垃圾堆肥高效复合微生物菌剂的制备

1、垃圾堆肥高效复合微生物菌剂的制备席北斗1,刘鸿亮1,孟伟1,王琪1,黄国和2,曾光明2(1.中国环境科学研究院,北京100012;21湖南大学环境科学与工程系,湖南长沙410082摘要:将康氏木霉、白腐菌、变色栓菌与E M 菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌按一定配比扩大培养制成5组复合微生物菌剂,比较其产脱氢酶、淀粉水解酶和纤维素分解酶能力大小以及在实际堆肥中的应用效果,从中选出一组高效复合微生物菌剂,其配比为:康氏木霉白腐菌变色栓菌E M 菌固氮菌解磷菌解钾菌=151515251010。关键词:康氏木霉;白腐菌;变色栓菌;E M 菌;高效复合微生物菌剂中图分类号:X705文献标识码:A 文章编号:

2、1001-6929(200302-0058-03Study on Preparation Technology of Complex MicrobialCommunity in Compo sting Proce ssXI Bei 2dou 1,LI U H ong 2liang 1,ME NG Wei 1,W ANG Qi 1,H UANG G uo 2he 2,ZE NG G uang 2ming2(1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences ,Beijing 100012,China ;2.Department of Envi

3、ronmental Engineering ,Hunan University ,Changsha 410082,China Abstract :Five different groups of com plex microorganisms which include Trichoderma koningii ,white 2rot ,Trametes ver sicilor ,effective micro 2organisms (E M ,Bacillus azoto fixams ,Bacillus megaterium and Bacillus mucilaginosus were

4、characterized from hydrogen peoxidase test ,hydrolysis of starch test ,cellulolytic actiomyces and com posting process.The results indicated that the optimization ratios of preparation of com 2plex microorganisms for com posting is Trichoderma koningii white 2rot Trametes ver sicilor E M Bacillus az

5、oto fixams Bacillus megaterium Ba 2cillus mucilaginosus =15151525101010.K ey w ords :Trichoderma koningii ;white 2rot ;Trametes ver sicilor ;E M;com plex microbial community收稿日期:2002-09-13基金项目:国家863高技术资助项目(2001AA644020;三峡移民科技研究课题作者简介:席北斗(1969-,男,安徽砀山县人,博士.堆肥是利用微生物,人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化过程。堆肥原料中的物

6、质成分比较复杂,包括微生物比较容易利用的营养物质,如碳水化合物、蛋白质、脂肪等,以及不易为微生物分解的物质如纤维素和木质素等。微生物分解垃圾中有机物的过程受一系列环境条件的制约,一些带有特定性能的细菌、真菌被发现并利用于堆肥的分解过程中,例如多种嗜温菌(mes ophilic bacteria 、吲哚和粪臭素降解菌(indole 2,skatole 2degrading bacteria 、柑橘-果汁残渣堆肥菌(citrus 2juice 2residue com posting bacteria 等等。人工加入这些高效微生物菌剂可以调节菌群结构、提高微生物活性,从而提高堆肥效率、缩短发酵周期

7、、提高堆肥制品质量。研究表明,单一的细菌、真菌、放线菌群体,无论其活性多高,在加快堆肥化进程中的作用都比不上复合微生物菌群的共同作用1。国内外学者在这一领域已做了大量工作2-4,但在复合微生物菌剂研究开发过程中,菌种之间共生及相互影响关系具模糊性和复杂性。笔者经分析利用康氏木霉、白腐菌、变色栓菌与E M 菌剂、解磷菌、解钾菌、固氮菌混合,筛选培育堆肥高效复合微生物菌剂。1试验111试验仪器和材料仪器:磁力搅拌器、20W 紫外灯、生物培养箱、摇床、堆肥反应器5、O 2-H 2S 测定仪、C O 2测定仪、烘箱等。菌剂:E M 菌种(E ffective M icro 2organisms 、康氏

8、木霉、白腐菌、变色栓菌(外购,固氮菌、解磷菌、解钾菌由中国环境科学研究院生态所提供。培养基:Dubos 纤维素培养基、无菌赫奇逊氏培养基、肉汤培养基、PDA 培养基、综合PDA 琼脂、高氏合成一号琼脂、固氮菌培养基。112试验方法将康氏木霉、白腐菌、变色栓菌、E M 菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌在相应的培养基上扩大培养,流程如图1。具体步骤为:用无菌生理盐水洗涤保存斜面,至无菌第16卷第2期环境科学研究Research of Environmental Sciences V ol.16,N o.2,2003种子瓶扩大培养菌液浓缩液混合复合菌剂图1复合菌剂制备流程Fig.1The process

9、for preparationcom plex microbial community三角瓶中摇匀即成菌悬液;接种斜面培养物于种子瓶,30,200rmin培养24h得到种子液;10%的种子液接种到发酵瓶中扩大培养44h得到发酵液,按表1所示比例配制复合微生物菌液。表1复合菌剂配比T able1The preparation ratio of com plex microbial communitym L复合菌剂康氏木霉白腐菌变色栓菌E M菌固氮菌解磷菌解钾菌2525252525252525将培养好的5组复合微生物菌剂,分别进行脱氢酶试验、淀粉分解试验、纤维素分解试验,并用于生活垃圾堆肥试验。1

10、1211脱氢酶试验有机废弃物的生物降解一般属于脱氢过程,因此脱氢酶活性是反应堆肥菌剂效果的重要指标。试验步骤为:将试验菌剂接种于合适的培养基上,37培养1824h;取干燥的载玻片,在上面滴一滴5%双氧水溶液,挑取一环培养好的菌苔,在双氧水溶液中涂抹,若产生气泡(氧气为脱氢酶阳性反应,不产生气泡者为阴性反应。11212淀粉分解试验a.取培养好的菌悬液015m L进行不同程度地稀释,取最后3个稀释度的稀释液涂于淀粉培养基平板上,每个稀释度涂3个平板,每个平板加稀释液011m L,用无菌玻璃涂棒刮匀,37培养48h;b.分别向平板内加碘液数滴,具有淀粉分解能力的菌落周围将出现透明圈,分别测量透明圈直

11、径与菌落直径并计算比值(HC值,根据结果选取透明圈和HC比值较大的菌落为产淀粉酶较强的菌落。11213产纤维素酶活力的测定纤维素酶是一种多组分的酶,有C1酶、Cx酶和-葡萄糖苷酶。羧甲基纤维素(C MC酶活力测定是指纤维素水解酶作用于羧甲基纤维素后,产生还原糖的能力。一般表示C x酶活力。取培养好的菌悬液015m L进行不同程度地稀释,取最后3个稀释度的稀释液涂于含015%C MC-Na和015%葡萄糖的产酶培养基平板与种子培养基平板上,轮回交替转接3次。挑选在平板上产生较大透明圈和HC值的菌落。11214复合微生物堆肥试验反应装置见文献5,试验用垃圾为中国环境科学研究院生活垃圾,5组复合微生

12、物菌剂投加量均为015%(体积分数,反应器出口与O2-H2S测定仪、C O2测定仪相连,在线监测O2-H2S和C O2气体浓度。堆体供氧由供氧泵和气体流量计控制,出口O2浓度控制在5%15%范围内,供氧速度设定为016L(minkg。堆层透气性由H2S气体浓度控制,堆料含水率控制在50%60%。试验在堆肥过程中分别加入015%(质量分数复合微生物菌剂,为接种剂,利用先进的O2-H2S测定仪,测定进出口气体O2浓度,通过式(1计算累计耗氧量6。W(O2=A Ot0q(z i-z eV Md t(1式中,W(O2为累计耗氧量,gkg;q为通气量,m3h;z e为排气中O2氧气浓度;zi为进气中氧气

13、浓度;VM为1m ol气体在给定条件下所占体积,m3m ol;A O为氧的分子量。2结果与讨论211试验结果21111产脱氢酶能力不同复合微生物菌剂产脱氢酶能力如表2所示。表2脱氢酶试验结果T able2The experimental result of dehydrogenase activity复合菌剂气泡反应+从表2可以看出仅有康氏木霉、白腐菌、变色栓菌所组成的复合菌剂和仅有E M菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌组成的复合菌剂产脱氢酶能力均不太强,而康氏木霉、白腐菌、变色栓菌、E M菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌组成的复合菌剂表现出较强的产脱氢酶能力,其中复合微生物菌剂产脱氢酶能力最强。2111

14、2淀粉分解5组复合微生物菌剂淀粉分解试验结果如表3所示。表3淀粉分解试验结果T able3The experimental result of starch hydrolytic复合菌剂透明圈直径cm菌落直径cm HC比值 2.2 1.5 1.4 4.0 3.3 1.2 5.2 3.5 1.4 6.0 4.5 1.38.0 5.2 1.5从表3可以看出,复合微生物菌剂,产淀粉酶能力明显优于复合微生物菌剂,其中最强的是复合微生物菌剂,其在平板上产生的透明圈直径是复合微生物菌剂95第2期席北斗等:垃圾堆肥高效复合微生物菌剂的制备的316倍。21113产纤维素酶活力 5组复合微生物菌剂产纤维素酶活力

15、如表4所示。表4产纤维素酶活力测定结果T able 4The result of cellulase activity复合菌剂透明圈直径cm菌落直径cmHC 比值8.0 1.5 1.4 4.0 3.3 1.2 5.2 3.5 1.4 6.0 4.5 1.39.05.21.5从表4可以看出,复合微生物菌剂在平板上透明圈直径达810cm ,具有较高的产纤维素酶能力;而复合微生物菌剂,由于不含纤维素分解菌,透明圈直径仅410cm ,基本无产纤维素酶能力;复合微生物菌剂不仅菌落直径最大,且产纤维素酶活力最强,透明圈直径达910cm 。21114堆肥试验为验证复合菌在堆肥反应过程所起的作用,笔者设计了处

16、理,五组堆肥反应系统。在处理,中分别加入015%相应的复合微生物菌剂。通过接种试验比较几种复合微生物菌剂堆肥过程温度和耗氧速率变化,如图2,3所示。 1处理;2处理;3处理;4处理;5处理图2堆肥过程中温度的变化Fig.2T em perature profile during com posting process从图2可以看出,处理堆肥系统所能达到的最高温度为60,达到最高温度的时间为56d ;而处理、处理2d 就达到66和68,一次发酵完成时间仅需45d 。从图3可以看出,5种复合微生物菌剂堆肥,除处理需要一定的延滞期外,其他的均能很快地降解垃圾,消耗O 2,随着堆肥的进行,累计耗氧量逐

17、渐增加,开始的23d 耗氧量上升很快,当堆肥4d 后累计耗氧量随时间变化很慢。比较5种复合微生物菌剂堆肥累计耗氧量曲线可以看出,将康氏木霉、白腐菌、变色栓菌和E M 菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌有机结合起来所培养的复合微生物菌剂为接种剂时,72h堆1处理;2处理;3处理;4处理;处理图3堆肥过程中累计耗氧量变化Fig.3Accmulative tatal oxygen consum ptionduring com posting process肥累计耗氧量达378mg g ,高于同时刻的其他4种菌剂堆肥产氧量,而单纯接种康氏木霉、白腐菌、变色栓菌的处理,与仅接种E M 菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌

18、的处理堆肥效果均不理想。212讨论对试验数据进行分析认为:由于堆料中含有粗纤维、碳水化合物、脂肪等多种化合物,对于这些复杂化合物的彻底降解,要依赖于微生物群落中多种微生物间的相互交替、相互协同作用,从而满足堆肥过程中微生物所需要的碳、氮、钾、磷的供给。这个过程仅靠一种微生物是无法实现的,必须考虑到微生物之间的协同效应。试验将康氏木霉、白腐菌、变色栓菌与E M 菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌按一定的比例混合制得高效复合菌剂,依靠微生物相互间协同作用,即E M 菌的高效分解作用迅速将原料中的糖类、蛋白质、淀粉、脂肪等易分解有机物降解,使纤维素高温软化,为康氏木霉、白腐菌提供有利的环境;同时康氏木霉、白

19、腐菌、变色栓菌能快速将木质纤维素等大分子物质降解代谢为小分子物质,作为E M 菌的营养物质,从而使E M 菌、康氏木霉、白腐菌和变色栓菌形成良好的共代谢关系,生成复杂而稳定的生态系统。固氮菌可利用空气中的氮转化成微生物生长所需要的氮素;解磷解钾菌能将堆料中生物难以利用的磷元素、钾元素转化成生物易于吸收的营养元素。由于各种菌之间的协同作用,明显提高了纤维素分解酶、淀粉分解酶及脱氢酶的活力。3结论康氏木霉、白腐菌和变色栓菌本身尽管有较强的纤维素分解能力,但其产脱氢酶、淀粉酶能力较弱,只有与E M 菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌等菌剂复合,利用它们之间的共代谢作用才能有效降解堆肥中各种物质。经过一系列的

20、筛选、配比试验,试验选取号复合菌剂,其配比为:康氏木霉白腐菌变色栓菌E M 菌固氮菌解磷菌解钾菌=15151525101010。(下转第64页表2活性炭负载的Pd金属催化剂上CFC-115加氢脱氯的动力学数据T able2The kinetic data for hydrodechlorination of chloropentafluoroethane over supported palladium catalysts with activated carbon supports催化剂转化(mm olg-1m in-1HFC-125选择性%E a(k Jm ol-1反应级数CFC-115H

21、23结论a.活性炭是制备CFC-115加氢脱氯催化剂的良好载体,以活性炭等为载体的负载型金属钯催化剂能够有效催化CFC -115向HFC-125的转化,活性炭负载的金属钯催化剂对CFC-115加氢脱氯能够保持良好的催化活性与催化稳定性。b.活性炭载体经浓硝酸氧化处理后,催化活性和稳定性都得到了明显提高。可能的原因是载体表面生成大量的含氧官能团或基因,这有利于提高钯在载体表面的分散度。c.动力学研究表明,CFC-115加氢脱氯对反应物H2和CFC-115的表观反应级数分别为1/4和1/2。参考文献:1K armakar S,G reene H L.Oxidative destruction of

22、 chlorofluorocarbonsby zeolite catalystsJ.J Catal,1992,138:364.2K umaran S S,Lim K P,M ichael J V,et al.Thermal decom position ofCF2Cl2J.J Phys Chem,1995,99:8673.3W ang Y F,Lee W J,Chen C Y,et al.Decom position of dichloro2dif2luoromethane by adding hydrogen in a cold plasma systemJ.Envir2 on Sci T

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