好氧堆肥處理中的微生物及其對(duì)堆肥的影響

1、好氧堆肥處理中的微生物好氧堆肥處理中的微生物及其對(duì)堆肥的影響及其對(duì)堆肥的影響目目 錄錄2341背景介紹背景介紹|堆肥微生物學(xué)過程堆肥微生物學(xué)過程|總結(jié)總結(jié)|微生物對(duì)堆肥的影響微生物對(duì)堆肥的影響好氧堆肥的原理好氧堆肥的原理在堆肥化過程中，在堆肥化過程中， 可溶性有機(jī)物質(zhì)可透過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被微生物直接吸收；可溶性有機(jī)物質(zhì)可透過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被微生物直接吸收； 而不溶的膠體有機(jī)物質(zhì)，先被吸附在微生物體外，依靠微生物分泌的跑外酶分解為可溶性物而不溶的膠體有機(jī)物質(zhì)，先被吸附在微生物體外，依靠微生物分泌的跑外酶分解為可溶性物質(zhì)，再滲入細(xì)胞。質(zhì)，再滲入細(xì)胞。 微生物通過自身的生命代謝活動(dòng)，

2、進(jìn)行分解代謝微生物通過自身的生命代謝活動(dòng)，進(jìn)行分解代謝(氧化還原過程氧化還原過程)和合成代謝和合成代謝(生物合成過程生物合成過程)，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無機(jī)物，并放出生物生長(zhǎng)、活動(dòng)所需要的能量，把另一把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無機(jī)物，并放出生物生長(zhǎng)、活動(dòng)所需要的能量，把另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生更多的生物體。部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生更多的生物體。 好氧堆肥是一種利用自然界中天然存在的，或經(jīng)過人類某些改變的微生物對(duì)有機(jī)固體廢物好氧堆肥是一種利用自然界中天然存在的，或經(jīng)過人類某些改變的微生物對(duì)有機(jī)固體廢物的氧化、分

3、解的能力，在一定氧氣、溫度、濕度和的氧化、分解的能力，在一定氧氣、溫度、濕度和 pH 條件下使可降解有機(jī)固體廢物發(fā)生生條件下使可降解有機(jī)固體廢物發(fā)生生物化學(xué)降解，形成類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)，達(dá)到有機(jī)固體廢物處理無害化資源化的技術(shù)方法。物化學(xué)降解，形成類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)，達(dá)到有機(jī)固體廢物處理無害化資源化的技術(shù)方法。好氧堆肥與厭氧堆肥的比較好氧堆肥與厭氧堆肥的比較好氧堆肥好氧堆肥厭氧堆肥厭氧堆肥優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)缺點(diǎn)：發(fā)酵迅速，產(chǎn)品產(chǎn)生周期短，一般在發(fā)酵迅速，產(chǎn)品產(chǎn)生周期短，一般在 1-10 天內(nèi)就可完成（含腐熟期）。天內(nèi)就可完成（含腐熟期）。 堆溫較高可達(dá)堆溫較高可達(dá)55C，能殺滅病菌蟲卵等，能殺滅

4、病菌蟲卵等，降低水分，減少浸出液生成量。降低水分，減少浸出液生成量。 只要保持好氧狀態(tài)，產(chǎn)生臭味少，不產(chǎn)生只要保持好氧狀態(tài)，產(chǎn)生臭味少，不產(chǎn)生易燃易爆氣體，安全性較好。易燃易爆氣體，安全性較好。 占地面積小?？啥逊饰铮ㄒ赘袡C(jī)物）占地面積小?？啥逊饰铮ㄒ赘袡C(jī)物）分解比較徹底。分解比較徹底。 堆肥過程需要對(duì)氧濃度運(yùn)行維持堆肥過程需要對(duì)氧濃度運(yùn)行維持運(yùn)行運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)稍高。費(fèi)用相對(duì)稍高。處理工藝簡(jiǎn)單。處理工藝簡(jiǎn)單。 通過堆體自身發(fā)酵分解有機(jī)物，不必通過堆體自身發(fā)酵分解有機(jī)物，不必由外界提供能量，運(yùn)行費(fèi)用低。由外界提供能量，運(yùn)行費(fèi)用低。 堆肥產(chǎn)品中氮保存較多。堆肥產(chǎn)品中氮保存較多。 如果對(duì)所產(chǎn)生的甲

5、烷處理得當(dāng)，還有如果對(duì)所產(chǎn)生的甲烷處理得當(dāng)，還有利用的可能，實(shí)現(xiàn)能量回收。利用的可能，實(shí)現(xiàn)能量回收。 厭氧堆肥對(duì)有機(jī)物分解緩慢，厭氧堆肥對(duì)有機(jī)物分解緩慢，堆肥周期長(zhǎng)，一般需堆肥周期長(zhǎng)，一般需 4-6 個(gè)月。個(gè)月。 易產(chǎn)生惡臭，影響環(huán)境衛(wèi)生。易產(chǎn)生惡臭，影響環(huán)境衛(wèi)生。 占地面積大。占地面積大。 由于好氧堆肥的堆體溫度高，可以最大限度地殺滅病原菌體、蟲卵和垃圾中的植物種籽，使堆肥由于好氧堆肥的堆體溫度高，可以最大限度地殺滅病原菌體、蟲卵和垃圾中的植物種籽，使堆肥達(dá)到無害化。同時(shí)，好氧堆肥對(duì)垃圾中的有機(jī)物降解速度快，且環(huán)境衛(wèi)生條件好。因此，現(xiàn)代采用達(dá)到無害化。同時(shí)，好氧堆肥對(duì)垃圾中的有機(jī)物降解速度快

6、，且環(huán)境衛(wèi)生條件好。因此，現(xiàn)代采用的堆肥工藝大多為高溫好氧堆肥，好氧堆肥也是研究開發(fā)的熱點(diǎn)。的堆肥工藝大多為高溫好氧堆肥，好氧堆肥也是研究開發(fā)的熱點(diǎn)。好氧堆肥與厭氧堆肥的比較好氧堆肥與厭氧堆肥的比較好氧堆肥微生物的種類與作用好氧堆肥微生物的種類與作用細(xì)菌細(xì)菌 在堆肥過程中，細(xì)菌因其較大的比表在堆肥過程中，細(xì)菌因其較大的比表面積，可迅速將可溶性底物吸收到細(xì)胞面積，可迅速將可溶性底物吸收到細(xì)胞中以生長(zhǎng)繁殖，數(shù)量比真菌明顯要多。中以生長(zhǎng)繁殖，數(shù)量比真菌明顯要多。主要包括、與芽孢桿菌等。主要包括、與芽孢桿菌等。 它們是堆肥過程中易降解有機(jī)物的主它們是堆肥過程中易降解有機(jī)物的主要分解者。要分解者。放線菌

7、放線菌 放線菌是具有多細(xì)胞菌絲，它可以分放線菌是具有多細(xì)胞菌絲，它可以分解半纖維素，并可溶解木質(zhì)素類和在高解半纖維素，并可溶解木質(zhì)素類和在高溫下分解纖維素、角質(zhì)素等。溫下分解纖維素、角質(zhì)素等。 與真菌相比，放線菌分解木質(zhì)纖維素與真菌相比，放線菌分解木質(zhì)纖維素類的能力要弱一些，但其比真菌耐受溫類的能力要弱一些，但其比真菌耐受溫度要高和對(duì)惡劣條件適應(yīng)性強(qiáng)，它們?cè)诙纫吆蛯?duì)惡劣條件適應(yīng)性強(qiáng)，它們?cè)诙逊矢邷仉A段對(duì)木質(zhì)纖維素的分解起著堆肥高溫階段對(duì)木質(zhì)纖維素的分解起著主要作用。主要作用。假單胞菌屬假單胞菌屬克雷伯氏菌屬克雷伯氏菌屬芽孢桿菌芽孢桿菌屬屬降解蛋白質(zhì)、淀粉降解蛋白質(zhì)、淀粉降解降解脂肪脂肪、脂質(zhì)

8、體、脂質(zhì)體諾卡氏菌諾卡氏菌鏈霉菌鏈霉菌高溫放線菌高溫放線菌單孢子菌單孢子菌分解纖維素分解纖維素半纖維素半纖維素木質(zhì)素等木質(zhì)素等角質(zhì)素角質(zhì)素接種黃孢原毛平革真菌對(duì)木質(zhì)素降解的影響接種黃孢原毛平革真菌對(duì)木質(zhì)素降解的影響 堆肥過程中，堆肥過程中，B中木質(zhì)素由初始的中木質(zhì)素由初始的27498 mg 降至堆降至堆肥結(jié)束時(shí)的肥結(jié)束時(shí)的15438 mg，總降解率達(dá)，總降解率達(dá)43.9%， 而而A僅由初始的僅由初始的27498mg 降至降至 19764mg，總降解率，總降解率為為28.1%，表明接種黃孢原毛平革真菌可促進(jìn)堆肥過程，表明接種黃孢原毛平革真菌可促進(jìn)堆肥過程中木質(zhì)素降解。中木質(zhì)素降解。好氧堆肥微生物

9、的種類與作用好氧堆肥微生物的種類與作用 真菌對(duì)堆肥物料的分解和穩(wěn)定起著重要的真菌對(duì)堆肥物料的分解和穩(wěn)定起著重要的作用。真菌不僅能分泌胞外酶，水解有機(jī)質(zhì)，作用。真菌不僅能分泌胞外酶，水解有機(jī)質(zhì)，而且由于其菌絲的機(jī)械穿插作用，還對(duì)物料而且由于其菌絲的機(jī)械穿插作用，還對(duì)物料施加一定物理破壞作用，促進(jìn)生物化學(xué)作用。施加一定物理破壞作用，促進(jìn)生物化學(xué)作用。 在堆肥過程中，真菌影響著堆肥反應(yīng)的進(jìn)在堆肥過程中，真菌影響著堆肥反應(yīng)的進(jìn)程，對(duì)于堆肥物料的分解轉(zhuǎn)化和腐熟穩(wěn)定具程，對(duì)于堆肥物料的分解轉(zhuǎn)化和腐熟穩(wěn)定具有重要意義。有重要意義。真菌真菌曲霉菌曲霉菌假絲酵母菌假絲酵母菌木霉菌木霉菌白腐菌白腐菌褐腐菌褐腐菌果

10、膠、纖維素果膠、纖維素降解半纖維素降解半纖維素纖維素纖維素木質(zhì)素木質(zhì)素好氧堆肥的微生物學(xué)過程好氧堆肥的微生物學(xué)過程根據(jù)堆肥溫度的變化和微生物生長(zhǎng)情況可以分為四個(gè)階段：根據(jù)堆肥溫度的變化和微生物生長(zhǎng)情況可以分為四個(gè)階段： 潛育期、中溫期，高溫期、腐熟期潛育期、中溫期，高溫期、腐熟期潛育期潛育期調(diào)整適應(yīng)階段調(diào)整適應(yīng)階段微生物基本不生長(zhǎng)微生物基本不生長(zhǎng)堆體溫度穩(wěn)定堆體溫度穩(wěn)定 通常在堆肥開始后通常在堆肥開始后40h左右，堆體基本呈左右，堆體基本呈15C-45C的中溫，嗜溫微生物較為活躍，通過利用糖的中溫，嗜溫微生物較為活躍，通過利用糖類、淀粉類等可溶性易降解有機(jī)物進(jìn)行旺盛的生命類、淀粉類等可溶性易降

11、解有機(jī)物進(jìn)行旺盛的生命活動(dòng)，迅速繁殖。這些嗜溫微生物包括真菌、細(xì)菌活動(dòng)，迅速繁殖。這些嗜溫微生物包括真菌、細(xì)菌和放線菌。和放線菌。 細(xì)菌主要以水溶性單糖類為底物，放線菌和真菌細(xì)菌主要以水溶性單糖類為底物，放線菌和真菌則對(duì)分解纖維素和半纖維素物質(zhì)具有特殊功能。這則對(duì)分解纖維素和半纖維素物質(zhì)具有特殊功能。這些菌類在分解有機(jī)物過程中，轉(zhuǎn)換和利用化學(xué)能并些菌類在分解有機(jī)物過程中，轉(zhuǎn)換和利用化學(xué)能并釋放出大量熱量，使堆體溫度迅速上升，隨著溫度釋放出大量熱量，使堆體溫度迅速上升，隨著溫度升高，嗜溫菌更為活躍，成為優(yōu)勢(shì)菌群，降解更多升高，嗜溫菌更為活躍，成為優(yōu)勢(shì)菌群，降解更多的有機(jī)物并釋放出更多的熱能。的有

12、機(jī)物并釋放出更多的熱能。中溫期中溫期好氧堆肥的微生物學(xué)過程好氧堆肥的微生物學(xué)過程 當(dāng)溫度當(dāng)溫度45 以上時(shí)就進(jìn)入到高溫堆肥階以上時(shí)就進(jìn)入到高溫堆肥階段。在該階段中，大部分嗜溫微生物會(huì)因受段。在該階段中，大部分嗜溫微生物會(huì)因受到抑制而死亡，而嗜熱微生物成為主導(dǎo)微生到抑制而死亡，而嗜熱微生物成為主導(dǎo)微生物。物。復(fù)雜的有機(jī)物，如半纖維素、纖維素等復(fù)雜的有機(jī)物，如半纖維素、纖維素等開始被強(qiáng)烈分解，同時(shí)開始了腐殖質(zhì)的形成開始被強(qiáng)烈分解，同時(shí)開始了腐殖質(zhì)的形成過程，出現(xiàn)了能溶解于弱堿的黑色物質(zhì)過程，出現(xiàn)了能溶解于弱堿的黑色物質(zhì)。 嗜熱微生物通常在嗜熱微生物通常在50左右最為活躍，當(dāng)左右最為活躍，當(dāng)溫度上升

13、到溫度上升到60或更高時(shí)真菌就幾乎停止活或更高時(shí)真菌就幾乎停止活動(dòng)，僅剩下嗜熱菌。在堆肥技術(shù)中，最適宜動(dòng)，僅剩下嗜熱菌。在堆肥技術(shù)中，最適宜的溫度在的溫度在55左右，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，堆左右，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，堆體內(nèi)大部分微生物最活躍也最容易分解有機(jī)體內(nèi)大部分微生物最活躍也最容易分解有機(jī)物，而其中的寄生蟲、致病菌和寄生蟲卵等物，而其中的寄生蟲、致病菌和寄生蟲卵等均可被去除。均可被去除。 高溫期高溫期好氧堆肥的微生物學(xué)過程好氧堆肥的微生物學(xué)過程 從圖中可以看出：堆肥的中溫期和高溫期的多樣性指數(shù)均高于從圖中可以看出：堆肥的中溫期和高溫期的多樣性指數(shù)均高于1.5，發(fā)酵前期微生物種類豐富，發(fā)酵前期微生

14、物種類豐富，DGGE條帶數(shù)也應(yīng)證了這一點(diǎn)；而在降溫期間微生物多樣性指數(shù)相對(duì)下降，但是較為平穩(wěn)的維持在條帶數(shù)也應(yīng)證了這一點(diǎn)；而在降溫期間微生物多樣性指數(shù)相對(duì)下降，但是較為平穩(wěn)的維持在1.5左左右，此時(shí)纖維素分解菌起到主要的左右，種類變化不大，說明堆肥后期以嗜溫菌為主。右，此時(shí)纖維素分解菌起到主要的左右，種類變化不大，說明堆肥后期以嗜溫菌為主。好氧堆肥的微生物學(xué)過程好氧堆肥的微生物學(xué)過程腐熟期腐熟期內(nèi)源呼吸期內(nèi)源呼吸期微生物活性下降微生物活性下降堆體溫度下降堆體溫度下降需氧量下降需氧量下降最終堆肥穩(wěn)定最終堆肥穩(wěn)定 對(duì)于加快堆肥進(jìn)程、提高堆肥效率可通過兩種方式：對(duì)于加快堆肥進(jìn)程、提高堆肥效率可通過兩

15、種方式： 一，通過改變堆肥底物的物理和化學(xué)特性，如水分、一，通過改變堆肥底物的物理和化學(xué)特性，如水分、pH、C/N、物、物料的透氣性、堆肥的翻堆頻率等，能夠改變堆肥腐熟進(jìn)程；料的透氣性、堆肥的翻堆頻率等，能夠改變堆肥腐熟進(jìn)程； 二，通過添加微生物菌劑加快堆肥進(jìn)程，外源微生物的接入能夠明二，通過添加微生物菌劑加快堆肥進(jìn)程，外源微生物的接入能夠明顯的促進(jìn)堆肥腐熟的功能，提高堆肥的效率。顯的促進(jìn)堆肥腐熟的功能，提高堆肥的效率。接種微生物對(duì)堆肥的影響接種微生物對(duì)堆肥的影響(L一低溫、一低溫、M一中溫、一中溫、H一高溫、一高溫、B一細(xì)菌、一細(xì)菌、F一真菌、一真菌、A一放線菌、一放線菌、C一纖維素分解菌一

16、纖維素分解菌)接種微生物對(duì)纖維素的降解接種微生物對(duì)纖維素的降解 在堆肥過程中，微生物分解有機(jī)氮產(chǎn)生氨氣，在高溫階段容易揮發(fā)，造成氮素?fù)p失。如在堆肥過程中，微生物分解有機(jī)氮產(chǎn)生氨氣，在高溫階段容易揮發(fā)，造成氮素?fù)p失。如何控制氮素的損失，提高堆肥氮素養(yǎng)分含量是當(dāng)前研究的關(guān)鍵問題。何控制氮素的損失，提高堆肥氮素養(yǎng)分含量是當(dāng)前研究的關(guān)鍵問題。 種子發(fā)芽指數(shù)種子發(fā)芽指數(shù)( GI) 是反映堆肥液對(duì)植物毒性的重要指標(biāo)，也是判定堆肥腐熟度的重要指是反映堆肥液對(duì)植物毒性的重要指標(biāo)，也是判定堆肥腐熟度的重要指標(biāo)。當(dāng)標(biāo)。當(dāng) GI 達(dá)到達(dá)到 50% 時(shí)堆肥基本腐熟，對(duì)植物基本沒有毒性，當(dāng)時(shí)堆肥基本腐熟，對(duì)植物基本沒有

17、毒性，當(dāng) GI 達(dá)到達(dá)到 80% 時(shí)對(duì)植物沒時(shí)對(duì)植物沒有毒性，可以認(rèn)定堆肥已充分腐熟。有毒性，可以認(rèn)定堆肥已充分腐熟。接種微生物對(duì)堆肥的影響接種微生物對(duì)堆肥的影響接種白腐菌真菌對(duì)堆肥質(zhì)接種白腐菌真菌對(duì)堆肥質(zhì)中重金屬的影響中重金屬的影響水溶交換態(tài)水溶交換態(tài) Pb有機(jī)結(jié)合態(tài)有機(jī)結(jié)合態(tài)Pb殘留態(tài)殘留態(tài)Pb固定固定Pb 鈍化作用鈍化作用異味強(qiáng)度異味強(qiáng)度 Z 的計(jì)算采用的計(jì)算采用 Weber-Fecger 公式公式 Z = K log Y 式中，式中，Y 為異味物質(zhì)濃度；為異味物質(zhì)濃度；K 為常數(shù)，通常取為常數(shù)，通常取 10 實(shí)驗(yàn)中使用的除臭菌種是由八種菌種和實(shí)驗(yàn)中使用的除臭菌種是由八種菌種和兩種天然植物提取物按配方混合而成，兩種天然植物提取物按配方混合而成，接種微生物對(duì)堆肥的影響接種微生物對(duì)堆肥的影響總結(jié)總結(jié) A好氧堆肥法可以快速有效地處理有機(jī)質(zhì)含量較高的固體廢物，并好氧堆肥法可以快速有效地處理有機(jī)質(zhì)含量較高的固體廢物，并具有具有產(chǎn)生臭味少、安全性好、能夠殺滅蟲卵病菌等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)生臭味