餐厨沼渣与黑水虻虫粪混合堆肥及微生物强化腐熟研究

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餐厨垃圾经过预处理后可得到粗油、餐厨废水和有机固渣三种主要物质。目前餐厨废水主要通过厌氧发酵和好氧生化处理达标排放,有机固渣主要用于黑水虻养殖转化为高价值的蛋白质虫体。餐厨废水经过厌氧发酵后会定期排出沼渣,沼渣具有含水率高、碳氮比低等特点。黑水虻在利用有机固渣养殖过程中会产生大量的虫粪,虫粪具有盐度高、恶臭和水分含量高等特点。餐厨沼渣和黑水虻虫粪如不处理直接排放会对生态环境造成严重危害。因此,需要对餐厨沼渣和黑水虻虫粪进行安全有效的处理。堆肥是处理餐厨沼渣和黑水虻虫粪等有机固废的有效方法,可以将有机固废分解转化为稳定的腐殖质,形成营养丰富的有机肥料。然而,相比于传统的单一物料堆肥,混合堆肥可利用多种有机固废的特点,从而优化堆肥进程。此外,由于堆肥高温期微生物丰富度和多样性均显著降低,因此,通过接种嗜热菌剂可以进一步提高堆肥产品质量和肥效。本研究将餐厨沼渣与黑水虻虫粪进行混合堆肥,并从高温期样品中筛选、纯化嗜热菌株来制备嗜热菌剂,通过接种嗜热菌剂进一步强化混合堆肥腐熟。主要研究结论如下:(1)设计了5组混合比(餐厨沼渣:黑水虻虫粪):T1(4:0)、T2(3:1)、T3(1:1)、T4(1:3)和T5(0:4),进行为期30天的堆肥实验。结果表明,与T1相比,T2~T5硝态氮含量分别提高了72.63%、77.93%、88.69%和85.99%。T2的堆料具有最高的有机质降解率(13.80%)、腐殖质含量(107.55 g·kg-1)、胡敏酸含量(79.2 g·kg-1)和胡富比(2.79)。堆肥结束后,各组种子发芽指数均超过80%,其中T1~T4超过100%。此外,黑水虻虫粪的加入提高了堆肥过程中细菌群落的丰富度和多样性,增加了变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度。堆肥不同阶段的主导优势菌具有显著差异。然而,随着黑水虻虫粪比例的增加,堆料电导率显著升高。研究表明,餐厨沼渣与黑水虻虫粪混合比为3:1时堆肥效果最佳。(2)从餐厨沼渣与黑水虻虫粪高温期样品中筛选了能够在50℃下生长繁殖的4株嗜热细菌和4株嗜热真菌。通过酶活性分析和生长特性优选了2株嗜热细菌和2株嗜热真菌。菌种鉴定结果为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、空气芽孢杆菌(Bacillus aerius)、疏棉状嗜热丝孢菌(Thermomyces lanuginosus)和烟曲霉(Aspergillus fumigatus)。其中Bacillus licheniformis的糖化酶、纤维素酶、漆酶、脲酶、蛋白酶和木聚糖酶活性分别为22.00、67.15、46.30、29.86、15.26、32.57 U·mL-1;Bacillus aerius分别为32.31、64.00、74.08、17.02、17.75、22.40 U·mL-1。Thermomyces lanuginosus的糖化酶、纤维素酶、漆酶分别为13.29、376.59、268.54 U·mL-1,Aspergillus fumigatus分别为15.03、250.82、416.70 U·mL-1。最后将优选的4株嗜热菌株等比例制备成嗜热菌剂。(3)在餐厨沼渣与黑水虻虫粪混合堆肥第2天和第8天接种嗜热菌剂。结果表明,接种嗜热菌剂将混合堆肥高温期延长了2天,有机质降解率和硝态氮含量分别提高了20.25%和5.24%,种子发芽指数、腐殖质含量和胡富比分别提高了5.57%、8.75%和12.88%。借助三维荧光光谱和傅里叶变换红外光谱手段证明了接种嗜热菌剂可促进混合堆肥过程中类腐殖物质形成,加速易降解有机物转化和脂肪族化合物降解。此外,接种嗜热菌剂提高了堆肥过程中厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度,增加了高温阶段真菌群落多样性。研究表明,接种嗜热菌剂可强化餐厨沼渣和黑水虻虫粪混合堆肥腐熟,优化微生物群落结构,提高堆肥产品肥效和稳定性。
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