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城市生活垃圾堆肥处理的微生物特性研究










上 海环 境 科 学


,



城 市 生 活 垃 圾 堆 肥 处 理 的微 生 物 特 性 研 究
陈世 和 张所 明








同 济 大 学 环 境 工程 学 院

摘要
株 菌株
,

采 用 垃圾 培 养基 并 测 其 蛋 白酶



,

在 城 市 生 活 垃圾堆 肥 处 理 过 程 中
,


温度 达

℃和

℃时

,

对堆 肥进 行 分 离
℃ 菌株
,

,

获得

脂肪 酶

果 胶 酶 和 纤 维 素酶 的酶 活



菌株 的平均 酶活 高于


与 工 艺 条件 研

究结 果 一 致

微 生 物 的 分 解作 用

,

主 要在 中温 和 高 温 阶段 进 行

垃圾

取 自居 民区 垃 圾 箱



菜皮 等 有机 物
公斤
, ,










,

,

煤 灰 杂物 占 小时

?





垃 圾培 养基 堆 肥 是 目 前广 泛 应 用 且 能 有效 地 处 理 城 市
生 活 垃 圾 的 方 法之 一
用 的过 程
。 。

取 上述垃圾
,

加水

升 煮沸

,

将 汁过 滤分装 在
分钟
,

℃ 条件

其 实 质 是一 个 微 生 物 作
, 。 ,

磅灭菌

备用



在 整 个 过 程 的 各 个 阶段 由不 同 的 微 生 物 参 与 活 动 进 行 生 物 氧 化 分解 所 以 堆
,

堆肥 在发酵后 温度达 ℃ 和 ℃ 时 分 别 自 升 的 城 市 生 活 垃 圾堆 肥 发 酵 罐 中 取样


,

肥过 程 中的微 生物 特性 进 行 研 究是 有 意 义 的



二 方法
分 离 菌株 量菌 体
, ,

对 于 完 全 由城 市 生 活 垃 圾 组成 的堆 肥 过 程 中的 主 要 微 生 物的 分 离
,


将堆 肥 所 得 菌株
,

,

分 别进 行 测
,

鉴 定 和 定 量 测 定 酶活


革 氏染 色

芽泡染色
,


,

英膜染色
, ,





力 的 所究 尚 未 见 有 报 道 在 于此


本 文 研 究 的 目的 即 堆 肥 处 理 厂 工 艺运 行

,

落形 态
反应
,

液 体 培 养 特征 运 动 性 接 触 酶
,

并 对 无锡


硝 酸盐 还 原 反 应


对 葡 萄糖 阿 拉 伯 糖


控制

,

进行指导

木糖 和 甘 露醇 的氧 化发 酵 对 含碳 化 合 物如葡 萄糖 乳 糖 蔗糖
、 、

麦芽 糖


果糖



醋酸 盐
,






一 材料



材料 与方法

檬酸 盐



唬 拍酸 盐


甲醇



苯 的利 用 等

自行

一 系 列试 验

鉴 定 其所 属



酶液制 备

在 液 体 垃 圾 培 养基 中
,

,

接种

,

,


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,

,

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振 荡培 养 48 小 时 离 . . 30 分 钟; 用 0 025 m o l 磷 酸缓 冲 液 (p H 7 5 ) 心 ; 洗 涤 菌体 两 次 冰 浴 2 k H z超 声 破 壁 每 次3 0 0

菌株

,

,

,

1

3

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,

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4 o C

芽 抱 杆 菌属 [B a e illus 〕
3 : B 1 3



此属有 3 株


,

B :

、 B

,

C 主 要 特征 同 45o 该 属


但 从其


,



,

; 重 复 6 次 离心 去 渣


,

上 清 液 置冰 浴 中 待

它特 征 初 断 与 4 ℃ 该 属 7 株 有 差 异 5 假单 抱 杆 菌 属 [P seu d a m on a s]
. 3

仅P ,
,

测酶 活

1





: 酶 活 测 定 以 甲 醛 法 测 定 酶 液 中 蛋 白质 含量 酶活


. 4

链 球 菌 属 [S tre ptoe o ee u s」 球 菌
。 ,



将 一 定 时间 内


,

每毫 克蛋 白质 所具 有 的


氏阳 性
. 5
,

,

定 为酶 活 力单 位
,

分 别 测 定 各菌株 的 蛋
。 5 4

株 e ro m o n osp o ra ] 放 线 小 单 抱 菌属 [M i
1 : 5 1 。 ,

发 酵 型代 谢
不断 裂





白 酶 脂肪 酶
5



果胶 酶 和 纤 维 素酶酶 活







无横 隔
。 M

,

不 形 成 气 生 菌丝
,

,

只在

℃ 分 离到 的 菌株


分 别在 同 样 温 度下

,

测其

基 内 菌丝 上 长 出抱 子 梗

顶端 生 着 一 个 长 园 形

酶活

抱子

Z

,

l





(

三 )分 离 菌种 的 生 理 生 化 特 性
,










研 究了分 离获 得 的 1 株 菌 的 生 理 生 化 特 性 9

结 果 见表 1

(一 )堆 肥 温 度 4 ℃ 时 主 要 菌株 5
对45℃ 时取 得 的 堆 肥 样 品 共 分 离 5 次 分
,

(

四 ) 1 株 菌 株 的 酶 活性 9
,



对分 离 鉴 定后 的 1 株 菌 株 9 酶


分 别 测其 蛋 白
,

离 出 57 株 膜
,



. 1 曲霉 属 [A sp er g illu s 〕 丝 状 体


对 其 中 1 株进 行 鉴 定 有下 列 几 属 2
,

,

:

脂肪酶




果胶 酶 和 纤 维 素 酶 酶 活

了 解它

有隔
,

们 对 垃 圾 中 主 要成 份 的分 解 能 力 和 在 堆 肥 过程 中的 作 用
o 结 果 见 表2
,

菌 落 絮状
,


,

分 生 抱 子 头放 射

项囊半球形 菌株 有A l
. 2

分 生 抱 子 光滑 球 形
Z A

华 小梗 单 层 .
杆菌
,

属这 类 菌 的

(五 )温 度对 酶 活 的影 响

共2 株
,



为 了对 分 离 菌 株酶 活 有 进一 步 了解


在不

B 芽 抱杆 菌 属 〔

ac U uS〕 i

单个或
、 3 B

同 的 温 度 条件 下

,

9 对 1 株 菌 株 的 蛋 白 酶酶 活进


成链
基质
3 B 3

,

革 氏 阳性


芽饱 着 生 中间


、 : B



能 利 用 多种
, 。
B

行测 定



其结果如表 3 所示





属这 类 的 菌 株 有 B
3 6

。、

。、

、 B

. 3

共 7株 肠 道 杆菌 属 (E n te r o b a e ter 〕 杆 菌 革
; 2 B







,

氏 阴 性 能 利用 柠 檬 酸盐 和 醋酸 盐 为唯 一 碳 源
, 。





(一 )堆 肥 的 温 度
温 度是 影 响 堆 肥过 程 的 一 个 重 要 因 素 肥初期
, ,


发 酵 碳 水化 合 物 产 酸 产 气 此 属 仅E 。 1 株 假 单 抱 菌 属 ( P seu d o m o n a s] 杆 菌 革
。 .




,

4

微 生 物 生 长 繁殖

,

分解 代 谢


,

产生 的

氏阴 性

,

能 利 用 多 种 有机 物 作 唯 一碳 源 此属 只P
,

,

氧化


热 量 使堆 肥 温 度迅 速 上 升 当温 度 达 4 一 5 ℃ 0 0 范 围 时 中温 菌 处 于 最 佳 条 件 分 解 大 量 有 机 ; 物 当温 度 上 升 至 高温 时 中温 菌受 到 抑 制 高
, , , ,

型代谢
. 5



4:

1株



芽 抱乳 杆 菌 属 (S p oro lae to b a e i一u s j 芽 泡 着生 菌体 一 端



杆菌 革 氏 阳 性 5 1; l 株
(

,

此 属有

温 菌 进 入 激发 态

,

继 续 分 解 有 机 质 中残 留 的 难
,
,

二 )垃 圾 堆 肥 55℃ 时 主 要 菌株 方 法 同45 ℃ 样 品 分 离 出32 株 对 其 中 7 株 : 鉴 定 初 步 认 为下 列 各属 . 1 乳 酸 杆 菌 属 [L ae to b a e illu s 」 杆菌 L:1株 革 氏 阳性 发 酵 型 代 谢 仅



降解 成 份如 纤 维 素 等 同时 堆肥 中的 寄 生 虫 卵 ; 和 致 病 菌被 杀 死 随着 高温 和 底 物 的减 少 微
,

生 物 活 性逐 渐 下 降

,

甚至抑制



,

通 风 散 热 使堆 肥 温 度 开 始 下 降



通 常 认为



,

高温 有 利 于 堆 肥 生化 过 程 的 进 行 病菌
,

,

并 能 杀 灭致

,





达到 无 害 化



当温 度 超 过 最 佳 生 理 温 度

牟 谧 屏 钊 耐


十 十

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十 十

十 十

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一 19 一

表2

19 株 菌 的 四 种 酶活性


卜卜韶鹦之过
45℃
A s P e rg 一ll u
s A P e r g u i l l

蛋 白 酶

脂 肪 酶

果 胶 酶

纤维 素酶 酶

s

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s

. 3
.

. 5 7 4 4 5
. 7 5 1 4 7 1 3 8 8 4

. 4 7 3 1 4
. 8 5 4 ( )

I

3 6 9 0

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一 3

,

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2

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X 1 0

一 3

7

7 0 4

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. 8 6 9 7 2

. 5 2 1 0

一3

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. 4 2 6 7 7

9

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B

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.

. 0 7 5 2 1
. 0 5 3 3 ( ) 2 3 9 6 3

. 4 6 4 4 1
. 7 2 9 0

. 0 4 0 0 x 1 0

一 3

B

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. B a e ij l u s s P 3 0 2
. B a e il l u s s P 3 3 3 7 0 3 2 1

. 9 7 0 0 ()
. 6 9 9 7 9

. 7 9 3 2 2
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B

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.

. 9 1 2 6 5
. 1 5 2 6 2 3 7 9 6 3

. 4 3 9 1 5
. 5 3 1 0

9 1 6 0

一 3

B

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4

2

2

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. 6 . 2 0 5 2 3 9 9 4 0 5

. E n t e r o b l a e t e r s P 4 1 6 8 7 9 3

. 8 6 7 4 4

. 3 6 9 0

一 3

P

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s P 1 4

. 1 4 810
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.
.

1899
2 3 5 1

4
1

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.

2475 X

10

一3

. 〔 9 836 宝
. 5 7 3 6 5

一 S P o ro la e t o b a e 宜 5 11。

3 6 5 3 又 1 0

一3

5 5



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B a c i l l u s s P Z

. 9 8 744 4
. 4 . 4 7 7 4

. 11 1836 6
. 1 . 1 8 9 9

. 1 0400 X 10 一 3
. 2 . 0 3 9 0 x 1 0 一 3

. 1 3 . 7 9 3 2 0 9 9 7 6

B

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1 3

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1 1 8 4

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. 1 3 . 1 6 . 7
. 1 8 6 2 2 8

2 2

0 0

B

c 笋 illu s s P
s e u d o m o n a

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s s P g

1 73 24
. 5 . 4 7 3 8

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1 6655
. 2 . 1 8 1 5

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4
2

.
.

20 7 0 X 1 0
4 2 7 0 x 1 0

一 3

5

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一 3

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2 8 4

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. 2 9 7 5 8
. 2 7 4 7 2 9 1 2 0 X 1 0

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7 3 8 0

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2 9

2

7 9 8 4

0

一 3

. 1 3 9 6 7 2

值时

,

则微 组 物 活 性 受 到 抑制


,

阻 止 了堆 肥 生
,

化 过 程 的 进 行 因此 确 定和 维 持堆 肥 最 佳 生 . ℃ 理 温 度值 是至 关 重要 的 有学 者 认 为
,


,

酶 活 脂肪 酶 和 果胶 酶 平 均 酶 活差 异 不 大 这 与堆 肥 中纤 雍素和 降解 规 律 研 究 的 结 果 一 致






5

5

是 堆肥 的最 佳 生 理温 度

, 0 7 ,

℃ 已 有 明显 抑 制
,



实 际上

,

在 生产 中
,

很 多堆 肥 工 艺


其堆 当温
,

温 都 高 于7 ℃ 0

而且 运 行 正 常
,

从堆 肥 温 度 与
,

研 究 表 明 在 堆 肥 过 程 中 纤 维 素 的 总 降解 . . 率 为 34 7 % 一 6 8 2 % 其 中 中 温 阶 段 为7 % 一 . . . 11 4 % 而 高温 阶段 为3 7 % 一 4 2 % 2 3 后者 . . 3% 一 8 8 5 % 占总 降解 率 的6 3 因 此 高温 菌


,

,

,





,

微 生 物 耗氧 速 率 关 系的 研 究
,

可 以看 出
,

对 纤 维 素 的 降解 起 了主 要 作 用
(



度 达 7 ℃ 时 微 生 物 的 耗 氧 速率 并 没 有下 降 而 0
是继续上升


二 )堆 肥 时 间
,

,

这 说 明堆 温 在 7 ℃ 时 0


微 生物 的 期


堆 肥 时 间 的长 短

取 决 于 微 生物 的 生 物 周
,

) 活 性 仍 处 于 最 佳 状态 本 实 验 的研 究 结 果 (表 3 : 表 明 在 4 ℃ 所 分 离 的 各菌 株 其 蛋 白 酶活 性 5
,

对堆 肥 过程 的 工 艺 改进


为微 生 物 提 供最
,

佳条件

缩 短 生物 周 期

,

将 有 利 于解 决 目前 日 此外 在 原 有垃 圾 中
添 加 高效 菌 种
,

均适宜于 4 5
;

一 5 ℃,

5

℃ 所 分 离 的 各菌株
一 6 5℃


,


B a

益 严 重 的垃 圾 污 染问 题



e

蛋 白酶 活 性 最佳 温 度在 5 其中 ie ro m on a p o ra S p29 菌株 和M
u o i l l s p 3 2

,

含 有 的 自然 微 生 物群 体 基 础 上 或酶制剂
, ,

,



增 强 对垃 圾 的 分 解 和 利 用


5 7 ℃ 条件 下 阶段 株


,

仍 保 持最 高活 性



因 堆 肥 中 有机 物 的 分 解 主 要 在 中温 和 高温
,

短 堆 肥 时 间 也 有重 要 的 意义 l us 属 的 2 株 株 酶 活较 可 以 作 为高 效 菌

对于 缩 spe g 例如 A r i

,





,

所 以 本实 验 分 离45 ℃ 和 55℃ 温 度 下 的 菌
比 较 两 种 温 度 菌 株 的 蛋 白 酶 和 纤 维 素 酶酶
, 5

株 作 进 一步 探 讨
(



致谢

:

本 实 验 的 菌株分 离工 作 得 到 了实 验 员 孙
,

活表明

℃ 菌株 的 平 均酶 活 高 于 45℃ 菌株 的

然 华 同志的 相 助

特 此 表示 感谢

。 )

一 20 一

表3

分 离 菌种 蛋 白 酶 活性 与 温 度 关系
℃ 4 5℃ 55℃ 65℃ 75℃

气二恻之习立
4 5℃ A s P e r g illu s s P I A s P e rg illu s s P Z B a e illu s sP
、 a B e i l l u s s P 1 0

3 5
0 . 4 7 9 7 2

g

. 1 9 4 17 4 . 1 3 3257 . 0 79954

. 3 57440 . 1 75140 . 0 15230
. 3 0 7 5 2 0

. 5 9 3946 . 10 0 3 2 0 6 . 2 59852
. 1 6 7 9 0 4

. 0 9 5945 . 8 79497 . 1 59909
. 1 9 9 8 8 6

. 0 6 3963 . 6 7 1 6 16 6 . 1 2 4373
. 0 3 9 9 7 7

. 0 0 5 3 3 0 3

. 9 9 7 7 1 4

. 5 6 8 8 2 2

. 2 8 4 4 1

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. 7 0 3 1 5 7 9 9 5 4 3 4

. 2 2 6 1 6 3

. 0 8 3 9 5

. a B e i l l u s s P 3 6 1 1 5 4 8 9 2

. 9 1 2 6 0 3

. 8 2 0 0 4 1

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( 19 8 9 年 4 月 1 5 日收 到 修 改 稿 )

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