关键词：
污泥好氧发酵
蛋白质
腐殖酸
微生物群落结构
摘要：
在污泥好氧发酵过程中,部分有机物在微生物分解与转化作用下转化为腐殖质,这一过程是实现污泥资源化利用的基本前提。调控蛋白质在升温阶段的分解转化过程,可有效改变污泥好氧发酵温度曲线并促进有机物腐殖化。本研究以污泥好氧发酵过程中升温阶段的蛋白质转化规律为研究对象,在优化各阶段工艺参数的基础上开展过程解析,以提高污泥好氧发酵的效率。首先,分析污泥好氧发酵中升温阶段蛋白质的分解特性,建立蛋白质降解-好氧发酵升温热平衡方程,提出污泥好氧发酵中升温调控策略;其次,探究了高温阶段温度差异对污泥好氧发酵过程及腐熟效果的影响,在此基础上确定高温阶段适宜的温度范围;最后,分析蛋白质降解优化调控对污泥好氧发酵过程的理化性质及微生物群落的影响研究,并开展盆栽试验探讨好氧发酵产物对植株生长的促进作用。本研究的主要结论如下:
（1）开展污泥好氧发酵批次试验,通过调整环境温度变化以探究升温阶段的蛋白质降解规律,并提出升温调控策略。结果表明,升温阶段蛋白质降解量与降解时间和初始蛋白质含量呈正相关（R2=0.912）。构建蛋白质降解-热平衡方程以预测升温过程中蛋白质浓度与温度变化的关系,结果表明升温速率和蛋白质残留率与温差呈负相关,而与可降解蛋白质浓度呈正相关。综合考虑含水率和碳氮比等影响因素,将污泥质量占比调整至68%为最优条件。
（2）为探究高温阶段温度差异对污泥好氧发酵的影响,将高温阶段温度分别控制在55～60℃、60～65℃和65～70℃的温度范围进行污泥好氧发酵。结果表明,高温阶段维持在60～65℃范围内时有利于微生物对有机物分解利用,有机质降解量为其他两组的1.52～1.84倍。高温阶段氨气日挥发量和总挥发量随着温度的升高而增加,高温阶段的温度在65～70℃时,p H值降低至7.73。腐殖化性能分析结果表明,高温阶段的温度保持在60～65℃时,好氧发酵后期的胡敏酸含量上升14.13%,腐殖化指数、腐殖酸占比和聚合度分别上升至15.38%、54.69%和1.3,表明基于蛋白质降解调控将温度维持在该范围有利于污泥好氧发酵过程的稳定化。
（3）探究了升温阶段调控蛋白质降解促进腐殖化的可行性,采用污泥质量占比分别为63%的对照组和68%的调控组开展污泥好氧发酵试验。结果发现,与对照组相比,调控组初始蛋白质含量提高了36.97%,升温时间由2天缩短至1天,且高温持续时间由6天延长至10天,有效积温提高14.39%,含水率的下降幅度由16.07%增加至23.16%,但会导致p H值、铵态氮含量的增加,进而使得氨气释放量增加27.80%。从腐殖化效果方面分析,调控组的腐殖酸、胡敏酸含量和聚合度分别上升了8.76%、26.59%和38.57%,说明污泥好氧发酵后期蛋白质含量较高可促进腐殖化过程且有利于有机碳的稳定化。微生物群落结构分析显示,蛋白质降解调控策略有利于富集Bacteroidota和Proteobacteria等具有纤维素降解功能的细菌,其相对丰度较对照组提升约3倍。蛋白质降解调控策略延长高温时间且提高了蛋白质残留率,Bacillus和Ureibacillus的相对丰度由4.62%和1.14%分别增至6.58%和4.43%,均有利于腐殖化过程。
（4）为探究好氧发酵产物对植株生长的影响,分别将调控组和对照组的好氧发酵产物按照25%、50%和75%的比例与土壤混合开展盆栽试验。结果表明,与不添加好氧发酵产物的空白组相比,添加好氧发酵产物的苗高增加了33.97～90.21%,地上生物量增加了10.45～41.20%,地下生物量增加了9.86～49.27%,说明好氧发酵产物的投加有助于黑麦草的生长。在好氧发酵产物添加比例一致的条件下,相较于对照组,添加调控组好氧发酵产物的苗高增加了0.75～24.24%、地上生物量增加了11.99～25.94%和地下生物量增加了10.52～31.78%,该结果表明蛋白质降解调控有助于提高好氧发酵产物对植物生长的促进效果。
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