生物工程在生活垃圾处理中的应用_生活中的垃圾处理
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生物工程在生活垃圾处理机中的应用
摘要 随着社会发展城市化进程加快, 我国面临着日益严重的环境问题, 尤其是生活垃圾污染问题。生活垃圾不仅影响了环境，还危害到居民的身心健康, 成为当今社会最严重的公害之一。处理不好就会影响社会的发展, 当前, 如何有效地解决生活垃圾的污染问题, 再现一个清洁、健康的生存生活环境, 已是摆在我们面前的一个非常重要课题。而且随着生物科技的快速发展，各种环境友好式的生活垃圾处理方式相继出现，在生活垃圾处理方面扮演着越来越重要的角色，为环境生态文明的发展提供技术支持。本文主要对城市生活垃圾以及农村有机生活垃圾的现状做出分析，并针对其特性提出相应生物手段的处理措施，并对生物技术在垃圾处理问题中的应用现状、存在的问题作出分析，并对其在今后的发展作出思考。
关键词 生物工程；生活垃圾；资源化处理；再利用；
我国是世界上垃圾包袱最重的国家，城市历年的垃圾堆存量高达66 亿吨，侵占35 亿多年平方米的土地，已有2/3 的大中城市被垃圾包围，有1/4 的城市不得不把解决垃圾危机的途径延伸到乡村。尤其是城市垃圾的二次污染，导致城乡结合带区域生态环境恶化。我国农村居民生活水平提高的同时也产生大量的垃圾，并以每年8% ～ 10%的速度增加，其中农村生活垃圾产生接近3 亿t，以厨余废弃物为主的有机成分含量约占36% ～ 45%，这些垃圾随意堆放，影响了村容村貌，污染了生态环境。生活垃圾的概念及处理现状 1.1、生活垃圾的概念
由于城市与农村生活方式的不同，所产生的生活垃圾也不尽相同，相应的，对生活垃圾的处理方式也不会雷同。
城市生活垃圾的成分很复杂，但大致可分为有机物、无机物和可回收废品等。属于有机物的垃圾主要是动植物的废弃物，属于无机物的垃圾主要为炉灰、庭院灰土、碎砖瓦等。可回收的废品主要为金属、橡胶、塑料、废纸、玻璃等。
生物工程在生活垃圾处理机中的应用
而农村生活垃圾主要是指烂菜叶、树木花卉的枯枝落叶、杂草、剩饭、土豆皮、白菜帮子、萝卜皮、吃剩的苞米棒和啃完的骨头等，而不包括塑料、金属、石头和建筑垃圾等。
1.2、生活垃圾的处理现状
1.2.1 垃圾混合回收的方式加大了垃圾资源化的难度，我国垃圾基本上属混合回收，从回收的垃圾中分选有用物质，在目前分选技术差的情况下需大量的人力、物力和财力，不利于城市垃圾的资源化。
1.2.2 垃圾资源化技术较落后，因而资源化难度大，经济效益较差。1.2.3 垃圾资源化的资金不足，我国垃圾处理费用主要来自于政府，金额有限，而建大型的卫生填埋厂或焚烧发电厂均需大量资金，从而造成城市垃圾资源化基础设施差。
1.2.4 法规不健全，管理不善，当前，我国把垃圾处理的重点放在减量上，对垃圾资源化不够重视，无相应的资源回收法，管理差，且目前的管理体制不利于垃圾的资源化。
1.2.5 资源化意识淡薄。随着生活水平的提高，人们的消费观念随之改变，资源的回收观念淡薄，回收难度大。生活垃圾资源化处理方法
目前，世界各国对生活垃圾通常采用填埋、堆肥和焚烧三种处理方法。生活垃圾中有机垃圾占60％~70％以上，它是一种宝贵的资源。近年来随着人们生活水平的提高，垃圾中有机物所占比例也呈上升趋势，垃圾堆肥厂的机械化水平和堆肥质量也有明显提高，堆肥产品中的重金属含量和碎玻璃等杂质也可进行控制。同时，我国绝大部分土壤缺少有机质，肥力较低，而垃圾的堆肥化处理，具有良好的减量化和资源化效果，能很好地充分利用有机资源、培肥土壤地力，因此，生活垃圾堆肥化处理应是垃圾处理的发展方向。
堆肥法就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。它也有两种方式：人工堆肥和机械化堆肥。垃圾作为有机肥源的一种，进行堆肥处理，可以利用其内的有机资源，通过改善封存结构、减少侵蚀，不受规模大小限制，可以因地制宜制造不同品种和品级的堆肥，易于推广。
生物工程在生活垃圾处理机中的应用 生活垃圾在生物工程中的资源化（即堆肥化）处理 3.1 堆肥化是处理生活垃圾的选择
我国生活垃圾的处理率逐年上升，但实际的垃圾无害化处理率较低，全国城市生活垃圾无害化处理率不足15％。时至今日，在胡锦涛总书记提出的“建立资源节约型国民经济体系和资源节约型社会”这一战略目标的指引下，资源的重复利用、可持续利用已被提升到一个战略的高度，而城市生活垃圾作为一种废弃物被处理的同时，应该同时看到其中蕴藏的资源价值。而且伴随着城市生活垃圾中有机成分、可堆腐物和可回收利用物的增加，垃圾堆肥化处理达到了垃圾的资源化、无害化、减量化目的，是一种较好的、具有可持续性的促进城市环保产业链形成的废弃物循环在利用模式。
3.2 堆肥发酵过程中微生物的动态变化
堆肥是利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微生物学过程，微生物在堆肥过程中扮演着重要角色，随着堆肥化过程中有机物的逐步降解，堆肥微生物的种群和数量也随之变化。因此，了解微生物在堆肥过程中的变化规律有利于人为调控堆肥、加快有机物质的降解速度、提高堆肥温度和缩短堆肥发酵周期。
3.2.1 细菌
堆肥原料中含有大量的细菌，如一般农村垃圾中含有细菌数量在1014~1016个／kg之间，其中以中温细菌的数量居多，嗜热细菌较少；随着堆肥化的延续、堆肥温度的升高，中温细菌逐渐被嗜热细菌代替，堆肥进入高温阶段，此时高温细菌占绝对优势，其代表细菌主要有枯草芽孢杆菌（B.subtils），地衣芽孢杆菌（B.licheniformis）和环状芽孢杆菌（B.circulans）等芽孢杆菌属，但细菌总数量减少；当堆肥进入降温阶段时，嗜热细菌数量减少，中温细菌开始增多总体来讲，细菌数量呈现高——低——高的变化趋势。
3.2.2 放线菌
在垃圾堆肥进程中放线菌数量的变化规律与细菌大致相似，也呈现高—低—高的变化趋势在这期间放线菌对复杂有机物（如纤维素、木质素、角素和蛋白质等）分解发挥着重要的作用，因为它们分泌的酶有助于分解诸如树皮、报纸类的坚硬有机物。在堆肥高温阶段主要代表的嗜热放线菌是诺卡氏菌 2
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（Nocardia）、链霉菌（Streptomyces）、高温放线菌（Thermoactinomyces）和单孢子菌（Micromonospora）等，这些菌在堆肥降温和熟化阶段也能够活跃地分解垃圾中的纤维素和木质素。
3.2.3 真菌
在堆肥过程中，真菌对堆肥物料的分解和稳定起着重要作用。真菌几乎能利用堆肥原料中所有的木质素，尤其是白腐菌，这些真菌利用其分泌的胞外酶和具有机械穿插能力的菌丝共同来降解堆肥中难降解有机物（如纤维素、半纤维素和木质素等）。真菌主要分为中温真菌和高温真菌，以中温真菌居多，生长温度范围在5℃ ~37℃之间，最佳温度在25℃~30℃之间；而高温真菌的最佳生长温度在40℃ ~50℃之间，当温度达到60℃时，真菌几乎消失。真菌数量在整个堆肥过程中一直呈下降趋势。
总之，有机垃圾堆肥过程是一个动态过程，各阶段内不同种类的微生物之间也是一个动态平衡协调过程，了解它们的变化规律对筛选微生物菌剂和人工控制堆肥发酵起着至关重要的作用。
3.3 外援微生物对生活垃圾堆肥的影响
传统堆肥腐熟过程主要是一个由自然微生物参与的生理生化过程，并常伴有恶臭、污水、苍蝇等污染物。而在垃圾中接种微生物菌剂可以促进生活垃圾快速腐熟、增加垃圾中的微生物数量、调节微生物结构、提高堆肥品质等。有研究表明接种外源微生物菌剂明显影响堆肥不同时期的细菌群落结构组成，且能加快堆肥的腐熟速度。因此，加强微生物对垃圾堆肥的影响研究具有重要意义。
3.3.1 发酵微生物菌种的选育及应用
生活垃圾如稻草、谷物秸秆、水稻壳、甘蔗渣、动物粪便及废纸等的纤维素含量较高，加速这些物质转化为腐殖质是堆肥充分腐熟的关键。据报道分解纤维素较强的菌株多为真菌如木霉属（Trichoderma）、曲霉属（Aspergollus）、青霉属（Penicillium）、枝顶孢霉属（Acremoniun）等菌株，细菌较少！研究表明垃圾中纤维素的降解是多种微生物的协同作用，如研究者在堆肥中加入固氮菌和纤维素分解菌，其中固氮菌利用纤维素分解菌分解纤维素所生成的各种碳化物作为碳素养料和能源，在大量繁殖的同时，也有效地进行固氮作用，且 3
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也为纤维素分解菌的生长繁殖提供氮源，加速生活垃圾的降解，提高垃圾中的含氮量，从而提高堆肥的肥效。
目前应用较为广泛的微生物菌剂主要有日本的 EM 菌、酵素菌，美国的B系列菌群（以芽抱杆菌为主），以及台湾的光合细菌（Photosynthetic Bacteria，PSB）和澳大利亚的奥尔尼克生物菌种等。这些菌剂能够加速垃圾中有机废物降解、缩短堆肥的发酵时间，提高了堆肥的腐熟度。研究表明在浒苔与秸秆混合堆肥中添加 EM 菌剂可以使堆肥维持高温（50℃以上）时间达19d，堆肥效果最好；在木屑堆肥中添加酵素菌可使堆温快速升高，即24h可达50℃，60d可腐熟，有效地缩短了堆肥发酵时间；在畜禽粪便中添加光合细菌能够减少铵态氮、硫化物等污染物的排放。因此，在堆肥中添加微生物菌剂可缩短堆肥腐熟周期有利于人为调控堆肥，提高堆肥品质。
3.3.2 微生物除臭菌的选育与应用
传统垃圾堆肥过程中往往产生难闻的气味（如NH3、H2S和易挥发性小分子有机物VFA），影响周围居民的身心健。处理方法主要有物理、化学和生物方法，其中生物法以除臭效果好，材料易得、设备投资和维持费用低而受到人们的青睐。日本学者筛选出一株放线菌株并将其接种于畜禽粪便中，能够使NH3、H2S和VFA等物质很快消失。之后各国学者对生物除臭做了大量的研究，我国已报道筛选出的除臭菌有松鼠葡萄球菌、巨大芽孢杆菌CCW-Y1菌株、灰色链霉菌CCW-Y2菌株、绿色木霉、细黄链霉菌、热带假酵酵母CCW-Y3 菌株等，这些菌株对消除垃圾中的臭气效果良好，除臭效果按微生物种类排序为真菌﹥ 细菌﹥放线菌。
3.3.3 功能性微生物的选育及应用
有机垃圾堆肥能够改良土壤，促进作物生长，但往往由于垃圾堆肥本身的附加值低而限制了其广泛应用和发展。为提高堆肥产品品质或增加其附加值，研究者利用富集、分离筛选法从畜禽粪便、土壤、腐熟堆肥中筛选出一些提高堆肥肥效的微生物如固N、溶P、解K菌和抑制植物病害的微生物如肠杆菌属、黄杆菌、假单孢杆菌属，其他细菌类和链霉菌属、青霉菌属、木霉菌属和绿色粘帚霉等。在堆肥过程中适当地加入这些有益微生物能够让其大量繁殖，这样可增加垃圾堆肥肥效，有利于提高土壤肥力和促进农作物生长或抑制一些土传病 4
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害如植物细菌和真菌性病害，从而可以开拓垃圾堆肥应用前景，达到农村有机垃圾处理的减量化、无害化和资源。如李红丽等将筛选出的拮抗烟草青枯病的细菌添加到牛粪堆肥中制作成生物有机肥，能够使烟草青枯病发病率比对照降低50.65%、病情指数降低71.09%，有效地防治了烟草青枯病发生；李俊峰等研究表明光合细菌与有机肥混用，与单施有机肥相比，可使土壤中微生物总量增加13.7%，光合细菌增加118.9%，固氮菌增加14.6%，增加了土壤肥力和提高土壤生物活性。因此，筛选功能性微生物对提高堆肥品质、拓宽堆肥应用范围具有重要意义。存在问题及展望
微生物不论在传统自然堆肥和生物有机堆肥中都起着重要作用，因此弄清微生物在堆肥过程中的活动规律对选育高效的微生物菌种、最佳接种时间和菌种复配至关重要。近年来，研究者在菌种选育方面做了大量的工作，但由于微生物种类繁多和遗传多变性等原因，筛选高效的菌株仍需要大量研究工作；同时，由于农村生活垃圾成分复杂，如何对各菌种合理复配，使其功能最强、活性最大是堆肥微生物研究的一个难题；另外，尽管我国在生产优质有机肥方面的技术日益成熟，但要将筛选出的高效功能性菌种引入有机肥生产过程中，并生产具有特种功能的有机肥生产技术方面尚很困难。这主要在于：（1）不同微生物生长所需的适宜条件有所差异，因此有机肥的生产工艺需要依不同的有益微生物进行调整；（2）在功能性堆肥生产过程中接种有益微生物的时间需要探索。因为如果将菌种过早接入，在堆肥过程中产生的高温（60℃ ~75℃）将会杀死接入的微生物。如果接种过晚，则会因堆肥内其他微生物的大量存在和盐分浓度高等原因使接入的菌无法大量繁殖。因此，今后应进一步加强微生物菌种的选育、菌种复配、功能性有机肥工艺等方面的研究，不断地完善堆肥工艺技术。可以预见，利用外援微生物处理农村生活有机垃圾生产生物有机肥是农村生活垃圾变废为宝的有效途径之一，具有良好的发展前景。
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生物工程在生活垃圾处理机中的应用
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