高效復(fù)合微生物菌群在垃圾堆肥中的應(yīng)用

1、高效復(fù)合微生物菌群在垃圾堆肥中的應(yīng)用席北斗1,劉鴻亮2,孟偉2,李捍東2,王慶生2(1.清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,北京100084,E 2mail :xibeidou ;2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京100012摘要:利用高效復(fù)合微生物菌群對生活垃圾和污泥混合堆肥,通過測定堆肥過程中總菌數(shù)、溫度、有機(jī)物、C/N 比等,較系統(tǒng)地研究了高效復(fù)合微生物菌群在生活垃圾、污泥混合堆肥系統(tǒng)中的作用.試驗證明:在生活垃圾和污泥共堆肥系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)堆料比為廚房垃圾污泥粉煤灰土成熟堆肥污泥干草=4116271813181111515,有機(jī)物約為60%,總氮14%,全磷0169%,全鉀1125%;初始含水率為5815

2、%,初始C/N 比=30;供氣量控制在018L/min kg 揮發(fā)性有機(jī)物,處理1、處理2、處理3堆料中分別接種2%、3%、5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高效復(fù)合微生物菌群,與加入3%滅活菌的對照組進(jìn)行對比實驗.對照組、處理1、處理2和處理3堆肥系統(tǒng)垃圾腐熟時間分別為理3與對照組相比,堆腐時間縮短了18d ,同時成品堆肥中含有大量具有生物活性的微生物,是一種良好的生物活性有機(jī)肥料.關(guān)鍵詞:高效復(fù)合微生物菌群;堆肥;溫度;C/N 比;有機(jī)物作者簡介:席北斗(1969,男,博士研究生.收稿日期:2000212207Composting Process of Municipal Solid W aste with

3、 High E ffective Com 2plex Microbial CommunityXi Beidou 1,Liu Hongliang 2,Meng Wei 2,Li Handong 2,Wang Qingsheng 2(1.Department of Environmen 2tal Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China E 2mail :xibeidou ;2.Chinese Research Academy of Environmental Science ,Beijing 100084,China Abstr

4、act :The effects of high effective complex microbial community (MECMC in a combination composting process of municipal solid waste (MSW and sludge were examined through inspecting biomass ,temperature ,organic matter ,the carbon ,nitrogen ration (C/N .Composting was performed under such conditions :

5、The ratio of MSW :sewage :sawdust :composting of 45251515(W /W and organic matter of 60%,total N of 1.4%,total P of 0.69%,total K of 1125%,original moisture of 58.5%,original ratio of C/N of 30,aration flow of 0.8L/min kg (volatile organic mat 2ter .The rates of adding HECMC to treatment 1,treatment

6、 2and treatment 3were 2%,3%,5%respectively.Control experiment added 3%inactive HECMC.The day of MSW and sludge mature in control experiment ,treatment1,treat 2ment 2and treatment 3were 30,24,18and 12,res pectivly.This indicated HECMC were effective to compose organic matter and speedup composting ch

7、ange into humus.There are many active bacteria in composting which are favorable for soil.K eyw ords :high effective complex microbial community (HECMC ;composting ;temperature ;ratio of carbon to nitro 2gen ;organic matter生活垃圾和污泥發(fā)酵后可作為有機(jī)肥料,傳統(tǒng)堆肥法一般都是采用增加營養(yǎng)和改善環(huán)境條件的方法,利用堆制原料中的土著微生物來降解有機(jī)污染物,但傳統(tǒng)堆肥法存在發(fā)酵時

8、間長、產(chǎn)生臭味且肥效低等問題.本研究采用接種高效復(fù)合微生物菌群進(jìn)行生活垃圾、污泥混合堆肥,可提高有機(jī)污染物的生物降解率1.高效復(fù)合微生物菌群(high effective complex mi 2crobial community 是由酵母菌、放線菌、乳酸菌、固氮菌、纖維素分解菌等多種微生物經(jīng)特殊第22卷第5期2001年9月環(huán)境科學(xué)ENV IRONM EN TAL SCIENCEVol.22,No.5Sept.,2001方法培養(yǎng)而成,這些微生物依靠相互間協(xié)同作用,迅速分解垃圾中的有機(jī)物,并代謝出抗氧化物質(zhì),生成復(fù)雜而穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),增加堆肥中的含氮量,抑制有害微生物的生長繁殖2.1試驗1.1試

9、驗材料菌種:高效復(fù)合微生物菌群(自制,生活垃圾(中國環(huán)境科學(xué)研究院,污泥(北小河污水處理廠.儀器:烘箱、堆肥反應(yīng)器、O 22H 2S 測定儀、CO 2測定儀等.培養(yǎng)基:主要有胰蛋白胨、NaCl 、K 2HPO 4、瓊脂、土豆提取液、葡萄糖、麥芽汁、酵母汁、蒸餾水等.1.2試驗方法1.2.1高效復(fù)合微生物菌群的混合培養(yǎng)取500ml 培養(yǎng)基裝入1000ml 錐形瓶,以體積分?jǐn)?shù)10%的接種量接種,種菌為高效復(fù)合微生物菌群,于30、150r/min (偏心距216cm ,搖床振蕩培養(yǎng),定期觀察,用平板計數(shù)法每48h 測定一次活菌數(shù).1.2.2高效復(fù)合微生物菌群對垃圾處理效果的影響堆肥反應(yīng)裝置如圖1所示

10、. 圖1堆肥試驗裝置Fig.1Schematic diagram of experimental reactor set up反應(yīng)器出口與O 22H 2S 測定儀、CO 2測定儀相連,在線監(jiān)測O 22H 2S 、CO 2氣體濃度.堆體供氧由供氧泵和氣體流量計控制,出口氧氣濃度一般控制在5%15%范圍內(nèi),供氧速度如無特別情況定為018L/min kg 揮發(fā)性有機(jī)物.堆層透氣性由H 2S 氣體濃度控制,一旦H 2S 體積分?jǐn)?shù)超過5×10-6,堆層即需要重新翻動.通過控制系統(tǒng)溫度控制在65以下,當(dāng)超過65時自動報警,可以通過增加供氣排出一部分熱量,濕度控制在5815%(整個堆肥過程,每天從

11、反應(yīng)器中取出150g 樣品,進(jìn)行生物化學(xué)分析.反應(yīng)器有效容積50L ,堆料共重25kg ,堆料比廚房垃圾污泥粉煤灰土成熟堆肥污泥干草=4116271813181111515,C/N =30,含水率60%左右,有機(jī)物60%,總氮114%,全磷0169%,全鉀1125%,重金屬含量(mg/kg :Cu50,Zn300,Pb60,Cr25,Ni12,Cd015,Hg 115.將上述配好的堆料分別裝入反應(yīng)器,按表1加入高效復(fù)合微生物菌群.1.3分析監(jiān)測方法耗氧速率:以最大供氧速率供氧20min ,使出口含氧量在20%以上,然后關(guān)閉供氧閥門,測定氧隨時間變化率,既為耗氧速率.浸提液取法:固體樣品和蒸餾水

12、按110(W /V 比例混合,機(jī)械振動1h ,離心過濾,離心機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min ,用0145m 膜過濾,對浸提液進(jìn)行化學(xué)分析:凱氏定氮法測定樣品中的含氮量,標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法測總有機(jī)碳.活菌數(shù)的測定采用平板計數(shù)法.表1堆料接種情況Table 1The ratio of adding HECMC 處理接種微生物接種量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%對照組滅活菌31高效復(fù)合微生物菌群22高效復(fù)合微生物菌群33高效復(fù)合微生物菌群52試驗結(jié)果與討論2.1溫度對于堆肥系統(tǒng)而言,溫度是堆料中微生物生命活動的重要標(biāo)志,堆肥的目的是為了使堆體溫度快速上升、利用堆料反應(yīng)熱自然升溫,觀察溫度變化,研究高效復(fù)合微生物菌群對堆肥過程

13、的影響,如圖2所示 .圖2堆肥過程中溫度的變化Fig.2Temperature profile in composting對照組堆肥系統(tǒng)所能達(dá)到的最高溫度為60,達(dá)到最高溫度的時間為60h ;而接種高效復(fù)合微生物菌群的處理1、處理2、處理3所能達(dá)到的最高溫度及達(dá)到最高溫度所用的時間分別為62、48h ,64、36h 和68、24h ;可見接種微生物,增加了初始堆層中微生物數(shù)目,從而加速了堆料中有機(jī)物的分解,使堆溫迅速升到理想的高度,提高堆肥效率.2.2微生物總數(shù)堆肥的特點(diǎn)是利用好氧性微生物的活動分解垃圾中的有機(jī)物,進(jìn)入反應(yīng)的初始條件非常重要,要利用微生物進(jìn)行快速分解有機(jī)物,需要好氧性細(xì)菌有較高

14、的密度和穩(wěn)定性,因此,分析堆肥過程中微生物尤其是細(xì)菌總數(shù)的變化,對于了解堆肥過程具有重要意義3.試驗采用平板計數(shù)法測定堆肥過程中活菌數(shù)的變化,因為堆肥過程溫度發(fā)生很大變化,計數(shù)時本實驗結(jié)合堆體的溫度,采用相應(yīng)的溫度在培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),結(jié)果如圖3所示.圖3中CFU 是colony form unit 的縮寫.3個處理和對照組總菌數(shù)的變化有一共同點(diǎn),總菌數(shù)出現(xiàn)2個峰.原因如下:堆肥初期接種高效復(fù)合微生物菌群,使堆料中含有大量細(xì)菌,微生物分解有機(jī)質(zhì)使堆溫上升,常溫菌數(shù)隨之增長;當(dāng)溫度上升到40左右,常溫菌受到抑制,總菌數(shù)有所下降;嗜溫細(xì)菌此時慢慢增長繁殖,細(xì)總數(shù)慢慢增長;當(dāng)溫度在5560,嗜溫菌受到

15、抑制,嗜熱菌開始活躍;當(dāng)溫度大于60,嗜熱菌部分死亡或休眠,細(xì)菌總數(shù)和堆肥溫度均開始下降.由此可見,高效復(fù)合微生物菌群形成了一個復(fù)雜而穩(wěn)定的生態(tài)平衡系統(tǒng),增強(qiáng)了微生物對新環(huán)境的適應(yīng)能力;因此在整個堆肥過程中,細(xì)菌總數(shù)可保持相對穩(wěn)定,能快速完成整個堆肥過程 .圖3堆肥過程中微生物總數(shù)的變化Fig.3Total microorganisms change in composting4條曲線出現(xiàn)峰值的時間及峰值高度不盡相同,對照組第1、第2次峰值出現(xiàn)的時間及菌數(shù)分別為24h 、3131×108CFU/g ,60h 、3131×107CFU/g ;處理1相應(yīng)的數(shù)據(jù)為:16h 、11

16、78×109CFU/g ,44h 、2169×109CFU/g ;處理2相應(yīng)的數(shù)據(jù)為:12h 、2124×109CFU/g ,32h 、5137×109CFU/g ;處理3相應(yīng)的數(shù)據(jù)為:8h 、3155×109CFU/g ,20h 、3116×1010CFU/g ;上述數(shù)據(jù)表明接種高效復(fù)合微生物菌群,對于增加堆肥過程中細(xì)菌總數(shù),縮短堆肥時間,效果顯著.2.3耗氧速率本試驗采用O 2測定儀測定出口氧濃度,通過耗氧速率的變化觀察接種高效復(fù)合微生物菌群對堆肥系統(tǒng)的影響.測定結(jié)果如圖4所示.堆料中添加高效復(fù)合微生物菌群,使堆層耗氧速率增加、有

17、機(jī)物降解加快,處理3達(dá)到最大耗氧率01143L (min kg -1僅需20h ,而對照組60h 才達(dá)到其最大耗氧率0111L (min kg -1.證明接種高效復(fù)合微生物菌群使耗氧 圖4堆肥過程中耗氧速率的變化Fig.4Respiration rate during composting test速率大大增加.2.4有機(jī)物的降解有機(jī)物降解程度反映了堆肥過程中微生物的作用大小,衡量堆肥過程有機(jī)物的變化采用多種參數(shù)表示,本文采用重鉻酸鉀法測定垃 圾樣品中的有機(jī)物含量,試驗結(jié)果如圖5所示.圖5有機(jī)物在堆肥過程中的變化Fig.5Change of organic matter in composti

18、ng由圖5知,降解有機(jī)物最快的為處理3,堆肥系統(tǒng)15d 有機(jī)物降解率達(dá)3313%;最小的為對照組,15d 有機(jī)物降解率為20%.由此說明接種高效復(fù)合微生物菌群,可以提高堆肥中有機(jī)物的降解率.2.5C/N 比變化驗初始C/N 比為30,隨著堆肥過程的進(jìn)行,碳在微生物新陳代謝過程中約有2/3變成CO 2被消耗掉,而氮主要用于細(xì)胞質(zhì)的合成,因此堆肥過程中C/N 比越來越小.一般當(dāng)C/N 比小于20時,堆肥基本腐熟4.從圖6可知:對照組、處理1、處理2、處理3堆肥系統(tǒng)C/N 比低于20的反應(yīng)時間分別為30d ,24d ,18d ,12d ,處理3 與對照組相比,堆肥腐熟時間縮短了18d.圖6堆肥過程中C/N 比變化Fig.6Change of organic C to organic N3結(jié)論堆料中接種高效復(fù)合微生物菌群,增加了堆層中微生物總數(shù),且由于復(fù)合微生物菌群各菌種之間相互協(xié)同作用,生成抗氧化物質(zhì),形成復(fù)雜而穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),使堆層中的微生物迅速繁殖,并維持在相對穩(wěn)定的較高水平上.與對照組相比,接種高效復(fù)合微生物菌群堆肥系統(tǒng),可以迅速分解堆料中的有機(jī)物,從而加速堆肥過程,使堆肥腐熟時間從對照組30d 左右,縮短到12d.因此,利用生活垃圾和污泥作為原材料,接種高效復(fù)合微生物菌群進(jìn)行堆肥,是