【摘 要】
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高温好氧快速发酵(RTAF)技术因可快速实现餐厨垃圾的资源化利用而备受关注。然而,餐厨垃圾中可能含有多种重金属。经好氧发酵处理后的餐厨垃圾被广泛用作肥料、土壤调理剂进入土壤,增加了土壤重金属污染的潜在风险。本文以高温好氧快速发酵工艺过程中的餐厨垃圾为研究对象,探究工艺过程中的重金属形态转化特征,并研究其关键影响因素。研究结果可为餐厨垃圾处理过程中重金属的污染防控提供科学依据。主要研究结论如下:监测
【基金项目】
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国家重点研发计划“城镇易腐有机固废生物转化与二次污染控制技术”(项目号:2018YFC1901005);
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高温好氧快速发酵(RTAF)技术因可快速实现餐厨垃圾的资源化利用而备受关注。然而,餐厨垃圾中可能含有多种重金属。经好氧发酵处理后的餐厨垃圾被广泛用作肥料、土壤调理剂进入土壤,增加了土壤重金属污染的潜在风险。本文以高温好氧快速发酵工艺过程中的餐厨垃圾为研究对象,探究工艺过程中的重金属形态转化特征,并研究其关键影响因素。研究结果可为餐厨垃圾处理过程中重金属的污染防控提供科学依据。主要研究结论如下:监测并分析高温好氧快速发酵过程中理化因子和重金属含量的变化,并探究理化因子对重金属含量的影响。结果表明,在整个发酵过程中,发酵温度持续保持在66℃~74℃之间,同时伴随着含水率的下降和p H值的上升。至发酵结束时,腐熟产品中的电导率为3.57 ms/cm,重金属Mn、Zn、Cr、Cu、Ni、Pb、Hg和Cd的含量分别为101.19 mg/kg、49.38 mg/kg、21.78 mg/kg、7.83 mg/kg、7.39 mg/kg、0.13 mg/kg、0.10 mg/kg和0.04 mg/kg,均符合有机肥料的行业标准(NY525-2012),可安全施用到土壤中。冗余分析(RDA)结果表明,p H值是影响重金属含量变化的关键因子。解析不同发酵阶段溶解性有机物(DOM)的组成和演化,并探究DOM组分演化对重金属形态转化的影响。结果表明,高温好氧快速发酵过程中消耗了蛋白质类物质,增加了类腐殖质物质。RDA结果表明,驱动重金属形态转化的主要因素为络氨酸类物质(C3)、分子量(SUVA254)以及腐殖化程度(E250/E365)。蛋白质类物质如色氨酸类物质C1和络氨酸类物质C3的降解转化会显著影响重金属Mn、Cu和Cr的可交换态含量,富里酸类物质C2的转化则会影响重金属Mn、Cu、Cr、Zn、Ni和Cd的可交换态含量。并且,腐殖化程度提高有助于以上六种重金属的钝化。经发酵后,重金属Mn和Ni的稳定性下降,重金属Zn、Cu、Cr和Cd的稳定性提高。最后,对餐厨垃圾高温好氧快速发酵过程中的关键酶活性和微生物群落变化进行了分析。结果表明,随着发酵的进行,纤维素酶活性逐步提升并趋于稳定,蛋白酶活性先降低后升高,脱氢酶和过氧化氢酶活性下降。在高温好氧快速发酵过程中,厚壁菌门、变形菌门和放线菌门是优势菌门,乳杆菌属、芽孢杆菌属、罗尔斯通氏菌属和不动杆菌属是优势菌属。可交换态重金属(Exc-HM)与微生物在属水平上的网络分析结果表明,厚壁菌门、变形菌门和放线菌门与重金属之间相关性较为明显。其中,厚壁菌门的Lactobacillus和Pediococcu对重金属具有更多的抗性或耐受性。微生物COG功能与可交换态重金属的冗余分析结果表明,可交换态重金属在餐厨垃圾高温好氧快速发酵过程中会影响微生物的细胞骨架和辅酶转运与代谢功能。
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