1、本科毕业论文系列开题报告环境工程厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究一、选题的背景与意义随着我国经济的快速发展、城市化进程的加快和人民生活水平的提高，厨余垃圾的产生量越来越大，对环境的压力越来越突出，厨余垃圾的污染已成为目前我国最严重的环境问题之一。目前，国内外采用的垃圾处理方法主要有卫生填埋、焚烧和制作堆肥等三种，但从资源回收和节能的角度看，堆肥被认为是解决城市垃圾和下水污泥的一条值得重视的途径。特别是好氧堆肥具有发酵时间短，臭气少，发酵温度均匀，无害化彻底等优点，故而其应用范围日益广泛。堆肥化过程是地球表面生态过程的一部分，地球表面残留的枯枝落叶、杂草、树皮和其他半固体的有机物
2、不断分解后再进一步参与到物质和能量的循环中。现代的堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、CN比和通风条件下，通过微生物的发酵作用，将有机固体废物包括农业废物、污泥和城市生活垃圾等转变为腐殖质含量丰富、对环境不构成危害的有机肥料的生物化学处理过程。厨余垃圾高温好氧堆肥化是一个微生物全程参与的生物化学过程，整个生物化学过程都是在酶参与下进行的酶促反应，微生物对有机物的分解代谢能力取决于酶的活性。因而研究厨余垃圾好氧降解过程中主要微生物（真菌、细菌、放线菌）的菌落群、菌量大小及几种主要参与酶，对掌握厨余垃圾堆肥化过程有着不可替代的作用。堆肥过程是在微生物的参与下，经过一系列的生物化学变化而进行的。对
3、堆肥过程中微生物、酶活性变化进行研究，有利于了解堆肥过程的生物化学过程，同时为堆肥控制、优势菌种筛选提供依据。因此，本次毕业论文的研究方向“厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究”对于缓解由于城市化进程的不断加快和人口的高密度集中而引发的生活垃圾的产量与日剧增的巨大压力具有十分重要的现实意义。二、研究的基本内容以及拟解决的问题（1）研究的基本内容1掌握好氧堆肥的基本原理，了解好氧堆肥过程控制因素影响因子；2了解厨余垃圾的物理、化学性质，掌握固体样品取样破碎方法，掌握固体样品前处理步骤和方法；3熟练掌握细菌总数、放线菌总数、真菌总数、微生物总数中测定方法；4熟练掌握脲酶、蛋白酶、淀粉酶
4、、葡糖苷酶、过氧化氢酶等酶及DOC、水溶性N等参数的测定方法和表征；5能够准确分析堆肥过程中细菌总数、放线菌总数、真菌总数、微生物总数随时间的演变规律；6能够准确分析脲酶、蛋白酶、淀粉酶、葡糖苷酶、过氧化氢酶等酶随堆肥时间的演变规律，表征其对微生物的降解的影响。（2）拟解决的问题1太阳能好氧堆肥装置的优化2明确太阳能好氧堆肥过程微生物与酶活性变化规律及影响因素三、研究方法与技术路线（1）研究方法选取宁大学生食堂里产生的厨余垃圾作为好氧堆肥的原料，按对角交叉（五点法）取样，用稀释倒平板法测定细菌总数、放线菌总数、真菌总数、微生物总数的变化规律，用比色法测定脲酶、淀粉酶、葡糖苷酶、过氧化氢酶等酶的
5、演变规律，另外，用甲醛法测定蛋白酶的变化规律。主要任务为测定好氧堆肥过程中，各参数（细菌总数、放线菌总数、真菌总数、微生物总数、脲酶、蛋白酶、淀粉酶、葡糖苷酶、过氧化氢酶等酶及DOC、水溶性N等）及其变化规律。（2）技术路线样品的采集与破碎样品的调理混合及分装太阳能高温好氧堆肥四、研究的总体安排与进度2010年11月26日2010年12月15日，完成开题报告和文献综述，进行开题；2010年12月16日2011年5月6日，实验设备的设计和加工，实验的开展，数据的处理以及论文的撰写2011年5月7日2011年5月12日，完成论文的撰写工作，定稿，准备答辩2011年5月13日，答辩。五、主要参考文献
6、1黄得扬,陆文静,王洪涛有机固体废物堆肥化处理的微生物学机理研究J环境污染治理技术与设备,20041,5112192林代炎,杨菁,叶美锋,等城市生活垃圾堆肥发酵中微生物菌群变化规律的研究J生物技术通报,2006,增刊3873913戴芳,曾光明,牛承岗,等堆肥化过程中生物酶活性的研究进展J中国生物工程杂志,2005,增刊1481514於林中,何品晶,张冬青,等产物接种对生活垃圾水解/好氧复合生物预处理的影响微生物及水解酶活性变化J环境科学学报,200812,2812253425395万水霞，郭熙盛，朱宏赋,等自然堆肥过程中微生物群落的动态变化J安徽农业科学,2009,37281371013711
7、,137496宋光桃,付美云,曾雷猪粪与生活垃圾混合堆肥的微生物数量变化研究J南华大学学报自然科学版,20086,22224277朱能武好氧堆肥的代谢酶变化和生物毒性物质的降解J华南理工大学学设备运行过程中厨余垃圾的相关数据测定及数据统计处理建立堆肥过程中各参数随时间变化规律，分析其对厨余垃圾降解的影响完成“厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究”报自然科学版,200511,3311698李阜棣,喻子牛,何绍江农业微生物学实验技术M北京中国农业出版社,19966989,1321399王立群,彭科峰,张传富,等鸡粪好氧堆肥中温期效应细菌及放线菌的筛选及属别鉴定J东北农业大学学报,2OO
8、7,38677577910顾文杰,张发宝，徐培智,等接种茵剂对堆肥微生物数量和酶活性的影响J农业环境科学学报2009,2881718172211侯宪文,邓晓,李光义,等木薯皮堆肥过程中酶活性的变化J生态环境学报2009,1851976197912MPRAUT,SPMPRINCEWILLIAM,JKBHATTACHARYYA,ETALMICROBIALDYNAMICSANDENZYMEACTIVITIESDURINGRAPIDCOMPOSTINGOFMUNICIPALSOLIDWASTEACOMPOSTMATURITYANALYSISPERSPECTIVEJBIORESOURCETECHNOLO
9、GY,20089,99146512651913MLCAYUELA,CMONDINI,MASANCHEZMONEDERO,ETALCHMICALPROPERTIESANDHYDROLYTICENZYMEACTIVITIESFORTHECHARACTERISATIONOFTWOPHASEOLIVEMILLWASTESCOMPOSTINGJBIORESOURCETECHNOLOGY,20087,991042554262毕业论文文献综述环境工程厨余垃圾好氧堆肥过程酶活性与微生物变化和关系研究摘要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，有机废物均由单糖、淀粉、蛋白
10、质、脂类、纤维素、半纤维素和木质素等以不同比例构成。有机物好氧降解是微生物及其分泌的胞外酶作用下进行的过程。酶活性是反映堆肥中微生物数量及活动强度变化的重要参数之一，堆肥中的一切生物化学过程都是在酶的参与下进行的。本文综合国内外文献资料，论述了厨余垃圾好氧堆肥过程中酶活性和微生物的变化和两者之间关系。关键词厨余垃圾；好氧堆肥；酶活性；微生物1前言随着城市化进程的加快和群众生活水平提高，厨余垃圾越来越多，对环境的压力也越来越大。目前厨余垃圾主要的处理技术有填埋、焚烧、生物降解法包括堆肥化等1。但填埋需占用大面积土地，而且渗漏液含有毒物难以处理，焚烧技术投资成本高又易对环境造成二次污染，而好氧堆肥
11、发酵法具有运行费用低、二次污染小等优点。好氧堆肥过程中有机质生物降解实质是微生物及其酶作用下的生物学过程2。2堆肥过程酶活性的变化21酶的性质与种类堆肥过程的本质是在微生物分泌酶的作用下，把有机物降解并进一步转化成腐殖质的生物化学过程，整个生物化学过程都是在酶参与下进行的酶促反应。酶通常是由酶蛋白和辅因子组成3。酶具有高度专一性、多样性和催化的高效性。根据酶的活动部位，可将酶分为胞外酶和胞内酶4。胞内酶是在细胞内起催化作用的酶在这一过程中，胞内酶种类较多。胞外酶是由微生物细胞产生并分泌到细胞外面进行催化活动的酶，通常催化聚合物质的降解，如植物聚合物、纤维素、木质素等，使这些分解后的小分子物质穿
12、透细胞质膜，实现降解5。在堆腐矿质化过程中，主要为水解酶类起作用，包括纤维素酶、蔗糖酶、脲酶等。在堆腐腐殖化过程中，主要为氧化还原酶类起作用，包括过氧化氢酶、脱氢酶、多酚氧化酶等。22堆肥过程酶活性变化堆肥过程中受不同底物影响的酶类活性变化会有所差异6。但通常的变化规律为，酶活性在堆肥初期升高且达到峰值，随后逐渐降低，并最终维持在较低的水平。这是由于堆肥初期原料中有机质含量高、营养丰富，促进了耗氧微生物的生长和酶的合成，酶活性逐渐增至最大值7。但随着高温期的到来，微生物的数量和活性受到抑制，酶活性下降。随后由于有机质的不断降解，酶活性逐渐降低。进入腐熟期时，酶活都不会有较大的波动，并保持在较低
13、的活性水平上8。3堆肥中酶活性与微生物的关系31微生物降解有机质的机理堆肥是通过微生物细菌、放线菌和真菌的协同作用，将复杂的有机物降解为细胞可以吸收利用的小分子物质及腐殖质作为最终产品，并释放二氧化碳和能量、热9。微生物分解有机物的能力取决于它们所产生分解有机物酶的能力。底物越复杂，所需要的酶系统越广泛并具有综合性10。好氧堆肥处理是依靠垃圾中各类微生物细菌、真菌和放线菌在分解有机物的过程中交替出现，使堆温上升、下降，从分解水溶性有机物开始，逐渐分解难降解有机物如纤维素和木质素，并转化为腐殖质11。厨余垃圾好氧堆肥过程是在微生物及其分泌的酶作用下进行的12。整个堆肥进程中，中期微生物量达到最大
14、，随后微生物量降低，这是由于堆肥后期有机物基本降解完，营养物质的缺乏导致微生物的死亡。随着可利用C源的减少，堆肥后期微生物量递减并趋于稳定，其终值略高于堆肥初期13。32降解过程酶活性对微生物的两种作用酶的作用下，微生物群落演替规律在宏观上产生激发和抑制两种对立作用14，抑制作用对堆肥初期微生物总量造成一定程度的负面影响，可能是由于胞外酶改变了土著微生物的生长环境从而影响其细胞代谢及功能，其抑制性随堆肥时间的延长逐渐减弱15；激发作用对堆肥中后期群落多样性和微生物分布的均匀性具有正面效应，而群落分布均匀的生态系统更有利于有机物的降解，可能是由于酶对原料中难降解物质木质素进行大量降解，使得受木质
15、素保护的纤维素和半纤维素重新成为微生物的营养物质，减弱了因营养竞争而导致的微生物大量死亡，激发效应在堆肥后期表现显著16。4堆肥过程微生物的变化堆肥化过程是以微生物为主导的物理化学和生物学过程，是由群落结构演替迅速的多个微生物群落共同作用而实现的动态过程17，在该过程中的每一个微生物群落在一定的时间内有适合自身生长繁殖的条件，对某一种或某一类特定物质的分解起作用18。在堆肥化过程中，微生物数量总的趋势是细菌的数量最多，放线菌次之，真菌的数量最少19。其中在发酵初期中温细菌、中温放线菌和中温真菌的数量大约依次相差2个数量级，当发酵结束后，中温微生物的数量低于发酵初始水平。发酵初期高温微生物的数量
16、少于中温微生物，并且很难检测到高温真菌的存在；高温细菌的数量在整个堆肥化过程中变化不大，而高温放线菌和高温真菌在高温期逐渐增多，实验结束后高于初始水平20。细菌在整个堆肥化过程中数量是最大的，因此应该尤其重视细菌在堆肥化过程中的作用。5结论与展望综上所述，研究掌握堆肥过程中微生物菌系以及酶活性的变化规律对于加快有机固体废物的降解速度，提高堆肥的腐殖化程度，有效管理堆肥过程有着重要的意义。只有掌握了堆肥过程中的微生物生长变化的基本规律，才能将来通过人工强化添加有益微生物，调控其生长环境条件，提高有益优势菌群的生长密度，加快有机物的分解，缩短堆肥发酵周期，提高堆肥品质。本次论文将准确分析堆肥过程中
17、细菌总数、放线菌总数、真菌总数、微生物总随时间的演变规律以及脲酶、蛋白酶、淀粉酶、葡糖苷酶、过氧化氢酶等酶随堆肥时间的演变规律。现阶段，国内外对好氧堆肥过程中微生物以及酶活性只是有初步的了解21，随着科学技术的发展及土壤酶和微生物检测技术的进步，必将促进厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物和酶活性的研究取得显著成果。参考文献1戴芳，曾光明，牛承岗，等堆肥化过程中生物酶活性的研究进展J中国生物工程杂志，2005，增刊1481512陈兵,原韬固体废物好氧堆肥过程中的微生物和酶活研究J齐齐哈尔师范高等专科学校学报，2009，2（3）1251273侯宪文，邓晓，李光义，等木薯皮堆肥过程中酶活性的变化J生态环境
18、学报，2009，185197619794牛俊玲，高军侠，李彦明，等堆肥过程中的微生物研究进展J中国生态农业学报，2007，15（6）1131175王伟东，王小芬，朴哲，等堆肥化过程中微生物群落的动态J环境科学，2007，28（11）259125976苏峰峰，曾光明，黄丹莲，等胞外酶对堆肥中微生物群落演替的影响J中国环境科学，2009，2955245307叶劲松，吴克，蔡敬民，等好氧堆肥微生物研究方法进展J安徽农业科学，2008，363013287132918於林中，何品晶，张冬青，等产物接种对生活垃圾水解/好氧复合生物预处理的影响微生物及水解酶活性变化J环境科学学报，2008，28（12）25
19、3425399林代炎，杨菁，叶美锋，等城市生活垃圾堆肥发酵中微生物菌群变化规律的研究J生物技术通报，2006，增刊1510孙伟，徐笑宇，喻嫦娥污泥堆肥过程中微生物群落的形态变化研究J天津市政工程，2009，9（4）262811刘芳，叶滨恭有机垃圾好氧堆肥过程中微生物生长适应条件的研究J重庆环境科学，2003，25（12）565812宋光桃，付美云，曾雷猪粪与生活垃圾混合堆肥的微生物数量变化研究J南华大学学报，2008，22（2）242713万水霞，郭熙盛，朱宏赋，等自然堆肥过程中微生物群落的动态变化J安徽农业科学，2009，3728137101371214MPRAUT,SPMPRINCEWIL
20、LIAM,JKBHATTACHARYYA,ETALMICROBIALDYNAMICSANDENZYMEACTIVITIESDURINGRAPIDCOMPOSTINGOFMUNICIPALSOLIDWASTEACOMPOSTMATURITYANALYSISPERSPECTIVEJBIORESOURCETECHNOLOGY,20089,99146512651915顾文杰,张发宝，徐培智,等接种茵剂对堆肥微生物数量和酶活性的影响J农业环境科学学报，2009，2881718172216MLCAYUELA,CMONDINI,MASANCHEZMONEDERO,ETALCHMICALPROPERTIESA
21、NDHYDROLYTICENZYMEACTIVITIESFORTHECHARACTERISATIONOFTWOPHASEOLIVEMILLWASTESCOMPOSTINGJBIORESOURCETECHNOLOGY,20087,99104255426217王立群，彭科峰，张传富，等鸡粪好氧堆肥中温期效应细菌及放线菌的筛选及属别鉴定J东北农业大学学报，2OO7，38677577918李阜棣，喻子牛，何绍江农业微生物学实验技术M北京中国农业出版社，19966989，13213919孙利宁，谷洁，高华，等氧化还原类酶活性在小麦秸秆静态高温堆肥过程中的变化J农业环境科学学报，2009，28510421
22、04720刘婷，陈朱蕾，周敬宣外源接种粪便好氧堆肥的微生物相变化研究J华中科技大学学报，19（2）575921宋建利，石伟勇，倪亮，等施用垃圾肥对土壤微生物数量和酶活性的影响J安徽农业科学，2008，36301328113282本科毕业设计环境工程厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究THEVARIATIONOFMICROBEANDENZYMEACTIVITYDURINGAEROBICCOMPOSTINGOFKITCHENGARBAGE厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究I厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究摘要通过分别测定不加水葫芦（批样1）和加水葫芦（批样
23、2）的厨余垃圾堆体的温度、含水率、PH值、TOC、TN、垃圾中的有机质、微生物、蛋白酶活性、脲酶活性、过氧化氢酶活性来研究好氧堆肥过程微生物和酶活性变化规律。实验结果表明，垃圾堆体的温度最高分别可以达到44和65，太阳能加热和电加热系统相结合能对堆体供热更稳定。垃圾堆体的含水率、TOC、有机质含量均下降。堆体中微生物细菌占主导地位，微生物菌落数均呈先增多后减少的趋势；蛋白酶活性在堆肥后期变大，说明蛋白质的降解主要在堆肥后期；脲酶活性整体呈下降趋势，由最初的269MG和138MG分别下降至003MG和094MG；过氧化氢酶活性在整个过程中比较稳定，有机质的降解强度比较稳定。关键词厨余垃圾；好氧堆
24、肥；微生物；酶活性THEVARIATIONOFMICROBEANDENZYMEACTIVITYDURINGAEROBICCOMPOSTINGOFKITCHENGARBAGEABSTRACTBYMEASURINGPARAMETERSOFKITCHENGARBAGEWITHEICHHORNIACRASSIPESANDWITHOUTITSUCHASTEMPERATURE,MOISTURECONTENT,PH,TOC,TN,ORGANICMATTERCONTENT,MICROBE,PROTEASEACTIVITY,UREASEACTIVITY,CATALASEACTIVITYTOSTUDYTHEVAR
25、IATIONOFMICROBEANDENZYMEACTIVITYDURINGAEROBICCOMPOSTINGTHERESULTSSHOWTHAT,THEHIGHESTTEMPERATUREOFTHEGARBAGEIS44AND65,SOTHESOLARHEATINGCOMBINEDWITHELECTRICALHEATINGCANKEEPTHETEMPERATUREOFTHEGARBAGEMORESTABILITYTHEDATAOFMOISTURE,TOC,ORGANICMATTERCONTENTHAVEADECLINEBACTERIALCOLONIESISTHEMOSTINALLMICROO
26、RGANISMSATTHEBEGINNINGOFTHECOMPOSTING,MICROBECOLONIESINCREASEANDLATERREDUCEPROTEASEACTIVITYINCREASESINTHELASTDAYS,THEREFORETHEDEGRADATIONOFTHEPROTEINISMAINLYINTHELASTDAYSUREASEACTIVITYSHOWSDOWNTRENDINTHECOMPOSTING,FROM269MGAND138MGTO003MGAND094MGCATALASEACTIVITYISSTABILITYDURINGTHECOMPOSTING,ASARESU
27、LTTHEORGANICMATTERDEGRADATIONISSTABLEKEYWORDSKITCHENGARBAGEAEROBICCOMPOSTINGMICROBEENZYMEACTIVITY厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究II目录1引言411厨余垃圾4111厨余垃圾的定义4112厨余垃圾的特性及处理方法412堆肥技术4121堆肥化的定义5122堆肥化分类5123高温好氧堆肥处理优点513堆肥主要控制参数5131温度5132PH5133含水率5134TOC和TN6135有机质614堆肥过程微生物及酶的作用6141微生物降解有机质的机理6142酶的性质和作用62材料与方法721
28、实验材料722实验装置723各参数测定方法8231温度的测定8232含水率的测定8233PH的测定9234TOC的测定9235TN的测定10236有机质的测定12237微生物的测定13238蛋白酶活性的测定15239脲酶活性的测定162310过氧化氢酶活性的测定1724实验技术路线183结果与讨论1931温度1932含水率2033PH2134TOC2235TN2236有机质2337微生物2438蛋白酶活性25厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究III39脲酶活性26310过氧化氢酶活性274结论与建议2741结论2742建议285展望286参考文献297致谢错误未定义书签。厨余垃圾
29、好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究41引言随着经济的快速发展和人们生活水平的逐渐提高，生活垃圾的产生量与日俱增。目前，固体废弃物的年平均增长速度已是经济增长速度的23倍1。城市垃圾污染已成为制约各国经济发展，危害城乡居民健康的一个不可忽视的问题2。因此，对城市生活垃圾的科学处理已成为各级政府不可忽视的重要课题。陈礼勇通过调查分析认为多位一体综合处理是城市生活垃圾末端消纳的最佳途径，即对混合垃圾进行分检，然后对不同垃圾成分，采用不同的处理方式，即无机物填埋、可燃物焚烧、易腐有机物进行堆肥化处理3。世界各国根据各自的国情，分别采用填埋、焚烧、生物降解法包括堆肥化等技术处置固体废弃物。但由于填
30、埋需占用大面积土地，渗滤液含有毒物难以处理，焚烧技术投资成本高又易对环境造成二次污染等原因，使得填埋与焚烧技术的应用受到限制。好氧堆肥发酵法在经历了一段兴衰演变后，近年来又出现了蓬勃发展的势头1。厨余垃圾是生活垃圾的主要组成部分，因此，厨余垃圾的处理成为了广泛关注的课题。11厨余垃圾111厨余垃圾的定义餐厨垃圾主要是指家庭、饭店、食堂等产生的食物废料和残羹剩饭4。厨余垃圾是有机垃圾的一种，包括剩菜、剩饭、菜叶、果皮、蛋壳、茶渣、骨、贝壳等，泛指家庭生活饮食中所需用的来源生料及成品（熟食）或残留物。112厨余垃圾的特性及处理方法厨余垃圾容易变质、腐烂，滋生病菌，造成疾病的传播，散发的恶臭气体污染
31、大气，影响人的视觉、味觉以及生活卫生条件，并且容易产生渗滤液污染地表水和地下水。厨余垃圾是人们在生活消费过程中形成的废弃物，其有机质含量丰富，含水率高，在收集和运输过程中易腐烂，会降低垃圾储存、输送、破碎和分离效率，高含水率，高有机质含量的特性不利于其进行填埋或焚烧处理。厨余垃圾的处理方法包括高温好氧堆肥、厌氧发酵、蚯蚓处理、干燥热处理和湿热处理等，这些处理方法中，堆肥处理和湿热处理是目前两种代表性资源化处理技术，早已实现规模化处理技术5。采用高温好氧堆肥方法可实现厨余垃圾的无害化、减量化、资源化6。12堆肥技术厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究5121堆肥化的定义堆肥化处理是指
32、依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，对有机物有控制的进行生物降解，使之转化为腐殖质的生物化学处理技术7。城市垃圾好氧堆肥是指在有氧的情况下垃圾中有机物的氧化分解，使之生物代谢成为二氧化碳和水，释放出能量的同时使垃圾中的不稳定有害物质得以分解，病原菌体在高温堆层中致死，垃圾的含水率降低，原垃圾的体积与重量减少，从而使堆肥产品达到无害化标准。122堆肥化分类固体废物堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是在有氧条件下，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
33、胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体的过程8。厌氧堆肥是在缺氧条件下，主要由厌氧类和兼氧性微生物分解易腐有机物。123高温好氧堆肥处理优点好氧堆肥是利用好氧微生物在人工控制条件下将有机物降解为稳定的腐殖质的过程，是一种重要的固体废物生物处理技术9。好氧堆肥反应器系统具有堆体温度高、发酵时间短、有机物分解彻底、有效防止病原菌的传播和异味散发的优点10。13堆肥主要控制参数131温度物料温度是决定微生物种群优势的主要因素，有机物降解速度关键是取决于高温分解菌的数量，有机垃圾堆体温度控制在5060之间，既保持较高数量的高温分解菌，有利于有机物的快速分解，又有利于去除病原菌微生物实现卫生无害化
34、，是较为合适温度条件3。132PH微生物的生长受到PH的影响，高于或低于最适生长条件，都会抑制微生物的活动11。在堆腐垃圾时，PH值控制在8左右可以显著提高堆肥初期的反应速度，可以极大地缩短堆肥达到高温所要求的时间，可以避免由于堆肥反应延缓所造成的臭味问题。有机废物发酵过程适宜的PH值为657512。133含水率厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究6在堆肥过程中，由于微生物只能摄取生命活动必须的溶解性养料，所以水分含量是好氧堆肥的关键因素。水分的多少应保证微生物的生化反应能以合适的速率稳定的进行，水分过高会引起堆层中空隙减少，氧气交换降低，微生物的活性降低。使堆肥的温度迅速达到有效
35、温度，起始含水率是非常关键的。建议通常为5055为最佳起始含水率13。134TOC和TN堆肥过程中碳源、氮源是微生物直接用来合成自身生命体的重要组成部分，有机物料中起始有效态碳、氮物质及分解过程中产生的碳、氮强烈地影响整个堆体的分解过程和氮的生物固定。碳在微生物新陈代谢过程中约有三分之二变成二氧化碳而被消耗掉，三分之一用于细胞质的合成，所以一部分碳被称为细菌的能源，而氮主要用于细胞原生质的合成14。135有机质在堆肥过程发生的各种生化反应中，有机质是微生物赖以生存和繁殖的基本条件，因此有机质的变化能在一定程度上反映出堆肥的进程，许多学者通过研究堆肥过程中有机质的降解率来判断堆肥的腐熟度15。1
36、4堆肥过程微生物及酶的作用141微生物降解有机质的机理堆肥是通过微生物细菌、放线菌和真菌的协同作用，将复杂的有机物降解为细胞可以吸收利用的小分子物质及腐殖质作为最终产品，并释放二氧化碳和能量、热3。微生物分解有机物的能力取决于它们所产生分解有机物酶的能力。底物越复杂，所需要的酶系统越广泛并具有综合性16。好氧堆肥处理是依靠垃圾中各类微生物细菌、真菌和放线菌在分解有机物的过程中交替出现，使堆温上升、下降，从分解水溶性有机物开始，逐渐分解难降解有机物如纤维素和木质素，并转化为腐殖质17。厨余垃圾好氧堆肥过程是在微生物及其分泌的酶作用下进行的。整个堆肥进程中，中期微生物量达到最大，随后微生物量降低，
37、这是由于堆肥后期有机物基本降解完，营养物质的缺乏导致微生物的死亡。随着可利用碳源的减少，堆肥后期微生物量递减并趋于稳定，其终值略高于堆肥初期18。142酶的性质和作用堆肥过程的本质是在微生物分泌酶的作用下，把有机物降解并进一步转化成腐殖质的生厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究7物化学过程，整个生物化学过程都是在酶参与下进行的酶促反应。酶具有高度专一性、多样性和催化的高效性。根据酶的活动部位，可将酶分为胞外酶和胞内酶。胞内酶是在细胞内起催化作用的酶在这一过程中，胞内酶种类较多。胞外酶是由微生物细胞产生并分泌到细胞外面进行催化活动的酶，通常催化聚合物质的降解，如植物聚合物、纤维素、木
38、质素等，使这些分解后的小分子物质穿透细胞质膜，实现降解19。在堆腐矿质化过程中，主要为水解酶类起作用，包括纤维素酶、蔗糖酶、脲酶等。在堆腐腐殖化过程中，主要为氧化还原酶类起作用，包括过氧化氢酶、脱氢酶、多酚氧化酶等。2材料与方法21实验材料本实验材料从宁波大学某餐厅采集，放于实验装置中堆肥。本论文对两批样进行了分析研究，批样一为纯厨余垃圾；批样2为厨余垃圾与风干碎化后的凤眼莲（俗称水葫芦）按21比例混合后形成的样。批样二加水葫芦是为了调节垃圾的含水率，与批样一形成对照。实验材料的初始性质见表21。表21实验材料的初始性质批样含水率PHBDMTNTPTOCC/N批样186533482517602
39、551852942批样260857141252230234502201622实验装置本次实验堆肥所用装置为卧式螺旋搅拌太阳能好氧堆肥器。实验堆肥工艺是间歇式好氧动态堆肥，即采用每天进料和每天出料的方式，堆肥原料在发酵装置内完成中温和高温发酵过程后出料；此系统中的物料处于一种间歇式翻动的动态情况下。具体来说，物料每天从进料口进料一次，每次30KG，进料的同时开动螺旋搅拌装置，物料沿螺纹方向呈推流式向前流动，轴每转动一圈，物料向前推进一个螺距。螺旋搅拌由电机驱动，通过减速器控制速度。经减速后，螺旋结构约10MIN旋转一周。实验装置设有通风供气系统，实验通风方式属于周边布气。通风供气系统包括气流缓冲
40、厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究8腔，发酵仓周边开设的通风孔和风机。结合堆体温度及堆体含氧量情况，选定通风量和通风频率为每46H通风2030MIN。实验中风机的参数如下表表22风机的相关参数名称风机型号工作电压最大工作压力排气量电机功率空气压缩机FCW58/2型220V07MPA180L/MIN11KW为保证堆体温度，提高堆肥效率，本实验利用太阳能加热。加热系统原理为利用太阳热水器吸收太阳光转化为热能将水加热，热水送入发酵仓底部的加热水箱内，再通过热传递方式将发酵仓内物料加热。天气不好时，启动辅助电加热系统直接将水箱内水加热。批样1堆肥系统只采用了太阳能辅助加热，批样2是采用太
41、阳能加热与电加热相结合的供热方式。实验装置图见下图图21卧式螺旋搅拌太阳能好氧堆肥器23各参数测定方法231温度的测定主要仪器温度计测定步骤每天在1430点对垃圾堆体进行测温。在先测完室温的情况下，分别测定两批样的堆体温度（注意温度计头需要进入垃圾堆体内，否则温度不准）。232含水率的测定主要设备搪瓷方盘、培养皿、称量纸、烘箱测定步骤将所取的样品分成三份，分别称重、记录，装入搪瓷方盘铺平，放入烘箱，在1055的温度下，使水分蒸发。样品在烘箱内应干燥至恒重，使两次称重差值不超过试样重量的4。厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究9含水率（）干燥前质量（G）干燥后质量（G）/干燥前质量（
42、G）100求三个试样的含水率平均数，得出样品的平均含水率。对进料样品、处理过程中取34次样品、出料样品都进行测定，然后绘制含水率时间曲线。233PH的测定仪器塑料瓶、蒸馏水、振荡机、PH计、容量瓶两个（1L）、电子称、玻璃棒、烧杯试剂苯二甲酸氢钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、蒸馏水校准试剂PH401校准缓冲液称取在105烘过的苯二甲酸氢钾1021克，用蒸馏水溶解后稀释至1升，即为PH401，浓度为005M的苯二甲酸氢钾溶液。PH687校准缓冲液称取在45烘过的磷酸二氢钾339克和无水磷酸氢二钠353克（或用带12个结晶水的磷酸氢二钠于干燥器中放置两周，使成为带2个结晶水的磷酸氢二钠，再经130烘成
43、无水磷酸氢二钠备用），溶解在蒸馏水中，定容至1升。测定步骤称取准备好的5G样品（干基），置于500ML瓶中，加入新鲜蒸馏水250ML。使固液比为150，加盖密封后，放在振荡机上（振荡频率11010R/MIN）于室温下，连续振荡30MIN，静置30MIN后，测上清液的PH值，每次取三个平行批样测定其PH值，差值不得大于015，否则应再取12个批样重复进行试验，取中位值报告结果。234TOC的测定主要仪器油浴锅、铁丝笼、硬质玻璃试管、锥形瓶50ML、滴定管、移液管10ML、5ML、分析天平等主要试剂重铬酸钾硫酸标准溶液、硫酸亚铁标准溶液、苯基代邻氨基苯甲酸、硫酸银、磷酸溶液等操作步骤1称取001G
44、（00005G）风干的样品，于试管中，加01G硫酸银，1000ML重铬酸钾硫酸标准溶液。在加入13ML上述溶液时，应将批样摇散，勿使结块。在试管口放一小漏斗，以防止加热时溶液溅出。2将一批试管插入铁丝笼中（内有空白样两个经500左右焙烧2H后磨细到80目的沉积物批样），将铁丝笼于1755加热，待试管内溶物沸腾5MIN后，取出铁丝笼，将试管外壁的油液擦净。3将试管内的溶液及残渣倒入250ML锥形瓶中，将冲洗小漏斗及试管的水并入锥形厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究10瓶中（控制总体积为6070ML）。加入5ML磷酸溶液用硫酸亚铁标准溶液滴定至黄色大部分腿去，加入23滴苯基代邻氨基苯
45、甲酸指示剂溶液，继续滴定至深液由紫色突变到绿色即为终点。4有机碳百分含量的计算2120003100FEOCCVVWM式中WOC沉积物干样中有机碳的含量，；CFE2硫酸亚铁标准溶液，MOL/L；V1滴定空白样时，硫酸亚铁标准溶液的用量，ML；V2滴定批样时，硫酸亚铁标准溶液的用量，ML；M批样的称取量，G。235TN的测定城市生活垃圾全氮测定半微量开氏法CJT1031999（1）实验原理试样在催化剂（即硫酸钾无水合硫酸铜与硒粉的混合物）的参与下，用浓硫酸消煮时，各种含氮有机化合物经过复杂的高温分解反应，转化为铵态氮，碱化蒸馏出来的氨用硼酸吸收后，以酸标准溶液滴定，计算出生活垃圾全氮含量（不包括全
46、部硝态氮）。用还原法和非还原法测定生活垃圾的氮含量，其结果很接近，因此对生活垃圾试样全氮的测定用开氏法是科学有效的。（2）主要试剂本实验所用蒸馏水均为无氨水，所用试剂凡没有指明规格者均为分析纯浓硫酸，184G/ML浓盐酸，119G/ML错误未找到引用源。无水碳酸钠（NA2CO3）基准试剂，使用前须经180干燥2H，并恒重2硼酸吸收液M/V40氢氧化钠溶液M/V002MOL/L盐酸标准溶液吸取167ML盐酸于100ML容量瓶中,并用蒸馏水稀释至刻度后摇匀,此溶液为20MOL/L盐酸溶液,吸取该溶液100ML于1000ML容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度后摇匀,然后用无水碳酸钠标定。厨余垃圾好氧堆肥过
47、程中微生物及酶活性变化规律研究11标定准确称取已干燥过的无水碳酸钠00200G精确至00001G于锥形瓶中加入25ML新煮沸并冷却的蒸馏水和滴指示剂,用002MOL/L盐酸标准溶液滴定至溶液由绿色变为淡紫色,记录消耗盐酸标准溶液的体积,按式计算盐酸标准溶液的浓度,标定结果需用双份试料取其平均值,同时做空白实验。0100021060053MMC00（VV）（VV）错误未找到引用源。式中C0盐酸标准溶液的浓度,MOL/LM称取无水碳酸钠的质量,GV试样所消耗盐酸标准溶液的体积,MLV0空白试样所消耗盐酸标准溶液的体积,ML2中和1MOL无水碳酸钠所需盐酸的摩尔数106无水碳酸钠的摩尔质量，G/MO
48、L所得结果应表示至四位小数。甲基红溴甲酚绿指示剂分别称取03G溴甲酚绿和02G甲基红精确至001G于研钵中,加入少量95乙醇研磨至指示剂全部溶解,用95乙醇稀释至100ML，可保存一个月。催化剂分别称取100G硫酸钾,10G五水合硫酸铜CUSO45H2O和1G硒粉于研钵中研细并充分混合均匀,贮存于磨口瓶中。3仪器A分析天平,感量为00001GB瓷研钵C硬质开氏烧瓶,容积500MLD半微量定氮蒸馏装置E半微量滴定管,容积5MLF）锥形瓶,容积150MLG四联可调电炉4实验步骤A试样的消解称取约05G试样精确至00001G,送入干燥的500ML开氏瓶底部,加入少量的蒸馏水湿润批样,2G加催化剂和5
49、ML浓硫酸,摇匀,瓶口盖一小漏斗,置调温电炉上低温加热,待瓶内反厨余垃圾好氧堆肥过程中微生物及酶活性变化规律研究12应缓和时约30MIN适当调高温度使溶液保持微沸,温度不宜过高,以硫酸蒸气在瓶颈上部1/3处冷凝回流为宜,待消解液全部变为灰白稍带绿色后,再继续消解1H,停止加热使其冷却。将上述冷却后的消解液全部转移到50ML容量瓶中,并用少量蒸馏水洗涤开氏瓶45次一并转移至容量瓶中,定容,摇匀,静置得到上清液A。B氨的蒸馏安装好蒸馏装置，见装置图，圆底烧瓶内加数粒玻璃珠，并检查其是否漏气后，用蒸馏水代替批样进行空白蒸馏，并通过水的馏出液将管道洗净（约30MIN）。于150ML锥形瓶中加入25ML硼酸吸收液并滴加2滴指示剂,将蒸馏装置的冷凝管末端深入到吸收液面以下1CM处,然后吸取25ML上清液A于蒸馏室内,缓缓加入10ML氢氧化钠溶液,启动蒸汽发生器,进行水蒸气蒸馏,馏出液体积约50ML时用PH试纸测馏出液为中性时,蒸馏结束,用少量硼酸吸收液洗涤冷凝管末端。用已标定好的盐酸标准溶液滴定馏出液,溶液由绿色变为淡紫色,记录所用盐酸标准溶液体积。空白实验空白实验与批
