论文总字数：14213字

摘 要

Abstract 2

第一章 前言 3

1.1 厨余垃圾的风险 3

1.2 当前厨余垃圾的处理技术及局限 3

1.3复合微生物菌剂的应用 4

1.4 我国菌剂研究现状 4

1.5 好氧堆肥原理 5

1.6实验研究目的 6

第二章 实验材料和方法 6

2.1菌源 6

2.2培养基的配比 6

2.3仪器与设备 7

2.4实验方法 8

2.4.1菌种的分离纯化 8

2.4.2高效降解菌株的筛选 9

2.4.3拮抗性实验 9

2.4.4混合培养 9

2.4.5优化发酵条件 10

第三章 结果与讨论 11

3.1菌种分离结果 11

3.2高效降解菌种筛选结果 12

3.2.1淀粉的降解筛选结果 12

3.2.2脂肪的降解筛选结果 12

3.2.3蛋白质的降解筛选结果 12

3.2.4 纤维素的降解筛选结果 13

3.3拮抗性实验结果 13

3.4发酵条件优化结果 14

3.4.1回归方程与方差分析 14

3.4.2 3D图及等高线分析 14

3.4.3 发酵条件的最终确定 15

第四章 不足与展望 16

参考文献 17

致谢 19

复合微生物菌剂的制备及其在厨余垃圾好氧堆肥中的应用研究

摘 要

厨余垃圾是最常见的人为有机垃圾，主要化学成分是淀粉、蛋白质、脂肪、纤维素等。目前，已经引起一系列环境问题和社会问题。利用微生物处理厨余垃圾进行好氧堆肥，符合三个处理原则，是一种较好的厨余垃圾处理方法。本研究以实验室提供的未知菌剂作为菌源，分离纯化得到高效降解其主要成分的菌株9个，对这些菌株进行拮抗性试验，发现无拮抗作用后将9个菌株用混合发酵培养基混合培养，利用响应面法分析培养温度、培养时间、通气情况对活菌数的影响，用稀释平板涂布法测定活菌数。通过实验发现最优的发酵条件为：培养温度为35℃、培养时间为120h、通气条件为间歇振荡，此时菌液的活菌数最多。

关键词： 厨余垃圾 混合培养 响应面

Preparation of Compound Microbial Inoculant and Its Application in Aerobic Composting of Kitchen Waste

Abstract

Kitchen waste is the most common man-made organic waste. Its main chemical components are starch, protein, fat, cellulose and so on.At present, it has led to serious urban environmental problems.Using microorganism to treat kitchen waste for aerobic composting conforms to three principles and is a better method to treat kitchen waste.In this study, nine strains were isolated and purified from unknown bacterial agents provided by the laboratory.Antagonistic tests were carried out on these strains,After no antagonism was found, 9 strains were mixed cultured in mixed fermentation medium.Response surface methodology (RSM) was used to analyze the effects of culture temperature, culture time and ventilation on the number of viable bacteria, and dilution plate coating method was used to determine the number of viable bacteria.The optimum fermentation conditions were as follows: incubation temperature was 35 C, incubation time was 120 h, and aeration condition was intermittent oscillation. At this time, the number of viable bacteria was the largest.

Key words: Kitchen Waste ； Mixed culture ；response surface

第一章 前言

1.1 厨余垃圾的风险

食品在加工过程和食用后留下的垃圾，如果皮、剩饭剩菜、蛋壳、骨头等都属于厨余垃圾。它在城市中可以占到垃圾比例的一半以上，全球人口增长和城市化发展，厨余垃圾的年产量也随之增加^[1]。但因为它看起来并没有化学药品等危害大，人们通常并不重视其处理，将它和其他垃圾混合处理，不做分类。所以目前，大量的厨余垃圾已经引发一系列严重的环境和社会问题。厨余垃圾含水量极高，导致运输和收集不方便。热值低，不适合焚烧处理。垃圾中的水分渗透进地表，污染了土壤和地下水^[2]；通常有机质含量可以达到干重的八成以上，容易引起腐烂变质，会产生大量的挥发性气体（如NH₃、H₂S等）不仅气味难闻还会引起空气污染。微生物会大量繁殖，滋生出大量的霉菌毒素导致疾病传播^[3]。更是有无良商家回收生产地沟油，这其中含有黄曲霉素等大量致癌物质，长期食用危害人体健康。

1.2 当前厨余垃圾的处理技术及局限

现在社会上应用的主要厨余垃圾的处理技术有两类，分别是非生物处理技术和生物处理技术。其中非生物处理技术包括将垃圾物理粉碎排入污水系统后处理、与其他垃圾一起填埋进地下、收集送到焚烧炉中焚烧等。生物处理技术是指利用微生物降解有机物，包括好氧堆肥处理，厌氧消化技术等^[4]。相比较而言，它更加环保无公害，能够实现废弃物再利用，是目前的一个研究热点。目前，处理厨余垃圾普遍遵循“三化”原则，即无害化、减量化、资源化。传统的填埋、焚烧等技术各自有局限。粉碎直排将垃圾粉碎后直接冲入地下水管加重城市中污水系统处理负担，垃圾中的大量油脂容易结块堵塞管道，长期累积对管道伤害大且处理效率低，填埋指将厨余垃圾和其他垃圾一样埋入地下，依靠微生物分解。但这样会使垃圾中的水污染地下水并且微生物厌氧分解会产生沼气，有爆炸的风险，垃圾中的资源没有合理回收导致浪费。焚烧指利有焚烧炉中的高温使垃圾中的有机物分解，但处理时由于垃圾热值低，需要加入辅助材料一起灼烧，会在炉中产生大量有害气体，需要有有效的尾气处理手段。以上方法都不能满足三个原则^[5]。厨余垃圾理化性质可能会受到各地经济，气候，饮食习惯、环境等因素的影响，但化学成分主要都是有机物（脂类、淀粉、蛋白质、纤维素）等，营养成分丰富，C/N 比较低，微量元素较多，可以为微生物的生长提供很好的营养物质^[6]。因此，作为堆肥原料十分合适。但同时有一些问题需要解决：相比于非生物处理法来说，堆肥的处理周期更长，对降解菌种及微生物菌剂提出了很高的要求^[7]；堆肥时可能会对场地造成污染，增加处理成本。厨余垃圾油脂和盐分含量高，会抑制微生物的生长作用，进而影响堆肥效果^[8]。

1.3复合微生物菌剂的应用

近年来，复合微生物菌剂由于其作用效果好、稳定、适应性强等特点被应用于厨余垃圾的降解^[9]。国内外的研究人员都对其进行了一定的研究。复合菌剂是一种将两种或两种以上微生物（功能不同）以合适的比例混合培养，加入载体制成的菌剂^[10]。成分相对复杂，微生物既可以发挥各自的作用又能联动发挥群体的作用， 从而达到很好的应用效果。国外的研究较早，上个世纪七十年代至今，国外已研制出一系列复合菌剂并大规模生产和应用。主要应用于污水净化、有机物的降解、工业废水的处理等方面^[11]。应用最广泛的是日本教授于上个世纪八十年代研制的EM菌剂。可以有效清除腐败垃圾，与此同时产生的有机小分子可以促进植物生长，增加土地肥力。已被研究和开发用于净化生活污水，处理工业废水，有机物和园林废弃物的降解。目前已广泛应用于90多个国家，包括农业生产、园林废弃物处理和土壤肥力改良，1990s被引进国内^[12]。Acorn Biotechnica公司研制了一个系列的复合菌剂，可有效促进厨余垃圾中油脂，淀粉，纤维素，蛋白质等的降解^[13]。

1.4 我国菌剂研究现状

我国关于菌剂的研究虽然相对来说起步较晚，但目前也取得了一定进展。席北斗等比较筛选出的菌株的酶活性，最终找到一组高效的菌株，并确定了各菌种的配比。后期用该菌剂进行了一些研究，发现当初始条件为：C/N为30，55%含水率时，挥发性气体的量会减少，堆肥效率也可以明显提高^[14]。黄勇等通过对从厨余垃圾堆肥地中筛选出高效菌种并制得复合菌剂进行试验，结果显示可以极大的减少挥发性有机物的产生^[15]。杨占春等尝试研制耐热菌和嗜热菌为主的菌剂在高温下进行堆肥^[16]。耿冬梅等筛选能够在高温条件下生存的的好氧菌群，运用了分离培养的方法，并且对堆肥产生的菌数总量和碳氮比进行监测调控，同时开展对照试验进行比对。结果显示，接种后可以更快的达到高温，同时高温的时间会延长，使得有机质降解速度加快，从而缩短堆肥周期^[17]。到目前为止，国内关于复合菌剂的研究主要在应用效果这方面，关于作用机制和各菌群相互关系方面的研究不多；虽然也研制了一些复合菌剂，但对混合培养的研究还不够深入，使得菌剂难以保持稳定性^[18]。

1.5 好氧堆肥原理

存在氧气的情况下，好氧菌群对厨余垃圾进行有机物的降解。可溶性的小分子物质可以直接被生物膜吸收，大分子被产生的酶分解后，参与到微生物的新陈代谢，最终腐熟成熟，成为有机肥料^[19]。整个过程涉及到很多复杂的生化反应。因此，反应机制的研究就显得十分困难。整个堆肥过程可以大致分为三个阶段，分别是产热阶段、高温阶段和降温腐熟阶段^[20]。产热阶段指在开始时堆肥中的温度逐步上升到45摄氏度时，以嗜温微生物为主分解淀粉和糖。高温阶段时，随着温度的进一步上升，禁受不住高温的微生物开始死亡，嗜热微生物的活性却逐步，在这一过程中，蛋白质，纤维素等物质开始被分解。直至继续升温到65摄氏度以上，高温杀死大量微生物。腐熟阶段在高温杀死微生物后，温度降低，残余微生物进一步分解，有机物稳定，耗氧量下降。影响好氧堆肥结果的主要因素有垃圾中有机成分的含量，含水量，初始的碳氮比值，温度，pH，氧气含量^[21]。有机质含量过低产生热量少，不能维持降解过程。含水量过低无法满足微生物在降解过程中的需要，过高降低分解速度。初始碳氮比过高，限制微生物的生长，氮素供应过大会转化成氨气挥发流失，过低则导致可供微生物消耗的能源少。pH,温度过高过低都会影响酶的活性，从而影响发酵速率，延长堆肥周期^[22]。好氧微生物的生存依赖于氧气，充足的氧气能加快堆肥腐熟。

1.6实验研究目的

菌剂的选择和稳定性是厨余垃圾好氧堆肥效果好坏的关键。 国内现在大量使用的复合菌剂主要来自于国外。但我国与西方国家的饮食习惯存在明显不同， 厨余垃圾的成分因此就会有区别，所以菌剂可能达不到预期的效果^[23]。因此本研究的目的是研制出适合国内的厨余垃圾高效堆肥复合菌剂，以实验室提供的菌剂作为菌源，由于堆肥过程中温度可以达到60℃，所以首先从中筛选出嗜高温的菌株，再从这些菌株中进一步分离筛选得到高效降解菌株，最终通过混合培养得到最适配比后制备复合微生物菌剂。

第二章 实验材料和方法

2.1菌源

实验室不明成分的菌剂

2.2培养基的配比

分离菌株时使用的培养基：

营养琼脂培养基（W / V）：蛋白胨1%，NaCl 0.5%，牛肉膏0.3%，加入无菌水到1000ml，pH7.2-7.5。配制固体培养基时每升称取营养琼脂33g。

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