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微生物与生活垃圾处理微生物与生活垃圾处理微生物与生活垃圾处理V:1.0精细整理，仅供参考微生物与生活垃圾处理日期：20xx年X月微生物与生活垃圾处理摘要：垃圾是人类在日常生活中不可避免地产生的废弃物，针对生活垃圾本文介绍了几种主要生物处理方法，以及分析了在处理过程中的各种微生物，并指出了生物处理正成为生活垃圾处理的发展方向之一。关键词：生活垃圾；生物处理技术；微生物 随着经济的发展，人口的增加以及人民生活水平的提高，城市生活垃圾的产量与日俱增，<<中国二十一世纪议程>>白皮书指出：“全国历年城市生活垃圾存量达60多亿吨，有200个城市陷入垃圾包围之中。”据统计，我国城市垃圾增长率大于10%，超过全世界平均8.42%的年平均增长速度[1]。如何处理好如此庞大的城市生活垃圾，已成为全世界广泛关注的问题。同时其带来的环境污染和人类聚居状况恶化等问题，也成为世界各国共同关心的问题,它还成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍。因此垃圾的处理向着减量化、无害化和资源化的方向发展是我们的对策。目前，国内外处理垃圾的主要方法有卫生填埋、堆肥化、焚烧，其中前两种处理方式均属于生物处理技术。具体来说，这种垃圾生物处理技术就是城市生活垃圾中固有的或外添加的微生物，在一定控制条件下，进行一系列的生物化学反应，使得垃圾中的不稳定的有机物代谢后释放能量或转化为新的细胞物质，从而垃圾逐步达稳定化的一个生化过程。1生活垃圾生物处理方法1.1堆肥处理法堆肥是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖转化的生物化学过程，最终形成类似腐殖质，可作为肥料或土壤的改良剂。堆肥技术是实现城市垃圾资源化、无害化的一条重要途径。它不仅可以杀死垃圾中的病原菌，有效处理垃圾中的有机物，增加土壤中的有机成份，而且可生产有机肥料，有利于增加农业产量[2]。由于传统堆肥处理法是利用堆制原料中的土著微生物来降解有机污染物，堆肥初期土著微生物数量少，需要一定时间才能繁殖起来，且各种微生物分解速度差别很大，因此传统堆肥往往存在发酵时间长、产生臭味且肥效低等问题。研究表明，进行人为接种分解有机物能力强的微生物，可以加速堆肥材料的腐熟，提高温度，消灭某些病原体、虫卵等，并能控制臭气，增加堆肥成品中的有益微生物。因而通过加入复合微生物菌剂和调理剂或分解促进剂来提高和加速堆肥反应过程，成为目前垃圾堆肥研究的热点。1.2厌氧消化法厌氧是将复杂有机物在无氧情况下降解成N、P无机化合物和CH4、CO，H2等气体。该方法在处理生活垃圾中十分盛行，不仅因为它有很高的处理效率，而且可获得甲烷等能源气体。厌氧消化是将复杂有机物首先降解成游离糖、乙醇、挥发性脂肪酸(VFA)、H2及C02，而后乙醇和挥发性脂肪酸被氧化成乙酸和H2，最后一步是乙酸和H2，被转化成CH4，这三步之间有着严格的相互协调作用。1.3混合处理法是将生活垃圾进行好氧与厌氧耦合处理，达到快速降解垃圾的目的。既能克服好氧堆肥周期长的缺点，又能在厌氧消化中获得能源。中科院成都微生物研究所廖银章等人与美国佛罗里达大学进行合作研究，在发酵工艺方面取得了一些成果。他们用先好氧后厌氧发酵、两步发酵和高固体浓度发酵三种方法对城市有机垃圾厌氧产甲烷进行了研究。研究指出前者具有启动快、产气量高、处理周期短等优点。采用两步法发酵可显著提高挥发酸和甲烷产量，还能提高城市固体废物的生物降解率[3]。2生活垃圾生物处理中的主要微生物生活垃圾的生物降解均依赖于微生物对这些物质的分解作用，进一步了解研究这些微生物，对于生活垃圾的生物处理具有重要意义。在自然界中存在着丰富的微生物种群，这些微生物虽然个体微小，但在垃圾处理及环境污染净化中却扮演着不容忽视的重要作用。这些微生物是通过水和风的散播得以存在各处的，因此垃圾中存在有大量微生物。它们由于自身的生理特性，可以通过自发的或人为的遗传、变异等生物过程适应环境的变化，使之能以各种污染物尤其是有机污染物为营养源，通过吸收、代谢等一系列反应，将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。因而，在生物圈中微生物充当着分解者的角色[4]。正是这种微生物对环境污染的降解作用保证了自然界正常的物质循环，在垃圾处理中发挥了作用。垃圾的生物处理技术可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理利用好氧微生物在有氧条件下的代谢作用，将垃圾中复杂的有机物分解成二氧化碳和水,如：好氧堆肥、生物反应器填埋等，其工艺中的微生物主要有细菌、放线菌、真菌等微生物种群。厌氧生物处理是利用在无氧条件下生长的厌氧或兼性微生物的代谢作用处理垃圾，其主要降解产物是甲烷和二氧化碳等，如：厌氧消化、厌氧填埋等，其工艺中的微生物又称“瘤胃微生物”，主要有水解细菌、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群等。当今，微生物技术已成为垃圾处理中的主流方法。2.1生活垃圾处理中的好氧微生物2.1.1细菌在垃圾好氧生物降解过程中，细菌凭借强大的比表面积，可以快速将可溶性底物吸收到细胞中，进行胞内代谢。总的来说，其数量要比放线菌和真菌多得多。在堆肥过程中，细菌总数的变化趋势是高-低-高。堆肥初期，有机废物中携带有的大量细菌分解有机物质释放能量，使堆体温度上升，此时，常温细菌受到抑制，嗜温细菌活跃；当堆温升至高温阶段，只有少量的嗜热细菌可以活动；高温期过后，随着有机成分的减少，堆体温度降低，嗜温及常温细菌又开始活跃，使细菌总数上升。整个好氧降解过程中，嗜温细菌是堆肥系统中最主要的微生物。2.1.2放线菌放线菌具有多细胞菌丝，可以分解一些纤维素,并溶解木质素。它比真菌能够忍受更高的温度和pH值,在垃圾生物降解的高温阶段是分解木质纤维素的优势菌群。研究表明，诺卡氏菌、链霉菌、高温放线菌和单孢子菌等在垃圾好氧堆肥中占优势。2.1.3真菌在垃圾生物降解过程中，真菌对垃圾有机成分的分解和稳定化起着重要的作用。真菌不仅能分泌胞外酶，水解有机物质，而且由于其菌丝的机械穿插作用，还对物料起一定的物理破坏作用，促进生化反应。温度是影响真菌生长的重要因素之一，堆肥过程中随着温度的升高,真菌的菌落数开始减少,在64℃左右,嗜热性真菌几乎全部消失。当温度下降到60℃2.2生活垃圾处理中的厌氧微生物垃圾的生物处理技术中的厌氧生物处理依次分为水解、产氢产酸和产甲烷三个阶段，每个阶段各有其独特的微生物类群起生物降解作用。2.2.1水解细菌水解阶段水解细菌利用胞外酶对有机物进行体外酶解，使固体物质变成可溶于水的物质，然后细胞将其吸收，水解成不同产物，该阶段起作用的细菌为水解细菌。2.2.2产氢产乙酸菌群产氢产乙酸菌群是将第一阶段发酵产物如丙酸等三碳以上有机酸、长链脂肪酸和醇类等氧化分解成乙酸和分子氢。在卫生填埋场中已分离出产氢产乙酸菌布氏甲烷杆菌属和G株布氏甲烷杆菌属等[5]。2.2.3产甲烷菌群甲烷菌利用H2/CO2、醋酸和甲醇甲酸等C类化合物为基质，将其转化为甲烷。在卫生填埋场中,产甲烷菌群分杆状菌、球状菌和八叠球菌三类。杆状产甲烷菌通常呈弯曲、链状或丝状。球状产甲烷细菌直径为0.3～5微米,球形细胞呈正圆形或椭圆形,成对排列成链状。八叠球状产甲烷菌,其细胞繁殖成规则、大小一致的类似砂粒的堆积物,有227巴氏甲烷八叠球菌、巴氏甲烷八叠球菌、嗜热甲烷八叠球菌等[5]。3微生物在垃圾处理中的应用3.1瘤胃微生物降解木质纤维素瘤胃是天然复杂的生物降解系统，因而研究瘤胃微生物对于我们了解生活垃圾降解机理具有很重要的借鉴作用和参考价值。华南理工大学陈庆今等人对瘤胃中微生物的研究指出，瘤胃内以异养厌氧菌为主，含有有机垃圾厌氧消化三阶段所需要的微生物种类，即瘤胃中存在水解菌、酸化菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌，瘤胃中的微生物是自然界中非常完整的一个有机物质转化的生态系统[6]。一般厌氧消化都存在产物抑制的问题，但由于瘤胃微生物是一个复合菌群，一种反应的产物往往是另外一种反应的利用底物，底物抑制现象被排除。城市有机垃圾中木质纤维素是难以被降解的，而瘤胃微生物能够高效降解木质纤维素，是因为瘤胃菌群中存在各种可以分别降解木质素和结晶纤维素的微生物，它们分泌的各种酶类是降解的关键所在。3.2堆肥微生物降解有机物二十世纪八十年代末国内外许多学者致力于研究鉴定堆肥过程中的微生物，从而筛选出有效的降解生活垃圾的微生物菌株。康建雄研究了生活垃圾堆肥过程中的微生物数量，指出垃圾中微生物数量与垃圾类型、垃圾产生源的地域分布无关，与产生源垃圾的新鲜度有关，同时确定垃圾处理过程中，中温微生物在数量上占优势。堆肥过程中有机物的分解与稳定化主要发生在高温阶段，此时中温型与高温型微生物都起着巨大作用[2]。高效复合微生物菌群与污泥混合堆肥，可提高有机污染物的生物降解率。这些高效复合微生物菌群是由酵母菌、放线菌、乳酸菌、固氮菌、纤维素分解菌等多种微生物经特殊方法培养而成，它们依靠相互间协同作用，迅速分解垃圾中的有机物，并代谢出抗氧化物质，生成复杂而稳定的生态系统，增加堆肥中的含氮量，抑制有害微生物的生长繁殖。3.3木质真菌消化降解垃圾由于木质素是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一。因此木质素的完全降解是真菌、细菌及相应微生物群落共同作用的结果[7]。研究表明，单一的细菌、真菌、放线菌等群体，无论其活性多高，在加快垃圾生物降解过程中的作用都比不上复合微生物菌群的共同作用[8]。其中真菌在降解木质素过程中起着主要作用。降解木质素的真菌根据腐朽类型分为：白腐菌、褐腐菌和软腐菌。白腐菌降解木质素的能力优于其降解纤维素的能力，它能够分泌胞外氧化酶降解木质素，而后两者降解木质素的能力弱于其降解纤维素的能力。因此白腐菌被认为是最主要的木质素降解微生物。3.4．有效微生物(EM)在生活垃圾处理中的应用有效微生物群，是由乳酸菌、酵母菌、放线菌和光合细菌等四大类80余种微生物组成的复合菌制剂[9]。它是日本科学家比嘉照夫教授的研究成果，1992年开始用于生产，可用于农用、养殖业及环境保护等方面。日本利用有效微生物技术已取得了相当的成功。其中，在生活垃圾处理方面，日本已开始推广有效微生物技术，并提出在家庭内将厨房垃圾变成有机肥料。用于生活垃圾发酵的专用粉状有效微生物只需用0.2%有效微生物(以米糠为主要成分)的发酵物，按1%的用量接种到有机生活垃圾中，进行厌氧发酵，夏季经7天后有机垃圾即被分解，且无臭无蚊蝇孳生，同时可得到无臭味的、可直接还原于土壤的活菌肥料，并可用于蔬菜和花卉的栽培。EM技术处理生活垃圾有效地控制了垃圾带来的环境污染问题，同时每年能够节约2800万日元的垃圾处理费[9]。4微生物技术展望生活垃圾生物降解是多种微生物共同协同作用的结果，无论是厌氧生物处理垃圾工艺还是好氧生物处理垃圾工艺中，都存在着各种各样的微生物种群，正是这些微生物种群相互协调，互生互克，组成了一个复杂的生态系统，从而去除了使得垃圾不稳定的有机成分，使垃圾稳定化，甚至成为可再生利用的资源。因而在筛选这些有效微生物菌群时，要考虑不同微生物菌群间的拮抗作用，以确保有效菌种的优势。目前将筛选到的有效微生物菌群，接种到生活垃圾中，通过好氧与厌氧联合处理工艺降解生活垃圾，是垃圾生物处理的发展趋势。将生活垃圾就地处理成有机肥料，从源头消除垃圾，减轻城市生活垃圾给环境造成的压力，避免二次污染，从而实现生活垃圾的无害化、减量化和资源化。我们相信，随着垃圾微生物降解机理研究的进一步深入，各种生物处理技术的研究开发，会有更为有效的垃圾微生物和处理工艺，实现由生活垃圾“废物”变为造福人类的“财富”。致谢：本文在写作过程中得到了指导老师吕桂芬的悉心指导和批评指正，也得到了同学和朋友们的支持和帮助，在此表示深深的谢意。参考资料：[1]赵由才，柴晓利.生活垃圾资源化原理与技术[M].北京：化学工业出版社，2002：170—180.[2]徐会连.固体垃圾的危害及处理[P].中国科学院广州能源研究科普基地，2007，06.[3]陈守文，喻子牛等.微生物生物技术[M].北京：科学出版社，2002.[4]林梦藻.微生物学(第一版)[M].长春：东北师范大学出版社，1998：3-7、126-129.[5]黄得扬，陆文静，王洪涛.有机固体废物堆肥化处理的微生物学机理研究[J].环境污染治理技术与设备，2004，5.[6]王家玲，李舜鹏，黄正等.环境微生物学（第二版）[M].北京：化学工业出版社，1999：123-125.[7]席北斗，刘鸿亮，孟伟.垃圾堆肥高效复合微生物菌剂的制备[J].环境科学研究，2003，16.[8]张建洲，李宏伟.微生物在降解污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