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关键词：
城市生活垃圾,堆肥,水溶性有机物,外源微生物,光谱
发表时间：
2012-01-10 10:51:28
摘 要 利用外源微生物(MS , ZJ ) 进行城市生活垃圾工厂化堆肥, 在堆肥前后对水溶性有机物的紫外、红外、荧光光谱进行了分析, 探讨外源微生物堆肥对水溶性有机光谱学特性的影响。结果表明, 堆肥结束后,不同处理水溶性有机物紫外、红外、荧光光谱形状基本相似, 但特征峰强度有明显区别。与CK相比, 接种微生物处理堆肥后, 水溶性有机物紫外光谱280 nm 附近类肩峰明显减弱; 红外光谱解析表明, 水溶性有机物中小分子糖类物质减少, 芳族类物质增加; 荧光同步扫描光谱进一步证实, 水溶性有机物中多环芳族类化合物增加, 其荧光光谱特征峰与污泥中富里酸相似。试验结果证实, 接种外源微生物可明显增加堆肥水溶性有机物芳构化程度, 各处理芳构化程度依次为: MS + ZJ > ZJ > MS > CK。
利用城市生活垃圾进行堆肥是一个好氧发酵过程, 微生物利用有机物质作为能源[1 ] 。堆肥后的产品含有大量的胡敏酸类、富里酸类、矿质元素等物质。在堆肥期间, 微生物只在气体与固体的交界面具有活性, 因此研究水溶性有机物(dissolved organic matter , DOM) 的结构性质对了解堆肥过
程中碳氮循环具有十分重要的意义。与检测垃圾固相相比,水溶性有机物的活性官能团的变化更能说明堆肥的腐熟度[2 ] 。作为土壤改良剂, 垃圾肥施入土壤后, 水溶性有机物质经过较短时间, 就可以转变为土壤腐殖酸, 并且土壤水溶性有机物腐殖酸类物质含有植物可以利用的Cu , Zn , Mn 等微量元素。在土壤中, 水溶性有机物可以作为碳氮循环的纽带[3 , 4 ] , 金属元素的配位体, 并对作物的生长发育有着积极作用。因此, 利用波谱扫描手段对堆肥过程中DOM 结构进行分析, 从物质结构的角度了解堆肥过程及腐熟度, 判断堆肥质量, 是研究者面临的主要研究内容之一。目前, 应用较多的是红外光谱法与13 C2核磁共振法[5 , 6 ] , 但对生活垃圾堆肥DOM 的荧光光谱特性研究却报道较少。红外光谱法可以辨别化合物的特征官能团, 而13 C2核磁共振法可提供有机分子骨架的信息。因此二者配合使用, 基本上可以确定有机物的结构, 缺点是操作繁琐, 分析成本较高, 难以普及。由于DOM 分子中存在芳香羧酸和酚结构单元等荧光物质, 使荧光分析技术应用此领域成为可能[7 ] 。遗憾的是, 由于没有标
准的DOM 图谱作为对照, 因此在分子结构的判断方面, 还存在一定的缺陷。目前有关土壤胡敏酸荧光特性的研究报道对堆肥过程中胡敏酸的结构特性分析提供了依据[8-10 ] 。近年来, 为了缩短堆肥周期, 外源微生物接种技术在生活垃圾堆肥中得到广泛采用, 但外源微生物接种对堆肥过程中DOM光谱特性的影响尚缺乏系统研究。另外, 由于条件限制, 大多数文献报道的堆肥实验都是在实验室进行模拟堆肥, 因此, 其研究成果与实际工厂化堆肥有一定的差别。基于此,本研究中的堆肥原料采用实际城市生活垃圾, 并接种两种外源微生物菌剂, 堆肥工艺完全实现工厂化, 系统探讨接种外源微生物对生活垃圾堆肥DOM 的光谱特性的影响, 对DOM 结构特征及其活性做出定性判断, 不仅能弥补该领域研究的不足, 还可为城市生活垃圾工厂化堆肥过程控制及提高腐熟度提供科学依据。
程中碳氮循环具有十分重要的意义。与检测垃圾固相相比,水溶性有机物的活性官能团的变化更能说明堆肥的腐熟度[2 ] 。作为土壤改良剂, 垃圾肥施入土壤后, 水溶性有机物质经过较短时间, 就可以转变为土壤腐殖酸, 并且土壤水溶性有机物腐殖酸类物质含有植物可以利用的Cu , Zn , Mn 等微量元素。在土壤中, 水溶性有机物可以作为碳氮循环的纽带[3 , 4 ] , 金属元素的配位体, 并对作物的生长发育有着积极作用。因此, 利用波谱扫描手段对堆肥过程中DOM 结构进行分析, 从物质结构的角度了解堆肥过程及腐熟度, 判断堆肥质量, 是研究者面临的主要研究内容之一。目前, 应用较多的是红外光谱法与13 C2核磁共振法[5 , 6 ] , 但对生活垃圾堆肥DOM 的荧光光谱特性研究却报道较少。红外光谱法可以辨别化合物的特征官能团, 而13 C2核磁共振法可提供有机分子骨架的信息。因此二者配合使用, 基本上可以确定有机物的结构, 缺点是操作繁琐, 分析成本较高, 难以普及。由于DOM 分子中存在芳香羧酸和酚结构单元等荧光物质, 使荧光分析技术应用此领域成为可能[7 ] 。遗憾的是, 由于没有标
准的DOM 图谱作为对照, 因此在分子结构的判断方面, 还存在一定的缺陷。目前有关土壤胡敏酸荧光特性的研究报道对堆肥过程中胡敏酸的结构特性分析提供了依据[8-10 ] 。近年来, 为了缩短堆肥周期, 外源微生物接种技术在生活垃圾堆肥中得到广泛采用, 但外源微生物接种对堆肥过程中DOM光谱特性的影响尚缺乏系统研究。另外, 由于条件限制, 大多数文献报道的堆肥实验都是在实验室进行模拟堆肥, 因此, 其研究成果与实际工厂化堆肥有一定的差别。基于此,本研究中的堆肥原料采用实际城市生活垃圾, 并接种两种外源微生物菌剂, 堆肥工艺完全实现工厂化, 系统探讨接种外源微生物对生活垃圾堆肥DOM 的光谱特性的影响, 对DOM 结构特征及其活性做出定性判断, 不仅能弥补该领域研究的不足, 还可为城市生活垃圾工厂化堆肥过程控制及提高腐熟度提供科学依据。
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