为处理受控生态生命保障系统(CELSS)中固体有机废物,提高密闭系统的闭合度,本课题对模拟固废生物降解过程中物质特性变化规律进行了研究。通过分析CELSS中固体废物的组成特点,制作模拟固体废物,并采用好氧堆肥技术对模拟固体废物进行降解,研究堆肥过程中物质的变化规律,从而使各元素在系统中实现良性循环,并为科学实验提供可靠的理论依据。首先,利用改装后的堆肥桶对模拟固体废物进行好氧堆肥,设置初始含水率在0.55-0.60之间,通过调节不同的工艺参数(通气量、微生物菌剂、C/N),研究其对堆肥过程物质特性的影响:实验过程进行强制通风,设置三组平行实验的通气量分别为0;50L/min,10min/次;50L/min,20min/次。研究表明,通风能使堆肥快速进入高温阶段,并使高温期延长,减少了升温阶段有机酸的生成,并促进有机质的降解及堆肥产品的腐熟;通风量为20 min/次的处理,通风量过大不利于高温期的维持,通风量为10min/次的处理,堆肥效果最佳,种子发芽指数达116.59%。实验设置通气量为50L/min,10min/次,分别添加VT-1000发酵菌、有机肥发酵菌、生态厕所发酵菌,并以不添加菌剂的处理作为对照。研究表明,添加外源微生物菌剂能使高温期延长,提高堆肥产品的质量并缩短堆肥产物达腐熟的时间。三种菌剂相比较,VT发酵菌剂能有效促进模拟有机废物的降解及腐殖质的形成,种子发芽指数达116.32%。生态厕所发酵菌剂能有效减少堆肥过程中氮素的损失,保氮效果明显,从而提高了堆肥产品的质量,种子发芽指数达116.06%。实验设置通气量为50L/min,10min/次,分别设置初始物料的C/N为15、17、19、21。研究表明,物料初始的C/N为15的处理有机质去除率更高,且实验出现二次高温现象,更有利于底部物料的降解并促进堆肥产物的无害化。设置初始C/N为17的处理更有利于氮素的保持,总氮含量的增量达65.31%,堆肥产品的质量更佳,种子发芽指数达186.69%。针对上述的研究结果,利用半自动式固体废物微生物好氧堆肥反应器为发酵装置,研究恒中温条件下堆肥反应器对模拟废物堆肥过程中理化特性、物质转化特性、气体释放规律及微生物群落演替特性的影响。实验将模拟粪便与小麦秸秆以1:3的比例混合,并添加干重质量0.1%的VT-1000发酵菌剂,设置初始物料的含水率为0.55-0.60,通气量为1m3/min,并在恒温35oC±2oC下进行堆肥。实验结果如下:相较于传统堆肥方式,利用堆肥反应器能促进物料实现均一化、减量化,缩短堆肥腐熟时间,仅需12天即可达腐熟,18天堆肥产物质量最佳;利用堆肥反应器进行发酵,物料易形成厌氧区域,导致甲烷释放量较高;碳素降解快的同时伴随着甲烷的释放量增加;堆肥过程中NH3的释放量在中后期分别出现两个峰值,由于堆肥腐熟期仍保持较大的通风量,促进了NH3的释放。堆肥过程中细菌的多样性随堆肥的进行而不断增加,由初始的降解糖类、多元醇物质的明串珠菌科、肠杆菌科类中低温细菌,演变为堆肥结束时以鞘脂杆菌科、乳酸细菌科、噬纤维菌科等为主的中高温菌,用以分解糖类、谷氨酸、丁酸盐、乙酸盐、丙酮酸盐、硝酸盐、甲醇等中间产物及纤维素、木质素等难降解物质;堆肥过程中真菌主要以子囊菌门为主。真菌的多样性随堆肥的进行逐渐减少,堆肥开始时以链格孢属、曲霉属真菌等主要利用物料中糖类、蛋白质等有机碳为主的真菌,随着腐殖质的不断形成,堆肥结束时主要是以动植物残体为营养物质的被毛壳菌属、粪壳菌类真菌。