【摘 要】
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近年来我国造纸行业发展迅速,随之产生的固体废弃物如造纸污泥也逐年增加,给企业和社会带来较大的环境压力。堆肥被认为是一项环境友好的固废处理技术,具有操作简单、产品可二次利用等优点,然而工业污泥的堆肥处理普遍存在有机质利用率低、堆肥产品质量差等问题。在堆肥中使用添加剂可有效提高腐殖质(HS)含量从而提高堆肥产品质量。本论文以造纸污泥堆肥过程中HS的形成和变化为研究对象,分别添加碱木素(AL)和木素磺酸
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近年来我国造纸行业发展迅速,随之产生的固体废弃物如造纸污泥也逐年增加,给企业和社会带来较大的环境压力。堆肥被认为是一项环境友好的固废处理技术,具有操作简单、产品可二次利用等优点,然而工业污泥的堆肥处理普遍存在有机质利用率低、堆肥产品质量差等问题。在堆肥中使用添加剂可有效提高腐殖质(HS)含量从而提高堆肥产品质量。本论文以造纸污泥堆肥过程中HS的形成和变化为研究对象,分别添加碱木素(AL)和木素磺酸钠(SLS)两种工业木质素,综合考察其对于腐殖化过程的影响,并探究了这两种添加剂影响HS形成的机制。首先分析了AL和SLS添加对造纸污泥堆肥中温度、p H、有机质含量、HS含量等多项理化参数的影响。结果表明AL和SLS提高了堆肥过程中的温度和p H,加快了有机氮的降解。堆肥结束时,AL和SLS处理组的HS含量分别为44.43g·kg-1和45.87g·kg-1,明显高于对照组(34.36g·kg-1)。堆肥产品的聚合度(DP)也有显著变化,由对照组的0.67增加为0.70(AL)和1.14(SLS),说明添加SLS更有利于提高造纸污泥堆肥的腐殖化程度。堆肥过程中的微生物群落分析表明,AL和SLS添加剂改变了堆肥中微生物群落结构,明显提升了嗜热微生物Bacillus、Symbiobacterium及腐熟相关的菌种Truepera、Moheibacter、Pusillimonas和Halomonas的相对丰度。冗余分析(RDA)揭示了AL和SLS处理组中温度和p H是影响微生物群落的主要因素,AL和SLS的加入改变了温度和p H等理化参数,影响微生物的群落结构从而加速了堆肥腐殖化进程。采用紫外-可见光光谱(UV-vis)、三维荧光光谱(3D-EEM)、红外光谱(FTIR)和热裂解气相-质谱联用(Py-GC-MS)技术探究了AL和SLS添加剂促进HS形成的机制。A260-280和E253/E203等紫外光谱参数表明了两种添加剂处理组的HS具有更稳定的结构和更高的氧化程度。3D-EEM表明了AL和SLS处理组在高温期加快了蛋白类物质降解和腐殖酸类物质的形成,平行因子分析进一步指出AL和SLS的加入在高温阶段促进了低分子的木质素结构单元氧化为醌类物质。FTIR结果表明了AL和SLS促进了堆肥中芳香族化合物和羧酸的累积,2D-COS则进一步发现了AL和SLS处理组中有更快的醌类基团的转变。Py-GC-MS结果表明了AL提高了多糖、甲氧基酚和芳香烃的含量,而SLS则促进了甲氧基酚的氧化以及难降解脂肪族物质的形成。RDA分析进一步指出甲氧基酚的氧化及不饱和度的累积是加快腐殖化过程的主要原因。综合上述分析,添加AL和SLS一方面提供了多酚类前体,促进了醌类物质的快速转化;另一方面这两种添加剂也提高了与堆肥腐熟相关的微生物的相对丰度,从而促进了木质纤维素的氧化降解,最终促进了腐殖质的形成。该工作为造纸工业废弃物综合利用提供了一种新的方向和理论基础。
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