微生物菌劑在包頭市外五區(qū)生活垃圾處理上的應(yīng)用前景

張燕

（包頭市環(huán)境衛(wèi)生管理局，內(nèi)蒙古 014030）

1 包頭市及外五區(qū)生活垃圾現(xiàn)狀分析

目前，包頭市共有10個(gè)旗縣區(qū)，其中5個(gè)市區(qū)（昆都侖區(qū)、青山區(qū)、東河區(qū)、九原區(qū)、稀土高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)）、2個(gè)礦區(qū) （白云鄂博礦區(qū)、石拐區(qū)）、3個(gè)農(nóng)牧業(yè)旗縣區(qū)（土默特右旗、達(dá)茂爾罕茂明安聯(lián)合旗、固陽縣）。除五個(gè)市區(qū)外，其他五個(gè)旗縣區(qū)屬于遠(yuǎn)郊，簡稱外五區(qū)。外五區(qū)人口占總?cè)丝诘?5%，卻分布在約93%的區(qū)域[1]，居住分散，具有人口總量少，分布廣的特點(diǎn)。據(jù)調(diào)查，外五區(qū)沒有一座生活垃圾處理場達(dá)到國家無害化處理二級標(biāo)準(zhǔn)。這五個(gè)遠(yuǎn)離城中心的邊遠(yuǎn)旗縣區(qū)的垃圾處理未實(shí)現(xiàn)無害化處理，只是以簡易的填埋為主。對土壤造成嚴(yán)重的污染和潛在的危害，嚴(yán)重污染水體，造成地表水和地下水的嚴(yán)重污染。對農(nóng)牧區(qū)的空氣也造成嚴(yán)重污染，垃圾臭氣沖天，大量的氨和硫化物向大氣釋放，嚴(yán)重影響了城鎮(zhèn)的生產(chǎn)環(huán)境。此外，臭氣熏天的垃圾堆蚊蠅肆虐，埋下了疾病流行的禍根[2]。

由于經(jīng)濟(jì)等因素限制，無法建設(shè)達(dá)標(biāo)垃圾場。因此，外五區(qū)生活垃圾急需投資少、成本低的處理技術(shù)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的統(tǒng)一。在處理設(shè)施不完備的前提下，使垃圾得到快速有效的無害化，是實(shí)現(xiàn)垃圾就地消納與處理的關(guān)鍵。通過適當(dāng)調(diào)控生活垃圾的自然腐敗過程，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物迅速降解的快速發(fā)酵過程，是實(shí)現(xiàn)包頭市外五區(qū)生活垃圾無害化、穩(wěn)定化、減量化的一條切實(shí)可行出路。

2 垃圾腐解過程與微生物動(dòng)態(tài)

在自然條件下，生活垃圾中的有機(jī)物的分解是在眾多微生物的協(xié)同作用下完成的[3，4]，微生物是新鮮垃圾向穩(wěn)定化的垃圾過渡的源動(dòng)力。在自然狀態(tài)下，生活垃圾的腐敗過程是一個(gè)非常復(fù)雜的生物化學(xué)過程。生活垃圾中所含的有機(jī)體細(xì)胞自溶與微生物降解是引發(fā)垃圾物料發(fā)生變化的兩大內(nèi)源動(dòng)力。在該過程中，垃圾不斷釋放出滲瀝液和惡臭物質(zhì)，招惹蚊蠅鼠患。

生活垃圾中有機(jī)物降解具有明顯階段性，前期是垃圾組成成分中的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)降解，后期是半纖維素、纖維素、木質(zhì)素等難降解物質(zhì)逐漸降解。由于底物與環(huán)境的改變，微生物也相應(yīng)發(fā)生一系列的變化。

絕大多數(shù)微生物培養(yǎng)技術(shù)和培養(yǎng)基都不能完全再現(xiàn)全部微生物的自然生存環(huán)境。一般認(rèn)為能用現(xiàn)有技術(shù)培養(yǎng)的微生物僅占微生物類群總體1%左右，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件下不能培養(yǎng)的微生物是構(gòu)成環(huán)境微生物多樣性的主體[5～7]。隨著科技的發(fā)展，作為檢測方法的捕捉環(huán)境中存在的豐富的有效基因宏基因組分析得到關(guān)注[8]。宏基因組技術(shù)是基于功能和序列的基礎(chǔ)上對所得到的環(huán)境樣品基因組進(jìn)行分析的技術(shù)。宏因組技術(shù)是在PCR技術(shù)和對自然環(huán)境基因中的相似性基因 （如16SrRNA,nif、recA）的克隆技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種不必獲得實(shí)驗(yàn)室純培養(yǎng)物就能對自然界樣品的生物多樣性進(jìn)行分析的強(qiáng)有力手段[9]。通過這種方法可以對生活垃圾自然腐敗過程中的微生物群系變化進(jìn)行跟蹤。

3 外源微生物的作用

目前，多從垃圾的外部表征，如COD、BOD、有機(jī)碳含量等參數(shù)對生活垃圾腐解過程中的變化進(jìn)行間接分析，而對引發(fā)生活垃圾這一系列變化的源動(dòng)力----微生物類群狀況，缺乏必要的研究，造成在篩選微生物處理菌劑的過程的隨意性和不可預(yù)見性。菌劑是否能夠在垃圾物料上定殖，以及能否發(fā)揮特定的功效難于直接獲得。

人們從生活垃圾的堆肥處理過程中發(fā)現(xiàn)，添加特定外源微生物可以明顯促進(jìn)有機(jī)物料的降解，加速堆肥腐熟的進(jìn)程[10-13]。但由于使用菌劑自身菌種的混亂性和功能的多樣性，對于這種促進(jìn)作用深層次的原因多是進(jìn)行了似是而非的解釋[14]。并不是所用的菌種都對堆肥腐熟具有同等的貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明：在高溫堆肥過程中，某些菌種在整個(gè)堆肥期存在[15]。這些能夠經(jīng)過溫度躍升屏障長期生存的菌株是發(fā)揮作用的關(guān)鍵菌。

實(shí)踐證明優(yōu)勢單一菌種在利用時(shí)，容易被環(huán)境中的土著菌群所淘汰，而混合菌株在代謝功能上相互補(bǔ)充，對于環(huán)境因子變動(dòng)與地物范圍變化具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。因此，近年來復(fù)合菌系的作用逐漸受到重視[16、17]。崔宗均等曾從堆肥中篩選出了一組木質(zhì)纖維素分解菌復(fù)合系MC1，能穩(wěn)定高效的分解天然木質(zhì)纖維，該復(fù)合系中的纖維素分解菌和非纖維素分解菌共同協(xié)作，完成纖維素的分解過程[3、18]。陳敏等采用自然篩選、紫外誘變選育及高效篩選技術(shù)，從活性污泥中選育出高效降解制漿黑液中木質(zhì)素的優(yōu)勢細(xì)菌混合菌體，與優(yōu)勢單一菌種相比具有優(yōu)勢，當(dāng)木質(zhì)素濃度達(dá)2286 mg/L時(shí)，混合菌能保持對木質(zhì)素達(dá)62.6%的去除率[19]。林捷等報(bào)導(dǎo)將多種在自然界混生的微生物菌種純化后再混合發(fā)酵，大幅度提高纖維素酶活力及還原糖的耐受力。混合后產(chǎn)生的不同性質(zhì)的纖維素酶能夠在不同溫度和酸堿度下起作用，可以在較寬的環(huán)境因子變化范圍內(nèi)降解纖維素[20]。侯文華等報(bào)導(dǎo)將從白酒槽從篩選的8503和8505菌株混和發(fā)酵酒槽，其提高蛋白質(zhì)的量和降低粗纖維的量顯著優(yōu)于單一菌種[21]。近十幾年來，人們對秸稈類纖維素液態(tài)混合菌體系發(fā)酵轉(zhuǎn)化單細(xì)胞蛋白進(jìn)行了大量的研究，建立了多種混合菌液態(tài)發(fā)酵體系，取得很多成果。Glancer報(bào)道，選用畢赤酵母 Pichiastipitis和青霉菌 Trichosporon penicillatum混合培養(yǎng)可將玉米秸稈的稀酸水解物轉(zhuǎn)化成菌體蛋白，降解木質(zhì)素并降低COD。陳慶森等研究了秸稈纖維素液態(tài)混合菌體系的蛋白轉(zhuǎn)化，他們選用高纖維素酶產(chǎn)生菌Trchodermaressi TB9701和康寧木酶TB9704分別與飼料酵母混合。研究表明在蛋白產(chǎn)量及纖維素的降解上均明顯提高，木酶與飼料酵母的多菌混合發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)利用秸稈生產(chǎn)蛋白，提高營養(yǎng)價(jià)值的目的[22]。

4 處理菌劑優(yōu)點(diǎn)與存在的問題

（1）采用微生物菌劑對生活垃圾進(jìn)行處理具有如下優(yōu)點(diǎn)：

一是用量少，由于微生物菌劑是生命體，具有繁殖與生長特性。當(dāng)條件合適時(shí)，少量投加就能實(shí)現(xiàn)處理功能。

二是污染小，生活垃圾經(jīng)過微生物菌劑的處理一般不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

三是成本低，采用微生物菌劑處理與采用其他化學(xué)藥劑處理相比費(fèi)用較低。

（2）存在的問題有以下幾個(gè)方面：

一是菌劑處理能力弱，功能穩(wěn)定性差、容易受到外界環(huán)境因子與處理方式變化的干擾。

二是缺乏衡量使用效果的與處理能力的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

三是缺乏從微生物群體組成的角度對菌劑效能進(jìn)行合理的評判，難以模擬自然條件下有機(jī)物的分解過程。

四是添加外源微生物對垃圾物料中土著菌的影響國內(nèi)研究處于空白。

5 應(yīng)用前景

添加微生物菌劑進(jìn)行生活垃圾處理主要是利用微生物在一定控制條件下，加速生活垃圾中有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)降解，快速形成一種穩(wěn)定的化合物的過程。這個(gè)過程操作簡單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，對于生活垃圾處理尤其是外五區(qū)這樣生活垃圾量少、分散的地區(qū)十分實(shí)用。研究表明,單一的細(xì)菌、真菌、放線菌群體,無論其活性多高,在加快垃圾生物降解進(jìn)程中的作用都比不上復(fù)合微生物菌群的共同作用[23]。包頭市外五區(qū)生活垃圾處理的微生物菌劑也應(yīng)該選取復(fù)合微生物菌劑。至于復(fù)合微生物菌劑的獲得可采取分離、篩選的有效微生物，配合一定的處理工藝和設(shè)備，通過合理地調(diào)配各種有效微生物的含量，進(jìn)行篩選、培育城市生活垃圾生物處理的高效復(fù)合微生物菌劑，進(jìn)而來調(diào)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)、提高微生物降解活性，提高微生物降解有機(jī)成分的效率。復(fù)合微生物菌群中既有分解性細(xì)菌，又有合成性細(xì)菌；既有纖維素分解菌、真菌，又有放線菌。向工藝中添加復(fù)合微生物菌劑，不僅增加了工藝中微生物初始濃度，而且改善了工藝中微生物的種群結(jié)構(gòu)。作為多種細(xì)菌共存的一種生物群落，依靠相互間共生增殖及協(xié)同作用，代謝出抗氧化物質(zhì)，生成穩(wěn)定而復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，使得整個(gè)生物降解過程中微生物數(shù)量保持相對穩(wěn)定，處理效果較佳[24]。

6 結(jié)束語

現(xiàn)有的微生物處理菌劑研究領(lǐng)域主要集中在對某些特定環(huán)境條件下的大宗污染物進(jìn)行處理方面。對于處理分散狀態(tài)的生活垃圾，通過人工手段構(gòu)建具有高效分解能力的微生物復(fù)合群體具廣泛的需求，對實(shí)現(xiàn)垃圾的就地消納具有現(xiàn)實(shí)意義。針對包頭市外五區(qū)生活垃圾量少、分散的特點(diǎn)，使用微生物菌劑，實(shí)現(xiàn)垃圾處理快速有效的無害化、穩(wěn)定化，是一條技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)可行的出路。

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