生物炭重构污泥堆肥微环境下重金属行为及蚯蚓生理生态变化特征研究

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中文摘要：生物炭是生物质在缺氧下经过热解形成的富含碳的多孔固体材料，可作为堆肥添加剂/调理剂，蚯蚓-生物炭联合堆肥是污泥资源化的重要处置方式，能显著影响着污泥处置的效果。堆肥中生物炭的添加会改变污泥中环境因子，进而对蚯蚓活性产生明显影响。目前，蚓触圈范围内的微环境理化因子、重金属变化和生物炭添加对蚯蚓活性产生影响的研究不多。因此，本研究将稻壳炭(RC)、秸秆炭(SC)、竹炭(BC)添加进蚯蚓堆肥，探究不同比例生物炭(0％、2％、4％、6％、8％)对蚯蚓堆肥中大环境污泥、穴壁污泥、肠道污泥、蚯蚓表皮、蚯蚓肠道理化性质和重金属的影响;同时，探索三种生物炭作用下，污泥中蚯蚓的生理生态反应特征，以揭示生物炭引起蚯蚓活性变化的关键微环境因子及其作用机制，主要研究结果如下: 1.三种生物炭均在堆肥期间降低穴壁、大环境污泥中EC、TN、TP、TK含量，增加污泥有机质含量，在堆肥后期（14-28天）降低两种污泥pH值;竹炭对两种污泥中pH、有机质含量降低、增加幅度更大，稻壳炭对两种污泥中EC降低幅度更大，而秸秆炭对穴壁污泥TN、TP、TK降低幅度更大。 2.三种生物炭都能降低蚯蚓整体、表皮、肠道中重金属Cu、Zn、Mn含量。稻壳炭和秸秆炭分别对蚯蚓整体中Cu、Mn含量作用更大;蚯蚓表皮中，稻壳炭对表皮Cu、Mn含量降低幅度效果更好;蚯蚓肠道中，秸秆炭对肠道Cu、Zn、Mn的降低效果更好。 3.三种生物炭均能降低肠道污泥Cu、Zn、Fe含量，降低穴壁污泥和大环境污泥重金属Cu、Zn、Mn、Fe含量，高比例的生物炭添加具有能更好的降低污泥重金属含量。稻壳炭能更好降低穴壁污泥Cu含量，秸秆炭能更好的降低肠道污泥、穴壁污泥中Zn、Fe含量和大环境Cu、Zn、Fe含量;竹炭能更好降低肠道污泥Cu、穴壁污泥和大环境污泥Mn含量。 4.三种生物炭促进或抑制蚯蚓酶活性具有相似性。稻壳炭、秸秆炭、竹炭添加组中，蚯蚓表皮和肠道SOD活性分别在堆肥后期(28天)和中期(7-14天)被激活。蚯蚓整体CAT活性在前期(7-21天)呈激活状态;表皮、肠道CAT活性在堆肥期间呈现抑制趋势。蚯蚓整体POD活性略微激活，但在21天酶活性出现抑制;肠道POD活性则呈激活趋势。蚯蚓整体GST活性在14天、28天呈激活状态。表皮GST活性在堆肥前期（7-14天）被抑制，在后期（21-28天）被激活;肠道GST活性堆肥期间整体呈抑制状态。三种生物炭添加组蚯蚓整体蛋白含量在整个堆肥期间略微增加;表皮、肠道蛋白含量在堆肥前期（7天）略微降低，后期(14-28天)较CK增加。蚯蚓整体、表皮、肠道MDA含量在堆肥前期（7天）降低，但7天后生物炭添加组MDA含量较CK增加。 5.相关和回归性分析发现，稻壳炭改变大环境污泥pH、TP，穴壁污泥中pH、TN、TP，大环境污泥pH、EC和肠道污泥Cu、Mn，来分别影响蚯蚓整体、表皮、肠道生理生态;秸秆炭通过改变大环境污泥pH、TN，改变穴壁污泥中有机质、TN、Mn，改变大环境污泥pH、EC、TN和肠道污泥Cu、Mn，来分别影响蚯蚓整体、表皮、肠道生理生态;竹炭通过改变大环境污泥pH、有机质、TP，改变穴壁污泥pH、TN、TP，改变大环境污泥pH、EC和肠道污泥Fe，来分别影响蚯蚓整体、表皮、肠道生理生态。

作者：

丁天元

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关键词：

污泥堆肥生物炭微环境重金属行为生理生态变化

授予学位：

硕士

学科专业：

环境工程

导师：

王兴明

学位年度：

2022

学位授予单位：

安徽理工大学

语种：

中文

中图分类号：