有机废物好氧堆肥实验

有机废物好氧堆肥实验

【实验目的】

1.通过参与好氧堆肥实验装置的建立和全过程参数检测，了解作为有机废

物无害化。资源化处理处置方法之一的堆肥技术的典型过程及技术特征。

2.通过已掌握的微生物群落检测、计数方法，了解堆肥不同过程的微生物

学变化特征。

3.掌握堆肥腐熟度检测方法之一的种子发芽率和发芽指数法。

【实验原理】

堆肥化（composting）是指依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，或是通过人工接种待定功能的菌，在一定工况条件下，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，其实质是一种生物代谢过程。废物经过堆肥化处理，制得的成品称堆肥（compost）。

好氧堆肥中底物的降解是细菌、放线菌和真菌等多种微生物共同作用的结果，在一个完整的好氧高温堆肥的各个阶段，微生物的群落结构演替非常迅速，即在堆肥这个动态过程中，占优势的微生物区系随着不同堆肥阶段的温度，含水率，好氧速率，pH值等理化性质的改变进行着相应的演替。

本实验通过学生全过程参与好氧堆肥装置的建立和关键参数检测，了解作为有机废物无害化、资源化处理处置方法之一的堆肥技术的典型过程及技术特征，掌握堆肥关键参数的检测方法，主要包括以下三部分内容：

1.堆肥过程特征参数检测分析：包括堆温、pH、气体成分和含量变化监测

2.堆肥过程微生物群落变化分析：采用平板计数法检测微生物种群的数量

来研究高温阶段和堆肥腐熟阶段微生物种群结构和数量的变化，包括细菌、放线菌、真菌以及纤维素分解菌。

3.堆肥腐熟度检测：堆肥腐熟度是指堆肥产品的稳定程度。判断堆肥腐熟

度的指标包括物理学指标、化学指标（包括腐殖质）和生物学指标。其中简单的判断堆肥腐熟的方法包括：

1)根据外观和气味：在堆肥化过程中，物料的色度和气味的变化反映出微

生物的活跃程度。对于正常的堆肥过程，随着进程的不断推进，堆肥物料的颜色逐渐发黑，腐熟后的堆肥产品呈黑褐色或黑色，气味由最初的氨味转变成土腥味。Sugahara等提出一种简单的技术用于检测堆肥产品的色度，并回归出一关系式：

⁄)+8.13（R2=0.749）

Y=(0.388C N

其中Y是响应值（颜色分析值）；他们认为Y值为11~13的堆肥产品是腐熟的。使用该法时要注意取样的代表性。不过，堆肥的色度显然受其原料成分的影响，很难建立统一的色度标准以判断各种堆肥的腐熟程度。

2)根据发酵温度：前期发酵的终点温度（40~50℃）与有机质分解速率一样

是微生物活动的尺度。温度的变化与堆肥过程中的微生物代谢活性有关，研究表明二者之间的关系可用如下关系式表示：

K T=K20θ(T−20)

（K T、K20分别为温度在T、20℃时的呼吸速率，θ：常数）。

当微生物活动减弱时，热量的上升率也相应下降，导致堆肥的温度下降。

但不同堆肥系统的温度变化差别显著。由于堆体为非均相体系，其各个区域的温度分布不均衡，限制了温度作为腐熟度定量指标的应用。国际上一些学者提出，某一堆肥系统在经过一次高温后，如果在最佳的工况条件下也不能再次升温，则可判断该系统基本达到腐熟。

3)种子发芽指数（GI）：未腐熟的堆肥含有植物毒性物质，对植物的生长产

生抑制作用，因此，考虑到堆肥腐熟度的实用意义，植物生长实验应是评价堆肥腐熟度的最终和最具说服力的方法。一般来讲，当堆肥水浸提液cress 种子发芽指数（GI）达到或超过50%时，可以认为堆肥已基本腐熟，对于种子的发芽基本无毒性。本实验中用黑麦草种子发芽指数对秸秆和厨余废物好氧公堆肥产物的植物毒性进行评判和比较。

【实验设备与材料】

1.恒温生化培养箱

2.干燥箱

3.恒温摇床

4.pH计

5.灭菌锅

6.菌落计数仪

7.电子天平

8.培养皿，试管，玻璃三角瓶，移液管，玻璃刮刀，白磁板等若干

9.（温度、氧气）在线监测式好氧堆肥反应器

所用培养基主要有：

1.营养琼脂（用于总细菌的计数）

2.UBA琼脂（用于放线菌的计数）

3.孟加拉红琼脂（用于真菌的计数）

4.滤纸条纤维素培养基（用于纤维素分解菌的计数）

【实验内容】

1.堆肥过程特征参数的监测与分析

1)100L堆肥反应器的准备（由实验室进行），样本1为处于高温阶段的堆

肥，样本2为处于稳定期（腐熟度）的堆肥。堆料为6：4：1（重量比）的花卉秸秆、蔬菜废物和土壤。

2)堆温检测：用温度探头检测堆体中部的温度，并从数字控制显示器读取

数据，监测时间为每隔6小时一次（每天15、21、3、9时），持续过程为16次（4天）。

3)堆料pH变化：从堆体中取出10g样，用蒸馏水配成固液比5%的悬浮液，

摇床振荡10min后左右，用pH计检测。

4)堆体出气口O2和CO2变化：将气体监测仪的探头深入反应器的出气口

15cm处，从仪器的显示器读取稳定后的数据，监测时间为每隔6小时一次（每天15、21、3、9时），持续过程为16次（4天）。

2.平板稀释法检测不同堆肥微生物区系

1)以无菌操作称取25g堆肥样品，放入装有225mL灭菌生理盐水的灭菌锥

形瓶内，于200r/min恒温摇床中振荡15~20min，制成1：10样品匀液（悬浊液）。

2)将样品进一步做倍比稀释，即用灭菌吸管吸取5mL样品，放入装有45mL 灭菌生理盐水的灭菌锥形瓶内，经充分振摇制成1：10样品匀液。同时进行逐级稀释，直至获得适宜的稀释度。

3)取不同稀释度的稀释液0.1mL均匀滴于不同的选择性培养基上，用玻璃刮刀使其均匀涂布于培养基表面，分别计数细菌（牛肉膏蛋白胨琼脂培养基）、放线菌（高氏一号培养基）和真菌（査氏培养基）的数目。

4)将涂布接种后的平板倒置在适温培养箱中培养3~5天，选取菌落分布均匀且平均菌落数在30~300之间者进行计数。

5)另称取25g样品，置于105℃下烘干至恒重，算出样品的含水率，用干重表示底物中的含菌量：

每克干物质的含菌数=每克新鲜物质中的菌数×含水率

3.3试管MPN法检测纤维素分解菌的种群密度

1)将样品按上述方法进行逐级稀释后，取不同稀释度的稀释液1mL，无菌操作接种于装有已灭菌的9 mL依姆涅茨基纤维素分解菌培养基中。每个稀释度的重复接种3管。

2)30℃恒温培养14d，检查各试管中滤纸条上出现的菌落、滤纸的断裂情况和滤纸上产生的色素和黏液，记录观察结果。有明显的微生物生长和滤纸条断裂的试管记为+结果

3)MPN的计算

MPN法又称最可能数法或最近似值法，是用统计学方法来计算样品中某种待测菌含量的一种方法。此方法适用于那些利用平板培养法不能进行活菌计数，却很容易在液体培养基中生长并被检测出来的微生物。其计算原理遵循常规查表法中的Ziegler方程。本实验采用MPN法检测堆肥不同阶段纤维素分解菌的种群密度。

4.堆肥腐熟度检测