Highlights•The effect of biogas res

Highlights

•
The effect of biogas residue content of initial composting mixture on the composting efficiency was evaluated by HCA.
•
The humified and stabilised degree of compost was optimal when the weight fraction of biogas residues was 40–50%.
•
Describe the relationship between bacterial community structure and organic matter transformation during composting
Abstract

The composition of composting substrate significantly influences the composting process. To evaluate the effect of biogas residue content of initial composting mixture on the composting efficiency, co-composting processes of biogas residues and livestock manure (BRLM) were performed in terms of weight fractions of biogas residues (T1: 30%, T2: 40%, T3: 50% and T4: 60%). The dissolved organic matter (DOM) transformation was characterised. Fractionation of DOM, FTIR, UV–vis and fluorescence spectra indicated that the degradation efficiency of alcohols, ether and polysaccharides, and molecular weight, aromaticity and polycondensation degree of composts were in the order T3 > T2 > T1 > T4. Parallel factor analysis also showed that the content of humic-like substances was in the same order. Hierarchical cluster analysis showed that humified and stabilised degree of compost was optimal when the weight fraction of biogas residues was 40–50%. Bacterial profiles implied that biogas residue content of composting substrate significantly influenced bacterial dynamics. Bacteria were mainly active in the degradation of easily biodegradable organic matter and lignin. The abundance of bacteria involved in the degradation of easily biodegradable organic matter and lignin in the course of composting was closely related to composting efficiency and humification degree of compost.



Keywords
Biogas residues;
Composting efficiency;
Raw materials;
Spectroscopic techniques;
Parallel factor analysis;
PCR-DGGE


Introduction

At present, with the rapid development of biogas engineering in China, there is an urgent need to dispose of a large amount of biogas residues from anaerobic digestion. In addition, the amount of animal manure is increasing because of the swift development of livestock farming. For example, the annual yield of animal manure in China is over 3 billion tons (Duan et al., 2012). Therefore, biogas residues and livestock manure have become two of the most important sources of agricultural pollution. Traditionally, biogas residues are often utilised directly as organic fertiliser (Yuan et al., 2011), which could result in the addition of hormones, chemical pesticides and potential ammonia oxidation-inhibiting substances, which are not conducive to plant growth. Livestock manure being used as the co-substrate for biogas residues composting can not only balance the C/N ratio of initial composting materials but also provide microbial biomass and a large amount of easily degradable organic matter (Creamer et al., 2010). More importantly, the negative influence of traditional biogas residue land utilisation on the soil could be eliminated or mitigated via composting (Singh and Kalamdhad, 2012, Singh and Kalamdhad, 2013 and Ho et al., 2013).

Composting is a process involving continuous mineralisation and humification of organic matter (Gea et al., 2007). A typical composting process includes two general stages: the bio-oxidative phase and the following maturation phase. The former also consists of a mesophilic stage, a thermophilic stage and a falling-temperature stage (Yu et al., 2007). The rapid degradation of organic matter and reduction of volume and weight of compost piles are observed during the bio-oxidative phase of composting (BPC). This fact is convenient for the management of composting plants when considering the cost and the environmental impacts of composting. Therefore, research on organic matter dynamics during the BPC is important for shortening composting time and reducing the covering area of composting pile, thereby reducing the composting cost and environmental pollution.

As a highly active component, the characteristics of dissolved organic matter (DOM) and its transformations could reflect the composting process and the humification degree of organic matter. Extensive research has been conducted to explore the chemical structure and molecular weight changes of DOM during composting (Said-Pullicino et al., 2007 and Wang et al., 2013). The application of spectroscopic methods, especially excitation-emission matrix (EEM), has become increasingly common (Tang et al., 2011 and Wan et al., 2012). EEM spectra coupled with fluorescence regional integration (FRI) is often used to quantitatively analyse DOM (Tian et al., 2012 and Lv et al., 2013). However, FRI cannot essentially solve the problem of overlap among the fluorescence peaks. Parallel factor analysis (PARAFAC) can decompose the three-way data into individual fluorescence components and quantitatively analyse DOM notably well because of its scientific nature (Yu et al., 2010 and He et al., 2013a). However, the available information on DOM during the bio-oxidative phase of biogas residues and livestock manure co-composting is still limited, and biogas residue composting efficiency is also rarely reported.

The objectives of this study were to explore the dynamics of DOM during the bio-oxidative phase of biogas residues and livestock manure co-composting by spectroscopic techniques coupled with PARAFAC and to evaluate the effect of biogas residue content of initial composting mixture on the composting efficiency

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ไฮไลท์•มีประเมินผลของเนื้อหาสารตกค้างผลิตก๊าซผสมการหมักเริ่มต้นประสิทธิภาพ composting โดย HCA•ระดับ humified และเสถียรภาพของปุ๋ยเหมาะสมที่สุดเมื่อน้ำหนักสัดส่วนของก๊าซชีวภาพตก 40-50%•อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างชุมชนแบคทีเรียแปลงอินทรีย์ในระหว่างการหมักบทคัดย่อThe composition of composting substrate significantly influences the composting process. To evaluate the effect of biogas residue content of initial composting mixture on the composting efficiency, co-composting processes of biogas residues and livestock manure (BRLM) were performed in terms of weight fractions of biogas residues (T1: 30%, T2: 40%, T3: 50% and T4: 60%). The dissolved organic matter (DOM) transformation was characterised. Fractionation of DOM, FTIR, UV–vis and fluorescence spectra indicated that the degradation efficiency of alcohols, ether and polysaccharides, and molecular weight, aromaticity and polycondensation degree of composts were in the order T3 > T2 > T1 > T4. Parallel factor analysis also showed that the content of humic-like substances was in the same order. Hierarchical cluster analysis showed that humified and stabilised degree of compost was optimal when the weight fraction of biogas residues was 40–50%. Bacterial profiles implied that biogas residue content of composting substrate significantly influenced bacterial dynamics. Bacteria were mainly active in the degradation of easily biodegradable organic matter and lignin. The abundance of bacteria involved in the degradation of easily biodegradable organic matter and lignin in the course of composting was closely related to composting efficiency and humification degree of compost.Keywordsก๊าซชีวภาพตก หมักประสิทธิภาพ วัตถุดิบ ด้านเทคนิค การวิเคราะห์ปัจจัยขนาน PCR DGGEแนะนำปัจจุบัน กับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของก๊าซชีวภาพวิศวกรรมศาสตร์จีน เร่งด่วนจำเป็นต้องทิ้งจำนวนมากตกค้างของก๊าซชีวภาพจากการย่อยอาหารที่ไม่ใช้ออกซิเจน นอกจากนี้ จำนวนมูลสัตว์เพิ่มขึ้นเนื่องจากการทำฟาร์มปศุสัตว์พัฒนา swift ตัวอย่าง ผลตอบแทนประจำปีของมูลสัตว์ในประเทศจีนได้กว่า 3 พันล้านตัน (Duan et al., 2012) ดังนั้น ตกก๊าซชีวภาพมูลปศุสัตว์ได้กลายเป็น 2 แหล่งสำคัญของมลพิษทางการเกษตร ประเพณี ผลิตก๊าซตกค้างอยู่มักจะทันใจเป็น fertiliser อินทรีย์ (หยวน et al., 2011), ซึ่งอาจส่งผลในการเพิ่มฮอร์โมน ยาฆ่าแมลงสารเคมี และเกิดแอมโมเนีย inhibiting ออกซิเดชัน สาร ซึ่งไม่เอื้อต่อการเจริญเติบโตของพืช โดยตรง ปศุสัตว์มูลใช้เป็นพื้นผิวร่วมสำหรับตกก๊าซชีวภาพหมักสามารถไม่ดุล C/N อัตราส่วนของวัสดุหมักเริ่มต้น แต่ยัง มีชีวมวลจุลินทรีย์และช่วยกันง่าย ๆ อินทรีย์ (ครีมเทียม et al., 2010) จำนวนมาก สำคัญ มีอิทธิพลเชิงลบของก๊าซชีวภาพแบบจัดสรรที่ดินตกค้างในดินสามารถตัด หรือบรรเทาผ่านการหมัก (สิงห์ และ 2012 สิงห์ Kalamdhad และ Kalamdhad, 2013 และโฮจิมินห์ et al., 2013)Composting is a process involving continuous mineralisation and humification of organic matter (Gea et al., 2007). A typical composting process includes two general stages: the bio-oxidative phase and the following maturation phase. The former also consists of a mesophilic stage, a thermophilic stage and a falling-temperature stage (Yu et al., 2007). The rapid degradation of organic matter and reduction of volume and weight of compost piles are observed during the bio-oxidative phase of composting (BPC). This fact is convenient for the management of composting plants when considering the cost and the environmental impacts of composting. Therefore, research on organic matter dynamics during the BPC is important for shortening composting time and reducing the covering area of composting pile, thereby reducing the composting cost and environmental pollution.As a highly active component, the characteristics of dissolved organic matter (DOM) and its transformations could reflect the composting process and the humification degree of organic matter. Extensive research has been conducted to explore the chemical structure and molecular weight changes of DOM during composting (Said-Pullicino et al., 2007 and Wang et al., 2013). The application of spectroscopic methods, especially excitation-emission matrix (EEM), has become increasingly common (Tang et al., 2011 and Wan et al., 2012). EEM spectra coupled with fluorescence regional integration (FRI) is often used to quantitatively analyse DOM (Tian et al., 2012 and Lv et al., 2013). However, FRI cannot essentially solve the problem of overlap among the fluorescence peaks. Parallel factor analysis (PARAFAC) can decompose the three-way data into individual fluorescence components and quantitatively analyse DOM notably well because of its scientific nature (Yu et al., 2010 and He et al., 2013a). However, the available information on DOM during the bio-oxidative phase of biogas residues and livestock manure co-composting is still limited, and biogas residue composting efficiency is also rarely reported.The objectives of this study were to explore the dynamics of DOM during the bio-oxidative phase of biogas residues and livestock manure co-composting by spectroscopic techniques coupled with PARAFAC and to evaluate the effect of biogas residue content of initial composting mixture on the composting efficiency

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ไฮไลท์•ผลกระทบจากก๊าซชีวภาพเนื้อหาสารตกค้างของปุ๋ยหมักผสมครั้งแรกที่มีต่อประสิทธิภาพการทำปุ๋ยหมักได้รับการประเมินโดยHCA. •ระดับ humified และความเสถียรของปุ๋ยหมักเป็นส่วนที่ดีที่สุดเมื่อน้ำหนักของสารตกค้างก๊าซชีวภาพเป็น 40-50%. •อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแบคทีเรียโครงสร้างชุมชนและการเปลี่ยนแปลงสารอินทรีย์ในระหว่างการหมักบทคัดย่อองค์ประกอบของพื้นผิวการทำปุ๋ยหมักอย่างมีนัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการหมัก เพื่อประเมินผลกระทบของการผลิตก๊าซชีวภาพเนื้อหาที่เหลือผสมปุ๋ยหมักเริ่มต้นที่มีต่อประสิทธิภาพการทำปุ๋ยหมักกระบวนการร่วมทำปุ๋ยหมักของสารตกค้างก๊าซชีวภาพและมูลสัตว์ (BRLM) ได้ดำเนินการในแง่ของเศษส่วนน้ำหนักของสารตกค้างก๊าซชีวภาพ (T1: 30%, T2: 40% , T3: 50% และ T4: 60%) ละลายสารอินทรีย์ (DOM) ก็มีลักษณะการเปลี่ยนแปลง แยกของ DOM, FTIR, UV-Vis สเปกตรัมแสงและชี้ให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพการย่อยสลายของแอลกอฮอล์อีเทอร์และ polysaccharides และน้ำหนักโมเลกุลเป็น aromatic และระดับควบแน่นของปุ๋ยหมักที่อยู่ในคำสั่ง T3> T2> T1> T4 วิเคราะห์ปัจจัยขนานยังแสดงให้เห็นว่าเนื้อหาของสารฮิวมิกเหมือนอยู่ในลำดับเดียวกัน การวิเคราะห์กลุ่มตามลำดับชั้นแสดงให้เห็นว่าการศึกษาระดับปริญญา humified และความเสถียรของปุ๋ยหมักเป็นส่วนที่ดีที่สุดเมื่อน้ำหนักของสารตกค้างก๊าซชีวภาพเป็น 40-50% โปรไฟล์แบคทีเรียส่อให้เห็นว่าเนื้อหาที่เหลือของพื้นผิวก๊าซชีวภาพปุ๋ยหมักมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญของเชื้อแบคทีเรีย แบคทีเรียที่มีการใช้งานเป็นหลักในการย่อยสลายของสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้อย่างง่ายดายและลิกนิน ความอุดมสมบูรณ์ของเชื้อแบคทีเรียที่มีส่วนร่วมในการย่อยสลายของสารที่ย่อยสลายได้อย่างง่ายดายอินทรีย์และลิกนินในหลักสูตรของการทำปุ๋ยหมักที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยหมักและระดับการเกิดฮิวมัสของปุ๋ยหมักที่. คำตกค้างก๊าซชีวภาพ; ประสิทธิภาพการทำปุ๋ยหมัก; วัตถุดิบ; เทคนิคสเปกโทรสโก; วิเคราะห์ปัจจัยขนาน; PCR -DGGE บทนำในปัจจุบันที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิศวกรรมการผลิตก๊าซชีวภาพในประเทศจีนมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะทิ้งเป็นจำนวนมากตกค้างก๊าซชีวภาพจากการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน นอกจากนี้ปริมาณของมูลสัตว์ที่เพิ่มขึ้นเพราะการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการทำฟาร์มปศุสัตว์ ยกตัวอย่างเช่นผลผลิตประจำปีของมูลสัตว์ในประเทศจีนที่มีมากกว่า 3 พันล้านตัน (Duan et al., 2012) ดังนั้นสารตกค้างและก๊าซชีวภาพมูลสัตว์ได้กลายเป็นสองแหล่งที่สำคัญที่สุดของมลพิษทางการเกษตร ตามเนื้อผ้าตกค้างก๊าซชีวภาพมักจะถูกนำมาใช้โดยตรงเป็นปุ๋ยอินทรีย์ (หยวน et al., 2011) ซึ่งอาจทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของฮอร์โมน, สารเคมีและสารออกซิเดชั่ยับยั้งแอมโมเนียที่มีศักยภาพที่ไม่เอื้อต่อการเจริญเติบโตของพืช มูลสัตว์ที่ถูกนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นร่วมในการทำปุ๋ยหมักก๊าซชีวภาพตกค้างไม่สามารถรักษาความสมดุลของ C / N ratio ของวัสดุหมักเริ่มต้น แต่ยังให้ชีวมวลจุลินทรีย์และจำนวนมากของสารอินทรีย์ที่สามารถย่อยสลายได้ง่าย (ครีม et al., 2010) ที่สำคัญมีอิทธิพลเชิงลบของสารตกค้างก๊าซชีวภาพแบบดั้งเดิมการใช้ประโยชน์ที่ดินบนดินจะถูกกำจัดหรือลดลงผ่านการทำปุ๋ยหมัก (ซิงห์และ Kalamdhad 2012 ซิงห์และ Kalamdhad 2013 และโฮ et al., 2013). ปุ๋ยหมักเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับแร่อย่างต่อเนื่อง และการเกิดฮิวมัสของสารอินทรีย์ (Gea et al., 2007) กระบวนการทำปุ๋ยหมักโดยทั่วไปมีสองขั้นตอนโดยทั่วไป: ขั้นตอนชีวภาพออกซิเดชันและระยะการเจริญเติบโตต่อไป อดีตนอกจากนี้ยังประกอบไปด้วยขั้นตอน mesophilic เวทีทนร้อนและขั้นตอนการลดลงที่อุณหภูมิ (Yu et al., 2007) การย่อยสลายอย่างรวดเร็วของสารอินทรีย์และการลดลงของปริมาณและน้ำหนักของกองปุ๋ยหมักที่มีการตั้งข้อสังเกตในช่วงชีวภาพออกซิเดชันของการทำปุ๋ยหมัก (BPC) ความจริงเรื่องนี้มีความสะดวกในการบริหารจัดการของพืชปุ๋ยหมักเมื่อพิจารณาค่าใช้จ่ายและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของการทำปุ๋ยหมัก ดังนั้นการวิจัยเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสารอินทรีย์ในช่วง BPC เป็นสิ่งที่สำคัญสำหรับการลดเวลาการทำปุ๋ยหมักและลดพื้นที่ครอบคลุมของกองปุ๋ยหมักซึ่งจะช่วยลดค่าใช้จ่ายในการทำปุ๋ยหมักและมลพิษทางสิ่งแวดล้อม. ในฐานะที่เป็นส่วนที่ใช้งานสูงลักษณะของสารอินทรีย์ที่ละลายในน้ำ (DOM) และ การเปลี่ยนแปลงของ บริษัท อาจสะท้อนให้เห็นถึงขั้นตอนการทำปุ๋ยหมักและการศึกษาระดับปริญญาเกิดฮิวมัสของสารอินทรีย์ การวิจัยได้รับการดำเนินการสำรวจโครงสร้างทางเคมีและการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักโมเลกุลของ DOM ในระหว่างการหมัก (Said-Pullicino et al., 2007 และวัง et al., 2013) การประยุกต์ใช้วิธีสเปกโทรสโกโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมทริกซ์-กระตุ้นการปล่อย (EEM) ได้กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น (Tang et al., 2011 และ Wan et al., 2012) สเปกตรัม EEM บูรณาการควบคู่ไปกับการเรืองแสงในระดับภูมิภาค (ศุกร์) มักจะใช้ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ DOM (Tian et al., 2012 Lv et al., 2013) อย่างไรก็ตามศุกร์ไม่สามารถแก้ปัญหาหลักของการทับซ้อนระหว่างยอดเขาเรืองแสง วิเคราะห์ปัจจัยขนาน (PARAFAC) สามารถย่อยสลายข้อมูลสามทางเป็นส่วนประกอบการเรืองแสงของแต่ละบุคคลและปริมาณวิเคราะห์ DOM สะดุดตาดีเนื่องจากลักษณะทางวิทยาศาสตร์ (Yu et al., 2010 และเขา et al., 2013a) อย่างไรก็ตามข้อมูลที่มีอยู่บน DOM ในช่วงชีวภาพออกซิเดชันของสารตกค้างก๊าซชีวภาพและมูลสัตว์ร่วมทำปุ๋ยหมักยังมีข้อ จำกัด และก๊าซชีวภาพสารตกค้างปุ๋ยหมักอย่างมีประสิทธิภาพนอกจากนี้ยังมีรายงานไม่ค่อย. วัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้มีการสำรวจการเปลี่ยนแปลงของ DOM ในช่วง เฟสชีวภาพออกซิเดชันของสารตกค้างและก๊าซชีวภาพมูลสัตว์ปุ๋ยหมักร่วมโดยใช้เทคนิคสเปกโทรสโกควบคู่ไปกับการ PARAFAC และการประเมินผลกระทบของการผลิตก๊าซชีวภาพเนื้อหาสารตกค้างของปุ๋ยหมักผสมครั้งแรกที่มีต่อประสิทธิภาพปุ๋ยหมัก

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ไฮไลท์

-
ผลตกค้างของปุ๋ยหมักก๊าซชีวภาพเนื้อหาเริ่มต้นผสมในการหมักประสิทธิภาพประเมิน HCA .
-
humified และมีความเสถียรหรือปุ๋ยหมักที่ดีที่สุดเมื่อน้ำหนักเศษตกค้างของก๊าซชีวภาพ 40 – 50 %
-
อธิบายถึงความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างชุมชนแบคทีเรียและสารอินทรีย์ในการแปลง


และบทคัดย่อองค์ประกอบของวัสดุหมักมีมีอิทธิพลต่อกระบวนการทำปุ๋ยหมัก . เพื่อศึกษาผลของปริมาณส่วนผสมการหมักก๊าซชีวภาพจากการหมักครั้งแรกบนประสิทธิภาพกระบวนการหมักก๊าซชีวภาพและ Co และปุ๋ยคอกปศุสัตว์ ( brlm ) แสดงในแง่ของน้ำหนักเศษส่วนของก๊าซชีวภาพเหลือใช้ ( T1 T2 : : 30% , 40% , T3 T4 : : 50% และ 60% )ละลายอินทรีย์วัตถุ ( DOM ) การเปลี่ยนแปลงเป็นลักษณะ . องค์ประกอบของ ดอม , FTIR , UV - VIS และเรืองแสงสเปกตรัม พบว่า ประสิทธิภาพในการย่อยสลายของแอลกอฮอล์ อีเทอร์ และ polysaccharides โมเลกุล และ น้ำหนัก และระดับของพระบรมวงศ์เธอ polycondensation ปุ๋ยหมักในการสั่งซื้อ > > > T1 T2 T3 T4 .การวิเคราะห์องค์ประกอบขนานนี้ยังพบว่าเนื้อหาของน้ำเช่นสารอยู่ในลำดับเดียวกัน การวิเคราะห์กลุ่มการวิเคราะห์ พบว่า humified และมีความเสถียรหรือปุ๋ยหมักที่ดีที่สุดเมื่อน้ำหนักเศษตกค้างของก๊าซชีวภาพ 40 - 50 % โปรไฟล์ของแบคทีเรีย ( เนื้อหาของวัสดุหมักก๊าซชีวภาพตกค้างมีผลต่อพลวัตของแบคทีเรียแบคทีเรียที่ใช้ส่วนใหญ่ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ง่าย และลิกนิน ความอุดมสมบูรณ์ของแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องในการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ง่าย และลิกนิน ในหลักสูตรของการทำปุ๋ยหมักมีความเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพและฮิวมิฟิเกชั่นระดับของปุ๋ยหมักปุ๋ยหมัก .





ประสิทธิภาพคำหลักก๊าซชีวภาพตกค้าง ; ปุ๋ยหมัก ;

วัตถุดิบ