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蚯蚓粘液—稻壳炭堆肥对污泥中重金属和细菌群落结构影响研究

蚯蚓粘液—稻壳炭堆肥对污泥中重金属和细菌群落结构影响研究

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作者：郇辉辉安徽理工大学

学位级别：硕士

重金属积聚于市政污泥中限制了其利用价值,为削弱污泥中重金属有效性和提升其可利用性,使用蚯蚓粘液作为添加剂对污泥进行堆肥。因此,本研究首先采用不同电击模式刺激蚯蚓产生粘液,在分析粘液组分基础上,以获得优质粘液;而后再将优质粘... 详细信息

重金属积聚于市政污泥中限制了其利用价值,为削弱污泥中重金属有效性和提升其可利用性,使用蚯蚓粘液作为添加剂对污泥进行堆肥。因此,本研究首先采用不同电击模式刺激蚯蚓产生粘液,在分析粘液组分基础上,以获得优质粘液;而后再将优质粘液用于污泥堆肥,在污泥单独堆肥、稻壳炭单独堆肥污泥、粘液单独污泥堆肥、粘液-稻壳炭堆肥污泥和粘液改性稻壳炭堆肥污泥这五种模式下,探究污泥理化性质、重金属及微生物在堆肥过程中变化,以探索粘液堆肥对污泥中重金属和微生物结构的影响模式及其作用机制,主要结论如下:(1)六组电刺激模式产生的粘液主要由以下主要成分:蛋白质、氨基酸、碳水化合物。不同电刺激产生粘液中,p H、电导率在6V 20m A时较高,总氮、总磷含量在5V 30m A时达到最大值,总钾含量在6V 10m A时达最大值,蛋白质、氨基酸和碳水化合物在5V 10m A时产生的粘液中含量最高,而微量金属元素在5V 10m A时达到最低值。通过主成分分析并结合前人研究发现:在5V 10m A电刺激产生的粘液呈弱碱性,氨基酸和营养物质含量高,微量金属元素含量低,最适合污泥和秸秆堆肥实验。(2)添加粘液、粘液-稻壳炭和粘液改性稻壳炭可提高堆体温度至60℃以上4～6天,堆肥后降低污泥含水率至50%以下。当添加稻壳炭、粘液-稻壳炭和粘液改性稻壳炭堆肥后提高堆体p H至8.25～8.49,添加粘液堆肥后的电导率较污泥单独堆肥提高了1.57%,增加了矿物盐含量;添加粘液-稻壳炭和粘液改性稻壳炭堆肥污泥后有机质降解效率高达49.38%和49.00%,堆肥后较污泥单独堆肥提高了101.56%和102.05%,总钾含量较单独污泥增加了20.16%和16.91%,营养盐分含量丰富;添加粘液和稻壳炭堆肥污泥后均能提高总氮、总磷和总钾等营养物质含量,较污泥单独堆肥提高了0.44%～4.03%、3.12%～20.01%和4.39%～20.16%;添加粘液和粘液-稻壳炭堆肥污泥后总磷含量最高,较污泥单独堆肥提高了11.35%和6.20%,营养元素含量较高。(3)粘液单独堆肥污泥后降低重金属Cu效果好,而粘液-稻壳炭和粘液改性稻壳炭能降低污泥中重金属Ni、Zn、Cd含量;相关性分析和逐步回归方程发现p H和TP分别是影响堆肥Ni、Zn、Cd和Cu有效态的主要因子。对重金属形态进行分析时发现,单独稻壳炭堆肥中Ni、Zn、Cd碳酸盐结合态、铁锰结合态逐渐向铁锰结合态、残渣态转化,单独粘液堆肥中Ni、Zn、Cd的碳酸盐结合态、残渣态逐渐向铁锰结合态、有机结合态转化,粘液-稻壳炭和粘液改性稻壳炭堆肥中Ni、Zn、Cd可交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态逐渐向后两种形态转化,其中添加粘液-稻壳炭和粘液改性稻壳炭对钝化污泥中重金属Ni、Zn、Cd有效性效果好,却存在一定程度活化了Cu,单独粘液堆肥污泥对钝化重金属Cu有效性效果好。(4)五个处理组中细菌样品测序覆盖度都超过98.6%,准确反映出样品中细菌的真实情况。在污泥堆肥过程中,细菌群落的丰度和多样性均表现出逐渐降低趋势。在门水平上,堆肥初有优势菌群为绿弯菌门、变形菌门、酸杆菌门和拟杆菌门,在堆肥结束后的稳定堆体中主要菌群为厚壁菌门、绿弯菌门、放线菌门和变形菌门。在属水平上,堆肥初的优势菌群为Anaerolineaceae＿uncultured、Caldil ineaceae＿uncultured、Saccharibacteria＿norank、Saprospiraceae＿uncultured、TK10＿norank,堆肥后优势菌群演变为芽孢杆菌属、JG30-KF-CM45＿norank和Saccharib acteria＿norank。门水平细菌种类与理化性质、重金属耦合分析发现,厚壁菌门与有机质、总氮呈显著负相关,与p H、电导率、堆温呈显著正相关,绿弯菌门、变形菌门与p H、电导率、总钾、堆温呈显著负相关,与总氮、有机质呈显著正相关,放线菌门与总磷、总钾呈显著正相关;粘液-稻壳炭和粘液改性稻壳炭堆肥具有较高厚壁菌门丰度和较低绿弯菌门、变形菌门丰度,降低镍、锌有效态含量效果好;稻壳炭和粘液改性稻壳炭堆肥污泥时放线菌门丰度处于较低水平,降低镉有效态效果好。图24表16参147

关键词：蚯蚓粘液污泥稻壳炭粘液堆肥重金属微生物

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