廚余垃圾好氧堆肥過程酶活性與微生物變化和關系研究【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　廚余垃圾好氧堆肥過程酶活性與微生物變化和關系研究</p><p>　　摘要：堆肥是在微生物作用下通過發(fā)酵使有機物礦質化、腐殖化和無害化而變成腐熟肥料的過程，有機廢物均由單糖、淀粉、蛋白質、脂類、纖維素、

2、半纖維素和木質素等以不同比例構成 。有機物好氧降解是微生物及其分泌的胞外酶作用下進行的過程。酶活性是反映堆肥中微生物數量及活動強度變化的重要參數之一，堆肥中的一切生物化學過程都是在酶的參與下進行的。本文綜合國內外文獻資料，論述了廚余垃圾好氧堆肥過程中酶活性和微生物的變化和兩者之間關系。</p><p>　　關鍵詞：廚余垃圾；好氧堆肥；酶活性；微生物</p><p><b>　　1

3、.前言</b></p><p>　　隨著城市化進程的加快和群眾生活水平提高，廚余垃圾越來越多，對環(huán)境的壓力也越來越大。目前廚余垃圾主要的處理技術有填埋、焚燒、生物降解法(包括堆肥化)等[1]。但填埋需占用大面積土地，而且滲漏液含有毒物難以處理，焚燒技術投資成本高又易對環(huán)境造成二次污染，而好氧堆肥發(fā)酵法具有運行費用低、二次污染小等優(yōu)點。好氧堆肥過程中有機質生物降解實質是微生物及其酶作用下的生物學過程[2

4、]。</p><p>　　2.堆肥過程酶活性的變化</p><p>　　2.1 酶的性質與種類</p><p>　　堆肥過程的本質是在微生物分泌酶的作用下，把有機物降解并進一步轉化成腐殖質的生物化學過程，整個生物化學過程都是在酶參與下進行的酶促反應。酶通常是由酶蛋白和輔因子組成[3]。酶具有高度專一性、多樣性和催化的高效性。根據酶的活動部位，可將酶分為胞外酶和胞內酶

5、[4]。胞內酶是在細胞內起催化作用的酶在這一過程中，胞內酶種類較多。胞外酶是由微生物細胞產生并分泌到細胞外面進行催化活動的酶，通常催化聚合物質的降解，如植物聚合物、纖維素、木質素等，使這些分解后的小分子物質穿透細胞質膜，實現降解[5]。在堆腐礦質化過程中，主要為水解酶類起作用，包括纖維素酶、蔗糖酶、脲酶等。在堆腐腐殖化過程中，主要為氧化還原酶類起作用，包括過氧化氫酶、脫氫酶、多酚氧化酶等。</p><p>　　2

6、.2 堆肥過程酶活性變化</p><p>　　堆肥過程中受不同底物影響的酶類活性變化會有所差異[6]。但通常的變化規(guī)律為，酶活性在堆肥初期升高且達到峰值，隨后逐漸降低，并最終維持在較低的水平。這是由于堆肥初期原料中有機質含量高、營養(yǎng)豐富，促進了耗氧微生物的生長和酶的合成，酶活性逐漸增至最大值[7]。但隨著高溫期的到來，微生物的數量和活性受到抑制，酶活性下降。隨后由于有機質的不斷降解，酶活性逐漸降低。進入腐熟期時，

7、酶活都不會有較大的波動，并保持在較低的活性水平上[8]。</p><p>　　3.堆肥中酶活性與微生物的關系</p><p>　　3.1 微生物降解有機質的機理</p><p>　　堆肥是通過微生物(細菌、放線菌和真菌)的協同作用，將復雜的有機物降解為細胞可以吸收利用的小分子物質及腐殖質作為最終產品，并釋放二氧化碳和能量、熱[9]。微生物分解有機物的能力取決于它們所

8、產生分解有機物酶的能力。底物越復雜，所需要的酶系統越廣泛并具有綜合性[10]。好氧堆肥處理是依靠垃圾中各類微生物(細菌、真菌和放線菌)在分解有機物的過程中交替出現，使堆溫上升、下降，從分解水溶性有機物開始，逐漸分解難降解有機物如纖維素和木質素，并轉化為腐殖質[11]。 </p><p>　　廚余垃圾好氧堆肥過程是在微生物及其分泌的酶作用下進行的[12]。整個堆肥進程中，中期微生物量達到最大，隨后微生物量降低，這是

9、由于堆肥后期有機物基本降解完，營養(yǎng)物質的缺乏導致微生物的死亡。隨著可利用C源的減少，堆肥后期微生物量遞減并趨于穩(wěn)定，其終值略高于堆肥初期[13]。</p><p>　　3.2 降解過程酶活性對微生物的兩種作用</p><p>　　酶的作用下，微生物群落演替規(guī)律在宏觀上產生激發(fā)和抑制兩種對立作用[14]，抑制作用對堆肥初期微生物總量造成一定程度的負面影響，可能是由于胞外酶改變了土著微生物的生

10、長環(huán)境從而影響其細胞代謝及功能，其抑制性隨堆肥時間的延長逐漸減弱[15]；激發(fā)作用對堆肥中后期群落多樣性和微生物分布的均勻性具有正面效應，而群落分布均勻的生態(tài)系統更有利于有機物的降解，可能是由于酶對原料中難降解物質木質素進行大量降解，使得受木質素保護的纖維素和半纖維素重新成為微生物的營養(yǎng)物質，減弱了因營養(yǎng)競爭而導致的微生物大量死亡，激發(fā)效應在堆肥后期表現顯著[16]。</p><p>　　4.堆肥過程微生物的變化

11、 </p><p>　　堆肥化過程是以微生物為主導的物理化學和生物學過程，是由群落結構演替迅速的多個微生物群落共同作用而實現的動態(tài)過程[17]，在該過程中的每一個微生物群落在一定的時間內有適合自身生長繁殖的條件，對某一種或某一類特定物質的分解起作用[18]。 </p><p>　　在堆肥化過程中，微生物數量總的趨勢是細菌的數

12、量最多，放線菌次之，真菌的數量最少[19]。其中在發(fā)酵初期中溫細菌、中溫放線菌和中溫真菌的數量大約依次相差2個數量級，當發(fā)酵結束后，中溫微生物的數量低于發(fā)酵初始水平。發(fā)酵初期高溫微生物的數量少于中溫微生物，并且很難檢測到高溫真菌的存在；高溫細菌的數量在整個堆肥化過程中變化不大，而高溫放線菌和高溫真菌在高溫期逐漸增多，實驗結束后高于初始水平[20]。細菌在整個堆肥化過程中數量是最大的，因此應該尤其重視細菌在堆肥化過程中的作用。</p

13、><p><b>　　5.結論與展望</b></p><p>　　綜上所述，研究掌握堆肥過程中微生物菌系以及酶活性的變化規(guī)律對于加快有機固體廢物的降解速度，提高堆肥的腐殖化程度，有效管理堆肥過程有著重要的意義。</p><p>　　只有掌握了堆肥過程中的微生物生長變化的基本規(guī)律，才能將來通過人工強化添加有益微生物，調控其生長環(huán)境條件，提高有益優(yōu)勢菌

14、群的生長密度，加快有機物的分解，縮短堆肥發(fā)酵周期，提高堆肥品質。</p><p>　　本次論文將準確分析堆肥過程中細菌總數、放線菌總數、真菌總數、微生物總隨時間的演變規(guī)律以及脲酶、蛋白酶、淀粉酶、β－葡糖苷酶、過氧化氫酶等酶隨堆肥時間的演變規(guī)律。</p><p>　　現階段，國內外對好氧堆肥過程中微生物以及酶活性只是有初步的了解[21]，隨著科學技術的發(fā)展及土壤酶和微生物檢測技術的進步，必

15、將促進廚余垃圾好氧堆肥過程中微生物和酶活性的研究取得顯著成果。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]戴芳，曾光明，牛承崗，等.堆肥化過程中生物酶活性的研究進展[J].中國生物工程雜志，2005，(增刊):148～151.</p><p>　　[2]陳兵,原韜.固體廢物好氧堆肥過程中的微生物和酶活研究[J].齊

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