市政污泥是污水處理過程的產(chǎn)物，具有“污染”和“資源”雙重屬性，而好氧堆肥則是實現(xiàn)污泥資源化利用的有效途徑之一。然而，由于污泥中氮含量較高，在堆肥過程中尤其是高溫期會產(chǎn)生大量NH₃逸出堆體，造成嚴重的臭氣污染和堆肥產(chǎn)品的氮素損失，這已成為污泥堆肥過程中亟待解決的問題。針對這一問題，當前通常采用生物炭、沸石等進行吸附以及采用氮轉(zhuǎn)化微生物進行生物強化。此外，近年來采用高分子半透膜覆蓋堆體的氣流膜堆肥技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于污泥和糞便堆肥，能夠有效減少堆肥過程中的臭氣和溫室氣體的排放。因此，微生物菌劑結(jié)合氣流膜堆肥將成為減少堆肥過程氮素損失的一種環(huán)境友好、高效、低成本的新策略，而其中氮轉(zhuǎn)化微生物菌劑在堆肥過程中所發(fā)揮的作用需要進一步解析。    

基于此，中國科學院成都生物研究所污染生物治理團隊篩選獲得了3株具有高氨氮轉(zhuǎn)化率的高溫異養(yǎng)硝化菌，將其制備成菌劑接種到污泥氣流膜堆肥中，并通過堆肥過程中的氮素變化情況、微生物群落組成以及碳氮代謝通路來解析外源添加的微生物對堆肥過程的影響。研究表明，接種菌劑將高溫期從4天延長至7天且提高了堆體的溫度，有機質(zhì)的降解率提高了14.06%，這促進了堆肥的腐殖化進程。同時，菌劑組的NH₃累積排放量減少了34.64%，而堆體中NO₃^--N的含量是對照組的2.76倍，表明接種的菌劑能夠有效減少堆肥產(chǎn)品中的氮素損失。此外，菌劑的添加還顯著影響了堆肥過程的微生物組成，菌劑組中多數(shù)有機質(zhì)降解菌豐度增加而典型的病原真菌的豐度降低，這與維持高溫期的溫度有關(guān)。研究通過氮轉(zhuǎn)化微生物和功能基因分析發(fā)現(xiàn)，菌劑組中富集了大量的異養(yǎng)硝化菌，增強了內(nèi)源性微生物的硝化作用而抑制了反硝化作用，表明接種菌劑優(yōu)化了堆肥過程的群落結(jié)構(gòu)，使其成為一個有機質(zhì)快速降解和氮素保留的高效系統(tǒng)。這表明在污泥氣流膜堆肥過程中聯(lián)合使用高溫異養(yǎng)硝化菌是提高堆肥效率、增加產(chǎn)品肥效、減少臭氣污染的有效策略。     

相關(guān)研究成果發(fā)表在《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、成都市科技局項目、四川省科技計劃項目、四川省科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化示范項目、河南省自然科學基金資助項目和中原工學院青年人才基金項目的支持。     

論文鏈接

堆肥過程的氮素變化

堆肥過程的微生物群落組成

碳氮代謝情況

微生物、功能基因與堆肥參數(shù)的相關(guān)性分析

高溫異養(yǎng)硝化菌劑對堆肥過程氮素轉(zhuǎn)化的影響