性,随着堆肥时间的延长,土霉素对脲酶活性由刺激变为抑制作用,在第 18—30 天 A3、A4 处理与 CK 相比有着显著的抑制作用。在堆肥第 1 天到第 18 天,土霉素基本上促进过氧化氢酶的活性,堆肥 18 d 之后土霉素对过氧化氢酶起着是抑制作用。用 Biolog (ECO Microplate)方法研究了土霉素对堆肥过程中微生物群落代谢的影响,结果表明,在升温期 CK 处理的 AWCD (Average Well Color Development, 平均颜色变化率)在培养 60 h 之后大于其他处理,高温期 A2 处理的 AWCD 值最高,在降温期 CK 的 AWCD 值一直是最高的。对 Shannon 指数进行分析显示,堆肥的初始阶段土霉素降低微生物群落的功能多样性,随着时间的延长,土霉素增加微生物群落的功能多样性。对微生物利用六大类碳源分析表明, 140 mg/kg 的土霉素浓度能够改变微生物利用碳源的种类。     

鸡粪堆肥的微生物变化规律研究

目的：研究鸡粪堆肥中细菌、放线菌和真菌数量的变化规律,为有机堆肥提供技术参数。方法：采取稀释倒平板法和涂布法对堆肥样品进行计数。结果：在发酵过程中,菌数量变化在肥料表面上基本是呈先下降后上升最后达到稳定状态。其中细菌在30cm和60cm深处趋于平稳,真菌在30cm和60cm深处先上升再下降再上升,在第12d后有个急速下降的过程。放线菌在30cm和60cm深处数量比较少。而在后熟发酵过程中,3种菌数的变化规律比较平稳。结论：细菌和真菌的生长和繁殖都会抑制放线茵的生长,其中细菌作用大,真菌次之。     

鸡粪堆肥的微生物变化规律研究

目的:研究鸡粪堆肥中细菌、放线菌和真菌数量的变化规律,为有机堆肥提供技术参数。方法:采取稀释倒平板法和涂布法对堆肥样品进行计数。结果:在发酵过程中,菌数量变化在肥料表面上基本是呈先下降后上升最后达到稳定状态。其中细菌在30cm和60cm深处趋于平稳,真菌在30cm和60cm深处先上升再下降再上升,在第12d后有个急速下降的过程。放线菌在30cm和60cm深处数量比较少。而在后熟发酵过程中,3种菌数的变化规律比较平稳结论:细菌和真菌的生长和繁殖都会抑制放线菌的生长,其中细菌作用大,真菌次之。     

高通量测序技术分析猪粪堆肥过程中微生物群落结构变化

为了解猪粪堆肥过程中微生物群落结构组成及多样性的变化,采集猪粪堆肥过程的三个代表性样品—新鲜猪粪、高温堆肥、腐熟堆肥,利用Illumina Miseq高通量测序技术对16S rRNA V4～V5可变区序列进行测序,分别获得37 009、42 470、36 713条有效序列及328、280、160个操作分类单元(OTU)。Alpha多样性分析表明,在堆肥过程中微生物群落丰富度呈现降低趋势,而多样性呈现先上升后下降趋势。随着堆肥的进行,在门水平上,厚壁菌门、拟杆菌门和软壁菌门相对丰度降低,而变形菌门和放线菌门相对丰度升高;在属水平上,Turicibacter、Terrisporobacter、Parabacteroides、Clostridium sensu stricto、Corynebacterium等来自动物肠道的微生物相对丰度明显下降,Thermopolyspora、Thermomonospora、Thermobifida、Halocella等耐热耐盐微生物成为最主要优势菌。堆肥过程不同菌群优势度的变化是微生物与堆肥中各理化因子相互作用的结果。     

非培养生物方法在堆肥微生物生态中的应用展望

微生物是堆肥化处理研究中被重点关注的因素,但大部分堆肥微生物都处于存活不可培养状态,使得了解堆肥过程中微生物实际群落结构比较困难。非培养生物方法的快速发展,为解决这一难题提供了技术依据。分别就生物化学,分子生物学,生理学中不依赖于传统培养技术的代表方法PLFA谱图分析法、FISH技术、Biolog微量板分析法进行了介绍,综述了3类方法的组合应用以及在堆肥微生物生态中的应用展望。     

堆肥过程中的微生物种群结构

堆肥化是有机固体废物无害化、减量化、资源化的根本途径。有机固体废弃物的堆肥化研究一直是环境科学领域研究的热点之一。产品中含有有机质、P、K等多种植物所需的养分,可以提高农林等产品的产量,改善土壤结构,提高土壤肥力。微生物是堆肥过程的工作主体,早期对堆肥中微生物的研究主要采用分     

外接堆肥微生物在餐厨废弃物好氧堆肥中的应用

微生物是堆肥过程的主要驱动力,其群落在堆肥过程中不断演替,进而影响好氧发酵进程和堆肥的品质。大量研究表明：接种外源微生物可促进堆肥进程,加快有机物分解和堆肥腐熟,消解抗生素等有害物质等作用。餐厨废弃物油脂、盐、水含量高和易酸化等问题会影响好氧发酵过程中微生物的活动。通过特定样品的富集驯化、选择性培养,并结合先进的分子生物学技术,筛选具有不同降解功能的菌株,并以此为基础构建的微生物菌剂能够一定程度上克服餐厨废弃物用于好氧堆肥的限制性问题。主要阐述了餐厨废弃物好氧发酵过程中微生物菌群的演替规律,构建微生物菌剂的菌种类型及功能和不同菌剂对好氧发酵的作用及潜在影响机制,以期能够为相关微生物强化技术的研发提供一些参考。     

红树林生态系统微生物驱动的氮素循环过程研究进展

微生物驱动的氮循环过程在红树林生态系统物质循环、净化外来污染物、维持生态系统平衡等方面起重要作用。相较于其他自然生态系统,因红树林处于沿海陆地交界地带,其氮循环过程及其相关微生物的种类丰富,受交错复杂的环境因素影响与调控。本文梳理了红树林土壤性质及特性,综述了红树林生态系统中由微生物驱动的固氮、氮素矿化、硝化、厌氧氨氧化、反硝化、异化硝酸盐还原为铵等主要的氮循环过程,并讨论了氮循环与其他循环的耦合过程。最后讨论pH、盐度、季节、螃蟹活动、红树林树种等环境因素对氮循环过程及其相关微生物丰度、多样性的影响。本综述以期为红树林湿地生态系统的保护和修复提供理论参考。     

堆肥调控作物根际微生物组抑制植物病害的研究进展

我国有机废弃物总量大、养分储量高,是提高农田生态系统服务功能的重要资源。好氧发酵能够较容易地实现有机废弃物处理与资源化转化,发酵产物堆肥常对多种植物病害具有抑制作用。回顾了近年来堆肥抑病方面的研究进展,重点关注堆肥对根际微生物组结构和功能的调控作用及潜在调控途径,探讨了堆肥微生物组与土壤和根际微生物组的差异,堆肥对土壤物理生物化学特性的影响及生物非生物环境因子对根际微生物组的影响,旨为“堆肥-土壤-植物根际微生物组”互作系统提供初步认识。     

沼渣与污泥混合高温堆肥效果及氮素控制

以锯木屑为调理剂,以Mg(OH)2与H3PO4的混合液为高温堆肥过程中的氮素抑制剂,研究沼渣与啤酒厂污泥混合堆肥效果。结果表明:混合物经好氧发酵处理后,均达到腐熟。添加氮素固定剂处理和对照处理的最高温度都可达65℃以上,在堆肥过程中添加氮素固定剂处理可提高堆体中有机物质的转化速率,对氮素的固定率达18%以上,添加固氮剂处理的堆肥结束后P元素增加了51%,堆肥品质得到了大幅度提高。堆肥过程中的物料的种子发芽指数不断提高,达到0.9;添加固氮剂的处理堆肥的种子发芽指数为1.0,明显高于对照。可见采用高温堆肥和氮素固定技术可有效地实现沼渣及啤酒厂污泥的混合资源化,该研究为后期沼渣和啤酒厂污泥堆肥的规模化应用提供了技术参数。     

保氮剂对水葫芦堆肥进程及氮素损失的影响

为研究保氮剂对水葫芦堆肥进程及氮素损失的影响,以切碎的水葫芦为原料,以硫酸亚铁、腐植酸钠、过磷酸钙按75∶20∶5质量比配制成保氮剂,进行35 d的好氧堆肥试验.试验设置占堆体总质量0%(对照,CK)、1%(PN1)、2%(PN2)、3%(PN3)的保氮剂4个处理,对堆肥过程中堆体理化性质、氮组分含量、氨挥发及氮素损失率进行监测.结果表明: 堆肥高温期,保氮剂处理的堆温明显高于CK,堆体含水量则在降温期显著低于CK(P<0.05).堆肥完成后,保氮剂处理的全氮、有机氮含量均显著增加,以PN3处理最高,其全氮、有机氮含量分别比CK高16.3%和13.2%;同时,PN1、PN2、PN3处理的氨挥发总量分别比CK低25.9%、31.5%、42.4%,氮素固定率则分别达31.3%、40.7%、72.2%.表明水葫芦堆肥过程中添加保氮剂可加快启动速度、缩短堆肥时间,并能减少氨挥发、氮素损失.总体上,以PN3处理效果最佳.     

葡萄籽对猪粪秸秆高温堆肥中微生物群落与碳氮含量的影响

以猪粪与秸秆(鲜质量10.5∶1)为基础,在自制的强制通风静态堆肥反应箱中进行堆肥化试验,研究添加8%葡萄籽对猪粪秸秆高温堆肥中微生物群落演替和碳氮转化的影响.在堆肥化的30 d里,分7次采集不同时期的堆肥样品,测定堆肥中微生物区系、微生物生理群的数量及堆肥碳氮含量.结果表明：添加葡萄籽使堆肥中细菌数量略高、放线菌数量显著增加、真菌数量明显降低,细菌/放线菌下降;氨化细菌和反硝化细菌数量降低;而硝化细菌、固氮菌和纤维素分解菌数量增多;铵态氮和有机碳含量下降,而硝态氮含量明显提高.堆肥中硝态氮含量与放线菌数量呈极显著正相关关系.添加葡萄籽使堆体升温快且高温期稳定,堆肥含水率波动较小,从而使堆肥高温期放线菌和亚硝化细菌的波动较小,数量较高,有利于堆肥中硝态氮含量的增加.     

物料预处理对堆肥减量化、腐殖化和稳定化的影响及其微生物机制

堆肥是有机固体废弃物处理与资源化的主要途径之一,包括矿化和腐殖化两个过程,且都和微生物活动有关。矿化过程会产生二氧化碳(CO2)等温室气体,是一个典型的温室气体释放过程。腐殖化过程则会产生稳定的腐殖质,则是优良的土壤改良剂。在堆肥稳定化的前提下,如何有效减少堆肥过程中的CO2释放,强化堆肥的腐殖化过程,增加作为优良土壤改良剂的腐殖质产量,对于发展低碳化堆肥技术,实现堆肥的资源化利用具有重要意义。本文选取水稻秸秆和餐厨垃圾作为堆肥原料,研究不同预处理对堆肥过程中矿化和腐殖化过程的影响,并探讨了不同预处理影响矿化和腐殖化过程的微生物机理。结果表明堆料加热预处理后,堆肥的矿化作用被明显削弱,总碳(TC)减量率仅为23.4%,并且最后形成了可观产量的稳定腐殖质(每kg堆料70 d后腐殖质含量为22.09 g±0.35 g,腐殖化系数达2.0),因此加热预处理后的堆肥过程在保证稳定腐殖质的产量前提下更低碳化。预处理通过影响堆料的性质和初始状态下堆料中微生物的种类和数量从而影响堆肥的矿化和腐殖化过程。活性微生物量与脱氢酶活性是矿化过程的主要决定因素,而多酚氧化酶活性主要影响堆肥的稳定腐殖化过程。     

Monitoring of microbial populations and their cellulolytic activities during the composting of municipal solid wastes

Seasonal changes in microbial populations and the activities of cellulolytic enzymes were investigated during the composting of municipal solid wastes at Damietta compost plant, Egypt. The changes in temperature, pH and carbon/nitrogen (C/N) ratio were also monitored. The results obtained showed that the temperatures of the windrows in all seasons reached the maximum after 3 weeks of composting and then decreased by the end of the composting period (35 days), but did not reach ambient temperature. Marked changes in pH values of the composts in all seasons were found, but generally, the pH was near neutrality. Significant increases in the size of the microbial populations were obtained in autumn and spring seasons compared to summer and winter seasons. The activities of cellulases were also higher in the autumn and spring seasons than in the summer and winter seasons. The decrease in C/N ratio in autumn and spring was higher than in summer and winter. It was evident that the degradation of organic matter increased by an increase in the microflora and its cellulolytic activities.     

黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异

以采自于黄土高原差异较大的25个农田石灰性耕层土壤为供试土样,对黄土高原主要类型土壤中微生物量碳(Bc)、微生物量氮(BN)和氮素矿化势(NO)的差异性进行了比较研究.结果表明,Bc、BN和NO在不同类型土壤间存在显著差异,由关中平原至陕北风沙区,BC、Bn和NO总体呈现下降趋势,其中以土垫旱耕人为土最高,简育干润均腐土最低,黄土正常新成土和干润砂质新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土等各土类平均BC分别为305.2μg·g-1,108.4μg·g-1,161.7μg·g-1和125.4μg·g-1,BN分别为43.8μg·g-1,20.3μg·g-1,26.0μg·g-1和30.6μg·g-1,NO分别为223μ·g-1,75μg·g-1,163μg·g-1和193μg·g-1.土壤氮素矿化速率(k)则以简育干润均腐土最大,干润砂质新成土最低,土垫旱耕人为土和黄土正常新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土的k分别为0.039w-1,0.044w-1,0.031w-1和0.019w-1.不同类型土壤BC、BN与NO的差异,主要与土壤形成过程、输入土壤的植物同化产物和土壤有机质的差异等有关,从较大尺度进一步证明了在黄土高原,土壤有机质是影响BC、BN的主要因子.研究结果对分析黄土高原土壤生产力形成过程具有一定参考价值.     

微生物在有机固废堆肥中的作用与应用

好氧堆肥是实现有机固体废弃物资源化利用的主流处理方式.堆肥腐熟是一个由微生物主导的生理生化过程,堆料通过微生物发酵实现矿质化、腐殖化和无害化,转变成腐熟的有机肥.传统的好氧堆肥存在发酵周期长、养分损失、恶臭及温室气体排放等不足.在堆肥过程中添加微生物是弥补传统好氧堆肥缺陷、提高堆肥品质和功效的有效方法.近年来,国内外在...     

土壤易矿化有机态氮和微生物态氮作为土壤氮素生物有效性指标的评价

通过盆栽试验研究了土壤易矿化有机态氮和土壤微生物态氮与土壤净矿化氮及植物吸氮量之间的关系。结果表明,种植前土壤易矿化有机态氮和土壤微生物态氮以及种植前后土壤易矿化有机态氮的变化量均与土壤氮素净矿化量和植物吸氮量之间存在显著的相关性。在盆栽试验条件下,土壤易矿化有机态氮和种植前土壤微生物态氮能够较好地反映土壤氮素的矿化和供应能力,可以作为土壤氮素的生物有效性指标。