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腐熟污泥添加对生活垃圾堆肥N2O产生及其相关功能基因丰度影响研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 选题的背景、目的及意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 选题的目的及意义

1.2 好氧堆肥研究综述

1.2.1 好氧堆肥原理

1.2.2 好氧堆肥的影响因素

1.2.3 好氧堆肥的优势、限制和发展前景

1.3 堆肥过程中温室气体N2O排放研究进展

1.3.1 N2O产生的微生物学机理

1.3.2 堆肥过程中N2O排放情况

1.4 选实时荧光定量PCR技术(RT-PCR)

1.4.1 RT-PCR原理

1.4.2 RT-PCR应用

1.5 实验内容

1.6 技术路线图

第2章 材料与方法

2.1 实验原料

2.2 实验设计

2.3 测定指标及分析方法

2.4 RT-PCR材料与方法

2.4.1 堆肥样品基因组DNA提取

2.4.2 微生物功能基因PCR引物设计

2.4.3 标准品的制备

第3章 腐熟污泥添加对堆肥过程中N2O排放影响

3.1 结果与讨论

3.1.1 堆肥物料温度变化

3.1.2 腐熟污泥添加对堆肥堆体氮素转化影响

3.1.3 堆肥过程中氨气释放情况

3.1.4 腐熟污泥对堆体N2O释放影响

3.2 本章小结

第4章 堆肥过程中N2O产生的微生物机理研究

4.1 功能基因标准曲线绘制

4.2 结果与讨论

4.2.1 不同量腐熟污泥添加对堆肥过程中反硝化功能基因丰度影响

4.2.2 N2O排放量与氮类物质和反硝化功能基因相关性分析

4.2.3 N2O产生的微生物学影响分析

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢

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摘要

堆肥是生活垃圾资源化利用的有效手段,但堆肥过程中常伴随大量温室气体N2O产生,从而导致堆肥氮素的损失和肥效的降低。目前,多数研究主要采用改良堆肥工艺参数来抑制N2O的排放,但堆肥方式的多样性导致只是简单改进工艺参数并不是一种抑制N2O排放的合理方式,因此,深入研究影响N2O产生的微生物学机理,对减少堆肥过程中N2O释放具有重要的实际意义。腐熟污泥作为生污泥堆肥化的产品具有质地松软、结构疏松、较强吸附能力等优点,同时在含水量变化较大时仍能保持一定的孔隙率,利于气体扩散,并且含有大量微生物,因此,向垃圾堆肥堆体中添加腐熟污泥减少N2O排放不但理论可行,而且成本低,达到了废物的循环利用。
  针对堆肥过程中温室气体N2O排放严重的问题,本研究将垃圾与腐熟污泥按照质量比为1∶1、2∶1、4∶1混合进行工程性好氧堆肥,同时设置空白对照组,系统考察添加腐熟污泥对垃圾堆肥过程中N2O排放影响,利用实时荧光定量PCR技术,探究添加腐熟污泥对与N2O排放有关功能基因丰度的影响,探究N2O产生的微生物机理,得出以下主要研究结果:
  1.四组堆肥堆体均能满足堆肥卫生学要求,且添加腐熟污泥能够使堆体迅速升温,在混合比例为1∶1时可显著缩短堆肥周期;与单独生活垃圾相比,生活垃圾与腐熟污泥比例为1∶1和4∶1时,有机氮与TN损失明显减少;至堆肥结束四组堆体铵态氮与硝态氮相较于堆肥初期均有不同程度提高,其中4∶1组铵态氮与硝态氮提高最多,分别为32.3%和86.1%;亚硝态氮含量在整个堆肥过程中一直处于下降趋势;堆肥过程中氨气和N2O的释放量随着腐熟污泥添加量的增加而减小。
  2.与N2O产生有密切关系的四种反硝化功能基因(narG、nirK、nirS、nosZ)丰度在堆肥过程中四组堆体内的变化趋势基本一致,但添加不同量腐熟污泥对堆体中四种反硝化功能基因的丰度存在明显影响。通过相关性分析发现,堆肥过程中N2O排放量与nirS和nirK基因丰度呈显著正相关,与nosZ基因丰度显著负相关,说明微生物的反硝化作用是堆肥过程中N2O产生的主要原因。添加腐熟污泥通过改变堆肥堆体的环境因子,从而影响了与N2O产生有关微生物的生长和繁殖,增加了堆肥堆体中亚硝酸盐还原菌的数量和氧化亚氮还原菌的数量,一方面减少了堆体内亚硝酸盐氮的积累,另一方面促进了N2O还原成N2,从而减少了堆肥过程中N2O的产生和排放。

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