堆肥微生物种类及特点.ppt

堆肥微生物种类及特点堆肥微生物种类及特点 20112011级级 环境科学环境科学 李姝李姝 目录 一、堆肥研究背景 二、堆肥简介 三、堆肥过程中的微生物的种类和数量 四、堆肥过程中的各微生物特点 五、举例好氧堆肥反应过程 六、小结 堆肥研究背景 人类为满足自身活动的需要，在生产 和生活过程中会产生大量的有机固体废弃 物。这些有机固体废弃物主要包括农作物 秸秆、畜禽粪便、城市生活垃圾以及污水 处理厂污泥。法国1988年8000个城市污水 处理厂产生600000 t 污泥,日本的公共污 水处理系统一年产生 2200000 m3 污。在 我国，年产各类作物秸秆6亿多吨,而预计 至2015年年末，我国脱水污泥年产量将超 过2600万吨。其处理处置已成为人类面临 的重要问题之一。 堆肥是堆肥化过程的生物降解 和转化产物，已被许多国家和地区 所接受，成为处理有机固体废物的 有效方法一。堆肥化的实质是微生 物在适宜条件下的代谢作用。国内 外学者对堆肥微生物学进行了广泛 研究。微生物在堆肥过程中扮演着 重要角色，不仅与堆肥周期、堆肥 质量密切相关，还与臭味控制、氮 损失紧密相关。因此，堆肥微生物 种类及其特点的研究对开发堆肥微 生物资源，加速堆肥过程，缩短堆 肥周期等具有重要意义。 堆肥简介 堆肥是在微生物作用下，通过发酵 使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变 成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机 物的过程中，不但生成大量可被植物吸 收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而 且又合成新的高分子有机物腐殖质 ，它是构成土壤肥力的重要活性物质 根据处理过程起作用的微生物对氧气不同 需求，可以把有机废弃物堆肥处理分为： 好氧堆肥：在有氧条件下，好氧菌对废物进行 吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活 动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无 机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的 能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质 ，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体 的过程。 厌氧堆肥：在不通气的条件下，将有机废弃 物进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃 物无害化的过程。堆肥方式与好氧堆肥法相同 ，但堆内不设通气系统，堆温低，腐熟及无害 化所需时间较长。 堆肥过程中的微生物的种类和数量 通过研究表明：细菌和霉菌是堆肥过程 中的优势类群，芽孢杆菌和曲霉菌是优势种 细菌：是中温阶段的主要作用菌群，对发酵 升温起主要作用； 放线菌：是高温阶段的主要作用菌群； 芽孢杆菌、链霉菌、小多孢菌和高温放线菌 是堆肥过程中的优势种 微生物种类繁多，大致分类如下 n 对45堆肥样品分离5次后，取得菌株57 株，鉴定其中12株得到曲霉属2株、芽孢杆 菌属7株、肠道杆菌属1株、假单胞菌属1株 。 n 对55堆肥样品分离取得32株，鉴定其 中7株得乳酸杆菌属1株、芽孢杆菌属3、假 单胞杆菌属1株、链球菌属1株、小单孢菌 属1株，并得出，在45所分离的各菌株， 其蛋白酶活性均适宜于4555，55所分 离的菌株，其蛋白酶活性最佳温度在 5565。 n 研究发现堆肥过程中微生物群落结构的 变化表明，微生物量先升后降，而微生物 群落多样性一直连续增加 。 n例如：革兰氏阳性菌在堆肥起始阶段随着 堆肥温度的上升而迅速增加，随后随着堆 肥温度的下降而逐渐减少。 n 革兰氏阴性菌和真菌在堆肥温度达到 约50之前增加，但是，在高温期反而减 少。当堆肥温度由高温降至50时，二者 又出现增加。 堆肥过程中的各微生物特点 一、堆肥过程微生物菌种的变化 二、细菌特点 三、真菌特点 四、放线菌特点 一、堆肥过程微生物菌种的变化 堆肥物料中一般均含有大量的土著微生 物群。当适宜条件时，微生物迅速生长 繁殖，中温微生物数量快速增长，堆肥 温度随之上升；当达到不适于中温微生 物生长繁殖的温度时，尽管中温微生物 数量还会进一步增长，但其生长繁殖速 度减慢或结束。这时，嗜热微生物逐渐 取代中温微生物。 二、细菌特点 细菌 凭借其大的比表面积，可快速利用 可溶性物质，在数量上通常要比体积更 大的微生物（如真菌）多得多。有些细 菌，例如芽孢杆菌，芽孢杆菌属的一些 种，如枯草芽孢杆菌（地衣芽孢杆菌和 环状芽孢杆菌是堆肥高温阶段的代表性 细菌，它们能形成很厚的孢子壁以抵抗 高温、辐射和化学腐蚀等不良环境 。 嗜温细菌是堆肥系统中最主要的微 生物。研究表明，在城市污泥堆肥过程 的初始阶段，嗜温细菌最为话跃，其数 量为8.51085.8109g干重样品， 随着温度达到最大值，其种群数量达到 最低；在降温阶段，嗜温细菌的数量又 有所回升。Beffa等曾经在堆肥过程中的 高温期筛选出嗜热菌属，这些细菌能够 在65以上，甚至高达82的垛温下生 长。 三、真菌特点 嗜温性真菌（地霉菌）和嗜热性真菌（ 烟曲霉）是堆肥生料中的优势种群，其 他一些真菌，如担子菌、子囊菌、橙色 嗜热子囊菌也具有较强的分解木质纤维 素的能力。但随着温度的升高，真菌的 菌落数开始减少，在64时，所有的嗜 热性真菌几乎全部消失。当温度下降到 60以下时，嗜温性真菌和嗜热性真菌 又都会重新出现在堆肥中。 研究表明，酵母菌和丝状真菌的数量在 污泥堆肥进入高温期时开始下降，高温 末期则显著降低。 四、放线菌特点 放线菌可以分解一些纤维素、溶解木 质素，比真菌能够忍受更高的温度和pH 值。放线菌降解纤维素和木质素的能力 并没有真菌强，但它们在堆肥高温期是 分解木质纤维素的优势菌群在恶劣条件 下，放线菌则以孢子的形式存活。诺卡 氏菌、链霉菌（Streptomyces）、高温 放线菌（Thermoactinomyces）和单孢子 菌（Micromonospora）等都是在堆肥中 占优势的嗜热性放线菌，它们不仅出现 在堆肥过程中的高温阶段，同样也在降 温阶段和熟化阶段出现。 好氧堆肥反应过程 好氧堆肥过程一般分为四个阶段即： n升温阶段 1540 n高温阶段 6070 n降温阶段 温度持续下降 n腐熟阶段 40左右 升温阶段 n 堆肥初期，堆层基本呈中温，嗜 温性微生物较为活跃并利用堆肥中易 降解的葡萄糖、脂肪等有机物旺盛繁 殖。它们在转换和利用化学能的过程 中，有一部分变成热能，由于堆料有 良好的保温作用，温度不断上升。 高温阶段 堆肥材料中的复杂有机物质，如纤维 素、半纤维素、果胶质等，也逐渐被微生 物分解，并开始腐殖质的形成。在该阶段 中，以嗜热性微生物占优势。常见的嗜热 性真菌有嗜热真菌。常见的嗜热性放线菌 有褐色嗜热链霉菌普通嗜热放线菌等。 温度升到 60 后，嗜热性真菌的活 动几乎完全停止，取而代之，放线菌、嗜 热性芽孢杆菌和梭菌的活动渐占优势。普 通嗜热放线菌是放线菌的主要优势种之一 。 由于微生物的旺盛活动，堆料的温度可 升到 70以上。这时，嗜热性微生物大量 死亡或进入休眠状态。但各种酶对有机质 的分解仍在进行。随着酶活性的迅速衰退 ，产热量减少，堆肥温度开始下降。 当温度下降到 70 以下时，处于休眠 状态的嗜热性微生物重新恢复其分解活动 ，产热量再度增加。因此，堆料有一个自 然调节且延续持久的高温期。它对堆料的 快速腐熟起着重要作用。堆制得法的堆料 有相当长的高温（维持在 50 以上）期 ，可在几星期或23个月内达到适于施用的 腐熟状态。 降温阶段 n 当有机物基本降解完毕，嗜热菌因 为缺乏养料而停止生长，产热随之停 止，堆肥的温度逐渐下降，直到稳定 在40左右，并且开始形成腐殖质。 腐熟阶段 n 堆体温度降低后，嗜温微生物又 重新占优势，对残余较难分解的有机 物作进一步分解，腐殖质不断增多且 稳定化，此时堆肥即进入腐熟阶段。 降温后，需氧量大大减少，含水量也 降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力 增强，此时只需自然通风即可。 小 结 随着经济社会的发展，人类