張燕

（包頭市環(huán)境衛(wèi)生管理局，內蒙古 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個旗縣區(qū)，其中5個市區(qū)（昆都侖區(qū)、青山區(qū)、東河區(qū)、九原區(qū)、稀土高新技術產(chǎn)業(yè)園區(qū)）、2個礦區(qū) （白云鄂博礦區(qū)、石拐區(qū)）、3個農(nóng)牧業(yè)旗縣區(qū)（土默特右旗、達茂爾罕茂明安聯(lián)合旗、固陽縣）。除五個市區(qū)外，其他五個旗縣區(qū)屬于遠郊，簡稱外五區(qū)。外五區(qū)人口占總人口的35%，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。據(jù)調查，外五區(qū)沒有一座生活垃圾處理場達到國家無害化處理二級標準。這五個遠離城中心的邊遠旗縣區(qū)的垃圾處理未實現(xiàn)無害化處理，只是以簡易的填埋為主。對土壤造成嚴重的污染和潛在的危害，嚴重污染水體，造成地表水和地下水的嚴重污染。對農(nóng)牧區(qū)的空氣也造成嚴重污染，垃圾臭氣沖天，大量的氨和硫化物向大氣釋放，嚴重影響了城鎮(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)濟等因素限制，無法建設達標垃圾場。因此，外五區(qū)生活垃圾急需投資少、成本低的處理技術，以達到經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益的統(tǒng)一。在處理設施不完備的前提下，使垃圾得到快速有效的無害化，是實現(xiàn)垃圾就地消納與處理的關鍵。通過適當調控生活垃圾的自然腐敗過程，使之轉變?yōu)橛袡C物迅速降解的快速發(fā)酵過程，是實現(xiàn)包頭市外五區(qū)生活垃圾無害化、穩(wěn)定化、減量化的一條切實可行出路。

2 垃圾腐解過程與微生物動態(tài)

在自然條件下，生活垃圾中的有機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力。在自然狀態(tài)下，生活垃圾的腐敗過程是一個非常復雜的生物化學過程。生活垃圾中所含的有機體細胞自溶與微生物降解是引發(fā)垃圾物料發(fā)生變化的兩大內源動力。在該過程中，垃圾不斷釋放出滲瀝液和惡臭物質，招惹蚊蠅鼠患。

生活垃圾中有機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、蛋白質降解，后期是半纖維素、纖維素、木質素等難降解物質逐漸降解。由于底物與環(huán)境的改變，微生物也相應發(fā)生一系列的變化。

絕大多數(shù)微生物培養(yǎng)技術和培養(yǎng)基都不能完全再現(xiàn)全部微生物的自然生存環(huán)境。一般認為能用現(xiàn)有技術培養(yǎng)的微生物僅占微生物類群總體1%左右，現(xiàn)代實驗技術條件下不能培養(yǎng)的微生物是構成環(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注[8]。宏基因組技術是基于功能和序列的基礎上對所得到的環(huán)境樣品基因組進行分析的技術。宏因組技術是在PCR技術和對自然環(huán)境基因中的相似性基因 （如16SrRNA,nif、recA）的克隆技術的基礎上發(fā)展起來的，是一種不必獲得實驗室純培養(yǎng)物就能對自然界樣品的生物多樣性進行分析的強有力手段[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、有機碳含量等參數(shù)對生活垃圾腐解過程中的變化進行間接分析，而對引發(fā)生活垃圾這一系列變化的源動力----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有機物料的降解，加速堆肥腐熟的進程[10-13]。但由于使用菌劑自身菌種的混亂性和功能的多樣性，對于這種促進作用深層次的原因多是進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。研究結果表明：在高溫堆肥過程中，某些菌種在整個堆肥期存在[15]。這些能夠經(jīng)過溫度躍升屏障長期生存的菌株是發(fā)揮作用的關鍵菌。

實踐證明優(yōu)勢單一菌種在利用時，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充，對于環(huán)境因子變動與地物范圍變化具有更強的適應能力。因此，近年來復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纖維素分解菌復合系MC1，能穩(wěn)定高效的分解天然木質纖維，該復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，從活性污泥中選育出高效降解制漿黑液中木質素的優(yōu)勢細菌混合菌體，與優(yōu)勢單一菌種相比具有優(yōu)勢，當木質素濃度達2286 mg/L時，混合菌能保持對木質素達62.6%的去除率[19]。林捷等報導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?；旌虾螽a(chǎn)生的不同性質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)境因子變化范圍內降解纖維素[20]。侯文華等報導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)酵轉化單細胞蛋白進行了大量的研究，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化成菌體蛋白，降解木質素并降低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，實現(xiàn)利用秸稈生產(chǎn)蛋白，提高營養(yǎng)價值的目的[22]。

4 處理菌劑優(yōu)點與存在的問題

（1）采用微生物菌劑對生活垃圾進行處理具有如下優(yōu)點：

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。當條件合適時，少量投加就能實現(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藥劑處理相比費用較低。

（2）存在的問題有以下幾個方面：

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)一標準。

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

四是添加外源微生物對垃圾物料中土著菌的影響國內研究處于空白。

5 應用前景

添加微生物菌劑進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物發(fā)生生物化學降解，快速形成一種穩(wěn)定的化合物的過程。這個過程操作簡單、經(jīng)濟、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)十分實用。研究表明,單一的細菌、真菌、放線菌群體,無論其活性多高,在加快垃圾生物降解進程中的作用都比不上復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該選取復合微生物菌劑。至于復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備，通過合理地調配各種有效微生物的含量，進行篩選、培育城市生活垃圾生物處理的高效復合微生物菌劑，進而來調節(jié)菌群結構、提高微生物降解活性，提高微生物降解有機成分的效率。復合微生物菌群中既有分解性細菌，又有合成性細菌；既有纖維素分解菌、真菌，又有放線菌。向工藝中添加復合微生物菌劑，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構。作為多種細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，生成穩(wěn)定而復雜的生態(tài)系統(tǒng)，使得整個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 結束語

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

[1]包頭市統(tǒng)計局.包頭統(tǒng)計年鑒.2010，包頭.

[2]王研、霍維周、王斯亮.北京市農(nóng)村地區(qū)環(huán)境衛(wèi)生現(xiàn)狀調查及管理[J]環(huán)境衛(wèi)生工程，2008.16（1）：P.51---53.

[3]Kato S,etal.,Stable Coexistence of Five Bacerial Strains as a Cellules -Degrading Community Aplied and Environment Microbiology,2005.71(11):P.7099-7106.

[4]Shawn D,Mansfield I,and R.Meder,Cellulose hydrolysis-the role of minocomponentcellulases in crystalline cellulose degradation.Cellulose,2003.10:p.159～169.

[5]Amann R I,Ludwig w,and S.K.H.,Phylogenetic identification and insitu detection of individual microbialcells without cultivation.Microbiological Reviews,1995.59(1):p.143～169.

[6]Kellenberger,E.,Exploring the unkown-The silent revolution of microbiology.EMBO Reports,2001.2:p.5～7.

[7]Kaeberlein T,LewisK,and Epstein S ,Isolating"uneultivable"microorganisms in pure culture in a simulated natural environment.Science,2002.296:p.1127～1129.

[8]Streit W R and S.R.A.,Metagenomics-the key to the uncultured microbes.Current Opinion in Microbiology.2004.7:p.492～498.

[9]Daniel,R.,The metagenomics ofsoilNature Review Microbiology,2005(3):p.470～478.

[10]魏自民，李英軍，席北斗，等.三階段溫度控制接種法對堆肥有機物質變化影響[J].環(huán)境科學，2008.29（02）:p.540～544.

[11]劉益仁，劉秀梅，李祖章，等.接種微生物菌劑對豬糞堆肥的效果研究[J].中國土壤與肥料，2007.（06）:p.81～84.

[12]陳大鵬，馬文東.接種外源微生物對雞糞堆肥的影響[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學，2007.（06）:p.64～66.

[13]張琴，張隴利，魏曉明，等.復合菌劑接種雞糞堆肥的效應研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2007.（06）:p.1963～1967.

[14]徐大勇，黃為一.人工接種堆肥和自然堆肥微生物區(qū)系變化的比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2007.35（23）:p.7219～7220.

[15]楊朝暉，劉有勝，曾光明，等.餐余垃圾高溫堆肥中嗜熱細菌種群結構分析[J].中國環(huán)境科學，2007.27（06）:p.733～737.

[16]Gobbetti M and J.Rossi,Batchwise fermentation with Caalginte immobilized multistarter cells for Kefier production Inernational Dairy Journal,1994.4:p.237～249.

[17]Beshkova,D.M.,etal.,Pure cultures for making kefir.Food Microbiology,2002.19(5):p.537～544.

[18]崔宗均，李美丹，樸哲，等.一組高效穩(wěn)定纖維素分解菌復合系MCI的篩選及功能[J].環(huán)境科學，2002.23（3）:p.36～39.

[19]陳敏，郭鵬，宋曉崗.選育高效降解木質素優(yōu)勢混合菌的研究[J].中國造紙，1998（3）:p.40～45.

[20]林捷，譚兆贊，羅偉誠.利用木薯渣進行纖維素分解菌混合發(fā)酵工藝研究[J].安全與環(huán)境學報，2005.5（6）:p.26～29.

[21]侯文華，李政一，楊力，等.利用酒槽生產(chǎn)飼料蛋白的菌種選育[J].環(huán)境科學，1999.20（1）:p.77～79.

[22]陳慶森，劉劍虹，潘建陽，等.利用多菌種混合發(fā)酵轉化玉米秸稈的研究[J].生物技術，1999.9（4）:p.15～19.

[23]席北斗,劉鴻亮,孟偉.垃圾堆肥高效復合微生物菌劑的制備[J].環(huán)境科學研究，2003，16：58.

[24]席北斗，劉鴻亮，黃國和，等.復合微生物菌劑強化堆肥技術研究[J].環(huán)境污染與防治，2003，5：264.