堆肥微生物种类及特点.ppt

堆肥微生物种类及特点,2011级环境科学李姝,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600000t污泥,日本的公共污水处理系统一年产生2200000m3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,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。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。,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。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。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：升温阶段1540高温阶段6070降温阶段温度持续下降腐熟阶段40左右,升温阶段,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,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,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，人类与自