微生物技術(shù)在城市生活垃圾處理中的應(yīng)用

微生物技術(shù)在城市生活垃圾處理中的應(yīng)用摘要：本文結(jié)合堆肥化、衛(wèi)生填埋兩種現(xiàn)行的城市生活垃圾處理工藝，主要介紹了城市生活垃圾生物處理過程中的微生物種群，以及通過分析開發(fā)出的新的微生物技術(shù)，指出了應(yīng)用于城市生活垃圾處理的高效的微生物技術(shù)的研究方向。關(guān)鍵詞：城市生活垃圾微生物強(qiáng)化微生物處理技術(shù)基因工程隨著城市化進(jìn)程在全球范圍的加速，城市化帶來的環(huán)境污染和人類聚居狀況惡化等問題，已成為世界各國共同關(guān)心的問題。城市生活垃圾(Municipalsolidwaste,簡稱MSW)是在城市日常生活及為城市生活提供服務(wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢棄物，是城市環(huán)境的主要污染物之一。目前，城市生活垃圾處理處置的方法主要包括衛(wèi)生填埋(Sanitarylandfill)、堆肥化(Composting)、焚燒(Incineration)三種，其中前兩種處理方式均屬于生物處理技術(shù)。具體來說，MSW生物處理技術(shù)就是城市生活垃圾中固有的或外添加的微生物，在一定控制條件下，進(jìn)行一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，使得MSW中的不穩(wěn)定的有機(jī)物代謝后釋放能量或轉(zhuǎn)化為新的細(xì)胞物質(zhì)，從而MSW逐步達(dá)穩(wěn)定化的一個(gè)生化過程。1.城市生活垃圾生物處理中主要的微生物MSW生物處理技術(shù)主要包括好氧和厭氧生物處理。好氧生物處理如：好氧堆肥、生物反應(yīng)器填埋等，其工藝中的微生物主要有細(xì)菌放線菌、真菌等微生物種群。厭氧生物處理，如：厭氧消化、厭氧填埋等，其工藝中的微生物又稱“瘤胃微生物”，主要有水解細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群等。1.1城市生活垃圾好氧生物處理中的微生物1.1.1細(xì)菌在MSW好氧生物降解過程中，細(xì)菌憑借強(qiáng)大的比表面積，可以快速將可溶性底物吸收到細(xì)胞中，進(jìn)行胞內(nèi)代謝?？偟膩碚f，其數(shù)量要比放線菌和真菌多得多。當(dāng)然，在不同的環(huán)境中分離的細(xì)菌在分類學(xué)上具有多樣性，主要有假單胞菌屬(pseudomonas)、克雷伯氏菌屬(klebsiella)以及芽抱桿菌屬(bacillus)的細(xì)菌［1］。在堆肥過程中，細(xì)菌總數(shù)的變化趨勢是高-低-高。堆肥初期，有機(jī)廢物中攜帶有的大量細(xì)菌分解有機(jī)物質(zhì)釋放能量，使堆體溫度上升，此時(shí)，常溫細(xì)菌受到抑制，嗜溫細(xì)菌活躍；當(dāng)堆溫升至高溫階段，只有少量的嗜熱細(xì)菌可以活動(dòng)；高溫期過后，隨著有機(jī)成分的減少堆體溫度降低，嗜溫及常溫細(xì)菌又開始活躍，使細(xì)菌總數(shù)上升。整個(gè)好氧降解過程中，嗜溫細(xì)菌是堆肥系統(tǒng)中最主要的微生物。1.1.2放線菌放線菌具有多細(xì)胞菌絲，可以分解一些纖維素,并溶解木質(zhì)素。它比真菌能夠忍受更高的溫度和pH值,在垃圾生物降解的高溫階段是分解木質(zhì)纖維素的優(yōu)勢菌群。研究表明，諾卡氏菌(nocardia)、鏈霉菌(streptomyces)、高溫放線菌(thermoactinomyces)和單抱子菌(micromonospora)等在MSW好氧堆肥中占優(yōu)勢［1］。1.1.3真菌在MSW生物降解過程中，真菌對垃圾有機(jī)成分的分解和穩(wěn)定化起著重要的作用。真菌不僅能分泌胞外酶，水解有機(jī)物質(zhì)，而且由于其菌絲的機(jī)械穿插作用，還對物料起一定的物理破壞作用，促進(jìn)生化反應(yīng)。溫度是影響真菌生長的重要因素之一，堆肥過程中隨著溫度的升高，真菌的菌落數(shù)開始減少，在64°C左右，嗜熱性真菌幾乎全部消失。當(dāng)溫度下降到60C以下時(shí)，嗜溫性真菌和嗜熱性真菌又都會(huì)重新出現(xiàn)在堆肥中［2］。1.2厭氧生物處理微生物MSW的厭氧生物處理依次分為水解、產(chǎn)氫產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段,每個(gè)階段各有其獨(dú)特的微生物類群起生物降解作用。1.2.1水解細(xì)菌水解階段水解細(xì)菌利用胞外酶對有機(jī)物進(jìn)行體外酶解，使固體物質(zhì)變成可溶于水的物質(zhì)，然后細(xì)胞將其吸收，水解成不同產(chǎn)物，該階段起作用的細(xì)菌為水解細(xì)菌。Hungate分離出了以下幾種水解菌:(1)產(chǎn)琥珀酸擬桿菌屬，(2)湖生(lochheadii)芽抱菌屬，(3)柱抱梭菌屬，(4)生黃瘤胃球菌，(5)白色瘤胃球菌落，(6)溶纖維丁酸弧菌。同時(shí)還分離出纖維酶B—1,4—葡聚糖酶，外B—1,4—葡聚糖酶和纖維素二糖酶［3］。1.2.2產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群是將第一階段發(fā)酵產(chǎn)物如丙酸等三碳以上有機(jī)酸、長鏈脂肪酸和醇類等氧化分解成乙酸和分子氫。在衛(wèi)生填埋場中已分離出產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌布氏甲烷桿菌屬和G株布氏甲烷桿菌屬等［3］。1.2.3產(chǎn)甲烷菌群甲烷菌利用H2/C02、醋酸和甲醇甲酸等C類化合物為基質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為甲烷。在衛(wèi)生填埋場中,產(chǎn)甲烷菌群分桿狀菌、球狀菌和八疊球菌三類。桿狀產(chǎn)甲烷菌通常呈彎曲、鏈狀或絲狀,此類細(xì)菌有史密斯甲烷短桿菌屬、甲酸甲烷桿菌屬、巴氏甲烷桿菌屬、反芻甲烷短桿菌屬、史密斯甲烷桿菌屬、嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌等；球狀產(chǎn)甲烷細(xì)菌直徑為0.3?5微米，球形細(xì)胞呈正圓形或橢圓形,成對排列成鏈狀。此類細(xì)菌有巴氏甲烷八疊球菌、范尼氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、馬氏產(chǎn)甲烷球菌、海生產(chǎn)甲烷球菌及嗜熱無機(jī)營養(yǎng)甲烷球菌等八疊球狀產(chǎn)甲烷菌,其細(xì)胞繁殖成規(guī)則、大小一致的類似砂粒的堆積物,有227巴氏甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、嗜熱甲烷八疊球菌等［3］。2.微生物技術(shù)在MSW處理過程中的應(yīng)用MSW的生物處理主要是利用微生物在一定控制條件下，使有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)降解，形成一種穩(wěn)定的化合物的過程。因此，微生物對垃圾中有機(jī)物降解的快慢、對有機(jī)成分降解的程度直接決定著處理周期的長短和處理效果的好壞，在MSW處理過程中起著決定性的作用。故MSW生物處理的優(yōu)劣取決于微生物自身的結(jié)構(gòu)、所處環(huán)境下的代謝狀況。目前有很多學(xué)者在此方面做出了很大的努力，通過分析某種處理環(huán)境下微生物的特性、采用多種方式改變工藝中微生物的數(shù)量，質(zhì)量等，開發(fā)出了多種MSW生物處理技術(shù)，如：強(qiáng)化微生物（純種分離、強(qiáng)化接種、添加微生物菌劑、微生物固定化）以及基因誘變等技術(shù)。2.1強(qiáng)化微生物處理技術(shù)強(qiáng)化微生物處理技術(shù)是從改變工藝中單位反應(yīng)器空間內(nèi)微生物的質(zhì)量或數(shù)量的角度來增強(qiáng)MSW的降解率，從而提高處理效率，縮短處理周期。2.1.1純種分離自然界中的微生物總