（环境科学专业论文）生态厕所降解餐厨垃圾的微生物研究.pdf

a b s t r a c t w i t h l ed e v e l o p m e n to fo u rs o c i e 够a i l de c o n o i i l i c a l ，o u rl i 危q u a m i t yh 嬲s h a 印g r o w m ， b u tm ep r o b l e mo fh o u s e h o l dg a r b a g e ，e s p e c i a lt l l el 【i t c h e n 鲥b a g ew t l i c hh 弱r e a c h e dt 0 3 0 4 0 o fi t 1 掀e f 0 r em ep r o b l e mo fk i t c h e ng a r b a g eb e c o m e st 0b e 趾u r g e n tq u e s t i o n t 0b es o l v e d t l l i sa m c l e1 l s e st l l ej 印a n e s es - 15b i o - t o i l e tw l l i c hu _ t i l 娩es a w d l l s t 锄dc 咖 s t a l k 弱觚od i 筋e n tm 撕xf o rl 【i t c h e n 鲥b a g ed e 伊a d a t i o nb ym i c r o o 唱锄i s m a f t e rl6 d a y - l o n gd e g e n e r a t i o n ，w eh a v ea c l l i e v e dg o o de f r e c ti 1 1b o t l lt 、) l ，od e 孕a d a t i o np r o c e s s e s w e m a k et h e 鼢m p l e sb yo u r s e l v e si nt l l el a b o r a l c o r yf o rc 蝴t t h er e s m ti i l d i c a t e s ：i i lt w od e 孕a 胁i o np r o c e s s ，t h et e n d e n c yo ft e m p e r a t t l r ec h a n g ei s 1 1 i 曲- l o w ；位t 明d e n c yo ft o t a ll l i 仃0 9 e n sc h 锄g ei s 弱c e n d i n g ，b u tn l et e n d e n c yo fo r g a i l i c c o n t e mi sc l e c e n d i l l g ；n l em o i s t i l r ec o m e mb yl i s i i 培c o ms t a 他i sl l i g 蛐e rt h 觚u s i i 冯s a w d u s t ， t h et 曲 蛔yo fm o i s t u r ec o n t e n ti 1 1t w od i f r e r e n td e 伊a d a l i o np r o c e s s e si sl o w l l i g h - l o w ； t h ed i 舵r e n c eo fp hi i l 锕od e 伊a d a t i o np r o c e s si sb i g ，t l 圮p hi ns 嬲r d u s ti s3 8 6 5 、) l 植c h i sa c i d i c 植l ei nc o ms t a 墩i s6 6 7 8 5 7 砌c hi sa u 跚e s c e n t h lm es a i n ee x p 舐m e n t a l c o n m t i o n ，t ：h ed e g e n e r a t i o ns p e e db yu s i i l gc o ms t a l ki sq l l i c k c rt h 觚u s i i l gs a w d l l s t 1 1 1t w od e 粤砸a t i o np r o c e s s e s ，m i c r o o 玛a i l i s m sc i 姗g ei sa l s od i 行| e f e n t t h em m l b e ro f b a c t e r i ai nc o ms 例畋嬲m a t r i ) 【i sa b o u tl 2m a g 血u d el l i 曲e rm 锄讹c hi si ns a w d u s t ，t l l e c l 姗g et 明d e n c yi l lb o n lt w od e g e n e m t i o np r o c e s si s l es a i n e ，m ec h m 坞et e n d e i l c yo f m e s o p l l i l i cb a c t e r i ai sl l i g h - l o w - l l i g h ，w h i c ho ft l l e m l o p 址l i cb a c t e r i ai s1 1 i g h - l o w ；b e c a u s eo f l ed i 舵r e n c e so f t 、0m a t r i x sp h ，m en 咖曲e ro f 劬西i i ls a w d l i s t 勰m a n 奴i sa b o u t2 3 m a g i l i t i l d el l i g h e rt h 觚w l l i c hi si nc o ms t a l k ，；l ec h a n g et e n d e n c yo fm e s o p l l i l i cf i l r 垮i s l o w - h i g l l ，w i l i c ho fm e 姗o p m l i c 胁百i sl o w - l l i 曲一l o w ；1 1 1b o t l l 铆od e 鲫i o np r o c e s s e s ，吐l e d e t e c t i o nr a t eo f 瑚眵触百i sv e 巧l o w h l 铆op r o c e s s e s ，m eb a c t e r i ai sd 0 i n i n 锄ts p e c i e sc o i n p a r e dt 0 劬酉，m en 呖b e ri s4 5 m a 印i t i l d eh i 曲e r t h r o u g ht h ee x p e 曲e n t ，w ec a i l 伍1 dn l a tt l l ei n i c r o o r g 觚i s m1 1 a v eo b v i o u se f f e c tt 0 l e s c 1 1 a r i d e ，m el i p i d ，t l l ep r o t e i ni n 栅od e 莎狃a t i o np r o c e s s e s k e yw o r d s ：k i t c h e n 鲥b a g e ；i n i c r o o r g a i l i s m ；p h y s i c sa i l dc h e 面s 仃yp 盯a m e t e r ；d e 础i o n i i 独创性声明 人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所 取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：j 望焯日期：卫堡理年 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编本学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀 博硕士学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学 位论文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物 形式出版发行和提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 面嚣 师教导 指日 东北师范大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 餐厨垃圾的概念 餐厨垃圾是指家庭、学校、机关公共食堂以及餐饮行业的食物废料和食物残余，是 城市生活垃圾的主要组成部分【l 】。随着我国社会、经济的发展和人们生活水平的不断提 高，城市生活垃圾的清运量急剧增加。其中餐厨垃圾的清运量更是快速增加，成为了各 地政府一大头疼的问题。国家环境公报显示，我国2 0 0 1 年全年的城市生活垃圾的清运量 已经达到了1 3 4 7 0 4 万吨，其中餐厨垃圾清运量为4 0 4 1 1 5 3 8 8 2 万吨，餐厨垃圾已占城 市生活垃圾的约3 0 4 0 【2 3 】。餐厨垃圾具有含水量高，有机物含量高，油脂、盐分 含量高，易腐烂、发酵、发臭等特点【4 】。 1 2 国内外餐厨垃圾处理研究现状 1 2 1 国内外餐厨垃圾处理技术 因为餐厨垃圾具有含水率高，有机物含量、油脂含量及盐分含量高等特点，所以其 极易在较短时间内腐烂发臭和滋生蚊蝇等，极大地污染了周围环境。同时这些特点也给 餐厨垃圾的收集、转运和处理带来困难。 以前，餐厨垃圾主要作为城市近郊养猪的饲料，但是由于其来源比较复杂，极有可 能含有致病微生物引起疾病传播，现已经被政府明令禁止【5 】。而在日常生活中，居民通 常将餐厨垃圾混入生活垃圾中一起倾倒，使城市生活垃圾的成分和特性发生了变化。城 市垃圾的处置方法通常有焚烧和填埋，如果将城市生活垃圾进行焚烧，由于餐厨垃圾的 水分含量常常高达9 0 左右，发热量为2 1 0 0 3 1 0 0 k g ，和其它垃圾一起进行焚烧，不 但不能满足垃圾焚烧发电的发热量要求，反而会致使焚烧炉燃烧不充分而产生二恶英； 如果将生活垃圾进行填埋，同样会因为混入的餐厨垃圾水分含量高而不宜处理【6 j 。而且 餐厨垃圾含有丰富的营养元素，焚烧、填埋都会导致大量有机物的浪费，因此，餐厨垃 圾处理方式应以资源化为向导，进行单独处理。 目前，美国大多以家庭为单位对餐厨垃圾和庭院垃圾进行堆肥处理；日本则推行削 减食品废弃物总量，尽可能循环利用并辅以堆肥处理；韩国通常采用微生物菌种集中处 理餐厨垃圾来制造饲料【l 卅。 要对餐厨垃圾进行单独处理，就必须要把餐厨垃圾和其他生活垃圾分开收集，这对 于一般的单个家庭厨房是可以办到的，但要想把每户的餐厨垃圾收集在一起集中送往处 理厂处理就有了一定的困难。因为餐厨垃圾极易腐烂、发酵、发臭特点决定了其在收集、 运输过程中都有很大困难。因此就地减量化是餐厨垃圾处理的基本立足点。 目前国内外的餐厨垃圾处理法大致分机械研磨法和生化处理法。所谓机械研磨法其 东北师范大学硕士学位论文 原理是通过高速运转的刀片将装在内胆里的各种食物垃圾切碎后再将搅拌物冲入下水 道【7 j ，这既解决了水道堵塞带来的麻烦，又解决了因垃圾腐烂变质而带来的环境污染。 所谓生化处理法，则是利用微生物的活动来降解餐厨垃圾，最终达到减量化的目的 【8 】。生化处理法适合于普通家庭的有机垃圾就地消纳，消除臭味，避免蚊蝇的滋生，减 少收集运输过程中的环境污染问题。其原理是将催化剂掺进垃圾中或不添加催化剂，使 分解垃圾的微生物活化，经过数小时的搅拌后垃圾被分解成水和二氧化碳。其分解使用 的催化剂大多为各公司开发的技术。采用不同工艺的处理产物不同，一些经生化处理法 处理后的产物还可当作有机肥使用。例如堆肥型的餐厨垃圾处理机，兼顾了餐厨垃圾的 减量化和资源化。其基本技术可分为好氧发酵堆肥法和厌氧发酵消化法。生化处理法与 机械研磨法相比在减量化、无害化、资源化这三方面都有较好表现【7 1 2 】。因此目前应用 生化处理法处理餐厨垃圾的研究已经成国内外研究的热点。 1 2 2 生化处理法处理餐厨垃圾的研究现状 目前国内外利用生化处理法处理餐厨垃圾的研究主要集中在处理过程中理化特性 的研究；处理过程中微生物区系变化的研究；餐厨垃圾高效降解菌试剂的研究等几个方 面【1 2 _ 1 羽。 生化处理法处理餐厨垃圾主要可以分为两大类。一类是在通气条件良好、氧气充足 的条件下借助好氧微生物的生命活动降解餐厨垃圾；一类是在通气条件差、氧气不足的 条件下借助厌氧微生物的生命活动降解餐厨垃圾。利用好氧微生物进行降解的技术应用 最为广泛的为好氧堆肥法( 因其堆肥温度高也称为高温堆肥) 。利用厌氧微生物降解的 技术应用比较广泛的为厌氧堆肥法和卫生填埋法。 好氧降解法的基本原理如下： 在好氧降解的过程中，餐厨垃圾中的可溶性小分子有机物质透过微生物的细胞壁和 细胞膜而被微生物所吸收利用，不溶性大分子有机物则先附着在微生物体外，由微生物 所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质，再渗入细胞内部微生物所利用。微生物通过 自身的生命活动合成及分解过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物， 并释放出生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，于是 微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体，继续产生一系列的生化作用。好氧降解的产 物主要为二氧化碳和水，并且在降解的过程中还能释放大量的热量【1 9 】。 厌氧降解法的基本原理如下： 在厌氧降解的过程，主要可分为两个阶段。第一个阶段是产酸阶段，产酸菌将大分 子有机物降解为小分子的有机酸和乙醇、丙醇等物质，并提供部分能量因子a t p ；第二 阶段为产甲烷阶段。甲烷菌把有机酸继续分解为甲烷气体【1 9 】。 因此厌氧分解最终产物除了二氧化碳和水以外，还有氨、硫化氢、甲烷和其他有机 酸等还原性终产物，其中氨、硫化氢及其他还原性终产物有令人讨厌的恶臭。并且降解 的时间也比较长。 2 东北师范大学硕士学位论文 1 2 3 好氧降解法处理餐厨垃圾的研究现状 正是因为好氧降解与厌氧降解相比有时间短、操作简单、不产生大量恶臭气体等诸 多优点，近些年来好氧降解法处理餐厨垃圾尤其是好氧堆肥法逐渐成为人们研究的热 门。杨延梅、席北斗等人对餐厨垃圾堆肥过程中的理化特性变化规律进行了研究，实验 研究主要对厨余和泔脚分别进行一次堆肥并比较研究，结果表明在相同的条件下，二者 的特性变化不刚2 0 1 。任连海、钱枫等人对餐厨垃圾好氧堆肥过程参数的变化规律进行了 分析，结果表明餐厨垃圾堆体温度先升后降；堆体p h 值产生一定波动，但总体保持在 4 5 8 o ；堆体碳氮比相对较高，随着生物反应的加快，碳源消耗较快，碳氮开始正常 下斛2 1 1 。王伟东、刘建斌等人对堆肥过程中微生物群落的动态及接菌剂的应用效果进行 了研究，研究表明在堆肥过程中各种微生物在数量上遵循高低高的变化规律。各种 微生物耐热性决定其数量，一般细菌数量最多，尤其在高温期占绝对优势，放线菌和真 菌在高温前和高温过后才繁殖较多。各种菌对不同物质成分分解作用还没有统一的定论 【2 2 】。冯明谦、刘德明等人对高温堆肥中微生物种类数量的进行了研究，从堆肥样品中分 离出细菌5 属2 0 株；霉菌8 属1 3 株；放线菌3 株，属链霉菌属；酵母菌2 属2 株【2 3 】。 目前对好氧降解过程研究表明其过程可大致分成3 个阶段【l 吼2 4 1 ，在此过程中微生物 也随着降解阶段的不同而发生变化： ( 1 ) 中温阶段( 中温阶段亦称发热阶段或升温阶段) 这是指降解过程的初期，物料基本在1 5 4 5 的中温，嗜温性微生物较为活跃并 利用餐厨垃圾中可溶性有机物进行旺盛的生命活动。该阶段主要以糖类和淀粉类物质的 降解为主。好氧处理过程中温度的升高是由于好氧微生物( 细菌、真菌和放线菌等) 在 分解有机物过程中释放出的热量造成的。 ( 2 ) 高温阶段 这是指当好氧处理温度上升到4 5 以上，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死 亡，而嗜热微生物较为活跃。中温阶段残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分 解，同时复杂的有机物，如纤维素、半纤维素和蛋白质作为嗜热微生物的主要反应基质 开始分解。在这一阶段不仅最易分解有机物，而且还可以杀死大多数病原菌和寄生虫。 ( 3 ) 降温阶段 经过高温，好氧处理中有机物基本降解完，只剩下部分较难分解及难分解的有机物 和新形成的腐殖质，嗜热微生物由于缺乏适当的营养物质而停止生长，即其生物活性下 降，发热量减少。好氧降解温度会由于散热而逐渐下降，好氧降解过程进入第三阶段 腐熟阶段。在此阶段，嗜温微生物又开始活跃起来，重新成为优势菌，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，降解进入腐熟阶段，需氧量大大减 少，含水率也降低。 由于环境因素例如温度、湿度、p h 值都会影响微生物的生长【2 5 1 ，因此微生物好氧 降解餐厨垃圾过程中影响因素也有很多主要有如下几个方面： ( 1 ) 温度 温度是最主要的影响因素之一。各类微生物所生长的温度范围不同，约为5 3 东北师范大学硕士学位论文 8 0 【2 6 】。在降解过程中，随着物料中微生物活动的加剧，微生物分解有机物所释放出的 热量大于降解的热耗时，降解温度就上升。因此，温升是微生物活动剧烈程度的最好参 数。就降解效果来说，一般认为嗜热菌对有机物的降解效率高于嗜温菌【2 。 ( 2 ) 含水率 由于微生物只能摄取其生存必需的溶解性养料，所以含水率是好氧降解过程的关键 因素。水分过多时，由于原料被紧缩或其内部游离空隙被水充填，会把空气从原料空隙 中挤出，降低游离空隙率，从而易造成厌氧状态。水分低于3 0 时，微生物活性降低， 降解温度随之下降，降解进程变得缓慢。因此一般认为生物降解原料水分含量，控制在 5 0 6 0 ( 重量) 为宜，此时微生物分解速度快1 1 9 j 。 ( 3 ) 碳氮比 微生物的繁殖需要一定的营养物质，其中c n 是一个重要因素。碳主要为微生物 生命活动提供能源，而氮则用于合成细胞原生质，a l e x 锄d e r 推测反应过程中大约有 2 0 4 0 的碳被微生物用来合成新的细胞物质，其余的碳氧化成二氧化碳。而这些细 胞物质中有5 0 的碳和5 的氮( 干物质重) 。因此，原料中的氮应占碳的2 4 ，也 即c n 是2 5 【2 4 1 。有研究表明，日本s 1 5 型生态厕所降解时，当c n 为2 5 时，物料中 的n 、p 、k 、n a 等含量都有所增加，更有利于资源化利用【2 剐。 ( 4 ) p h 值 微生物的生命活动、物质代谢与p h 密切相关。例如，大多数细菌、藻类和原生动 物的最适p h 为6 5 7 5 ，它们的p h 适应范围在4 1 0 之间；放线菌在中性和偏碱性 环境中生长，p h 以7 5 8 o 最适宜；酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的环境中生活， 最适p h 为3 o 6 o 【26 。在生物降解过程中，p h 值随着时间和温度的变化而变化，因 此p h 值也是揭示分解过程的一个极好标志。适宜的p h 值可使微生物有效地发挥其 应有的作用，而过高或过低的p h 值都会对降解的效率产生影响。一般认为p h 值在 7 5 8 5 时，可获得最大降解速率1 1 引。 ( 5 ) 颗粒的粒径 反应过程中反应速率与反应物的比表面积成正比，如果比表面积大，单位时间里进 入颗粒内部的微生物就多，有机物降解的速度就快，所以为了增加比表面积就应减小物 料的粒径。理论上粒径越小，越有利于反应，但是无论从经济还是技术上考虑粒径的大 小都有一个上下限。通常最佳粒径的大小与该物料的结构强度有关。强度大的物质变湿 后仍能维持原来的形状，所以即使粒径很小，也不会对反应产生不良影响；而强度小的 物质变湿后将堆积在一起，成为团状，颗粒间的空隙减小，氧气无法进入，影响了反应 的进行。所以对于菜皮这类结构强度小的物料，粒径不能小于2 5 5 c m 。此外理论上 易降解的有机废物对粒径的上限没有特殊要求，但在实验呈规模的反应器内，必须将物 料进行破碎到一定程度，才能保证反应快速进行，提高反应速率【2 9 】。 4 东北师范大学硕士学位论文 1 3 本文的研究目的及意义 本文应用日本s 1 5 型生态厕所处理餐厨垃圾也是基于好氧降解法的原理。此前我们 利用s 1 5 型生态厕所为反应装置，以锯木屑、玉米秸秆为基质对人粪便进行减量化处理 的研究已经取得了良好的效果。 此次我们将生态厕所应用于处理餐厨垃圾通过培养不同阶段生态厕所反应器中的 三种主要的菌种，细菌、真菌、放线菌来研究在利用生态厕所处理餐厨垃圾的过程中微 生物群落的动态变化；对不同阶段物料理化性质的测定研究环境对微生物生长的影响； 通过实验检验微生物对餐厨垃圾中营养物质的降解效果；对锯木屑、玉米秸秆两种不同 基质的降解过程进行对比分析；对降解机理作尝试性探讨。 本文的创新之处在于将生态厕所用于餐厨垃圾的分解，由于其特殊的装置其降解过 程与传统的高温堆肥过程有所不同。对于利用生态厕所降解餐厨垃圾过程中微生物菌落 的动态变化及其理化参数的研究，目前国内外很少有涉及到。因此该研究从更加微观的 角度解释的该生态厕所的运行机理。为利用生态厕所处理餐厨垃圾提供科学的研究依 据。 5 东北师范大学硕士学位论文 2 1 实验装置与材料 第2 章实验材料与方法 2 1 1 实验装置 本实验所用的装置为s 1 5 型生态厕所，由日本科学技术振兴事业机构赠送，其规格 如表l 所示： 表ls 1 5 型生态厕所规格 参数数值 长宽高( m m ) 质量 ( 蚝) 电源( v ) 加热功率( w ) 转动功率( w ) 容积 ( 1 一) 齿轮转速( 次天) 1 ，0 0 0 6 2 0 6 2 3 1 5 0 1 1 0 2 0 w 1 0 4 0 。 o 1 5 1 6 2 0 日本研制的木屑免水冲生态厕所为免水生物降解生态厕所的一种，它主要由5 部分 组成，基质( 锯木屑、秸秆等) 、搅拌系统、加热系统、通风扇和箱体。其中最主要的 部件为搅拌系统、基质和加热系统。该生态厕所是一种生物反应器，反应器内的温度基 本控制在5 0 7 0 。内填充的锯木屑、秸秆等作为微生物的反应基质，并辅以动力搅拌 供给微生物所需要的氧气，通过好氧微生物降解作用，将粪便转化为水、二氧化碳等物 质，同时，锯木屑等基质还能有效的吸收臭味，整个过程不需水冲，且反应条件由电子 原件精密控制【3 0 1 。与传统的厕所相比，它既不浪费水资源，也不需要下水道系统，同时 产物还可以作为有机肥【3 i 】。日本s 1 5 型生态厕所的使用已经取得了一定的成功，目前这 种生态厕所在日本的许多城市公共厕所、公园和旅游景点得到广泛应用，并进一步向家 庭使用推广，尤其是适合于别墅。同时，这种生态厕所也已经逐渐推广到其他国家，如 印尼和中国【3 2 1 。 2 1 2 实验材料及样品制备 实验中所用的锯木屑采自于木材厂加工后所剩余的废料，主要是常见的杉木，兴安 落叶松，云杉，白桦，毛白杨等木材构成。 玉米秸秆采自于吉林省农安县，经粉碎后选取粒径为l 2 c m 的玉米秸杆。 餐厨垃圾为实验室自己配制，本实验为了保证实验数据的的可比性( 如组分、容重、 p h 值、含水率、盐度等) ，在实验室内自行配制餐厨垃圾。餐厨垃圾的配制以东北师范 6 东北师范大学硕士学位论文 大学本部校区北苑食堂的餐厨垃圾成分( 表2 ) 为参考对象，在东北师范大学综合试验 楼内，按照日常饮食烹饪方法，以表2 中所示的组分百分比制得样品作为餐厨垃圾两份 各5 k g 。本实验室在2 0 0 7 年7 月2 0 0 7 年9 月期间，对东北师范大学北苑食堂的餐厨 垃圾进行了连续的采集和分类研究表明，东北师范大学北苑食堂的垃圾组成主要成分如 表2 所示： 表2东北师范大学北苑食堂餐厨垃圾组成成分 2 2 实验设计 本实验分两个阶段进行，处理一为2 0 0 8 年1 月1 1 日2 0 0 8 年1 月2 6 日，共计1 6 天，进行以锯木屑为基质处理餐厨垃圾的实验。处理二为2 0 0 8 年3 月2 4 日2 0 0 8 年4 月8 日，总计1 6 天，进行以玉米秸秆为基质处理餐厨垃圾的实验。两个实验阶段都分 别对餐厨垃圾的各种理化参数进行测定。具体如下： 2 2 1 餐厨垃圾参数测定的实验研究 对配制的餐厨垃圾的组分、容重、含水率、p h 值、盐分、等几项物理和化学特性 进行分析和检测。 2 2 2 以锯木屑为反应基质的实验研究 以锯木屑为反应基质的实验研究以下简称处理一。根据预实验结果设计本实验周期 为1 6 天。根据文献可知，利用微生物降解餐厨垃圾时初始基质与餐厨垃圾的质量比最 佳比例约为1 ：1 【2 们。因此，首先向生态厕所内投加5k g 干锯木屑( 约占生态厕所反应 器体积的2 3 ) ，然后将在实验室自制的5 k g 餐厨垃圾一次性投加入生态厕所反应器内， 并搅拌均匀。餐厨垃圾的投加量相当于一个有3 口人的家庭1 0 天的餐厨垃圾的量【3 3 1 。 根据文献可知，当物料中含水率达到4 0 6 0 时可获得最好的降解效果l 3 4 j ，因此为保 证其含水率在4 0 6 0 ，每天分别加入一定量的蒸馏水。每天上午8 9 点下午2 3 点在物料中选择左部、中部、右部多点测定温度，取其平均值。 在投料后每2 4 小时采样次进行测量。采样点分别取在生态厕所的三个不同部分， 左部、中部、右部进行多点取样后混匀，然后采用样份缩分法【3 5 】将样品缩分。样品测定 参数分别为：淀粉含量、含水率、p h 值、总氮含量、有机质含量、细菌活菌总数、真 菌活菌总数、放线菌活菌总数、淀粉降解实验、油脂降解实验、明胶化实验。 2 2 3 以玉米秸秆为反应基质的实验研究 以玉米秸秆为反应基质的实验研究以下简称处理二，实验设计与上述以锯木屑为反 应基质的实验设计相同。 7 东北师范大学硕士学位论文 2 3 分析方法与测定 2 3 1 配制的餐厨垃圾的参数测定 2 3 1 1 餐厨垃圾的组分测定 将制得的样品按照种类进行分类，再用电子天平对各组分的质量进行称量，通过计 算即可得到各组分占样本总质量的百分比。 2 3 1 2 容重的测定 容重( 密度) 是指单位容积( 体积) 的垃圾所占的重量( 质量) 。 ( 1 ) 仪器：电子天平、1 0 0 皿量筒 ( 2 ) 步骤：将破碎后的餐厨垃圾放入1 0 0 皿量筒中，量取体积为1 0 0 l n l 的餐厨垃 圾；用电子天平称得其质量【2 4 1 。 ( 3 ) 计算公式：p = i m 式中：p 自然容重，咖l ； m 餐厨垃圾的质量，g ； v 餐厨垃圾的体积，m l 。 2 3 1 3 含水率的测定 ( 1 ) 仪器；表面皿、恒温干燥箱、电子天平 ( 2 ) 步骤：取新鲜的实验室样品放入干燥的表面皿中尽快称其鲜重，将其放于1 0 5 2 的恒温干燥箱中烘2 4 h 。后移入干燥器中平衡2 0 3 0 i n i n ，取出称【3 6 】。水分含量 以质量百分数( ) 表示，按下式计算： ( 3 ) 计算公式：水分含量= 【( m l m 2 ) ( m 1 一m o ) 1 0 0 式中：m 1 新鲜样及表面皿的质量，g ； m 2 烘干样及表面皿的质量，g ； m o 一表面皿的质量，g 。 2 3 1 4 p h 值的测定 ( 1 ) 仪器：振荡机、p h 酸度计。 ( 2 ) 试剂：p h4 0 0 标准缓冲剂、p h 6 8 6 标准缓冲剂、p h 9 1 8 标准缓冲剂。购买 上海伟业仪器厂生产的p h 标准缓冲剂，定容于2 5 0 面容量瓶中备用。 ( 3 ) 步骤：称取试样5 o g 于l o o m l 烧杯中，加5 0 l i l l 水( 经煮沸驱除二氧化碳) ， 搅动1 5 r n i n ，静置3 0 i i l i i l ，用p h 酸度计测定【3 7 】。 2 3 1 5 盐分的测定 采用快速滴定法来检测餐厨垃圾中的盐分含量【3 针。 ( 1 ) 仪器：电子天平、滴定管等。 ( 2 ) 试剂：1 0 铬酸钾指示剂、硝酸银标准溶液。 ( 3 ) 步骤：在电子天平上称取样品5 9 准确至o 0 1 9 ，准确加入蒸镏水2 0 0 “，搅拌 8 东北师范大学硕士学位论文 1 5 m i n ，放置1 5 i n i l l ，准确取上清液2 0 0 0 m l ，加蒸镏水5 0 i i l l ，1 0 铬酸钾指示剂l 以，轻 摇，用硝酸银标准液滴定，出现砖红色，l m i n 不褪色即为终点。 ( 4 ) 计算公式：n a c l ( ) = v c 2 0 0 0 0 5 8 5 1 0 0 ( m 2 0 ) 式中：m 样品质量，g ； v 一滴定消耗的硝酸银体积，m l ； c _ 一硝酸银摩尔浓度，酌咖l 。 2 3 2 反应过程中物料参数的测定 2 3 2 1 淀粉测定 ( 1 ) 仪器：烧杯等 ( 2 ) 试剂：纯酒精、3 6 的高氯酸、2 0 皿碘试剂( 配制方法是将2 9 碘化钾溶解到 5 0 0 血水中，再加入o 0 8 9 的碘) ( 3 ) 步骤：将l g 鲜样置于1 0 0 i n l 的烧杯中，滴入几滴酒精使其润湿，再加入2 洲3 6 的高氯酸；用网纹滤纸( 9 0 号纸) 过滤；向滤液中加入2 0 i n l 碘试剂并加以搅动；将几滴 滤液滴到白色板上，观察其颜色变化【1 9 】。 2 3 2 2 温度的测定 ( 1 ) 仪器：水银温度计 ( 2 ) 步骤：每天上午8 9 点下午2 3 点利用水银温度计在物料中多点取样测定 后，取其平均值。 2 3 2 3 含水率的测定 方法同餐厨垃圾含水率的测定 2 3 2 4p h 值的测定 方法同餐厨垃圾p h 的测定 2 3 2 5 总氮含量的测定 采用半微量凯氏定氮法 ( 1 ) 仪器：分析天平、实验用粉碎机、半微量凯氏蒸馏装置、半微量滴定管、硬 质凯氏烧瓶、锥形瓶、电炉。 ( 2 ) 试剂：盐酸、氢氧化钠、硼酸、硼酸混合指示剂溶液、加速剂、浓硫酸、双 氧水硫酸混合液( 简称混液) ( 3 ) 步骤：称取o 1 克试样两份，精确至o 0 0 0 1 克。将试样置于2 5 毫升凯氏瓶中， 加入加速剂粉末。然后加3 毫升硫酸，轻轻摇动凯氏瓶，使试样被硫酸湿润，将凯氏瓶倾 斜置于电炉上加热，开始小火，待泡沫停止后加大火力，保持凯氏瓶中的液体连续沸腾， 沸酸在瓶颈中部冷凝回流。待溶液消煮到无微小的碳粒并呈透明的蓝绿色时，继续消煮 3 0 分钟。消煮液稍冷却后加少量蒸馏水，轻轻摇匀。移入半微量蒸馏装置的反应室中， 用适量蒸馏水冲洗凯氏瓶4 5 次。蒸馏时将冷凝管末端插到盛有l o 毫升硼酸指示剂混 合液的锥形瓶中，向反应室中加入4 0 氢氧化钠溶液1 5 毫升。然后通气蒸馏，当馏出液 体积约达5 0 毫升时，降下锥形瓶。使冷凝管末端离开液面，继续蒸馏l 2 分钟，用蒸馏 9 东北师范大学硕士学位论文 水冲洗冷凝管末端，洗液均需流入锥形瓶中。以标准盐酸或硫酸滴定至锥形瓶中的溶液由 蓝绿色变成灰紫色为终点。空白用o 1 克蔗糖代替样品作空白测定。消耗标准酸溶液的 体积不得超过0 3 毫升。 2 3 2 6 有机质含量的测定 采用重铬酸钾法，利用碳的还原性，借助于氧化剂重铬酸钾将其氧化，过剩的氧化 剂用硫酸亚铁溶液回滴，以消耗的氧化剂量计算所氧化的碳量。 2 3 2 7 减量化的测定 ( 1 ) 仪器：天平 ( 2 ) 步骤：用天平对物料的质量进行称重。 ( 3 ) 计算公式：减量率= 降解后物料质量降解前物料质量 2 3 2 8 细菌活菌总数的测定 采用稀释平板测试法测定样品中的细菌，其过程如下【3 9 】： ( 1 ) 样品稀释液的制备 准确称取鲜样1 o g ，在无菌操作台内加入到一个盛有9 9 m l 并装有玻璃珠的无菌水 中，振荡2 0 l i l i n ，使样品中菌体、芽孢或孢子均匀分散，制成l o - 2 稀释度的样品稀释液。 然后按1 0 倍稀释法进行稀释分离，以制备1 0 ，1 0 击，1 0 ，1 0 迅的稀释液。 ( 2 ) 平板接种培养 采用涂抹平板培养法：将培养基熔化后趁热倒入无菌平板中，待凝固后编号，然后 用无菌吸管吸取o 1 皿菌液对号接种在不同稀释编号的琼脂平板上( 每个编号设2 个重 复) 。再用无菌刮铲将菌液在平板上涂抹均匀，将涂抹好的平板平放于台上2 0 3 0 i 】血， 使菌液渗透入培养基内，然后将平板倒转，放入恒温培养箱内培养至长出菌落后即可计 数。 ( 3 ) 培养 本次试验分嗜温细菌培养和嗜热细菌培养，嗜温细菌于3 0 恒温培养箱中倒置培养 2 4 4 8 h 后观察结果，嗜热细菌于5 5 恒温培养箱中倒置培养2 4 4 8 h 后观察结果。 ( 4 ) 实验试剂 牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏5 0 9 、蛋白胨1 0 o 昏n a c l5 9 、蒸馏水l o o o i i d 、琼 脂1 5 2 0 9 、p h7 2 7 4 、1 2 1 灭菌2 0 i i l i n 。 ( 5 ) 菌落计数法 平板菌落数的选择： 选择菌落数在3 0 3 0 0 之间的平板作为菌落总数测定标准。一个稀释度使用两个重 复的时候，应选取两个平板的平均数。如果一个平板有较大片状菌落生长时，则不宜采 用，而应以无片状茵落的平板计数作为该稀释度的菌数。若片状菌落不到平板的一半， 而其余一半中菌落分布又很均匀，可计算半个平板后乘2 以代表整个平板的菌落数。 稀释度的选择： a 应选择平均菌落数在3 0 3 0 0 之间的稀释度，乘以该稀释倍数报告之。 b 若有两个稀释度，其生长的菌落数均在3 0 3 0 0 之间，则视二者之比如何来决定。 1 0 东北师范大学硕士学位论文 若其比值小于2 ，应报告其平均数；若比值大于2 ，则报告其中较小的数字。 c 若所有稀释度的平均菌落大于3 0 0 ，则应该按稀释度最高的平均菌落数乘以稀释 倍数报告之。 d 若所有稀释度的平均菌落数小于3 0 ，则应按稀释度最低的平均菌落数乘以稀释倍 数报告之。 e 若所有稀释度均无菌落生长，则以小于l 乘以最低稀释倍数报告之。 若所有稀释度的平均菌落数均不在3 0 3 0 0 之间，则以最接近3 0 或3 0 0 的平均菌 落数乘以该稀释倍数报告之。 2 3 2 9 真菌活菌总数的测定 采用稀释平板测试法【3 9 】 ( 1 ) 样品稀释液的制备 准确称取鲜样1 0 9 ，在无菌操作台内加入到一个盛有9 9 m l 并装有玻璃珠的无菌水 中，振荡2 0 i n i n ，使样品中茵体、芽孢或孢子均匀分散，制成1 0 。2 稀释度的样品稀释液。 然后按l o 倍稀释法进行稀释分离，以制备1 0 - 3 ，1 酽的稀释液。 ( 2 ) 平板接种培养 采用涂抹平板培养法：将培养基熔化后趁热倒入无菌平板中，待凝固后编号，然后 用无菌吸管吸取o 1 武茵液对号接种在不同稀释编号的琼脂平板上( 每个编号设两个重 复) 。再用无菌刮铲将菌液在平板上涂抹均匀，将涂抹好的平板平放于台上2 0 3 0 i i l i n ， 使菌液渗透入培养基内，然后将平板倒转，放入恒温培养箱内培养至长出菌落后即可计 数。 ( 3 ) 培养 本次试验分嗜温真菌培养和嗜热真菌培养，嗜温真菌于3 0 恒温培养箱中倒置培养 4 8 7 2 h 后观察结果，嗜热真菌于5 5 恒温培养箱中倒置培养2 4 4 8 h 后观察结果。 ( 4 ) 实验试剂 马丁孟加拉红链霉素培养基：葡萄糖l o 0 9 、蛋白胨5 o g 、磷酸二氢钾1 o 昏硫 酸镁0 5 昏孟加拉红3 3 4 i n g 、0 0 3 链霉素溶液、蒸馏水1 0 0 0 “、琼脂1 5 2 0 9 、p h7 o 7 2 、1 2 1 灭菌2 0 i l 血。 ( 5 ) 菌落计数法 平板菌落数的选择： 选择菌落数在1 0 1 0 0 之间的平板作为菌落总数测定标准。一个稀释度使用两个重 复的时候，应选取两个平板的平均数。如果一个平板有较大片状菌落生长时，则不宜采 用，而应以无片状菌落的平板计数作为该稀释度的菌数。若片状菌落不到平板的一半， 而其余一半中菌落分布又很均匀，可计算半个平板后乘2 以代表整个平板的菌落数。 稀释度的选择： a 应选择平均菌落数在1 0 1 0 0 之间的稀释度，乘以该稀释倍数报告之。 b 若有两个稀释度，其生长的菌落数均在1 0 1 0 0 之间，则视二者之比如何来决定。 若其比值小于2 ，应报告其平均数；若比值大于2 ，则报告其中较小的数字。 1 1 东北师范大学硕士学位论文 c 若所有稀释度的平均菌落大于l o o ，则应该按稀释度最高的平均菌落数乘以稀释 倍数报告之。 d 若所有稀释度的平均菌落数小于1 0 ，则应按稀释度最低的平均菌落数乘以稀释倍 数报告之。 e 若所有稀释度均无菌落生长，则以小于l 乘以最低稀释倍数报告之。 若所有稀释度的平均茵落数均不在1 0 1 0 0 之间，则以最接近l o 或1 0 0 的平均菌 落数乘以该稀释倍数报告之。 2 3 2 1 0 放线菌活菌总数的测定 采用稀释平板测试法【3 9 】 ( 1 ) 样品稀释液的制备 准确称取鲜样1 o g ，在无菌操作台内加入到一个盛有9 9 m l 并装有玻璃珠的无菌水 中，振荡2 0 n l i i l ，使样品中菌体、芽孢或孢子均匀分散，制成1 0 之稀释度的样品稀释液。 然后按l o 倍稀释法进行稀释分离，以制备1 0 一，1 酽，1 0 巧的稀释液。 ( 2 ) 平板接种培养 采用涂抹平板培养法：将培养基熔化后趁热倒入无菌平板中，待凝固后编号，然后 用无菌吸管吸取o 1 l n l 菌液对号接种在不同稀释编号的琼脂平板上( 每个编号设两个重 复) 。再用无菌刮铲将菌液在平板上涂抹均匀，将涂抹好的平板平放放于台上2 0 3 0 i n i n ， 使菌液渗透入培养基内，然后将平板倒转，放入恒温培养箱内培养至长出菌落后即可计 数。 ( 3 ) 培养 本次试验分嗜温放线菌培养和嗜热放线菌培养，嗜温放线菌于3 0 恒温培养箱中倒 置培养5 7 d 后观察结果，嗜热放线菌于5 5 恒温培养箱中倒置培养5 7 d 后观察结果。 ( 4 ) 实验试剂 高氏一号培养基：淀粉2 0 o g 、硝酸钾1 o g 、磷酸氢二钾o 5 9 、硫酸镁0 5 昏氯化 钠0 5 m g 、硫酸亚铁o 0 1 9 、蒸馏水1 0 0 0 以、琼脂1 5 2 0 9 、p h7 2 7 4 、1 2 1 灭菌2 0 m i i l 。 ( 5 ) 菌落计数法 平板菌落数的选择： 选择菌落数在3 0 3 0 0 之间的平板作为菌落总数测定标准。一个稀释度使用两个重 复的时候，应选取两个平板的平均数。如果一个平板有较大片状菌落生长时，则不宜采 用，而应以无片状菌落的平板计数作为该稀释度的菌数。若片状菌落不到平板的一半， 而其余一半中菌落分布又很均匀，可计算半个平板后乘2 以代表整个平板的菌落数。 稀释度的选择： a 应选择平均菌落数在3 0 3 0 0 之间的稀释度，乘以该稀释倍数报告之。 b 若有两个稀释度，其生长的菌落数均在3 0 3 0 0 之间，则视二者之比如何来决定。 若其比值小于2 ，应报告其平均数；若比值大于2 ，则报告其中较小的数字。 c 若所有稀释度的平均菌落大于3 0 0 ，则应该按稀释度最高的平均菌落数乘以稀释 倍数报告之。 1 2 东北师范大学硕士学位论文 d 若所有稀释度的平均菌落数小于3 0 ，则应按稀释度最低的平均菌落数乘以稀释倍 数报告之。 e 若所有稀释度均无菌落生长，则以小于1 乘以最低稀释倍数报告之。 若所有稀释度的平均菌落数均不在3 0 3 0 0 之间，则以最接近3 0 或3 0 0 的平均菌 落数乘以该稀释倍数报告之。 2 3 2 1 l 淀粉降解实验 ( 1 ) 样品稀释液的制备3 9 删 准确称取鲜样1 0 9 ，在无菌操作台内加入到一个盛有9 9 m l 并装有玻璃珠的无菌水 中，振荡2 0 i l 血，使样品中菌体、芽孢或孢子均匀分散，制成1 0 - 2 稀释度的样品稀释液。 然后按1 0 倍稀释法进行稀释分离，以制备1 矿的稀释液。 ( 2 ) 平板接种培养 采用涂抹平板培养法：将培养基熔化后加入少量碘液，趁热倒入无菌平板中，待凝 固后编号，然后用无菌吸管吸取o 1 l n l1 0 击的菌液于平板上。再用无菌刮铲将菌液在平 板上涂抹均匀，将涂抹好的平板平放放于台上2 0 3 0 i i l i n ，使菌液渗透入培养基内，然 后将平板倒转，放入3 7 恒温培养箱内培养2 4 h ，后观察结果。 ( 3 ) 实验试剂： 淀粉培养基：牛肉膏0 5 昏蛋白胨1 0 昏n a c lo 5 9 、可溶性淀粉o 2 9 、蒸馏水1 0 0 i i l l 、 琼脂1 5 2 0 9 、p h7 2 、1 2 1 灭菌2 0i n i n 。 2 3 2 1 2 油脂降解实验 ( 1 ) 样品稀释液的制备【3 9 删 准确称取鲜样1 o g ，在无菌操作台内加入到一个盛有9 9 m l 并装有玻璃珠的无菌水 中，振荡2 0 i 】 1 i 1 1 ，使样品中菌体i 芽孢或孢子均匀分散，制成1 0 五稀释度的样品稀释液。 ( 2 ) 划线法接种培养 采用划线法培养：将培养基熔化后，趁热倒入无菌平板中，待凝固后编号，然后用 接种环沾取少量菌液在平板上划线。然后将平板倒转，放入3 7 恒温培养箱内培养2 4 h ， 后观察结果。 ( 3 ) 实验试剂 油脂培养基：牛肉膏0 5 9 、蛋白胨1 0 9 、n a c lo 5 9