摘要：本文結(jié)合堆肥化、衛(wèi)生填埋兩種現(xiàn)行的城市生活垃圾處理工藝，主要介紹了城市生活垃圾生物處理過(guò)程中的微生物種群，以及通過(guò)分析開(kāi)發(fā)出的新的微生物技術(shù)，指出了應(yīng)用于城市生活垃圾處理的高效的微生物技術(shù)的研究方向。

　　關(guān)鍵詞： 城市生活垃圾 微生物 強(qiáng)化微生物處理技術(shù) 基因工程

　　隨著城市化進(jìn)程在全球范圍的加速，城市化帶來(lái)的環(huán)境污染和人類(lèi)聚居狀況惡化等問(wèn)題，已成為世界各國(guó)共同關(guān)心的問(wèn)題。城市生活垃圾（Municipal solid waste, 簡(jiǎn)稱(chēng)MSW）是在城市日常生活及為城市生活提供服務(wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢棄物，是城市環(huán)境的主要污染物之一。目前，城市生活垃圾處理處置的方法主要包括衛(wèi)生填埋（Sanitary land fill）、堆肥化(Composting)、焚燒(Incineration)三種，其中前兩種處理方式均屬于生物處理技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，MSW生物處理技術(shù)就是城市生活垃圾中固有的或外添加的微生物，在一定控制條件下，進(jìn)行一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，使得MSW中的不穩(wěn)定的有機(jī)物代謝后釋放能量或轉(zhuǎn)化為新的細(xì)胞物質(zhì)，從而MSW逐步達(dá)穩(wěn)定化的一個(gè)生化過(guò)程。

　　1. 城市生活垃圾生物處理中主要的微生物

　　MSW生物處理技術(shù)主要包括好氧和厭氧生物處理。好氧生物處理如：好氧堆肥、生物反應(yīng)器填埋等，其工藝中的微生物主要有細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物種群。厭氧生物處理，如：厭氧消化、厭氧填埋等，其工藝中的微生物又稱(chēng)“瘤胃微生物”，主要有水解細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群等。

　　1.1 城市生活垃圾好氧生物處理中的微生物

　　1.1.1 細(xì)菌

　　在MSW好氧生物降解過(guò)程中，細(xì)菌憑借強(qiáng)大的比表面積，可以快速將可溶性底物吸收到細(xì)胞中，進(jìn)行胞內(nèi)代謝?？偟膩?lái)說(shuō)，其數(shù)量要比放線菌和真菌多得多。當(dāng)然，在不同的環(huán)境中分離的細(xì)菌在分類(lèi)學(xué)上具有多樣性，主要有假單胞菌屬（pseudomonas）、克雷伯氏菌屬（klebsiella）以及芽孢桿菌屬（bacillus）的細(xì)菌[1]。在堆肥過(guò)程中，細(xì)菌總數(shù)的變化趨勢(shì)是高-低-高。堆肥初期，有機(jī)廢物中攜帶有的大量細(xì)菌分解有機(jī)物質(zhì)釋放能量，使堆體溫度上升，此時(shí)，常溫細(xì)菌受到抑制，嗜溫細(xì)菌活躍；當(dāng)堆溫升至高溫階段，只有少量的嗜熱細(xì)菌可以活動(dòng)；高溫期過(guò)后，隨著有機(jī)成分的減少，堆體溫度降低，嗜溫及常溫細(xì)菌又開(kāi)始活躍，使細(xì)菌總數(shù)上升。整個(gè)好氧降解過(guò)程中，嗜溫細(xì)菌是堆肥系統(tǒng)中最主要的微生物。

　　1.1.2 放線菌

　　放線菌具有多細(xì)胞菌絲，可以分解一些纖維素,并溶解木質(zhì)素。它比真菌能夠忍受更高的溫度和pH值,在垃圾生物降解的高溫階段是分解木質(zhì)纖維素的優(yōu)勢(shì)菌群。研究表明，諾卡氏菌（nocardia）、鏈霉菌（streptomyces）、高溫放線菌（thermoactinomyces）和單孢子菌（micromonospora）等在MSW好氧堆肥中占優(yōu)勢(shì)[1]。

　　1.1.3 真菌

　　在MSW生物降解過(guò)程中，真菌對(duì)垃圾有機(jī)成分的分解和穩(wěn)定化起著重要的作用。真菌不僅能分泌胞外酶，水解有機(jī)物質(zhì)，而且由于其菌絲的機(jī)械穿插作用，還對(duì)物料起一定的物理破壞作用，促進(jìn)生化反應(yīng)。溫度是影響真菌生長(zhǎng)的重要因素之一，堆肥過(guò)程中隨著溫度的升高,真菌的菌落數(shù)開(kāi)始減少,在64℃左右,嗜熱性真菌幾乎全部消失。當(dāng)溫度下降到60℃以下時(shí),嗜溫性真菌和嗜熱性真菌又都會(huì)重新出現(xiàn)在堆肥中[2]。

　　1.2 厭氧生物處理微生物

　　MSW的厭氧生物處理依次分為水解、產(chǎn)氫產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段，每個(gè)階段各有其獨(dú)特的微生物類(lèi)群起生物降解作用。

　　1.2.1 水解細(xì)菌

　　水解階段水解細(xì)菌利用胞外酶對(duì)有機(jī)物進(jìn)行體外酶解，使固體物質(zhì)變成可溶于水的物質(zhì)，然后細(xì)胞將其吸收，水解成不同產(chǎn)物，該階段起作用的細(xì)菌為水解細(xì)菌。Hungate分離出了以下幾種水解菌：（1）產(chǎn)琥珀酸擬桿菌屬,（2）湖生(lochheadii)芽孢菌屬,（3）柱孢梭菌屬,（4）生黃瘤胃球菌,（5）白色瘤胃球菌落,（6）溶纖維丁酸弧菌。同時(shí)還分離出纖維酶B—1,4—葡聚糖酶,外B—1,4—葡聚糖酶和纖維素二糖酶[3]。

　　1.2.2 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群

　　產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群是將第一階段發(fā)酵產(chǎn)物如丙酸等三碳以上有機(jī)酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸和醇類(lèi)等氧化分解成乙酸和分子氫。在衛(wèi)生填埋場(chǎng)中已分離出產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌布氏甲烷桿菌屬和G株布氏甲烷桿菌屬等[3]。

　　1.2.3 產(chǎn)甲烷菌群

　　甲烷菌利用H2/CO2、醋酸和甲醇甲酸等C類(lèi)化合物為基質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為甲烷。在衛(wèi)生填埋場(chǎng)中,產(chǎn)甲烷菌群分桿狀菌、球狀菌和八疊球菌三類(lèi)。桿狀產(chǎn)甲烷菌通常呈彎曲、鏈狀或絲狀,此類(lèi)細(xì)菌有史密斯甲烷短桿菌屬、甲酸甲烷桿菌屬、巴氏甲烷桿菌屬、反芻甲烷短桿菌屬、史密斯甲烷桿菌屬、嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌等；球狀產(chǎn)甲烷細(xì)菌直徑為0.3～5微米,球形細(xì)胞呈正圓形或橢圓形,成對(duì)排列成鏈狀。此類(lèi)細(xì)菌有巴氏甲烷八疊球菌、范尼氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、馬氏產(chǎn)甲烷球菌、海生產(chǎn)甲烷球菌及嗜熱無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)甲烷球菌等。八疊球狀產(chǎn)甲烷菌,其細(xì)胞繁殖成規(guī)則、大小一致的類(lèi)似砂粒的堆積物,有227巴氏甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、嗜熱甲烷八疊球菌等[3]。

　　2. 微生物技術(shù)在MSW處理過(guò)程中的應(yīng)用

　　 MSW的生物處理主要是利用微生物在一定控制條件下，使有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)降解，形成一種穩(wěn)定的化合物的過(guò)程。因此，微生物對(duì)垃圾中有機(jī)物降解的快慢、對(duì)有機(jī)成分降解的程度直接決定著處理周期的長(zhǎng)短和處理效果的好壞，在MSW處理過(guò)程中起著決定性的作用。故MSW生物處理的優(yōu)劣取決于微生物自身的結(jié)構(gòu)、所處環(huán)境下的代謝狀況。目前有很多學(xué)者在此方面做出了很大的努力，通過(guò)分析某種處理環(huán)境下微生物的特性、采用多種方式改變工藝中微生物的數(shù)量，質(zhì)量等，開(kāi)發(fā)出了多種MSW生物處理技術(shù)，如：強(qiáng)化微生物（純種分離、強(qiáng)化接種、添加微生物菌劑、微生物固定化）以及基因誘變等技術(shù)。

　　2.1 強(qiáng)化微生物處理技術(shù)

　　強(qiáng)化微生物處理技術(shù)是從改變工藝中單位反應(yīng)器空間內(nèi)微生物的質(zhì)量或數(shù)量的角度來(lái)增強(qiáng)MSW的降解率，從而提高處理效率，縮短處理周期。

　　2.1.1 純種分離

　　自然界中的微生物總是雜居在一起，即使一粒土或一滴水中也生存著多種微生物。為了提高工藝中某種有效微生物的質(zhì)量（純度），提高處理效率，必須進(jìn)行微生物的純種分離技術(shù)。常見(jiàn)的純種微生物的分離方法有平板劃線分離、液體稀釋法分離、利用選擇培養(yǎng)基進(jìn)行分離以及菌絲尖端切割分離[4]。