廚余垃圾好氧堆肥過程酶活性與微生物變化和關(guān)系研究【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)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(guān)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(jī)物礦質(zhì)化、腐殖化和無害化而變成腐熟肥料的過程，有機(jī)廢物均由單糖、淀粉、蛋白質(zhì)、脂類、纖維素、

2、半纖維素和木質(zhì)素等以不同比例構(gòu)成 。有機(jī)物好氧降解是微生物及其分泌的胞外酶作用下進(jìn)行的過程。酶活性是反映堆肥中微生物數(shù)量及活動強(qiáng)度變化的重要參數(shù)之一，堆肥中的一切生物化學(xué)過程都是在酶的參與下進(jìn)行的。本文綜合國內(nèi)外文獻(xiàn)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(guān)系。</p><p>　　關(guān)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(jìn)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(shù)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(shù)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(jī)質(zhì)生物降解實質(zhì)是微生物及其酶作用下的生物學(xué)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(zhì)與種類</p><p>　　堆肥過程的本質(zhì)是在微生物分泌酶的作用下，把有機(jī)物降解并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過程，整個生物化學(xué)過程都是在酶參與下進(jìn)行的酶促反應(yīng)。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(jù)酶的活動部位，可將酶分為胞外酶和胞內(nèi)酶

5、[4]。胞內(nèi)酶是在細(xì)胞內(nèi)起催化作用的酶在這一過程中，胞內(nèi)酶種類較多。胞外酶是由微生物細(xì)胞產(chǎn)生并分泌到細(xì)胞外面進(jìn)行催化活動的酶，通常催化聚合物質(zhì)的降解，如植物聚合物、纖維素、木質(zhì)素等，使這些分解后的小分子物質(zhì)穿透細(xì)胞質(zhì)膜，實現(xiàn)降解[5]。在堆腐礦質(zhì)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(dá)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(jī)質(zhì)含量高、營養(yǎng)豐富，促進(jìn)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(shù)量和活性受到抑制，酶活性下降。隨后由于有機(jī)質(zhì)的不斷降解，酶活性逐漸降低。進(jìn)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(guān)系</p><p>　　3.1 微生物降解有機(jī)質(zhì)的機(jī)理</p><p>　　堆肥是通過微生物(細(xì)菌、放線菌和真菌)的協(xié)同作用，將復(fù)雜的有機(jī)物降解為細(xì)胞可以吸收利用的小分子物質(zhì)及腐殖質(zhì)作為最終產(chǎn)品，并釋放二氧化碳和能量、熱[9]。微生物分解有機(jī)物的能力取決于它們所

8、產(chǎn)生分解有機(jī)物酶的能力。底物越復(fù)雜，所需要的酶系統(tǒng)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(xì)菌、真菌和放線菌)在分解有機(jī)物的過程中交替出現(xiàn)，使堆溫上升、下降，從分解水溶性有機(jī)物開始，逐漸分解難降解有機(jī)物如纖維素和木質(zhì)素，并轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)[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(jìn)行的[12]。整個堆肥進(jìn)程中，中期微生物量達(dá)到最大，隨后微生物量降低，這是

9、由于堆肥后期有機(jī)物基本降解完，營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏導(dǎo)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(chǎn)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(fù)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(xì)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(yīng)，而群落分布均勻的生態(tài)系統(tǒng)更有利于有機(jī)物的降解，可能是由于酶對原料中難降解物質(zhì)木質(zhì)素進(jìn)行大量降解，使得受木質(zhì)素保護(hù)的纖維素和半纖維素重新成為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，減弱了因營養(yǎng)競爭而導(dǎo)致的微生物大量死亡，激發(fā)效應(yīng)在堆肥后期表現(xiàn)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(dǎo)的物理化學(xué)和生物學(xué)過程，是由群落結(jié)構(gòu)演替迅速的多個微生物群落共同作用而實現(xiàn)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(nèi)有適合自身生長繁殖的條件，對某一種或某一類特定物質(zhì)的分解起作用[18]。 </p><p>　　在堆肥化過程中，微生物數(shù)量總的趨勢是細(xì)菌的數(shù)

12、量最多，放線菌次之，真菌的數(shù)量最少[19]。其中在發(fā)酵初期中溫細(xì)菌、中溫放線菌和中溫真菌的數(shù)量大約依次相差2個數(shù)量級，當(dāng)發(fā)酵結(jié)束后，中溫微生物的數(shù)量低于發(fā)酵初始水平。發(fā)酵初期高溫微生物的數(shù)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(xì)菌的數(shù)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(jié)束后高于初始水平[20]。細(xì)菌在整個堆肥化過程中數(shù)量是最大的，因此應(yīng)該尤其重視細(xì)菌在堆肥化過程中的作用。</p

13、><p><b>　　5.結(jié)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(jī)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(qiáng)化添加有益微生物，調(diào)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(jī)物的分解，縮短堆肥發(fā)酵周期，提高堆肥品質(zhì)。</p><p>　　本次論文將準(zhǔn)確分析堆肥過程中細(xì)菌總數(shù)、放線菌總數(shù)、真菌總數(shù)、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(xiàn)階段，國內(nèi)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(xué)技術(shù)的發(fā)展及土壤酶和微生物檢測技術(shù)的進(jìn)步，必

15、將促進(jìn)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(xiàn)</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(jìn)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

16、齊哈爾師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2009，2（3）：125～127.</p><p>　　[3]侯憲文，鄧曉，李光義，等.木薯皮堆肥過程中酶活性的變化[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2009，18(5)：1976～1979.</p><p>　　[4]?？×?，高軍俠，李彥明，等.堆肥過程中的微生物研究進(jìn)展[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，15（6）：113～117.</p><p&

17、gt;　　[5]王偉東，王小芬，樸哲，等.堆肥化過程中微生物群落的動態(tài)[J].環(huán)境科學(xué)，2007，28（11）：2591～2597.</p><p>　　[6]蘇峰峰，曾光明，黃丹蓮，等.胞外酶對堆肥中微生物群落演替的影響[J].中國環(huán)境科學(xué)，2009，29(5)：524～530.</p><p>　　[7]葉勁松，吳克，蔡敬民，等.好氧堆肥微生物研究方法進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，．200

18、8，36(30)：13287～13291.</p><p>　　[8]於林中，何品晶，張冬青，等.產(chǎn)物接種對生活垃圾水解/好氧復(fù)合生物預(yù)處理的</p><p>　　影響—微生物及水解酶活性變化[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2008，28（12）：2534～2539.</p><p>　　[9]林代炎，楊菁，葉美鋒，等.城市生活垃圾堆肥發(fā)酵中微生物菌群變化規(guī)律的研究[J].生

19、物技術(shù)通報，2006，(增刊):1～5.</p><p>　　[10]孫偉，徐笑宇，喻嫦娥.污泥堆肥過程中微生物群落的形態(tài)變化研究[J].天津市政工程，2009，9（4）：26～28.</p><p>　　[11]劉芳，葉濱恭.有機(jī)垃圾好氧堆肥過程中微生物生長適應(yīng)條件的研究[J].重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25（12）：56～58.</p><p>　　[12]宋光桃

20、，付美云，曾雷.豬糞與生活垃圾混合堆肥的微生物數(shù)量變化研究[J].南華大學(xué)學(xué)報，2008，22（2）：24～27.</p><p>　　[13]萬水霞，郭熙盛，朱宏賦，等.自然堆肥過程中微生物群落的動態(tài)變化[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(28)：13710～13712.</p><p>　　[14]M.P.Raut, S.P.M. Prince William, J.K. Bhatt

21、acharyya, et al. Microbial dynamics and enzyme activities during rapid composting of municipal solid waste – A compost maturity analysis perspective [J]. Bioresource Technology, 2008.9, 99(14):6512～6519.</p><p

22、>　　[15] 顧文杰,張發(fā)寶，徐培智,等.接種茵劑對堆肥微生物數(shù)量和酶活性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28(8):1718～1722.</p><p>　　[16]M.L. Cayuela, C. Mondini, M.A. Sanchez-Monedero, et al. Chmical properties and hydrolytic enzyme activities for the

23、 characterisation of two-phase olive mill wastes composting [J]. Bioresource Technology, 2008.7, 99(10):4255～4262.</p><p>　　[17]王立群，彭科峰，張傳富，等.雞糞好氧堆肥中溫期效應(yīng)細(xì)菌及放線菌的篩選及屬別鑒定[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2OO7，38(6):775～779.</p&g

24、t;<p>　　[18]李阜棣，喻子牛，何紹江.農(nóng)業(yè)微生物學(xué)實驗技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996．69～89，132～139．</p><p>　　[19]孫利寧，谷潔，高華，等.氧化還原類酶活性在小麥秸稈靜態(tài)高溫堆肥過程中的變化[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28(5)：1042～1047.</p><p>　　[20]劉婷，陳朱蕾，周敬宣.外源接種糞便好氧堆