目錄
第1章 引言 1
1.1 有機固廢好氧發(fā)酵研究現狀 1
1.1.1 有機固廢的主要類型 1
1.1.2 有機固廢的主流處理方法 3
1.1.3 城鄉(xiāng)混合垃圾好氧堆肥處理的問題與挑戰(zhàn) 6
1.1.4 城鄉(xiāng)混合垃圾好氧堆肥的趨勢與展望 7
1.2 有機固廢好氧發(fā)酵腐殖化技術現狀 8
1.2.1 堆肥腐殖化過程 8
1.2.2 堆肥腐殖化調控技術 9
1.3 有機固廢好氧發(fā)酵臭氣控制技術現狀 10
1.3.1 臭氣的主要組成 10
1.3.2 臭氣生成轉化的途徑 11
1.3.3 生物除臭技術 13
1.4 有機固廢好氧發(fā)酵抗生素抗性基因研究現狀 14
1.4.1 有機固廢中ARGs的環(huán)境風險 15
1.4.2 好氧堆肥中ARGs的去除機制和響應途徑 17
1.4.3 提高傳統(tǒng)堆肥技術可提高ARGs降解效率 20
1.5 有機固廢好氧發(fā)酵產物應用現狀 25
1.5.1 有機固廢好氧發(fā)酵產物生產有機肥應用現狀 25
1.5.2 有機固廢好氧發(fā)酵產物生產栽培基質應用現狀 26
1.5.3 有機固廢好氧發(fā)酵產物生產土壤修復劑應用現狀 27
參考文獻 28
第2章 有機固廢好氧發(fā)酵微環(huán)境變化特征 44
2.1 溫度變化 44
2.2 pH變化 44
2.3 含水率變化 45
2.4 有機質表征 45
2.4.1 市政污泥堆肥中的理化參數 45
2.4.2 畜禽糞便堆肥中的理化參數 46
2.4.3 不同堆肥階段DOM結構演變特征 49
2.5 腐殖質電子轉移能力 59
2.6 水溶性有機物電子轉移能力 60
2.6.1 DOM電子轉移能力變化趨勢 60
2.6.2 DOM電子轉移能力對化學結構變化的影響 61
2.7 總結與展望 63
參考文獻 64
第3章 好氧發(fā)酵促進腐殖化的理論 68
3.1 腐殖化影響因素 68
3.1.1 生物強化調控 69
3.1.2 微環(huán)境調控 69
3.1.3 調理劑調控 71
3.2 堆肥腐殖化過程中微生物的作用機制 72
3.3 高通量測序技術與微生物網絡 73
3.4 雞糞好氧發(fā)酵腐殖化過程與微生物響應 75
3.4.1 堆肥微環(huán)境特征 75
3.4.2 腐殖質類有機組分變化的特征 79
3.4.3 腐殖質前體物變化 82
3.4.4 腐殖質類物質的變化 84
3.4.5 腐殖化指數 85
3.4.6 微環(huán)境與腐殖質組分的響應關系 86
3.4.7 微生物多樣性分析 87
3.4.8 微生物群落演替 87
3.4.9 微生物網絡構建 90
3.5 牛糞好氧發(fā)酵腐殖化過程與微生物響應 92
3.5.1 堆肥微環(huán)境特征 92
3.5.2 腐殖質類有機組分變化的特征 95
3.5.3 腐殖質前體物變化 99
3.5.4 腐殖質類物質變化 100
3.5.5 腐殖化指數 101
3.5.6 微環(huán)境與腐殖質組分的響應關系 101
3.5.7 微生物多樣性分析 102
3.5.8 微生物群落演替 103
3.5.9 微生物網絡構建 105
3.6 餐廚垃圾好氧發(fā)酵腐殖化過程與微生物響應 107
3.6.1 堆肥微環(huán)境特征 107
3.6.2 腐殖質類有機組分變化的特征 107
3.6.3 腐殖質前體物變化 108
3.6.4 腐殖質類物質變化 108
3.6.5 腐殖化指數 109
3.7 討論 109
3.7.1 微生物共生模式分析 109
3.7.2 微生物網絡的比較 111
3.7.3 關鍵分類群的識別 112
3.7.4 關鍵功能微生物識別 115
3.7.5 微生物與微環(huán)境的響應分析 117
3.8 總結和展望 119
參考文獻 121
第4章 不同物料好氧發(fā)酵傳統(tǒng)污染物與溫室氣體調控原理 133
4.1 有機固廢好氧發(fā)酵傳統(tǒng)污染物種類 133
4.2 污泥好氧發(fā)酵中重金屬遷移轉化特征與微生物響應機制 134
4.2.1 不同可利用態(tài)重金屬含量的變化 134
4.2.2 微生物群落演替對重金屬可利用性的影響 136
4.2.3 不同可利用金屬的關鍵調控因素 138
4.3 臭氣及其前體物產排規(guī)律與微生物代謝網絡 140
4.3.1 雞糞堆肥含氮硫前體物變化及其與細菌的共現網絡 140
4.3.2 糞便堆肥氨化功能特征及其與細菌的共現網絡 148
4.3.3 污泥堆肥含氮硫前體物變化及其與細菌的共現網絡 155
4.4 溫室氣體產排規(guī)律與調控 163
4.4.1 堆肥中溫室氣體的產生規(guī)律 163
4.4.2 調控溫室氣體排放的方法 165
4.5 碳氮硫元素協同轉化與微生物代謝調控機制 171
4.5.1 堆肥中的氮和硫功能 171
4.5.2 糞便堆肥過程中微生物對氮和硫代謝的貢獻 173
4.5.3 糞便堆肥中氮硫代謝的微生物和功能網絡分析 175
4.5.4 堆肥宏基因組組裝分析 177
4.5.5 堆肥過程中核心功能微生物與堆肥理化特性的相關性 181
參考文獻 183
第5章 有機固廢好氧發(fā)酵新興污染物遷移轉化與微生物響應特征 194
5.1 有機固廢好氧發(fā)酵抗生素抗性基因類型 194
5.1.1 ARGs的特性與風險 194
5.1.2 抗生素的使用與殘留 195
5.1.3 污泥等有機固廢中ARGs的分布 198
5.1.4 抗生素對好氧堆肥中ARGs的影響 200
5.1.5 胞內外ARGs分布特征 201
5.1.6 ARGs的水平轉移途徑 203
5.2 有機固廢好氧發(fā)酵新興污染物遷移轉化與微生物響應特征實驗參數 206
5.2.1 堆肥實驗設置 206
5.2.2 理化性質測定 209
5.2.3 ARGs和微生物檢測與分析 211
5.2.4 實驗材料與儀器設備 214
5.2.5 數據統(tǒng)計分析與可視化 216
5.3 抗生素抗性基因變化歸趨與宿主微生物響應關系 216
5.3.1 堆肥過程中目標ARGs和MGEs的歸趨 216
5.3.2 細菌群落變化規(guī)律與ARGs潛在宿主細菌的分析 219
5.3.3 致病菌變化規(guī)律 220
5.3.4 潛在宿主微生物與MGEs和ARGs的關系 221
5.3.5 理化性質對潛在宿主微生物的影響 222
5.4 環(huán)丙沙星脅迫對好氧發(fā)酵抗生素抗性基因的影響 223
5.4.1 ARGs與移動遺傳元件豐度變化 223
5.4.2 喹諾酮類ARGs的豐度變化 223
5.4.3 移動遺傳元件的豐度變化 225
5.4.4 微生物群落演替規(guī)律 225
5.4.5 潛在宿主菌和ARGs共現分析 228
5.5 好氧發(fā)酵中胞內外抗生素抗性基因變化規(guī)律與微生物共現分析 230
5.5.1 胞內外ARGs和微生物群落變化特征 230
5.5.2 胞內外ARGs的VGT和HGT對其豐度變化影響 243
5.6 有機固廢好氧發(fā)酵胞內外抗生素抗性水平基因轉移機制 244
5.6.1 胞內ARGs水平轉移機制分析 244
5.6.2 胞外ARGs水平轉移機制分析 247
5.6.3 污泥堆肥中胞內外ARGs水平轉移機理模型 249
5.7 好氧發(fā)酵中抗生素抗性基因防控現狀與展望 252
5.7.1 結論 252
5.7.2 展望 252
參考文獻 252
第6章 規(guī)�；�好氧發(fā)酵中新興污染物賦存特征與微生物響應機制 265
6.1 規(guī)模化好氧發(fā)酵工藝與實驗參數 266
6.1.1 規(guī)�；�好氧發(fā)酵工藝參數 266
6.1.2 快速好氧發(fā)酵工藝與樣品收集 266
6.1.3 理化性質測定 267
6.1.4 微生物與目標基因檢測 267
6.2 抗生素抗性基因的賦存和微生物群落特征 269
6.2.1 城市生活垃圾好氧堆肥過程中ARGs的分布特征 269
6.2.2 制藥污泥好氧堆肥過程中ARGs的分布特征 271
6.2.3 城市生活垃圾好氧堆肥過程中MGEs的變化歸趨 273
6.2.4 制藥發(fā)酵污泥好氧堆肥過程中MGEs的變化歸趨 274
6.2.5 好氧堆肥過程中微生物群落結構演替 274
6.3 抗生素抗性基因宿主微生物識別與微環(huán)境響應途徑 279
6.3.1 城市生活垃圾好氧堆肥的潛在宿主微生物 279
6.3.2 制藥污泥好氧堆肥的潛在宿主微生物 280
6.3.3 MGEs的潛在宿主微生物識別及對ARGs的影響 281
6.3.4 微環(huán)境、微生物對抗性基因的響應 283
6.4 規(guī)�；�堆肥中抗生素抗性基因防控的環(huán)境意義 287
6.5 總結和展望 288
6.5.1 總結 288
6.5.2 展望 289
參考文獻 289
第7章 有機固廢好氧發(fā)酵過程中NH3、腐殖質及H2S產生預測 293
7.1 好氧發(fā)酵模型國內外研究現狀 293
7.1.1 機理模型研究現狀 294
7.1.2 數據模型研究現狀 296
7.2 產生預測模型的研究理論 297
7.2.1 發(fā)酵動力學 297
7.2.2 卷積神經網絡 299
7.3 好氧發(fā)酵氮代謝耦合模型 312
7.3.1 代謝網絡關鍵途徑 312
7.3.2 代謝動力學耦合模型 314
7.3.3 模型參數辨識及分析 316
7.4 基于卷積神經網絡的NH3預測模型 326
7.4.1 好氧發(fā)酵全周期擬合 326
7.4.2 卷積神經網絡構建與驗證 330
7.4.3 卷積神經網絡結構優(yōu)化 337
7.4.4 基于不同模型原理的NH3預測軟件 341
7.5 腐殖質和H2S的產生預測模型 345
7.6 可視化平臺 347
7.7 總結和展望 348
參考文獻 349