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随着我国经济和城市化速度不断提高,城市污水处理量不断增加,同时污泥的产量也逐年增加。城市污泥中往往含有重金属、抗生素和抗性基因以及寄生虫卵等多种有害物质,如果不经过安全处理而随意丢弃会造成环境污染。但是,城市污泥同时也是一种重要的可再利用资源,富含植物生长需要的多种养分和较高的有机质,可作为潜在肥料利用。因此,合理处理城市污泥,降低其在环境中的生态风险,是城市可持续发展亟待解决的重要问题之一。高温堆肥是资源化处理城市污泥的有效方法,但传统高温堆肥存在发酵周期长,无害化不彻底,消减抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)和移动遗传元件(Mobile genetic elements,MGEs)效果较差等局限性,成为其全面推广和安全高效应用的限制因素。超高温堆肥(Hyperthermophilic composting)是近年来开发的一种有机废弃物资源化新技术,其具有发酵温度高、周期短、无害化效果强、资源化效率高和运行成本低等特点。尽管该技术已经在实际工程中推广应用,但是关于超高温发酵的基础研究依然较少。本实验在北京顺义污水处理厂进行,以城市脱水污泥为主要原料,设置超高温堆肥和普通堆肥两个处理,比较研究两种堆肥处理过程中主要理化参数和生物学指标,探究超高温堆肥过程中理化性质变化的基本规律。试验结果表明,超高温堆肥能够加速污泥堆肥腐熟进程,较普通高温堆肥,发酵周期由原来的45天缩短至25天左右,同时堆肥基本理化性质与普通堆肥变化规律较为相似,表明超高温堆肥能够快速完成堆肥化、腐殖化等过程。通过测定萝卜种子发芽指数,超高温堆肥处理在第21天达89.9%,而普通堆肥处理在第45天才达到最高值67.4%,表明超高温堆肥不仅能提高堆肥的效率,而且能够改善和提高堆肥产品的品质。通过采用16SrRNA基因高通量技术,比较研究两种堆肥处理过程中不同阶段的细菌群落结构和组成的变化特征。非度量多维尺度(NMDS)和主坐标分析(PCoA)结果表明,超高温堆肥和普通堆肥的细菌群落结构明显不同,同时超高温堆肥处理显著降低堆肥过程中微生物多样性和物种丰富度。此外,两种堆肥处理的细菌群落组成明显不同,堆肥起始阶段的细菌群落主要为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)(占62.7%),经过15天的超高温堆肥处理,变形菌门和拟杆菌门的丰度分别从32.1%和30.6%减少到2.0%和0.32%,而Thermi和厚壁菌门的丰度分别从0.41%和8.0%增加到53.1%和42.3%。相反,普通堆肥中变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门占主要部分,并且它们的丰度变化不明显。采用荧光定量PCR测定两种堆肥处理中ARGs和MGEs丰度变化,比较研究两种堆肥过程中ARGs宿主变化及其作用机制。结果表明超高温堆肥比普通堆肥更有效去除ARGs和MGEs(分别为89%和49%)。超高温堆肥能够降低ARGs和MGEs的灭活处理时间。最小路径模型(PLS-PM)分析表明,超高温堆肥主要通过降低抗性基因水平转移,从而达到对ARGs高效去除的效果,而普通堆肥中ARGs的改变主要与细菌群落结构的变化有关。