污泥堆肥中生化特性、重金属转化及微生物多样性的研究

摘要

本实验以污泥和稻草为原料，采用强制通风静态好氧系统与人工翻堆相结合的模式进行堆肥研究结果如下:
　　 1.测定了堆肥生物特性（微生物数量和生物酶活性）和堆肥的理化性质，对堆肥生物特性和理化因子进行相关分析和主成分分析。结果表明:堆体内不同层次的温度有着不同的变化趋势，堆肥初始阶段，堆体中层温度高于上层温度，随后上层温度逐渐高于中层温度。经过40 d的堆肥化处理，堆肥产品达到腐熟标准。堆肥生物特性与理化因子呈现较好的相关性，说明用堆肥生物特性可以表征堆肥肥力状况，主成分分析显示细菌、真菌、硝化细菌、反硝化细菌四种可培养微生物的数量和脲酶、酸性、碱性和中性磷酸酶四类酶的活性在评价堆肥肥力中起主要作用。因此，包括微生物数量和生物酶活性的生物特性可以作为堆肥肥力指标。
　　 2.采用连续提取的方法测定污泥堆肥中重金属(Zn，Cu，Pb和Cd)可交换态C(1)、碳酸盐结合态C(2)、铁锰氧化物结合态C(3)、有机结合态C(4)和残留态C(5)五种形态的含量，并且利用统计学的方法研究他们和理化性质的关系。结果表明:重金属Zn、Cu、Pb和Cd的五种形态均不同程度的由不稳定态(C(1)，C(2)，C(3))向稳定形态(C(4)，C(5))迁移。Zn和Pb在堆肥的高温期迁移迅速，而Cu的转化主要发生在中温期和腐熟期，金属Cd整个堆肥过程中转化非常复杂，但是也符合转化的方向。Pb的生物利用度下降了0.33，其次是Zn下降了0.22，Cu和Cd分别下降了0.12，堆肥处理钝化了铜锌铅镉四种金属，有效的降低了生物有效性。重金属各形态和理化因子之间存在显著相关性:Zn的各形态与硝态氮、全氮、全磷和富里酸含量存在显著相关性;Cu各形态与氨态氮、硝态氮、全磷和有机质存在相关性;Pb各形态与硝态氮、速效磷、全磷和Pb-(T)有较好的相关性;Cd只有铁锰氧化物结合态和有机结合态与硝态氮、全磷、有机质、胡敏酸和Cd-(T)有良好的相关性。重金属不稳定形态的总含量C(a)的预测结果:硝态氮、全氮、全磷和富里酸含量预测Zn-C(a);用硝态氮的含量反映Cu-C(a); Pb-C(a)的含量用速效磷和Pb-C(T)预测。
　　 3.应用PCR-DGGE技术分析污泥堆肥过程中细菌和真菌群落的变化。结果表明，随着堆肥进程，DNA条带表现出了明显的动态变化，腐熟期和高温期出现了新的优势条带。聚类分析结果表明:细菌群落多样性指数各时期均高于真菌群落多样性指数，细菌样品之间的相似性在0.5～0.8之间，真菌样品之间的相似性在0.3～0.9之间。温度对微生物的群落演替起到了重要的限制作用，温度对真菌群落演替的筛选作用大于细菌。对优势条带回收测序的结果表明堆肥中的细菌可分为4类:放线菌门(Actinobacteria)，拟杆菌门(Bacteroidetes)，厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)。堆肥中真菌类主要包括子囊菌门(Ascomycota):散囊菌纲(Eurotiomycetes)、盘菌纲(Pezizomycetes)和粪壳菌纲(Sordariomycetes);担子菌门(Basidiomycota)的伞菌纲(Agaricomycetes)。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 城市污泥的概述

1．2 污泥堆肥研究

1．3 污泥堆肥的应用

1．4 污泥堆肥中生物酶活研究

1．5 污泥堆肥中重金属研究

1．6 污泥堆肥中微生物的研究

1．7 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法

2．2．1 堆肥设置

2．2．2 样品采集

2．2．3 项目测定及方法

3 结果与分析

3．1 堆肥过程中温度和理化因子变化

3．1．1 堆肥过程中温度变化

3．1．2 堆肥过程中生物特性的变化

3．1．3 堆肥过程中理化因子变化

3．2 堆肥生物特性和理化因子之间的关系

3．2．1 相关分析

3．2．2 主成分分析

3．3 堆肥过程中Zn，Cu，Pb和Cd演变

3．4 堆肥理化因子对Zn，Cu，Pb和Cd的影响

3．4．1 相关分析

3．4．2 回归分析

3．5 应用DGGE方法分析堆肥中微生物群落多样性

3．5．1 堆肥样品基因组DNA的提取纯化

3．5．2 堆肥细菌群落多样性

3．5．3 堆肥真菌群落多样性分析

4 讨论

4．1 堆肥过程中温度变化

4．2 堆肥过程可培养的微生物

4．3 堆肥中生物酶活

4．4 污泥堆肥中重金属

4．5 堆肥过程中微生物多样性

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文