餐廚垃圾生化降解系統(tǒng)的優(yōu)化及其微生物群落結(jié)構(gòu)特征研究.pdf

1、我國城市化進(jìn)程加速與“垃圾圍城”矛盾正日趨凸顯。目前，我國生活垃圾處置中最為突出的問題是缺乏源頭減量與分類控制，大量含水率高、易腐敗的餐廚垃圾進(jìn)入城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)造成一系列后續(xù)處置難題。從源頭對餐廚垃圾進(jìn)行生化降解處置，是解決我國“垃圾圍城”之困的重要途徑。餐廚垃圾的生化降解是通過微生物的好氧呼吸代謝過程實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)用高效垃圾降解功能菌株及其優(yōu)化組合并營造降解系統(tǒng)的好氧環(huán)境是提高降解效率的技術(shù)關(guān)鍵。而降解系統(tǒng)好氧環(huán)境的營造一方面靠降解

2、設(shè)備的通風(fēng)系統(tǒng)供給新鮮空氣，一方面有賴于菌劑載體良好的疏松透氣性及吸水持水性能。為此，本文在課題組前期工作的基礎(chǔ)上，通過一系列垃圾降解試驗(yàn)，采用DGGE和T-RFLP等分子生物學(xué)手段，對菌劑載體的選材與組配、功能菌株組合以及垃圾降解設(shè)備的通風(fēng)系統(tǒng)作了優(yōu)化或改進(jìn)研究，取得主要結(jié)果如下：
　　(1)通過3輪不同載體材料組配的垃圾降解試驗(yàn)，優(yōu)選出適合供試小型餐廚垃圾生化降解機(jī)的菌劑載體材料組配為:桑枝屑∶草炭(4∶1)。采用該載體組合，

3、并保持物料含水率在25％～30％范圍內(nèi)，可以提高系統(tǒng)的垃圾降解效率，并維持垃圾降解系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行3月(m)以上。垃圾降解系統(tǒng)中物料的升溫幅度與微生物呼吸強(qiáng)度具有顯著正相關(guān)性，因此可利用物料升溫幅度來表征系統(tǒng)的垃圾降解效率。
　　(2)將小型餐廚垃圾降解系統(tǒng)的排風(fēng)模式改造為進(jìn)風(fēng)模式能明顯提高系統(tǒng)的垃圾降解效率、維持物料持續(xù)升溫的時(shí)間、延長系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間;改變降解系統(tǒng)的加熱模式并不能顯著提高垃圾降解效率與系統(tǒng)可持續(xù)運(yùn)行時(shí)間。因此，為

4、提高垃圾降解效率，須改進(jìn)降解設(shè)備的通風(fēng)系統(tǒng)，以營造良好的供氧環(huán)境，從而強(qiáng)化好氧微生物的呼吸代謝強(qiáng)度，而非耗能加熱使物料升溫。
　　(3)將小型餐廚垃圾生化降解機(jī)改造為進(jìn)風(fēng)模式后，通過2種降解菌劑的垃圾降解對比試驗(yàn)，結(jié)果表明:兩個(gè)降解系統(tǒng)的垃圾毛降解率均為后期高于前期，且在系統(tǒng)運(yùn)行前期菌劑2略高于菌劑1，后期則兩者基本接近。在進(jìn)風(fēng)模式下，物料的適宜含水率范圍為30％～35％，其上下限均比排風(fēng)模式提高5個(gè)百分點(diǎn)。說明供氧條件改善后提高

5、物料水分含量仍能保持好氧環(huán)境。物料樣品DNA的DGGE圖譜分析表明，F(xiàn)2可能是主導(dǎo)垃圾降解系統(tǒng)的優(yōu)勢菌，而且兩個(gè)降解系統(tǒng)中物料微生物群落結(jié)構(gòu)的相似系數(shù)隨運(yùn)行時(shí)間的推移而提高，說明在垃圾降解系統(tǒng)運(yùn)行后期物料的微生物群落結(jié)構(gòu)更趨相近。
　　(4)在大容量餐廚垃圾生化降解設(shè)備試制樣機(jī)中的2輪垃圾降解試驗(yàn)結(jié)果表明:以桑枝屑∶腐熟有機(jī)肥(4∶1)為載體的降解系統(tǒng)比桑枝屑∶草炭(4∶1)系統(tǒng)的垃圾降解率更高、投加餐廚垃圾后物料升溫幅度更大。同

6、一降解系統(tǒng)運(yùn)行初期與末期的物料微生物群落結(jié)構(gòu)有較大差別;在系統(tǒng)運(yùn)行末期，物料的微生物群落結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，均勻度指數(shù)增大即所有微生物種類個(gè)體分配更加均勻，而兩個(gè)系統(tǒng)的微生物群落結(jié)構(gòu)漸趨相似。
　　(5)采用本研究優(yōu)選的垃圾降解菌劑和菌劑載體組配，在安裝于中華人民共和國衛(wèi)生部職工食堂的大容量餐廚垃圾生化降解設(shè)備中投入了實(shí)際運(yùn)行。在運(yùn)行過程中監(jiān)測物料溫度、取樣測定物料的水解酶活性，并對物料樣品DNA的HhaⅠ和HaeⅢ酶切液作T-RF

7、LP圖譜分析，結(jié)果表明:物料升溫幅度、3種水解酶即淀粉酶、纖維素酶及蛋白酶的活性、物料樣品DNA的HhaⅠ和HaeⅢ酶切優(yōu)勢片段峰面積在2個(gè)監(jiān)測周期內(nèi)變化趨勢一致，且相互間呈顯著或極顯著正相關(guān)性。說明垃圾降解系統(tǒng)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的垃圾降解過程，且系統(tǒng)中存在起主導(dǎo)作用的優(yōu)勢菌。根據(jù)物料樣品DNA的HhaⅠ和HaeⅢ酶切優(yōu)勢片段長度與純培養(yǎng)功能菌DNA相應(yīng)酶切優(yōu)勢片段長度的接近程度，以及樣品DNA的HhaⅠ和HaeⅢ酶切優(yōu)勢片段長度峰面積的相關(guān)性