功能微生物在污泥堆肥中的应用研究

第十一届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品
功能微生物在污泥堆肥中的应用研究
龚进,张大坤,廖杰,曾鸿雁
(西南科技大学生命科学与工程学院，绵阳 四川 621010)
摘要: 利用微生物作用，通过添加不同剂量的衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、高产淀粉酶枯草 芽孢杆菌、高产纤维素酶枯草芽孢杆菌，实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化。本研 究通过对污泥表观、含水率、有机质、全氮磷钾和粪大肠菌群数的变化为考察指标，找到有 效的微生物菌剂组合为 10%多粘芽孢杆菌、10%高产淀粉酶枯草芽孢杆菌、10%高产纤维素酶枯 草芽孢杆菌的组合。 关键词:微生物 高温堆肥 污泥 有机肥
污泥
来自西南科技大学污水处理厂经脱水处理后的污泥 表 1 污泥基本性质 有机质 46.14% 总氮 2.74% 总磷 （P2O5） 1.91% 总钾 1.34% 蛔虫卵 14 有害菌 4 （×10 个/ml） 303
1.1.3
堆肥容器为 400mm 长φ 750mm×2.5mm PVC-U 管，外层用塑料膜包好， 插在泡沫板层中；堆肥体积离管口 50mm；
高产淀粉酶枯 草芽孢杆菌 0% 5% 10%
高产纤维素酶 枯草芽孢杆菌 0% 5% 10%
表 3 3 （9）正交表 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 地衣芽孢杆菌 的接种量(%) 1 1 1 2 2 2 3 3 3 多粘芽孢杆菌的 接种量(%) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 高产淀粉酶 枯草芽孢杆菌的 接种量(%) 1 2 3 2 3 1 3 1 2 高产纤维素酶枯 草芽孢杆菌的接 种量(%) 1 2 3 3 1 2 2 3 1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3.1.3
通过精密 pH 试纸法测定污泥堆肥前后的 pH 值均为 7-8，说明实验菌种 未在很大程度上改变污泥的酸碱度。
酸碱度
3.2
污泥成分
表 4 污泥堆肥前后成分含量 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 对照 污泥含水率的平 均值(%) 87.53±0.61 86.65±0.05 85.70±0.05 86.18±0.09 86.35±0.01 86.61±0.06 85.91±0.03 85.91±0.03 86.34±0.01 85.51±0.08 有机质含量 (%) 44.59±0.67 37.76±0.57 30.94±0.16 32.90±0.46 40.66±0.88 39.73±0.83 35.80±0.51 34.87±0.47 42.63±0.16 46.14±0.10 全氮（N）含 量(%) 2.84±0.04 3.16±0.02 3.49±0.02 3.24±0.02 3.31±0.02 2.93±0.02 3.37±0.02 3.02±0.02 3.07±0.02 2.76±0.02 全磷（P2O5） 含量(%) 2.11±0.02 2.31±0.02 3.55±0.02 2.92±0.02 3.32±0.02 3.15±0.02 3.75±0.02 2.51±0.02 2.72±0.02 1.91±0.02
2.2.2
有机质含量
重络酸钾容量法（水合热法）
3
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2.2.3
a b c
全氮磷钾
全氮的测定 全磷的测定 全钾的测定 浓硫酸：60%高氯酸消化，凯氏定氮法 浓硫酸：60%高氯酸消化，偏钼磷黄光吸光度法 氢氟酸-高氯酸消煮法，火焰光度法
2.3
2.3.1
1）实验前后污泥样品中含水率在 85%与 88%之间，样品中含水率变化很小，但堆肥后有 所升高。按照理论应该是实验后的污泥含水率要减少，因为微生物发酵过程中产生的热量，
4
第十一届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 是以带走污泥水分的方式消散掉，从而达到干化污泥的目的。根据分析，导致上述表中结果 可能是因为外加菌液使污泥的含水率升高，而且微生物发酵产热并未能带走足够多的水分。 2）表中有机质含量从低到高依次是： 3<4<8<7<2<6<5<9<1<对照，实验过程中污泥中有 机质含量从 46.14%减少到 30.94％，实验中减少了 15 个百分点以上，说明加入的菌剂对降解 有机质的作用明显。由于菌剂投加比例组合不同造成有机质减少的幅度不同，其中第 3 组污 泥堆肥后有机质减少幅度最大，说明这种组合的复合微生物菌剂较其他降解有机质的作用最 大。 3）全氮含量从高到底依次是：3>7>5>4>2>9>8>6>1>对照，实验后样品中全氮含量较实 验前升高，说明加入的菌剂均能起到一定保存和转化氮的作用。其中，第 3 组污泥实验后全 氮含量增加最多，说明第 3 组复合微生物菌剂对污泥中氮含量保存和转化的影响最大；而第 1 组为空白对照，没有添加实验菌，试验后全氮含量仍然有所增加，说明污泥中原生菌在实验 过程中也可固定和转化氮。 4）全磷含量从高到低依次是：7>3>5>6>4>9>8>2>1>对照。可以看出试验后全磷含量增 加，说明加入的菌剂均能起到一定转化、溶磷的作用。其中，第 7 组全磷含量增加最多，说 明第七组复合微生物菌剂最有利于污泥中磷溶解和转化；第一组中可以知道污泥中有些原生 菌也可以使污泥中全磷含量在一定程度上增加。 综上所述，第 3 组为最优实验结果，说明实验菌剂组合最有利于污泥堆肥化。由此可见， 实验添加菌有明显促进污泥堆肥化的作用，极大程度上降解污泥中有机质，增加污泥中无机 氮、磷的含量，达到有机质降解的目的。
2
第十一届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 污泥质量比 0%、5%、10%，4 因素则指地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、高产淀粉酶枯草芽 孢杆菌、高产纤维素酶枯草芽孢杆菌 4 种不同的菌种 表 2 正交因素水平表 因素 水平 1 2 3 地衣芽孢杆菌 0% 5% 10%
4
多粘芽孢杆菌 0% 5% 10%
活菌数的测定
3
3.1
结果和讨论
表观特征
3.1.1 外观
污泥由深褐色转变为土黄色， 由局部呈黏稠状转变为疏松的具有一定结构的 状态，强烈刺激性气味趋于平淡。上述试验后的污泥表观均符合典型腐熟堆肥的特征,说明接 种芽孢杆菌菌种有利于污泥的堆肥化转变。主要是因为菌种利用污泥中的有机环境进行新城 代谢，从而改变了污泥中的组成成分，结果呈现上述试验后的表观。
1.2.2
不同微生物组合对堆肥发酵的影响
（1） 取斜面保存的地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、高产淀粉酶枯草芽孢杆菌、高产纤维 素酶枯草芽孢杆菌菌体斜面，以体积分数 10％的接种量分别接入装有液体培养基的三角 瓶中，在 37℃，160rpm 振荡频率条件下进行摇床培养 16h，作为种子液。 4 （2） 本实验采用 3 （9）正交表进行设计，3 水平指实验的四种菌的接种量为菌液体积：
3.1.2 温度
本实验每次测量出的堆体实际温度 16±0.5℃；室温 14±0.5℃。但温度是 判定堆肥能否达到无害化要求的重要指标之一，因为污泥温度升高一定幅度，其中大部分有 害微生物死亡，达到灭菌的目的。本实验选取的耐热细菌在这个温度范围内不会受此影响， 不会影响实验。数据显示实验菌种没能达到目的。
有害微生物的检测
蛔虫卵数测定 称取污泥样品进行震荡分离,加蒸馏水反复离心沉淀,反复进行 三次,以达到分离蛔虫卵彻底；加入饱和 NaNO3 溶液进行离心漂浮；反复进行直到液膜涂片观 察不到蛔虫卵为止。在通过抽虑镜检和虫卵培养确定蛔虫卵总数和活蛔虫卵数，计算蛔虫卵 的死亡率。 2.3.2
稀释涂平板法， 在伊红美蓝琼脂平板上涂平板， 进行菌落计数。 大肠菌群在伊红美兰琼脂培养基上其典型菌落是呈深紫色、圆形、边缘整齐、表面光滑、湿 润、常具有金属光泽，或呈紫黑色不带或略带金属光泽及粉紫色，中心较深的菌落。
引言
污泥是污水处理过程中产生的沉淀物质，它包括污水中的泥砂、纤维、动植物残体等固 体颗粒及其凝结的絮状物，各种胶体、有机物及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵、杂 草种子等综合固体物质。目前世界上 80％以上的污水处理厂应用的是活性污泥法处理污水， 它最大的弊端就是处理污水的同时产生惊人的大量剩余污泥。这些污泥一般富含有机物、有 害病菌、重金属等，若不加处理随意堆放，将对周围环境产生新的污染。污泥问题日益显得 突出的原因在于早期建设的一批污水处理厂在长期摸索和试验后，仍然没有找到好的处置方 案，而用于堆放、弃置、填埋的资源越来越少，各地环保部门的监管力度加强，而我国的污 水处理正在以前所未有的速度发展和扩大，污泥的处理处置和利用已经越来越成为我国急需 解决的大问题。 从世界范围看，城市污泥的处理处置方法主要有焚烧、填埋、投海和堆肥等多种形式。 焚烧法的技术与设备复杂，能耗大，投资高，并伴有大气污染问题；填埋法受到用地的限制； 投海会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链会造成威胁，国际公约已明令禁止；用堆肥 法处理后的城市污泥进行农业利用，具有经济简便、可资源化等优点，已经引起广泛重视， 是目前呼声最高的处理途径。 自九十年代以来，重新施用有机肥料已经成为农业持续发展亟待解决的问题。根据农业 部门的研究，为使耕地的地力得到合理利用和维持，有机肥和无机肥的施用比例应以 2：1 为 宜，按照这一要求，我国农业生产中的有机肥年需求量为 12000 万吨。同时考虑林业生产和 城市绿化方面的需要，至 2010 年各类工业化生产的有机肥年需求量为 10000 万吨。由此可见 有机复合肥在我国有着巨大的市场容量。 由于城市污水处理厂的污泥中主要成份为有机物， 因而其本身就是很好的农用有机肥原料，可进行综合利用，将其变废为利。 高温堆肥技术是利用不同功能微生物在自然堆肥条件下，使污泥在一定长的时间内产生 发酵、升温并熟化，通过提高温度的作用有效杀灭污泥中的有害微生物和病原体，使很大一 部分水分得到蒸发，将重金属从可溶态变为不可溶态，从而获得符合农用要求的有机肥，实 现废物循环利用。本研究利用不同方法处理微生物，诱变驯化筛选针对性强的菌株，优化复 合微生物菌剂配方，以期缩短污泥高温堆肥的发酵周期，延长高温期，提高其腐熟度，快速 还原重金属。为污泥的有效利用提供高效微生物菌种。