小麦生物炭对污泥好氧堆肥腐殖化及电子转移的影响研究

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近年来市政污泥作为城市排水处理的副产物产量随污水量上升不断增长,将其随意处置会造成土地污染等环境问题,堆肥是将污泥资源化的有效方式。生物炭作为添加剂能起到为污泥好氧堆肥提供碳源,降低氮素损失、加快堆肥进程等作用。堆肥产生的腐殖质一定条件下能充当电子受体从微生物得到电子,再转变为电子供体将电子传递到末端受体中,在处理重金属及有机污染物等方面具有巨大潜力。本研究通过向污泥好氧堆肥中添加0%、5%及10%的小麦秸秆生物炭,收集堆肥不同阶段的样品后提取分离为胡敏酸、富里酸及亲水性组分,通过测定理化指标、光谱学表征及电化学方法对生物炭对污泥好氧堆肥腐殖化及电子转移能力(ETC)的影响进行研究。主要研究结论如下:(1)理化性质参数结果反映添加生物炭促进了污泥好氧堆肥效果。5%及10%生物炭组的高温持续时间分别延长1天和2天,碳氮比(C/N)及挥发性有机质(VS)下降幅度均较对照组更大,堆肥前后种子发芽指数均高于对照组。各组处理的p H值、含水率及电导率无显著差异。(2)添加生物炭能够使污泥好氧堆肥的腐殖化程度加深。通过紫外-可见光谱及SUVA254、SUVA280、SUVA436、A226-400等特征参数的变化趋势可以看出添加生物炭后使堆肥腐殖质C=C键含量、分子量、醌基含量在腐熟期高于对照组,且达到腐殖化顶峰的时间提前。经过三维荧光光谱、腐殖化系数(HIX)指数及平行因子分析,同样印证了这一结果。通过傅里叶红外光谱表明堆肥中作为微生物碳源的醇类及酚类化合物不断减少,芳香族化合物及羧基团在堆肥过程中存在合成与消耗。(3)添加生物炭提升了污泥好氧堆肥腐殖质电子转移能力,不同组分的提升效果有所差异;电子转移能力(ETC)与堆肥腐殖化程度具有相关性。各处理的腐殖质组分的电子供给能力(EDC)无明显变化趋势,电子接受能力(EAC)呈波动上升趋势,亲水性组分明显低于胡敏酸及富里酸。两组实验组的胡敏酸ETC在30天达到最大值117.32和125.62μmol e-/g C,较对照组分别提升10.61%和18.43%;10%生物炭组富里酸及5%生物炭组亲水性组分ETC最大值大于对照组,分别达到116.98和51.70μmol e-/g C。经过相关性分析,多项表征堆肥腐殖化程度的特征参数与腐殖质EDC、EAC及ETC具有显著相关性(P<0.05),表明生物炭使堆肥腐殖化程度加深的同时提升了腐殖质的电子转移能力。
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