垃圾堆肥高效復(fù)合微生物菌劑的制備

1、垃圾堆肥高效復(fù)合微生物菌劑的制備席北斗1,劉鴻亮1,孟偉1,王琪1,黃國(guó)和2,曾光明2(1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京100012;21湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,湖南長(zhǎng)沙410082摘要:將康氏木霉、白腐菌、變色栓菌與E M 菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌按一定配比擴(kuò)大培養(yǎng)制成5組復(fù)合微生物菌劑,比較其產(chǎn)脫氫酶、淀粉水解酶和纖維素分解酶能力大小以及在實(shí)際堆肥中的應(yīng)用效果,從中選出一組高效復(fù)合微生物菌劑,其配比為:康氏木霉白腐菌變色栓菌E M 菌固氮菌解磷菌解鉀菌=151515251010。關(guān)鍵詞:康氏木霉;白腐菌;變色栓菌;E M 菌;高效復(fù)合微生物菌劑中圖分類號(hào):X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):

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基金項(xiàng)目:國(guó)家863高技術(shù)資助項(xiàng)目(2001AA644020;三峽移民科技研究課題作者簡(jiǎn)介:席北斗(1969-,男,安徽碭山縣人,博士.堆肥是利用微生物,人為地促進(jìn)可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化過(guò)程。堆肥原料中的物

6、質(zhì)成分比較復(fù)雜,包括微生物比較容易利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等,以及不易為微生物分解的物質(zhì)如纖維素和木質(zhì)素等。微生物分解垃圾中有機(jī)物的過(guò)程受一系列環(huán)境條件的制約,一些帶有特定性能的細(xì)菌、真菌被發(fā)現(xiàn)并利用于堆肥的分解過(guò)程中,例如多種嗜溫菌(mes ophilic bacteria 、吲哚和糞臭素降解菌(indole 2,skatole 2degrading bacteria 、柑橘-果汁殘?jiān)逊示?citrus 2juice 2residue com posting bacteria 等等。人工加入這些高效微生物菌劑可以調(diào)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)、提高微生物活性,從而提高堆肥效率、縮短發(fā)酵周期

7、、提高堆肥制品質(zhì)量。研究表明,單一的細(xì)菌、真菌、放線菌群體,無(wú)論其活性多高,在加快堆肥化進(jìn)程中的作用都比不上復(fù)合微生物菌群的共同作用1。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這一領(lǐng)域已做了大量工作2-4,但在復(fù)合微生物菌劑研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中,菌種之間共生及相互影響關(guān)系具模糊性和復(fù)雜性。筆者經(jīng)分析利用康氏木霉、白腐菌、變色栓菌與E M 菌劑、解磷菌、解鉀菌、固氮菌混合,篩選培育堆肥高效復(fù)合微生物菌劑。1試驗(yàn)111試驗(yàn)儀器和材料儀器:磁力攪拌器、20W 紫外燈、生物培養(yǎng)箱、搖床、堆肥反應(yīng)器5、O 2-H 2S 測(cè)定儀、C O 2測(cè)定儀、烘箱等。菌劑:E M 菌種(E ffective M icro 2organisms 、康氏

8、木霉、白腐菌、變色栓菌(外購(gòu),固氮菌、解磷菌、解鉀菌由中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院生態(tài)所提供。培養(yǎng)基:Dubos 纖維素培養(yǎng)基、無(wú)菌赫奇遜氏培養(yǎng)基、肉湯培養(yǎng)基、PDA 培養(yǎng)基、綜合PDA 瓊脂、高氏合成一號(hào)瓊脂、固氮菌培養(yǎng)基。112試驗(yàn)方法將康氏木霉、白腐菌、變色栓菌、E M 菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌在相應(yīng)的培養(yǎng)基上擴(kuò)大培養(yǎng),流程如圖1。具體步驟為:用無(wú)菌生理鹽水洗滌保存斜面,至無(wú)菌第16卷第2期環(huán)境科學(xué)研究Research of Environmental Sciences V ol.16,N o.2,2003種子瓶擴(kuò)大培養(yǎng)菌液濃縮液混合復(fù)合菌劑圖1復(fù)合菌劑制備流程Fig.1The process

9、for preparationcom plex microbial community三角瓶中搖勻即成菌懸液;接種斜面培養(yǎng)物于種子瓶,30,200rmin培養(yǎng)24h得到種子液;10%的種子液接種到發(fā)酵瓶中擴(kuò)大培養(yǎng)44h得到發(fā)酵液,按表1所示比例配制復(fù)合微生物菌液。表1復(fù)合菌劑配比T able1The preparation ratio of com plex microbial communitym L復(fù)合菌劑康氏木霉白腐菌變色栓菌E M菌固氮菌解磷菌解鉀菌2525252525252525將培養(yǎng)好的5組復(fù)合微生物菌劑,分別進(jìn)行脫氫酶試驗(yàn)、淀粉分解試驗(yàn)、纖維素分解試驗(yàn),并用于生活垃圾堆肥試驗(yàn)。1

10、1211脫氫酶試驗(yàn)有機(jī)廢棄物的生物降解一般屬于脫氫過(guò)程,因此脫氫酶活性是反應(yīng)堆肥菌劑效果的重要指標(biāo)。試驗(yàn)步驟為:將試驗(yàn)菌劑接種于合適的培養(yǎng)基上,37培養(yǎng)1824h;取干燥的載玻片,在上面滴一滴5%雙氧水溶液,挑取一環(huán)培養(yǎng)好的菌苔,在雙氧水溶液中涂抹,若產(chǎn)生氣泡(氧氣為脫氫酶陽(yáng)性反應(yīng),不產(chǎn)生氣泡者為陰性反應(yīng)。11212淀粉分解試驗(yàn)a.取培養(yǎng)好的菌懸液015m L進(jìn)行不同程度地稀釋,取最后3個(gè)稀釋度的稀釋液涂于淀粉培養(yǎng)基平板上,每個(gè)稀釋度涂3個(gè)平板,每個(gè)平板加稀釋液011m L,用無(wú)菌玻璃涂棒刮勻,37培養(yǎng)48h;b.分別向平板內(nèi)加碘液數(shù)滴,具有淀粉分解能力的菌落周圍將出現(xiàn)透明圈,分別測(cè)量透明圈直

11、徑與菌落直徑并計(jì)算比值(HC值,根據(jù)結(jié)果選取透明圈和HC比值較大的菌落為產(chǎn)淀粉酶較強(qiáng)的菌落。11213產(chǎn)纖維素酶活力的測(cè)定纖維素酶是一種多組分的酶,有C1酶、Cx酶和-葡萄糖苷酶。羧甲基纖維素(C MC酶活力測(cè)定是指纖維素水解酶作用于羧甲基纖維素后,產(chǎn)生還原糖的能力。一般表示C x酶活力。取培養(yǎng)好的菌懸液015m L進(jìn)行不同程度地稀釋,取最后3個(gè)稀釋度的稀釋液涂于含015%C MC-Na和015%葡萄糖的產(chǎn)酶培養(yǎng)基平板與種子培養(yǎng)基平板上,輪回交替轉(zhuǎn)接3次。挑選在平板上產(chǎn)生較大透明圈和HC值的菌落。11214復(fù)合微生物堆肥試驗(yàn)反應(yīng)裝置見(jiàn)文獻(xiàn)5,試驗(yàn)用垃圾為中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院生活垃圾,5組復(fù)合微生

12、物菌劑投加量均為015%(體積分?jǐn)?shù),反應(yīng)器出口與O2-H2S測(cè)定儀、C O2測(cè)定儀相連,在線監(jiān)測(cè)O2-H2S和C O2氣體濃度。堆體供氧由供氧泵和氣體流量計(jì)控制,出口O2濃度控制在5%15%范圍內(nèi),供氧速度設(shè)定為016L(minkg。堆層透氣性由H2S氣體濃度控制,堆料含水率控制在50%60%。試驗(yàn)在堆肥過(guò)程中分別加入015%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合微生物菌劑,為接種劑,利用先進(jìn)的O2-H2S測(cè)定儀,測(cè)定進(jìn)出口氣體O2濃度,通過(guò)式(1計(jì)算累計(jì)耗氧量6。W(O2=A Ot0q(z i-z eV Md t(1式中,W(O2為累計(jì)耗氧量,gkg;q為通氣量,m3h;z e為排氣中O2氧氣濃度;zi為進(jìn)氣中氧氣

13、濃度;VM為1m ol氣體在給定條件下所占體積,m3m ol;A O為氧的分子量。2結(jié)果與討論211試驗(yàn)結(jié)果21111產(chǎn)脫氫酶能力不同復(fù)合微生物菌劑產(chǎn)脫氫酶能力如表2所示。表2脫氫酶試驗(yàn)結(jié)果T able2The experimental result of dehydrogenase activity復(fù)合菌劑氣泡反應(yīng)+從表2可以看出僅有康氏木霉、白腐菌、變色栓菌所組成的復(fù)合菌劑和僅有E M菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌組成的復(fù)合菌劑產(chǎn)脫氫酶能力均不太強(qiáng),而康氏木霉、白腐菌、變色栓菌、E M菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌組成的復(fù)合菌劑表現(xiàn)出較強(qiáng)的產(chǎn)脫氫酶能力,其中復(fù)合微生物菌劑產(chǎn)脫氫酶能力最強(qiáng)。2111

14、2淀粉分解5組復(fù)合微生物菌劑淀粉分解試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。表3淀粉分解試驗(yàn)結(jié)果T able3The experimental result of starch hydrolytic復(fù)合菌劑透明圈直徑cm菌落直徑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從表3可以看出,復(fù)合微生物菌劑,產(chǎn)淀粉酶能力明顯優(yōu)于復(fù)合微生物菌劑,其中最強(qiáng)的是復(fù)合微生物菌劑,其在平板上產(chǎn)生的透明圈直徑是復(fù)合微生物菌劑95第2期席北斗等:垃圾堆肥高效復(fù)合微生物菌劑的制備的316倍。21113產(chǎn)纖維素酶活力 5組復(fù)合微生物菌劑產(chǎn)纖維素酶活力

15、如表4所示。表4產(chǎn)纖維素酶活力測(cè)定結(jié)果T able 4The result of cellulase activity復(fù)合菌劑透明圈直徑cm菌落直徑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從表4可以看出,復(fù)合微生物菌劑在平板上透明圈直徑達(dá)810cm ,具有較高的產(chǎn)纖維素酶能力;而復(fù)合微生物菌劑,由于不含纖維素分解菌,透明圈直徑僅410cm ,基本無(wú)產(chǎn)纖維素酶能力;復(fù)合微生物菌劑不僅菌落直徑最大,且產(chǎn)纖維素酶活力最強(qiáng),透明圈直徑達(dá)910cm 。21114堆肥試驗(yàn)為驗(yàn)證復(fù)合菌在堆肥反應(yīng)過(guò)程所起的作用,筆者設(shè)計(jì)了處

16、理,五組堆肥反應(yīng)系統(tǒng)。在處理,中分別加入015%相應(yīng)的復(fù)合微生物菌劑。通過(guò)接種試驗(yàn)比較幾種復(fù)合微生物菌劑堆肥過(guò)程溫度和耗氧速率變化,如圖2,3所示。 1處理;2處理;3處理;4處理;5處理圖2堆肥過(guò)程中溫度的變化Fig.2T em perature profile during com posting process從圖2可以看出,處理堆肥系統(tǒng)所能達(dá)到的最高溫度為60,達(dá)到最高溫度的時(shí)間為56d ;而處理、處理2d 就達(dá)到66和68,一次發(fā)酵完成時(shí)間僅需45d 。從圖3可以看出,5種復(fù)合微生物菌劑堆肥,除處理需要一定的延滯期外,其他的均能很快地降解垃圾,消耗O 2,隨著堆肥的進(jìn)行,累計(jì)耗氧量逐

17、漸增加,開(kāi)始的23d 耗氧量上升很快,當(dāng)堆肥4d 后累計(jì)耗氧量隨時(shí)間變化很慢。比較5種復(fù)合微生物菌劑堆肥累計(jì)耗氧量曲線可以看出,將康氏木霉、白腐菌、變色栓菌和E M 菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌有機(jī)結(jié)合起來(lái)所培養(yǎng)的復(fù)合微生物菌劑為接種劑時(shí),72h堆1處理;2處理;3處理;4處理;處理圖3堆肥過(guò)程中累計(jì)耗氧量變化Fig.3Accmulative tatal oxygen consum ptionduring com posting process肥累計(jì)耗氧量達(dá)378mg g ,高于同時(shí)刻的其他4種菌劑堆肥產(chǎn)氧量,而單純接種康氏木霉、白腐菌、變色栓菌的處理,與僅接種E M 菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌

18、的處理堆肥效果均不理想。212討論對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析認(rèn)為:由于堆料中含有粗纖維、碳水化合物、脂肪等多種化合物,對(duì)于這些復(fù)雜化合物的徹底降解,要依賴于微生物群落中多種微生物間的相互交替、相互協(xié)同作用,從而滿足堆肥過(guò)程中微生物所需要的碳、氮、鉀、磷的供給。這個(gè)過(guò)程僅靠一種微生物是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,必須考慮到微生物之間的協(xié)同效應(yīng)。試驗(yàn)將康氏木霉、白腐菌、變色栓菌與E M 菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌按一定的比例混合制得高效復(fù)合菌劑,依靠微生物相互間協(xié)同作用,即E M 菌的高效分解作用迅速將原料中的糖類、蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪等易分解有機(jī)物降解,使纖維素高溫軟化,為康氏木霉、白腐菌提供有利的環(huán)境;同時(shí)康氏木霉、白

19、腐菌、變色栓菌能快速將木質(zhì)纖維素等大分子物質(zhì)降解代謝為小分子物質(zhì),作為E M 菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而使E M 菌、康氏木霉、白腐菌和變色栓菌形成良好的共代謝關(guān)系,生成復(fù)雜而穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。固氮菌可利用空氣中的氮轉(zhuǎn)化成微生物生長(zhǎng)所需要的氮素;解磷解鉀菌能將堆料中生物難以利用的磷元素、鉀元素轉(zhuǎn)化成生物易于吸收的營(yíng)養(yǎng)元素。由于各種菌之間的協(xié)同作用,明顯提高了纖維素分解酶、淀粉分解酶及脫氫酶的活力。3結(jié)論康氏木霉、白腐菌和變色栓菌本身盡管有較強(qiáng)的纖維素分解能力,但其產(chǎn)脫氫酶、淀粉酶能力較弱,只有與E M 菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌等菌劑復(fù)合,利用它們之間的共代謝作用才能有效降解堆肥中各種物質(zhì)。經(jīng)過(guò)一系列的

20、篩選、配比試驗(yàn),試驗(yàn)選取號(hào)復(fù)合菌劑,其配比為:康氏木霉白腐菌變色栓菌E M 菌固氮菌解磷菌解鉀菌=15151525101010。(下轉(zhuǎn)第64頁(yè)表2活性炭負(fù)載的Pd金屬催化劑上CFC-115加氫脫氯的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)T able2The kinetic data for hydrodechlorination of chloropentafluoroethane over supported palladium catalysts with activated carbon supports催化劑轉(zhuǎn)化(mm olg-1m in-1HFC-125選擇性%E a(k Jm ol-1反應(yīng)級(jí)數(shù)CFC-115H

21、23結(jié)論a.活性炭是制備CFC-115加氫脫氯催化劑的良好載體,以活性炭等為載體的負(fù)載型金屬鈀催化劑能夠有效催化CFC -115向HFC-125的轉(zhuǎn)化,活性炭負(fù)載的金屬鈀催化劑對(duì)CFC-115加氫脫氯能夠保持良好的催化活性與催化穩(wěn)定性。b.活性炭載體經(jīng)濃硝酸氧化處理后,催化活性和穩(wěn)定性都得到了明顯提高?？赡艿脑蚴禽d體表面生成大量的含氧官能團(tuán)或基因,這有利于提高鈀在載體表面的分散度。c.動(dòng)力學(xué)研究表明,CFC-115加氫脫氯對(duì)反應(yīng)物H2和CFC-115的表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為1/4和1/2。參考文獻(xiàn):1K armakar S,G reene H L.Oxidative destruction of

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