許麗娟，王 震，吳迎奔，陳 薇，許 雋，賀月林

(湖南省微生物研究院，湖南 長沙 410009)

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城市生活垃圾除臭微生物菌群的篩選

許麗娟，王 震，吳迎奔，陳 薇，許 雋，賀月林*

(湖南省微生物研究院，湖南 長沙 410009)

摘要：以氨和硫化氫的去除率為考評指標，從生活垃圾中篩選出4株高效除臭菌株，根據(jù)各菌對氨和硫化氫去除能力的差異及菌株間功能互補作用，能動地構(gòu)建了4個微生物除臭菌群，在實驗室條件下進行了除臭試驗及室內(nèi)垃圾除臭試驗，結(jié)果表明：菌群1(由干酪乳桿菌和釀酒酵母組成)的除臭效果最好，在實驗室條件下對氨的去除率達88.3%、硫化氫的去除率達75.3%；在垃圾除臭試驗中，該菌群也有效地降低了垃圾的惡臭味。

關(guān)鍵詞：城市生活垃圾；除臭菌群；篩選

隨著城市規(guī)模的不斷擴大，人口的高度集中，城市生活垃圾也日益增多，人均年產(chǎn)垃圾為450 kg左右，并且以每年不低于8%的速度遞增[1]。我國城市生活垃圾年清運量約為1.6億t[2]。而這些垃圾在轉(zhuǎn)運、堆放處理的過程中會產(chǎn)生大量的惡臭氣體，雖然不同地區(qū)產(chǎn)生的生活垃圾主要成分有所區(qū)別，但經(jīng)氣相色譜檢測表明，城市生活垃圾臭氣的主要成分為氨(NH3)和硫化氫(H2S)[1-3]。這些惡臭氣體除了對嗅覺產(chǎn)生心理厭惡等不愉快的感覺外，還會對人體呼吸、消化、心血管、內(nèi)分泌及神經(jīng)系統(tǒng)造成不同程度的毒害[4]。因此，臭氣污染治理也變得越來越迫切。以前常用的脫臭方法有液體吸收法、直接燃燒法、催化氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法、吸附法、掩蔽法等[5]，但是這些方法都存在各種不足。而微生物除臭具有投資少、處理費用低、維護管理簡單、操作方便等優(yōu)勢，對低濃度、大流量的惡臭氣體，尤其是水溶性較好的污染物有很好的除臭效果，無再生物和其他后處理，不會造成二次污染。因此微生物除臭已成為垃圾除臭發(fā)展的趨勢所在[6-7]。筆者從城市生活垃圾填埋場污泥及滲濾液中分離篩選出了4株高效除臭菌株，根據(jù)各菌株對氨和硫化氫的去除差異及各菌功能互補作用能動地構(gòu)建了微生物除臭菌群，并研究了菌群對生活垃圾的除臭效果，以期為城市生活垃圾的微生物除臭提供參考，同時為臭氣污染治理提供菌種資源。

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1菌種來源采用劃線法和涂布法，從城市生活垃圾填埋場污泥及滲濾液中分離篩選純化出高效的除臭菌株4株，并將各菌株進行菌落及菌體形態(tài)學、生理生化和分子生物學方法鑒定，分別是干酪乳桿菌(LDJ)、枯草芽孢桿菌(BS-1)、釀酒酵母(JZ-6)、排硫硫桿菌(TS-1)，均由本實驗室保藏。

1.1.2培養(yǎng)基MRS培養(yǎng)基：蛋白胨10 g，牛肉膏10 g，酵母膏5 g，檸檬酸氫二銨2.0 g，葡萄糖20 g，無水乙酸鈉5.0 g，磷酸氫二鉀2.0 g，硫酸鎂0.58 g，硫酸錳0.25 g，水1000 mL，pH 6.2～6.6。

PDA培養(yǎng)基：土豆200 g，蔗糖20 g，酵母膏2 g，磷酸二氫鉀2 g，硫酸鎂1 g，水1000 mL，pH 6.2～6.6。

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，氯化鈉5 g，水1000 mL，pH 7.2～7.4。

1.2試驗方法

1.2.1除臭菌群的構(gòu)建根據(jù)各菌對氨和硫化氫去除能力的差異及菌株間功能互補作用，能動地構(gòu)建了4個菌群，分別是菌群1(LDJ、JZ-6)、菌群2(LDJ、TS-1)、菌群3(BS-1、JZ-6)、菌群4(BS-1、TS-1)。菌群制備：按菌體活菌數(shù)1∶1進行混配后用于后續(xù)除臭試驗。

1.2.2除臭菌株間的拮抗試驗將干酪乳桿菌(或其他菌株)稀釋后取1 mL稀釋液于滅菌的平皿中，倒入MRS培養(yǎng)基混勻待凝固后，(1)加上牛津杯，再往牛津杯中加入其他菌液，置于35 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)；(2)或直接將菌種接于凝固的平板上，將平板倒置于35 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，2 d后觀察試驗結(jié)果。

1.2.3除臭菌群的篩選氨去除試驗：取18 mL菌液于2 L大燒杯中，并加入500 mg/L的氨水2 mL；再往大燒杯中放入裝有20 mL 0.005 mol/L硫酸吸收液的50 mL小燒杯，蓋上雙層塑料薄膜密封。

硫化氫去除試驗：取10 mL菌液于2 L大燒杯中，并加入10 mg/L的硫化氫溶液10 mL，再往大燒杯中放入裝有20 mL氫氧化鎘吸收液的50 mL小燒杯，蓋上雙層塑料薄膜密封[6]。

以上處理均以等量的無菌水作為對照，每個處理重復3次，置于30 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。24 h后，取出小燒杯檢測氨或硫化氫的濃度。氨的測定采用納氏試劑比色法[8]，硫化氫的測定采用亞甲基藍比色法[9]。

1.2.4菌群pH值的測定用PHS-2F型數(shù)字pH計檢測各菌群的pH值。

1.2.5室內(nèi)垃圾除臭試驗試驗取城市生活垃圾填埋場的生活垃圾為惡臭源。將垃圾拌勻后分裝于20 L無蓋的塑料桶中(桶直徑為45 cm，高50 cm)，每桶裝量為7～8 kg，桶中垃圾高度為40 cm。接種量為10%，稀釋10倍后均勻噴施于垃圾中。試驗設(shè)5個處理：菌群1(LDJ、JZ-6)、菌群2(LDJ、TS-1)、菌群3(BS-1、JZ-6)、空白對照(CK1)、加自來水對照(CK2)。各處理重復3次。置于室溫下，實測溫度為(30±2)℃。在距垃圾10 cm位置利用日本GASTEC公司生產(chǎn)的GV-100型便攜式惡臭氣體快速檢測儀檢測氨和硫化氫濃度，各試驗組在處理前檢測氨和硫化氫的起始濃度后，按上述方法進行處理，在處理后每隔2 h檢測氨和硫化氫濃度。

1.2.6菌劑使用量對除臭效果的影響將篩選出的菌群1(LDJ、JZ-6)活菌數(shù)為40×108CFU/mL，種間配比為3∶1時，以1%、3%、5%、8%、10%的接種量按上述試驗方法均勻噴施于垃圾中，每個處理重復3次，考察菌劑使用量對氨和硫化氫去除效果的影響。

1.2.7菌劑間隔使用時間將菌群1以5%的接種量按上述垃圾除臭試驗方法均勻噴施于垃圾中，連續(xù)22 h觀察惡臭變化情況，以不做任何處理的垃圾作空白對照，每個處理重復3次，摸索出菌劑間隔使用時間。

1.2.8去除率計算方法氨去除率=[(噴施前氨濃度-噴施后氨濃度)/噴施前氨濃度]×100%

硫化氫去除率=[(噴施前硫化氫濃度-噴施后硫化氫濃度)/噴施前硫化氫濃度]×100%

1.2.9數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)運用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析，P<0.05表明差異顯著。

2結(jié)果與分析

2.1除臭菌株間的拮抗試驗

由圖1可知，4個菌株之間沒有出現(xiàn)抑菌圈，相互之間能生長，因此拮抗試驗表明各菌株間無拮抗作用。

2.2菌群的除臭效果

各處理的除臭效果如表1所示。從試驗結(jié)果可知，菌群對氨和硫化氫的綜合去除效果要優(yōu)于單個菌株。而在4個菌群中，以菌群1(LDJ、JZ-6)的除臭效果最好，對氨的去除率達88.3%，硫化氫的去除率為75.3%；其次是菌群2(LDJ、TS-1)和菌群3(BS-1、JZ-6)。

2.3菌群的初始pH值

通過測定各菌群的pH值表明，菌群1的pH值為3.91，比菌群2、菌群3的pH值低。菌群1的低pH不利于雜菌生長，因此有效地保證了菌劑的質(zhì)量。

2.4室內(nèi)垃圾除臭試驗

為了進一步驗證菌群對生活垃圾的除臭效果，在實驗室除臭的基礎(chǔ)上，將各菌群用于生活垃圾除臭處理。試驗結(jié)果如圖3和圖4所示(圖中數(shù)值為平均值±標準差)。

由空白組可知：氨和硫化氫濃度在一天中隨著氣溫的升高，臭氣濃度開始回升；下午14:00左右，氣溫達到一天中的最大值，臭氣濃度也相應達到最高點，之后氣溫逐漸下降，垃圾臭氣濃度也開始降低；晚上20:00，氣溫下降，由于逆溫效應的影響臭氣開始匯聚，臭氣濃度升高,這與李元元[10]的研究結(jié)果基本一致。加施清水的對照組，只在噴水后很短時間內(nèi)惡臭味得到暫時緩解，但隨后回升，這可能是因為噴水后惡臭味得到稀釋從而得以減弱，但隨著時間的延長，惡臭味開始回升，并沒有減輕垃圾惡臭味。

圖1　除臭菌株間的拮抗試驗

表1　各處理對氨和硫化氫的去除效果 %

注：同列數(shù)據(jù)后不同小字母表示差異達顯著水平(P<0.05)。

圖2　菌群的pH值

而在3個加菌的處理中，菌群1除臭效果要優(yōu)于其他菌群，這可能是由于該菌劑呈現(xiàn)較強酸性，在加菌后，NH3等堿性氣體被大量吸收，有效降低了釋放到環(huán)境中的惡臭氣體濃度[11]。同時，乳酸具有很強的殺菌能力，能有效抑制有害微生物的活動和繁殖，減少有機物的急劇腐敗分解。而酵母菌則可利用氨基酸、糖類及其他有機物質(zhì)進行發(fā)酵，合成多種B族維生素和生理活性物質(zhì)促進乳酸菌的增殖，為其提供重要的給養(yǎng)保障，增強有效菌的活性[12-13]，另外酵母菌本身會產(chǎn)生香味，可對臭氣起到掩蓋作用[14]。這種菌株間的協(xié)同作用提高了菌群的除臭效果。而菌群3在使用后臭味反而比空白高，這可能是該菌群的培養(yǎng)基反而激活了垃圾中的腐敗微生物而使得臭味更濃。另外，在氣溫較高的情況下，隨著垃圾放置時間的延長，加清水的對照惡臭味也隨之增加，垃圾含水量的高低與惡臭濃度也有一定的關(guān)系，當然，這還有待進一步研究。結(jié)合實驗室除臭結(jié)果及垃圾除臭試驗結(jié)果可知，菌群1的除臭效果好，且除臭性能穩(wěn)定。且菌群1(LDJ、JZ-6)是由乳酸菌與酵母菌組成，這與方向平等[15]認為酵母菌與乳酸菌是生活垃圾脫臭的主要功能菌的研究結(jié)果基本一致。

2.5菌劑使用量對除臭效果的影響

通過對菌劑不同使用量的比較研究表明，使用量在5%、8%和10%時，均能有效地去除垃圾惡臭味。使用量在1%和3%時，使用效果明顯變差(圖5、圖6)。

2.6菌劑間隔使用時間

對菌劑連續(xù)22 h的除臭效果進行了觀察，試驗結(jié)果如圖7、圖8所示。菌劑在使用12 h后，垃圾惡臭濃度持續(xù)升高，菌劑不能很好地控制垃圾惡臭，因此菌劑在使用12 h后，需補施1次。

圖3　氨濃度隨時間變化曲線

圖4　硫化氫濃度隨時間變化曲線

圖5　菌劑的使用量對氨的去除效果

圖6　菌劑的使用量對硫化氫的去除效果

3討論

由于臭氣成分復雜，不是一種微生物就能將臭氣全部去除，且試驗結(jié)果也表明，菌群的除臭效果要優(yōu)于單個菌株的除臭效果[16-18]。本研究將高效去除氨和硫化氫且相互間無拮抗作用的菌株按去除效果進行能動地構(gòu)建，進行了實驗室條件和室內(nèi)模擬垃圾除臭試驗。結(jié)果表明，在實驗室條件下，菌群1對氨的去除率為88.3%，硫化氫的去除率為75.3%；在室內(nèi)模擬垃圾除臭試驗中，在室溫為(30±2) ℃，菌劑使用量為5%，間隔使用時間為12 h時，菌群1的除臭效果最好。這可能是加入的微生物除臭菌劑強酸性(pH<4.0)抑制腐敗微生物的生理生化活動，抑制惡臭產(chǎn)生的速度，使臭氣得到暫時控制，而隨著加菌時間的延長，腐敗微生物適應環(huán)境后，又開始活動，而有益微生物在短時間內(nèi)沒有大量繁殖，因此臭味又開始回升。有益微生物隨著加入時間的延長，在適宜的溫度下快速繁殖，菌量開始增加，反過來又抑制了腐敗微生物的生長繁殖，從而使得臭氣產(chǎn)生少，臭氣濃度降低，以達到除臭的目的。當然，菌群的除臭效果與環(huán)境條件(大氣溫度、垃圾濕度、垃圾成分等)也有著密切的關(guān)系。而且本次垃圾除臭試驗雖監(jiān)測了22 h，更長時間的除臭效果觀察與監(jiān)測值得研究。除臭菌群對腐敗微生物的抑制作用也有待進一步研究。

圖7　氨濃度隨時間變化曲線

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(責任編輯：曾小軍)

收稿日期：2016-01-06

基金項目：湖南省農(nóng)業(yè)科技項目(湘農(nóng)業(yè)計[2009]76號)；湖南省科技廳重大專項(2009 FJ 1005)；湖南省生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系生豬產(chǎn)業(yè)規(guī)模養(yǎng)殖與環(huán)境控制崗位項目。

作者簡介：許麗娟(1980─)，女，湖南岳陽人，助理研究員，主要從事環(huán)境微生物的研究。*通訊作者：賀月林。

中圖分類號：X172

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)07-0087-05

Screening of Deodorizing Microorganisms from Municipal Solid Waste

XU Li-juan, WANG Zhen, WU Ying-ben, CHEN Wei, XU Juan, HE Yue-lin*

(Hunan Institute of Microbiology, Changsha 410009, China)

Abstract：Using the removal rate of ammonia and hydrogen sulfide as evaluation index, the author screened out four high-efficiency deodorizing microorganism strains from household garbage. According to the differences in deodorizing ability among various strains and their interactions, we actively constructed 4 deodorizing microorganism floras, and carried out deodorization experiments under laboratory conditions as well as deodorization tests for household garbage. The results showed that the flora 1, which was composed of Lactobacillus casei and Saccharomyces cerevisiae, exhibited the best deodorizing effect. Under laboratory conditions, the removal rate of ammonia and hydrogen sulfide by flora 1 reached 88.3% and 75.3%, respectively. In the deodorization tests for household garbage, flora 1 also effectively reduced the stench of garbage.

Key words：Municipal solid waste; Deodorant flora; Screening