论文部分内容阅读
已有研究和实践证实,好氧堆肥化是实现剩余污泥资源化、减量化和无害化的有效途径之一。目前,堆肥用复合微生物菌剂的研发已成为该领域的研究热点。固态微生物菌剂的制备工艺较为复杂,制备成本较高。与固态微生物菌剂相比,液态复合微生物菌剂具有制备方法简单、制作成本低且使用方便等优点,但存在保存时间较短、有效微生物易失活及使用效果不理想等问题。本研究以污水处理剩余污泥和玉米秸秆为堆肥原料,利用课题组保藏菌株,通过菌株组成及复配比例对堆肥效果的影响研究,研制由优势土著微生物组成的好氧堆肥复合微生物菌剂的复配配方;结合组成菌株的生理生化特性研究及降解功能识别,优化菌株的发酵培养条件,实现高细胞密度及高芽孢率培养,提高微生物保存活性的同时降低菌剂制备成本;通过增稠剂、乳化剂及抗氧化剂的单因素及响应面优化研究,获得液态复合微生物菌剂的制备方法,进一步地,研究所得液态微生物菌剂保存30 d后的稳定性及实际堆肥效果。上述研究结果可为剩余污泥堆肥用复合微生物菌剂的制备及其产业化应用提供有益参考,具有较为重要的学术意义和实践价值。主要研究内容及结果如下:（1）好氧堆肥复合微生物菌剂配方的研制。利用课题组保藏菌株,开展菌株组成及复配比例对堆肥效果的影响研究,结果表明,由ZX5、ZX6、GX2、GX5和GX9五株芽孢杆菌组成的复合微生物菌剂的堆肥效果较佳,可有效改善堆体中有机物的转化效率,缩短到达高温的时间,并可延长高温持续时间,加快堆肥进程,改善环境卫生。当菌剂添加量为0.3%时,堆体在16 h时达到高温期,与空白对照相比,高温到达时间提前了6 h,高温持续时间为72 h,堆体中纤维素和木质素降解率分别为35.76%和20.62%。同时,堆肥结束时,堆体C/N比为15.86,粪大肠菌群数4 MPN/g,蛔虫死亡率为96.54%,腐熟效果及产品品质较好。（2）菌剂复配用微生物菌株的发酵过程优化。首先,采用摇床培养进行培养基及发酵条件优化研究,结果表明,ZX5、ZX6、GX2最佳碳源分别为蔗糖、葡萄糖和蔗糖,GX5和GX9的最佳碳源均为可溶性淀粉,ZX5和ZX6的最佳氮源均为酵母粉,GX2的最佳氮源为硝酸钠,GX5和GX9的最佳氮源均为氯化铵。3 L发酵罐扩大培养的研究结果表明,经过分批补料发酵培养后,ZX5发酵液的活菌数为9.30×109 CFU/mL,芽孢率61.2%;ZX6的活菌数为7.70×109 CFU/mL,芽孢率43.7%;GX2活菌数为1.80×1010CFU/m L,芽孢率66.6%;GX5活菌数为1.58×1010 CFU/m L,芽孢率88.9%;GX9活菌数为1.31×1010 CFU/mL,芽孢率89%。当pH为6.8、培养温度为50oC和搅拌转速为150 r/min时,GX2的芽孢率最高,达84.1%。（3）液态复合微生物菌剂的制备技术研究。单因素优化研究结果表明,添加阿拉伯树胶的活菌数高于琼脂和海藻酸钠,且随其添加量增加,菌株存活率先升高后降低;与吐温-80和月桂酸单甘油酯相比,添加吐温-20的活菌数较高;添加抗坏血酸的菌株存活率高于茶多酚和BHT。三因素三水平响应面优化研究结果表明,液态微生物菌剂的最佳制备条件为添加0.401%的阿拉伯树胶、0.090%的吐温-20和0.042%的抗坏血酸,影响菌株存活率由大到小的顺序依次为抗坏血酸、吐温-20和阿拉伯树胶。在上述最优条件下,液态复合微生物菌剂保存30 d后,菌株的存活率为63.9%,活菌数为1.86×109 CFU/mL。（4）液态复合微生物菌剂的堆肥效果研究。以新鲜液态复合微生物菌剂为对照,研究保存30 d后菌剂的堆肥效果。结果表明,保存30 d后,液态复合微生物菌剂的堆肥性能较为稳定,24 h时进入高温期,高温期持续时间为5 d,最高温度达61.5oC,无害化程度较高。添加30 d液态复合微生物菌剂堆体的半纤维素、纤维素和木质纤维素的降解率较高,分别为58.23%、34.2%和19.67%。此外,添加30 d液态微生物菌剂堆体的腐熟度较高,C/N比为17.05,种子发芽指数为153.2%,堆体腐熟性能较为稳定。