黑水虻转化厨余垃圾过程中物料理化性质及溶解性有机质光谱学特征

黑水虻(Hermetia illucens L.)生物转化厨余垃圾技术转化率高、周期短,具有实现减量化同时提高资源化水平等优点.选取日处理厨余垃圾15 t/d的黑水虻生物转化工程,在为期两周的处理过程中分析物料的理化性质及溶解性有机质(DOM)的动态变化规律.结果显示,黑水虻生物转化组(BSFL)堆体温度快速升至50℃,高出厨余垃圾自然堆放的对照组(NC,27.3℃)83%;含水率从71.5%降至61.1%,NC组基本不变(70.4%);BSFL组pH从4.59升至7.94,NC组则保持弱酸环境(5.32);BSFL组总有机质(TC)和DOM含量分别降低了18.3%和51.5%,与NC组存在明显差异.紫外‒可见光光谱及三维荧光光谱分析发现:(1)BSFL组DOM含苯环化合物增多,苯环取代基脂肪烃基逐渐氧化为含氧官能团;(2)BSFL组DOM组分中胡敏酸含量增多,有机质分子量增大;(3)BSFL组DOM中类蛋白质、可溶性微生物代谢物被黑水虻幼虫及堆体微生物分解、代谢、合成为类腐殖质;(4)NC组DOM组分、结构以及腐殖化程度无明显变化.综上,经过黑水虻生物转化后,厨余垃圾腐殖化进程加快,堆体物料腐殖化和稳定化程度加深,所得残渣有利于后续虫粪有机肥加工.(图5表1参30)

黑水虻生物转化残留物二次堆肥物料生化及溶解性有机质动态演化特征

餐厨垃圾黑水虻转化技术因其周期短、转化效率高、昆虫制品价值潜力大等优点而受到重视,但对黑水虻生物转化后的残留物的再处理鲜见报道.结合生化测试和波谱分析,在为期49 d的残留物条垛式二次堆肥过程中,研究物料的生化特征及其溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的动态变化特征.结果显示:堆体物料温度在7 d内快速升至63.8℃,之后缓慢降低至结束时的27.7℃,物料含水量从初始的65.4%逐步下降至38.6%,处理后物料DOM、速效磷、总氮和铵态氮含量分别降低了69.1%、41.7%、11.8%和22.6%,而硝态氮含量提高了18.7倍.三维荧光光谱、傅里叶变换红外光谱以及核磁共振分析发现:(1)物料DOM组分中酚类、醇类、脂肪、蛋白质以及乳酸类等物质逐步降解;(2)碳水化合物烷基链烃类物质含量逐渐下降,且链烃支链逐渐变短,烯烃类、芳香组类以及多糖类等物质被降解的同时又生成新的同类物质;(3)β-木糖、β-半乳糖、β-阿拉伯糖、α-半乳糖、α-阿拉伯糖以及α-葡萄糖等溶解性单糖相对增加,有机胺、含甲基有机质以及有强抗病毒功能的肌苷三磷酸类等物质相对增加.随着二次堆肥的进行,物料DOM化学组分多样性增加,结构复杂性下降,稳定性和芳香性组分相对增加.本研究表明黑水虻生物转化残留物经二次堆肥后,腐殖化程度加深,产品质量得到提升.该结果可为残留物资源化再利用以及餐厨垃圾黑水虻生物转化技术提供理论依据.