污泥生物炭基堆肥对锰污染土壤性质及其修复的影响

城镇化快速发展迫切要求对日益增加的城市污泥进行有效处理,为此尝试将其通过热解工艺制成生物炭,作为有机肥料添加剂来改善有机肥品质,通过考察污泥生物炭对猪粪堆肥的影响,并在锰污染土中施加肥料栽培白菜,重点探究500℃热解污泥生物炭肥料对土壤物理化学和微生物性质以及白菜产量的影响。结果表明,热解能增加污泥生物炭的比表面积和提高p H;生物炭的添加能加快堆肥速度,提高堆肥品质;生物炭肥料在盆栽过程中能有效改善土壤性质(如提高p H和电导率,增加细菌和真菌群落总数,使脱氢酶和脲酶活性增强,提高氨氧化古菌和氨氧化细菌的浓度),增加白菜产量,同时降低重金属锰的有效性,将部分酸溶态锰转化为残渣态。     

湿地变形菌门甲烷氧化菌群的缺氧能量代谢

甲烷氧化菌以甲烷作为碳源和能源，在全球甲烷平衡和温室效应控制中扮演着重要角色。甲烷生物氧化过程跨越不同氧化还原生态位，近年来的研究表明，在湿地缺氧生态位下变形菌门甲烷氧化菌具有代谢潜力，但其能量代谢机制尚不清楚。本研究基于生物电化学技术、矿物学实验及微生物组学方法，结果表明变形菌门甲烷氧化菌主导的菌群具有直接和间接胞外电子传递潜力；在氧气耗尽时，甲烷氧化菌群可利用水铁矿作为电子受体完成能量代谢过程，缺氧体系中γ-Proteobacteria纲的甲烷氧化菌和非甲烷氧化微生物共同驱动铁矿还原。本研究探讨了变形菌门甲烷氧化菌主导菌群的缺氧能量代谢过程，拓展了反硝化厌氧甲烷氧化菌及厌氧甲烷氧化古菌主导的缺氧甲烷氧化理论，为甲烷生物控制提供了理论支持。     

鸡粪与农林废弃物共热解对生物炭中残留重金属和抗生素的影响

为了消减畜禽粪污资源化利用过程中面临的重金属和抗生素污染风险,利用不同农林废弃物(竹屑、木屑、米糠和稻壳)在600℃下共热解的方式对鸡粪进行安全处置。结果表明:鸡粪与农林废弃物共热解所得生物炭的产率、灰分和挥发分降低,N和S的含量减少,固定碳、C和H的含量增加;随着农林废弃物添加比例的升高,共热解所得生物炭的pH、电导率和阳离子交换量降低。鸡粪与竹屑、木屑、米糠和稻壳共热解可以显著降低生物炭中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb(除鸡粪木屑炭中的As和Pb之外)的含量,其中Cu和Zn的下降最为显著;鸡粪与竹屑共热解可以促进As向残渣态转化,鸡粪木屑炭中Ni和Cd的生物可利用态比例降低,鸡粪米糠炭中Cu和鸡粪稻壳炭中Zn的残渣态比例升高;共热解所得的生物炭中所有重金属的浸出浓度都远低于标准USEPA 1993的浓度限值,不会产生浸出毒性;鸡粪与农林废弃物共热解的中试试验结果与实验室结果相似。中试共热解所得的生物炭中4种典型抗生素泰乐菌素(TYL)、四环素(TC)、磺胺嘧啶(SDZ)和磺胺甲恶唑(SMX)的去除率均达到了100%。     

添加生物炭对猪粪好氧堆肥的影响

在猪粪好氧堆肥过程中添加污泥生物炭或猪粪生物炭,研究生物炭对堆肥温度、pH、电导率(EC)、营养成分和重金属的影响。结果表明,添加污泥生物炭组的堆体温度在第10 d达到50℃,快于对照组的12 d,但由于高温期停留时间较短,未达到粪便无害化卫生要求(GB 7959—2012);添加猪粪生物炭组的堆体温度在第4 d达到50℃,最高温度达到66.2℃,高于对照组的63.4℃,且能够满足GB 7959—2012。污泥生物炭和猪粪生物炭的加入可以降低堆体可溶性盐的浓度;添加猪粪生物炭可以降低堆体铵态氮的损失,促进速效钾的增加,而污泥生物炭则呈现相反的作用。堆肥后与对照组相比,添加污泥生物炭组Cr和Cu的残渣态比例分别从93.82%和36.78%增至94.44%和41.94%,添加猪粪生物炭组Cr和Cu的残渣态比例分别增至94.27%和60.26%,这说明添加污泥生物炭和猪粪生物炭有利于堆肥产物Cr和Cu的固化。此外,猪粪生物炭的加入还可以降低产物的潜在风险指数。综合分析,与添加污泥生物炭相比,添加猪粪生物炭的堆肥效果更好,可以作为一种良好的堆肥添加剂。