微生物与生活垃圾处理

微生物和生活垃圾处理摘要：垃圾是日常生活中被迫产生的废弃物，介绍了一些生活垃圾处理方法，分析了处理过程中的各种微生物，指出生物处理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和人民生活水平的提高，城市生活垃圾的产量与日俱增。中国21世纪议程白皮书指出，“全国历年城市生活垃圾库存超过60亿吨，200个城市被垃圾包围”，我国城市垃圾增长率超过10%，超过全球平均8.42%的年平均增长率1。如此庞大的城市固体废物的处理方法已经成为全世界广泛关注的问题。与此同时发生的环境污染和人类集散状况恶化等已成为世界各国共同关心的问题成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍因此，垃圾处理走向减少、无害化、回收，是我们的对策。目前国内外处理垃圾的主要方法是卫生填埋、堆肥、焚烧，其中前两种处理方法都属于生物处理技术。特别是这种垃圾生物处理技术，作为城市生活垃圾中固有或添加到外部的微生物，在特定控制条件下进行一系列生化反应，代谢垃圾中不稳定的有机物，然后释放能量或将其转化为新的细胞物质，导致垃圾逐渐稳定的一个生化过程。1生活垃圾生物处理方法1.1堆肥处理方法堆肥依靠广泛分布在大自然中的细菌、放线菌、真菌等微生物，控制可生物降解的有机物转化为稳定腐蚀的生物化学过程，最终形成可用作肥料或土壤改良剂的腐殖质等腐殖质。堆肥化技术是实现城市垃圾资源化、无害化的重要方法。它不仅能杀死垃圾的病原体，有效地处理垃圾的有机物，增加土壤的有机成分，还能生产有机肥料，提高农业生产2。堆肥早期土著微生物数量少，繁殖需要很长时间，各种微生物分解速度大不相同，因此存在长期发酵时间、恶臭产生、肥料效率下降等问题。研究结果表明，人工接种分解有机化合物的微生物可以加快堆肥材料的成熟，提高温度，破坏特定病原体、蛋等，调节恶臭，增加对堆肥成品有益的微生物。因此，添加复合微生物制剂和调理剂或分解促进剂，提高和加速堆肥反应过程，成为垃圾堆肥研究的热点。1.2厌氧消化法厌氧是在没有氧气的情况下，将复杂的有机物减少到n，p无机化合物及CH4，CO，H2等气体。这种方法广泛用于处理生活垃圾，因为处理效率高，而且能得到甲烷等能源气体。厌氧消化是复杂的有机化合物，先分解成游离糖、乙醇、挥发性脂肪酸(VFA)、H2、C02，然后将乙醇和挥发性脂肪酸氧化成乙酸和H2，最后一步是将乙酸和H2转化成CH4，这三个阶段之间有严格的相互作用。1.3混合处理方法就是将家庭垃圾好氧及厌氧结合，使垃圾能够迅速分解。有氧堆肥周期长的缺点和厌氧消化也能获得能量。中科院成都微生物研究所廖恩章等与美国佛罗里达大学进行了合作研究，在发酵过程中取得了一些成果。他们用城市有机废弃物厌氧发酵、两阶段发酵、高固体浓度发酵等3种方法生产了甲烷。研究指出，电子具有快速启动、高煤气生产、短处理周期等优点。利用第二阶段发酵，不仅挥发和甲烷生产显着增加，城市固体废弃物的生物降解率3也会提高。2生活垃圾生物处理的主要微生物生活垃圾的生物降解都取决于微生物对这些物质的分解作用，对这些微生物的进一步了解对生活垃圾的生物处理具有重要意义。生物虽小，但在垃圾处理及环境污染净化中起着不可或缺的重要作用，自然界中存在着很多微生物群体。这些微生物通过水和风传播，到处存在，所以垃圾中存在着大量的微生物。他们由于自身的生理特性，可以通过自然或人为的遗传、变异等生物学过程适应环境变化，将各种污染物，尤其是有机污染物用作营养源，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。因此，在生物圈中，微生物扮演分解者的角色4。正是这种微生物对环境污染的分解作用，保证了自然的正常物质循环，对垃圾处理有作用。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。有氧生物处理中，像好氧堆肥、生物反应器填埋等将垃圾中复杂有机物分解为二氧化碳和水的好氧微生物的代谢作用，在此过程中，微生物主要是细菌、放线菌、真菌等微生物群体。厌氧生物处理是利用厌氧或同时微生物的代谢作用处理垃圾的工作。其分解物包括厌氧消化、厌氧填埋等甲烷和二氧化碳。在此过程中，被称为“瘤胃微生物”的微生物主要是水解细菌、产氢醋酸植物、产甲烷细菌等。今天，微生物技术在垃圾处理中成为主流方法。2.1生活垃圾处理中的好氧微生物2.1.1细菌在垃圾的好氧生物降解过程中，细菌可以通过强大的比表面积迅速将可溶性基质吸收到细胞中，进行细胞内代谢。一般比放线菌或真菌多得多。堆肥过程中细菌总数的变化趋势是高、低。堆肥初期，有机废弃物中携带的很多细菌分解有机物，释放能量，提高反应堆的温度，这时，常温下细菌被抑制，温热细菌活跃；反应堆的温度上升到高温阶段，只有少量的高温性细菌才能活动。高温期过后，有机成分减少，反应堆温度降低，细菌在温暖的温暖和常温下重新开始活动，细菌总数增加。温暖细菌是整个好氧降解过程中堆肥系统中最重要的微生物。2.1.2放线菌放线菌有分解纤维素和溶解木质素的多细胞菌丝体。能承受比真菌更高的温度和pH值，在垃圾生物降解的高温阶段分解木质纤维素的优势菌群。研究结果表明，诺卡氏菌、链霉菌、高温放线菌、单孢子细菌等在垃圾好氧堆肥中占优势。2.1.3真菌在垃圾的生物降解过程中，霉菌对垃圾的有机成分分解和稳定有重要作用。真菌不仅分泌细胞外酶，水解有机物质，还由于菌丝体的机械穿插作用，对每种物质起物理破坏作用，促进生化反应。温度是影响真菌生长的重要因素之一，在堆肥过程中，温度升高，真菌的种群数量开始减少，大约64 ，嗜热真菌几乎全部消失。温度下降到60以下，温暖的霉菌和热霉菌会从堆肥中再次出来。2.2生活垃圾处理中的厌氧微生物垃圾的生物处理技术厌氧生物处理分为水解、氢氟酸生产、甲烷生产三个阶段，各有独特的微生物按群体生物降解。2.2.1水解细菌水解阶段的水解细菌利用细胞外酶在体外酶解有机物，将固体物质变成可溶于水的物质，然后被细胞吸收，水解为其他产物，在此阶段起作用的细菌是水解细菌。2.2.2产氢醋酸植物生产氢的醋酸植物相是将丙酸等3碳以上有机酸、长链脂肪酸、酒精等一级发酵产物分解为乙酸和分子氢。产氢乙酰杆菌、布鲁氏菌g菌株5在卫生填埋场被分离出来。2.2.3产甲烷细菌甲烷细菌以H2/CO2、乙酸、甲醇甲酸等c型化合物为基质，转化为甲烷。卫生填埋场产生三种产甲烷细菌、球形细菌和八叠球菌。棒状甲烷生成细菌通常表示弯曲、链或丝状。球形甲烷生成细菌，直径为0.3 5微米，球形细胞呈园状或椭圆形，成对排列。甲酸基颗粒有规律、大小相同的沙粒般的堆积物，具有227巴氏杀菌菌、低温杀菌剂8叠球菌、嗜热甲烷8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一个自然复杂的生物降解系统，因此研究瘤胃微生物对了解生活垃圾降解机制有重要的参考和参考价值。华南理工大学真庆金等表示，以瘤胃内的瘤胃内的半养厌氧细菌为中心，有机垃圾厌氧消化所需的微生物种类，即瘤胃内水解细菌、酸化细菌、氢酸醋酸细菌、甲烷生成细菌存在，瘤胃内的微生物包含了大自然中一个非常完美的有机物转化的生态系统6。产品的抑制在一般厌氧消化方面也有问题，但瘤胃微生物是复合植物，因此一种反应的产物往往是另一种反应的使用基质，并排除了基质抑制现象。在城市的有机废弃物中，木质纤维素很难分解，而瘤胃微生物可以高效分解木质纤维素。因为瘤胃植物中存在可以分别分解木质素和结晶纤维素的多种微生物，它们分泌的各种酶是分解的核心。3.2堆肥将有机物分解成微生物20世纪80年代末，国内外很多学者在堆肥过程中致力于查明微生物的研究，筛选了有效分解国内垃圾的微生物菌株。姜建雄研究了国内垃圾堆肥过程中的微生物数量，指出垃圾中的微生物数量与垃圾类型、垃圾发生源的地理分布无关，与来源垃圾的新鲜度有关，同时指出在垃圾处理过程中，中温微生物在数量上占优势。堆肥化过程中有机物的分解和稳定主要发生在高温阶段，此时中温型和高温型微生物都起着很大的作用2。将高效复合微生物群落和污泥混合成堆肥，可以提高有机污染物的生物降解率。这种高效的复合微生物群落以特殊方法培养了酵母、放线菌、乳酸菌、固氮菌、纤维素分解菌等多种微生物，相互作用快速分解垃圾中的有机物，调节抗氧化物质，生成复杂稳定的生态系统，增加堆肥中的氮量，抑制有害微生物的生长和繁殖。3.3木材真菌消化分解废物因为木质素是目前微生物不能分解的定向化合物之一。因此，木质素的完全降解是真菌、细菌及其微生物群落共同作用的结果7。研究结果表明，单个细菌、真菌、放线菌等群体无论其活性有多高，在加速垃圾生物降解的过程中，都无法与复合微生物群落的作用相比较8。真菌对分解木质素有重要作用。分解木质素的真菌根据腐败类型分为白腐菌、褐腐菌、软腐菌。白腐菌分泌分解木质素的细胞外氧化酶，分解木质素的能力比分解纤维素的能力弱。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4种主要80多种微生物组成的复合菌制剂，包括乳酸菌、酵母、放线菌和光合细菌9。这是从1992年开始可以用于农业、养殖业、环境保护等领域的日本科学家比加兹夫教授的研究结果。日本利用有效的微生物技术取得了相当大的成功。其中，日本开始普及将家庭内厨房垃圾制成有机肥料的有效微生物技术。用于生活垃圾发酵的特殊粉末有效微生物仅利用0.2%的有效微生物(以米糠为主要成分)的发酵物，在有机生活垃圾中接种1%的量，经过厌氧发酵，夏天7天后有机废弃物分解，没有恶臭，蚊子和苍蝇繁殖，获得直接还原到土壤的活菌肥料，可以用于蔬菜和花卉栽培。EM技术通过处理生活垃圾，可以有效地控制垃圾引起的环境污染问题，同时每年减少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复合作用的结果，无论是厌氧生物处理废物工艺，还是好氧生物处理废物工艺，都存在着多种微生物群体，正是这些微生物群体相互协调相互作用，形成了复杂的生态系统，消除了导致垃圾不稳定的有机成分，使垃圾稳定，成为可再生资源。因此，在筛选这些有效的微生物群落时，应考虑不同微生物群落之间的拮抗作用，确保有效菌种的优势。目前将被筛选的有效微生物群落接种到国内垃圾中，并通过好氧及厌氧联合处理工艺分解国内垃圾，这是垃圾生物处理的发展趋势。当地处理家庭垃圾为有机肥料，从源头上清除垃圾，缓解城市生活垃圾给环境带来的压力，避免二次污染，从而实现家庭垃圾的无害化、量化、回收利用。我们相信，随着垃圾微生物分解机制研究的进一步深入，各种生物处理技术的研究和开发将通过更有效的垃圾微生物及处理过程，从生活垃圾“废物”转变为人类利益的“财富”。谢谢：这篇文章受到了地图教授吕继芬的精心指导和批评纠正。还得到了同学和朋友的支持和帮助。表示深切的谢意。参考资料：赵有才，蔡晓丽。生活垃圾回收的原理和技术M。北京：化学工业报道，2002: 170-180。徐会联。固体废物的有害和处理P。中国科学院广州能源研究科学大众化基地，2007，06。3进修门，柚子等。微生物生物技术M。北京：科学出版社，2002。4林梦鸟。微生物学(初版)M。长春：东北师范大学出版社，1998: 3-7，126-129。5黄德阳、吕文靖、王洪涛。有机固体废物堆肥处理的微生物学机制研究J。环境污染控制技术和设备，2004，5。6王家卫令，李舜鹏，黄静灯。环境微生物学(第二版)M。北京：化学工业出版社，1999: 123-125。7座位北斗、刘洪梁、孟伟。垃圾堆肥高效复合微生物杀菌剂的制备J。环境科学研究，2003，16年。8张建州，李雄。降解污染及其在环境保护中的微生物研究与应用J。内蒙古林业，2004，8。9真晕。有效微生物群在生活垃圾处理中的应用J。智能明星最专业的产品技术指南，2008，1。Microbial life and waste disposal门根塔科吉市Self-study examination s