堆肥中纤维素和木质素的生物降解研究现状

堆肥是垃圾处理的主要方法之一 ,厨房垃圾、园林垃圾、农村秸秆和日常生活中的废弃纤维产品均可作为堆肥原料 ,这些原料中含有一定量的纤维素和木质素 ,而纤维素和木质素在堆肥过程中较难生物降解。因此 ,国内外学者致力于研究能加速纤维素和木质素降解的高效微生物。研究发现 ,对纤维素和木质素有降解能力的微生物主要是高温放线菌和高温真菌 ,其中有独特降解机制的白腐菌在木质素降解中起着重要作用     

温度对生活垃圾堆肥效率的影响

温度是堆料中微生物生命活动的重要标志，它直接影响堆肥反应速率，是堆肥能否顺利进行的主要因素。本试验利用可自动加热堆肥反应器，在一定条件下研究不同温度对生活垃圾堆肥效率的影响。通过监测出口气体中O2和CO2气体的浓度，计算堆料中有机物降解速率。试验表明，当反应条件为生活垃圾：成熟堆肥=80：20，有机物约为60％，初始含水率为55％，初始C／N比为25，堆肥温度控制在55℃左右时，能加速高温菌繁殖，从而加快垃圾分解速度，大大缩短堆肥腐熟时间。     

温度对生活垃圾堆肥效率的影响

温度是堆料中微生物生命活动的重要标志,它直接影响堆肥反应速率,是堆肥能否顺利进行的主要因素。本试验利用可自动加热堆肥反应器,在一定条件下研究不同温度对生活垃圾堆肥效率的影响。通过监测出口气体中O2和CO2气体的浓度,计算堆料中有机物降解速率。试验表明,当反应条件为生活垃圾∶成熟堆肥=80∶20,有机物约为60%,初始含水率为55%,初始C/N比为25,堆肥温度控制在55℃左右时,能加速高温菌繁殖,从而加快垃圾分解速度,大大缩短堆肥腐熟时间。     

白腐菌应用于堆肥处理含木质素废物的研究

白腐菌对木质素具有较强的降解能力。通过在含大量木质素的模拟垃圾堆肥中采取添加白腐菌菌剂与不添加该菌剂2组实验对比，在相同堆肥处理条件下，接种菌剂的堆肥中木质素总量由27498．8mg降至15438mg，降解率达43．86％，远高于未接种菌剂的堆肥中木质素的降解率，表明白腐菌可有效用于含木质素废弃物的堆肥处理，并有望于加速堆肥腐熟，提高堆肥效率。     

市政污泥堆肥过程中微生物群落的动态变化

基于磷脂脂肪酸技术研究堆肥过程中的微生物群落的动态变化,从微生物结构演替的角度为优化堆肥工艺提供一定的理论依据。结果表明,在污泥高温好氧快速堆肥反应的前中期细菌占主导作用,且在整个堆肥期间丰度较高(总共检测出33种细菌磷脂脂肪酸标记物),其结构变化与堆肥反应温度变化有着密切的联系。细菌的比例增长主要集中在堆肥反应中温度较高的时期。所检测到的真菌属PLFA16:00、18:1w9c在微生物群落结构中所占的比例没有明显的变化,摩尔百分数维持在30%左右,可以推测其对污泥中木质素、纤维素这些大分子难降解的物质有一定的代谢分解作用,故受堆肥环境参数变化的影响较小,建议在堆肥中期接种合适的真菌、放线菌,增加堆肥后期微生物的代谢潜能,提高堆肥反应的效率,提升堆肥产品的肥力。     

有机固体废物堆肥化处理的微生物学机理研究

由于符合持续发展的理念，利用微生物技术处理有机固体废物越来越受到人们的重视，其核心问题则是木质纤维素的生物降解。随着园林废物等高木质纤维素含量的城市生活垃圾的不断增加，以及对农业固体废物和食品工业废物再利用的需要，这一领域的研究取得了很大的进展。在研究中，针对好氧堆肥和厌氧发酵2项主要的微生物处理技术，对其优势微生物菌群、不同降解底物和微生物降解动力学方面的最新研究进展进行了回顾和总结，并对环境微生物制剂的应用以及有机固体废物的微生物处理技术的发展做了合理的展望。     

白腐菌应用于堆肥处理含木质素废物的研究

白腐菌对木质素具有较强的降解能力。通过在含大量木质素的模拟垃圾堆肥中采取添加白腐菌菌剂与不添加该菌剂2组实验对比,在相同堆肥处理条件下,接种菌剂的堆肥中木质素总量由274988mg降至15438mg,降解率达4386%,远高于未接种菌剂的堆肥中木质素的降解率,表明白腐菌可有效用于含木质素废弃物的堆肥处理,并有望于加速堆肥腐熟,提高堆肥效率。     

不同接种量的微生物秸秆腐熟剂对蔬菜副产物堆肥效果的影响

为了明确不同接种量的微生物秸秆腐熟剂对蔬菜副产物堆肥效果的影响,以玉米秸秆为调理剂,在调节初始物料含水率为63％和C/N为28的条件下,设置了B1(堆肥混合物+1％秸秆腐熟剂)、B2(堆肥混合物+3％秸秆腐熟剂)、B3(堆肥混合物+5％秸秆腐熟剂)和CK(堆肥混合物+3％灭菌惰性载体)4个处理,测定不同堆肥处理对温度、含水率、碳氮比(C/N)、半纤维素、纤维素、木质素、总养分含量、发芽指数等指标的影响.结果表明,蔬菜副产物堆肥接种微生物秸秆腐熟剂均能够使堆肥周期缩短,有效降低堆肥含水率,提高有机质的降解幅度,并且使堆肥中半纤维素、纤维素、木质素降解率分别提高1.03％、1.16％和1.47％;氮磷钾养分含量也比不接种处理平均提高0.48％.4个处理的总体堆肥效果表现为:B2＞B1 ＞B3＞CK.     

有机固体废物堆肥化处理的微生物学机理研究

由于符合持续发展的理念 ,利用微生物技术处理有机固体废物越来越受到人们的重视 ,其核心问题则是木质纤维素的生物降解。随着园林废物等高木质纤维素含量的城市生活垃圾的不断增加 ,以及对农业固体废物和食品工业废物再利用的需要 ,这一领域的研究取得了很大的进展。在研究中 ,针对好氧堆肥和厌氧发酵 2项主要的微生物处理技术 ,对其优势微生物菌群、不同降解底物和微生物降解动力学方面的最新研究进展进行了回顾和总结 ,并对环境微生物制剂的应用以及有机固体废物的微生物处理技术的发展做了合理的展望。     

蔬菜废弃物混合堆肥过程中百菌清和都尔的降解规律

以蔬菜废弃物为原料,研究了杀菌剂百菌清和除草剂都尔在堆肥过程中的降解特征。结果表明,高温好氧堆肥处理可有效去除蔬菜废弃物中残留的百菌清及都尔。堆肥过程中,百菌清的降解规律符合一级动力学模型,在50℃条件下,其半衰期为1.10 h;都尔降解速率较为缓慢,经15 d,其降解率为94%(c0=10 mg·kg~(-1))。都尔、百菌清及其降解产物对堆肥系统中的微生物具有抑制作用,在添加量为10~105 mg·kg~(-1)时,微生物活性抑制明显,堆肥周期延长。     

添加腐熟污泥对生活垃圾堆肥物料理化性质及温室气体释放规律的影响

研究了添加腐熟污泥对生活垃圾堆肥物料理化性质及温室气体释放规律的影响。结果表明:(1)在生活垃圾中添加腐熟污泥进行堆肥,可降低堆肥物料的含水率,缩短整个堆肥周期;添加腐熟污泥还可以缓解堆体的酸化程度,促进有机质的降解,使C/N更适合微生物的生长和繁殖。(2)CO_2和CH_4两种温室气体的释放主要集中在堆肥高温期,CO_2释放量随腐熟污泥添加量的增加而增加,而CH_4释放量随腐熟污泥添加量的增加而减少。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系,分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析,并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明,餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长,但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾,说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致,启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌,其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌,是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖,13增殖速率由不足20％增长到近100％并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢,原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多,最高浓度4．7mg／mL以上,占有机酸总量总量的46％以上,厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析简

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系,分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析,并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明,餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长,但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾,说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致,启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌,其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌,是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖,日增殖速率由不足20%增长到近100%并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢,原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多,最高浓度4.7 mg/mL以上,占有机酸总量总量的46%以上,厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

生化黄腐酸投加量对木薯渣堆肥效果的影响

为了明确不同生化黄腐酸投加量对木薯渣堆肥效果的影响,以木薯渣、干鸡粪和烟杆粉为原料,设置了T1(堆肥原料+1‰生化黄腐酸)、T2(堆肥原料+2‰生化黄腐酸)、T3(堆肥原料+3‰生化黄腐酸)和CK(不添加生化黄腐酸的堆肥原料)4个处理,测定不同堆肥处理对温度、含水率、淀粉、水溶性碳(DOC)、纤维素、半纤维素、木质素含量以及一些腐熟程度指标的影响。结果表明,添加生化黄腐酸能促进堆体升温,有效降低堆体含水率,能使堆肥过程中淀粉、DOC、纤维素、半纤维素的降解率分别提高5.95%、5.29%、7.35%和4.95%,并且腐熟程度指标的变化也表明添加生化黄腐酸能有效促进堆肥腐熟程度,缩短腐熟周期。4个处理的总体堆肥效果表现为:T2T1T3CK,说明添加2‰的生化黄腐酸的堆肥效果最好。     

微生物生理群在猪粪秸秆高温堆肥碳氮转化中的作用

在自制的强制通风静态堆肥反应箱中,猪粪与秸秆以鲜重7∶1的比例进行了堆肥化实验,在堆制的23 d里根据堆温变化分阶段采集堆肥样品,利用MPN法测定了堆料中纤维素分解菌和氮素微生物生理群的数量变化,同时测定了相应的碳、氮含量。结果表明,纤维素分解菌在稳定腐熟阶段较多,对于后期有机碳的降解和腐殖质含量的增大起了很大的作用,在堆制的23 d里,腐殖质增加了2.4%。整个堆制过程中,氨化细菌的数量最大且与氨气释放浓度和铵态氮含量呈显著正相关,都在高温期增加,降温期后减少,氨化细菌的数量在高温期的增加率远高于降温期后的减少率,而铵态氮在高温期的增加率远低于在降温后期的减少率,铵态氮总体上减少了74.1%;亚硝化细菌数量与硝态氮呈正相关;反硝化细菌数量在降温期上升幅度较大,堆制结束时为堆制初期的13倍,且与堆肥中硝态氮含量呈正相关;硝态氮含量增加了87.5%;堆肥后期硝态氮的增加可能与堆肥中存在能进行硝化作用的反硝化细菌有关。固氮菌数量在堆制结束时达堆制初期的2.61倍,主要在降温期增加较多,对堆肥中有机氮的形成起很大作用。     

生物表面活性剂在城市污泥静态强制通风好氧堆肥中的作用

采用静态强制通风好氧堆肥模式对城市剩余污泥进行堆肥降解,并研究了生物表面活性剂鼠李糖脂对堆肥过程的作用。结果表明,堆肥过程中,添加了质量分数为0.015%鼠李糖脂溶液堆制处理和空白对照堆制处理的堆温变化都明显呈现出中温期0～5 d、高温期6～12 d和降温期13～28 d 3个阶段。实验组比空白组的堆体升温快、高温期持续时间长、堆体的含水率高。鼠李糖脂的添加,使实验组的微生物数量高于空白组。添加鼠李糖脂的堆体和空白堆体的种子发芽指数(GI)在堆肥结束时分别为53.70%和50.80%,说明鼠李糖脂促进了堆肥的腐熟,但由于相对浓缩效应,堆肥产品的重金属含量略高于空白堆体。生物表面活性剂的介入促进了堆肥中木质纤维素的初步降解。研究表明,添加鼠李糖脂能够改善堆肥处理的微环境,促进有机质降解和堆肥的腐熟。     

微生物菌剂复配及强化厨余垃圾好氧堆肥效果分析

厨余垃圾中有机组分的降解速率是影响其堆肥过程的重要因素。针对厨余垃圾中脂肪、蛋白质等特异组分设计了微生物菌剂复配方案,筛选了复配的微生物菌剂适宜接种量,并验证了厨余垃圾堆肥的强化效果。结果表明:厨余垃圾堆肥的适宜复配比为m(米曲霉)∶m(地衣芽孢杆菌)∶m(解脂假丝酵母)∶m(绿色木霉)∶m(褐球固氮菌)=1.5∶1∶1.2∶2∶1;且当接种量为6‰时,厨余垃圾中特异性组分脂肪降解率可达76.2%,氮损失率最低为11.8%。同时发现,固氮菌可以减少堆肥过程中氮素的损失,但固氮效果与初始加入固氮菌的量有关,且与菌剂间多种微生物的协作有关,进一步说明了微生物菌剂复配必要性和有效性。     

复合微生物菌剂强化堆肥技术研究

采用复合微生物菌剂对生活垃圾的接种堆肥技术进行了实验研究。通过测定堆肥过程中反应器出口O2、CO2与H2S气体浓度及对堆肥样品扫描电镜照片分析，比较了3个接种组与1个对照组中堆料中微生物总数变化、种群结构演替及堆肥腐熟速度。试验结果表明，在原料成分为：生活垃圾／成熟堆肥=80／20，有机物约为60％，初始含水率为55％，初始C／N-30时，对于不同接种量的复合微生物接种系统堆料中分别接种0．2％、0．3％、0．5％(质量百分含量)，与加入0．3％灭活菌的对照组进行对比实验，接种复合微生物菌剂堆肥系统不仅微生物总数高于对照组，而且其种群结构合理，能明显提高堆肥效率，有效控制臭气的产生，提高堆肥腐熟度。     

垃圾堆肥的资源化利用

城市垃圾的堆肥处理,就是将城市生活垃圾中一部分不可降解的无机物,控制一定条件,让其在微生物的作用下,降解转化为稳定的腐殖物。将生活垃圾处理成有机肥料,从源头消除了垃圾,减轻城市生活垃圾给环境造成的压力,避免二次污染,而且在解决垃圾处理问题的同时,又为农作物和园林等提供必要的肥料,从而实现生活垃圾的无害化、减量化和资源化。在实现垃圾堆肥资源化利用的同时,需要注意堆肥产品的使用对象,避免使用不当带来的影响。     

添加剂对堆肥降解多环芳烃的影响

为了研究多环芳烃(PAHs)污染土壤堆肥修复的加速机制,在人工控温的堆肥装置中以芘、菲和芴为研究对象,采用室内模拟实验的方式研究了添加硫酸钙、过磷酸钙、草炭、竹炭、十二烷基硫酸钠(K12)和十二烷基苯磺酸钠(SD-BS)等对锯末高温堆肥降解污染土壤PAHs的影响。研究结果表明,生物堆肥可以有效的去除土壤中PAHs,堆肥7周后所有处理下芘、菲和芴的降解率基本达到80%以上。不同添加剂处理下芘、菲和芴降解率不同,尤其是添加草炭和竹炭处理中芴和菲在第4周的时候就取得90%以上的降解率,芘在第6周也取得80%以上的降解率,而且氮素的损失率也分别下降了42.6%和36.09%,比其他处理的PAHs降解率和保氮效果都要好。分析其原因,一方面可能是添加不同添加剂对堆肥过程中pH值、有机质(SOM)、总氮(TN)和过氧化氢酶(CAT)都有一定的影响,提高了土壤微生物的活性;另一方面可能是由于草炭和竹炭对氨有良好的吸附性,具有良好的保氮效果,同时也能改善了微生物和目标化合物的接触方式,从而提高了PAHs的降解率。