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    堆肥微生物种类及特点.ppt

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    堆肥微生物种类及特点.ppt

    堆肥微生物种类及特点,2011级 环境科学 李姝,目录,一、堆肥研究背景 二、堆肥简介 三、堆肥过程中的微生物的种类和数量 四、堆肥过程中的各微生物特点 五、举例好氧堆肥反应过程 六、小结,堆肥研究背景,人类为满足自身活动的需要,在生产和生活过程中会产生大量的有机固体废弃物。这些有机固体废弃物主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、城市生活垃圾以及污水处理厂污泥。法国1988年8000个城市污水处理厂产生600000 t 污泥,日本的公共污水处理系统一年产生 2200000 m3 污。在我国,年产各类作物秸秆6亿多吨,而预计至2015年年末,我国脱水污泥年产量将超过2600万吨。其处理处置已成为人类面临的重要问题之一。,堆肥是堆肥化过程的生物降解和转化产物,已被许多国家和地区所接受,成为处理有机固体废物的有效方法一。堆肥化的实质是微生物在适宜条件下的代谢作用。国内外学者对堆肥微生物学进行了广泛研究。微生物在堆肥过程中扮演着重要角色,不仅与堆肥周期、堆肥质量密切相关,还与臭味控制、氮损失紧密相关。因此,堆肥微生物种类及其特点的研究对开发堆肥微生物资源,加速堆肥过程,缩短堆肥周期等具有重要意义。,堆肥简介,堆肥是在微生物作用下,通过发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程,在微生物分解有机物的过程中,不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物,而且又合成新的高分子有机物腐殖质,它是构成土壤肥力的重要活性物质,根据处理过程起作用的微生物对氧气不同需求,可以把有机废弃物堆肥处理分为: 好氧堆肥:在有氧条件下,好氧菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动,把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物,同时释放出可供微生物生长活动所需的能量,而另一部分有机物则被合成新的细胞质,使微生物不断生长繁殖,产生出更多生物体的过程。 厌氧堆肥:在不通气的条件下,将有机废弃物进行厌氧发酵,制成有机肥料,使固体废弃物无害化的过程。堆肥方式与好氧堆肥法相同,但堆内不设通气系统,堆温低,腐熟及无害化所需时间较长。,堆肥过程中的微生物的种类和数量,通过研究表明:细菌和霉菌是堆肥过程中的优势类群,芽孢杆菌和曲霉菌是优势种 细菌:是中温阶段的主要作用菌群,对发酵升温起主要作用; 放线菌:是高温阶段的主要作用菌群; 芽孢杆菌、链霉菌、小多孢菌和高温放线菌是堆肥过程中的优势种,微生物种类繁多,大致分类如下,对45堆肥样品分离5次后,取得菌株57株,鉴定其中12株得到曲霉属2株、芽孢杆菌属7株、肠道杆菌属1株、假单胞菌属1株。 对55堆肥样品分离取得32株,鉴定其中7株得乳酸杆菌属1株、芽孢杆菌属3、假单胞杆菌属1株、链球菌属1株、小单孢菌属1株,并得出,在45所分离的各菌株,其蛋白酶活性均适宜于4555,55所分离的菌株,其蛋白酶活性最佳温度在5565。,研究发现堆肥过程中微生物群落结构的变化表明,微生物量先升后降,而微生物群落多样性一直连续增加 。 例如:革兰氏阳性菌在堆肥起始阶段随着堆肥温度的上升而迅速增加,随后随着堆肥温度的下降而逐渐减少。 革兰氏阴性菌和真菌在堆肥温度达到约50之前增加,但是,在高温期反而减少。当堆肥温度由高温降至50时,二者又出现增加。,堆肥过程中的各微生物特点,一、堆肥过程微生物菌种的变化 二、细菌特点 三、真菌特点 四、放线菌特点,一、堆肥过程微生物菌种的变化,堆肥物料中一般均含有大量的土著微生物群。当适宜条件时,微生物迅速生长繁殖,中温微生物数量快速增长,堆肥温度随之上升;当达到不适于中温微生物生长繁殖的温度时,尽管中温微生物数量还会进一步增长,但其生长繁殖速度减慢或结束。这时,嗜热微生物逐渐取代中温微生物。,二、细菌特点,细菌 凭借其大的比表面积,可快速利用可溶性物质,在数量上通常要比体积更大的微生物(如真菌)多得多。有些细菌,例如芽孢杆菌,芽孢杆菌属的一些种,如枯草芽孢杆菌(地衣芽孢杆菌和环状芽孢杆菌是堆肥高温阶段的代表性细菌,它们能形成很厚的孢子壁以抵抗高温、辐射和化学腐蚀等不良环境 。,嗜温细菌是堆肥系统中最主要的微生物。研究表明,在城市污泥堆肥过程的初始阶段,嗜温细菌最为话跃,其数量为8.5×1085.8×109g干重样品,随着温度达到最大值,其种群数量达到最低;在降温阶段,嗜温细菌的数量又有所回升。Beffa等曾经在堆肥过程中的高温期筛选出嗜热菌属,这些细菌能够在65以上,甚至高达82的垛温下生长。,三、真菌特点,嗜温性真菌(地霉菌)和嗜热性真菌(烟曲霉)是堆肥生料中的优势种群,其他一些真菌,如担子菌、子囊菌、橙色嗜热子囊菌也具有较强的分解木质纤维素的能力。但随着温度的升高,真菌的菌落数开始减少,在64时,所有的嗜热性真菌几乎全部消失。当温度下降到60以下时,嗜温性真菌和嗜热性真菌又都会重新出现在堆肥中。 研究表明,酵母菌和丝状真菌的数量在污泥堆肥进入高温期时开始下降,高温末期则显著降低。,四、放线菌特点,放线菌可以分解一些纤维素、溶解木质素,比真菌能够忍受更高的温度和pH值。放线菌降解纤维素和木质素的能力并没有真菌强,但它们在堆肥高温期是分解木质纤维素的优势菌群在恶劣条件下,放线菌则以孢子的形式存活。诺卡氏菌、链霉菌(Streptomyces)、高温放线菌(Thermoactinomyces)和单孢子菌(Micromonospora)等都是在堆肥中占优势的嗜热性放线菌,它们不仅出现在堆肥过程中的高温阶段,同样也在降温阶段和熟化阶段出现。,好氧堆肥反应过程,好氧堆肥过程一般分为四个阶段即: 升温阶段 1540 高温阶段 6070 降温阶段 温度持续下降 腐熟阶段 40左右,升温阶段,堆肥初期,堆层基本呈中温,嗜温性微生物较为活跃并利用堆肥中易降解的葡萄糖、脂肪等有机物旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能的过程中,有一部分变成热能,由于堆料有良好的保温作用,温度不断上升。,高温阶段,堆肥材料中的复杂有机物质,如纤维素、半纤维素、果胶质等,也逐渐被微生物分解,并开始腐殖质的形成。在该阶段中,以嗜热性微生物占优势。常见的嗜热性真菌有嗜热真菌。常见的嗜热性放线菌有褐色嗜热链霉菌普通嗜热放线菌等。 温度升到 60 后,嗜热性真菌的活动几乎完全停止,取而代之,放线菌、嗜热性芽孢杆菌和梭菌的活动渐占优势。普通嗜热放线菌是放线菌的主要优势种之一。,由于微生物的旺盛活动,堆料的温度可升到 70以上。这时,嗜热性微生物大量死亡或进入休眠状态。但各种酶对有机质的分解仍在进行。随着酶活性的迅速衰退,产热量减少,堆肥温度开始下降。 当温度下降到 70 以下时,处于休眠状态的嗜热性微生物重新恢复其分解活动,产热量再度增加。因此,堆料有一个自然调节且延续持久的高温期。它对堆料的快速腐熟起着重要作用。堆制得法的堆料有相当长的高温(维持在 50 以上)期,可在几星期或23个月内达到适于施用的腐熟状态。,降温阶段,当有机物基本降解完毕,嗜热菌因为缺乏养料而停止生长,产热随之停止,堆肥的温度逐渐下降,直到稳定在40左右,并且开始形成腐殖质。,腐熟阶段,堆体温度降低后,嗜温微生物又重新占优势,对残余较难分解的有机物作进一步分解,腐殖质不断增多且稳定化,此时堆肥即进入腐熟阶段。降温后,需氧量大大减少,含水量也降低,堆肥物孔隙增大,氧扩散能力增强,此时只需自然通风即可。,小 结,随着经济社会的发展,人类与自然界的矛盾逐渐加剧,堆肥作为一种有效的处理有机固体废弃物的方法,理应具有较高的地位。然而目前人们对堆肥的关注普遍在于其农用有机肥,对堆肥的机理和尤其是微生物的作用机理缺乏相应的研究,再加上检测条件的限制,使得对好氧堆肥过程中微生物的总类和反应过程的研究并不全面。我们应积极开发研究新的方法,提高有机质的含量等技术。,

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