1、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
2、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
3、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
4、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、
5、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，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
6、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
7、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
8、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148
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