城市生活垃圾除臭微生物菌群的筛选

许丽娟，王 震，吴迎奔，陈 薇，许 隽，贺月林

(湖南省微生物研究院，湖南 长沙 410009)



城市生活垃圾除臭微生物菌群的筛选

许丽娟，王 震，吴迎奔，陈 薇，许 隽，贺月林*

(湖南省微生物研究院，湖南 长沙 410009)

摘要：以氨和硫化氢的去除率为考评指标，从生活垃圾中筛选出4株高效除臭菌株，根据各菌对氨和硫化氢去除能力的差异及菌株间功能互补作用，能动地构建了4个微生物除臭菌群，在实验室条件下进行了除臭试验及室内垃圾除臭试验，结果表明：菌群1(由干酪乳杆菌和酿酒酵母组成)的除臭效果最好，在实验室条件下对氨的去除率达88.3%、硫化氢的去除率达75.3%；在垃圾除臭试验中，该菌群也有效地降低了垃圾的恶臭味。

关键词：城市生活垃圾；除臭菌群；筛选

随着城市规模的不断扩大，人口的高度集中，城市生活垃圾也日益增多，人均年产垃圾为450 kg左右，并且以每年不低于8%的速度递增[1]。我国城市生活垃圾年清运量约为1.6亿t[2]。而这些垃圾在转运、堆放处理的过程中会产生大量的恶臭气体，虽然不同地区产生的生活垃圾主要成分有所区别，但经气相色谱检测表明，城市生活垃圾臭气的主要成分为氨(NH3)和硫化氢(H2S)[1-3]。这些恶臭气体除了对嗅觉产生心理厌恶等不愉快的感觉外，还会对人体呼吸、消化、心血管、内分泌及神经系统造成不同程度的毒害[4]。因此，臭气污染治理也变得越来越迫切。以前常用的脱臭方法有液体吸收法、直接燃烧法、催化氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法、吸附法、掩蔽法等[5]，但是这些方法都存在各种不足。而微生物除臭具有投资少、处理费用低、维护管理简单、操作方便等优势，对低浓度、大流量的恶臭气体，尤其是水溶性较好的污染物有很好的除臭效果，无再生物和其他后处理，不会造成二次污染。因此微生物除臭已成为垃圾除臭发展的趋势所在[6-7]。笔者从城市生活垃圾填埋场污泥及渗滤液中分离筛选出了4株高效除臭菌株，根据各菌株对氨和硫化氢的去除差异及各菌功能互补作用能动地构建了微生物除臭菌群，并研究了菌群对生活垃圾的除臭效果，以期为城市生活垃圾的微生物除臭提供参考，同时为臭气污染治理提供菌种资源。

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1菌种来源采用划线法和涂布法，从城市生活垃圾填埋场污泥及渗滤液中分离筛选纯化出高效的除臭菌株4株，并将各菌株进行菌落及菌体形态学、生理生化和分子生物学方法鉴定，分别是干酪乳杆菌(LDJ)、枯草芽孢杆菌(BS-1)、酿酒酵母(JZ-6)、排硫硫杆菌(TS-1)，均由本实验室保藏。

1.1.2培养基MRS培养基：蛋白胨10 g，牛肉膏10 g，酵母膏5 g，柠檬酸氢二铵2.0 g，葡萄糖20 g，无水乙酸钠5.0 g，磷酸氢二钾2.0 g，硫酸镁0.58 g，硫酸锰0.25 g，水1000 mL，pH 6.2～6.6。

PDA培养基：土豆200 g，蔗糖20 g，酵母膏2 g，磷酸二氢钾2 g，硫酸镁1 g，水1000 mL，pH 6.2～6.6。

牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，氯化钠5 g，水1000 mL，pH 7.2～7.4。

1.2试验方法

1.2.1除臭菌群的构建根据各菌对氨和硫化氢去除能力的差异及菌株间功能互补作用，能动地构建了4个菌群，分别是菌群1(LDJ、JZ-6)、菌群2(LDJ、TS-1)、菌群3(BS-1、JZ-6)、菌群4(BS-1、TS-1)。菌群制备：按菌体活菌数1∶1进行混配后用于后续除臭试验。

1.2.2除臭菌株间的拮抗试验将干酪乳杆菌(或其他菌株)稀释后取1 mL稀释液于灭菌的平皿中，倒入MRS培养基混匀待凝固后，(1)加上牛津杯，再往牛津杯中加入其他菌液，置于35 ℃培养箱中培养；(2)或直接将菌种接于凝固的平板上，将平板倒置于35 ℃培养箱中培养，2 d后观察试验结果。

1.2.3除臭菌群的筛选氨去除试验：取18 mL菌液于2 L大烧杯中，并加入500 mg/L的氨水2 mL；再往大烧杯中放入装有20 mL 0.005 mol/L硫酸吸收液的50 mL小烧杯，盖上双层塑料薄膜密封。

硫化氢去除试验：取10 mL菌液于2 L大烧杯中，并加入10 mg/L的硫化氢溶液10 mL，再往大烧杯中放入装有20 mL氢氧化镉吸收液的50 mL小烧杯，盖上双层塑料薄膜密封[6]。

以上处理均以等量的无菌水作为对照，每个处理重复3次，置于30 ℃的培养箱中培养。24 h后，取出小烧杯检测氨或硫化氢的浓度。氨的测定采用纳氏试剂比色法[8]，硫化氢的测定采用亚甲基蓝比色法[9]。

1.2.4菌群pH值的测定用PHS-2F型数字pH计检测各菌群的pH值。

1.2.5室内垃圾除臭试验试验取城市生活垃圾填埋场的生活垃圾为恶臭源。将垃圾拌匀后分装于20 L无盖的塑料桶中(桶直径为45 cm，高50 cm)，每桶装量为7～8 kg，桶中垃圾高度为40 cm。接种量为10%，稀释10倍后均匀喷施于垃圾中。试验设5个处理：菌群1(LDJ、JZ-6)、菌群2(LDJ、TS-1)、菌群3(BS-1、JZ-6)、空白对照(CK1)、加自来水对照(CK2)。各处理重复3次。置于室温下，实测温度为(30±2)℃。在距垃圾10 cm位置利用日本GASTEC公司生产的GV-100型便携式恶臭气体快速检测仪检测氨和硫化氢浓度，各试验组在处理前检测氨和硫化氢的起始浓度后，按上述方法进行处理，在处理后每隔2 h检测氨和硫化氢浓度。

1.2.6菌剂使用量对除臭效果的影响将筛选出的菌群1(LDJ、JZ-6)活菌数为40×108CFU/mL，种间配比为3∶1时，以1%、3%、5%、8%、10%的接种量按上述试验方法均匀喷施于垃圾中，每个处理重复3次，考察菌剂使用量对氨和硫化氢去除效果的影响。

1.2.7菌剂间隔使用时间将菌群1以5%的接种量按上述垃圾除臭试验方法均匀喷施于垃圾中，连续22 h观察恶臭变化情况，以不做任何处理的垃圾作空白对照，每个处理重复3次，摸索出菌剂间隔使用时间。

1.2.8去除率计算方法氨去除率=[(喷施前氨浓度-喷施后氨浓度)/喷施前氨浓度]×100%

硫化氢去除率=[(喷施前硫化氢浓度-喷施后硫化氢浓度)/喷施前硫化氢浓度]×100%

1.2.9数据处理试验数据运用SPSS 18.0软件进行统计分析，P<0.05表明差异显著。

2结果与分析

2.1除臭菌株间的拮抗试验

由图1可知，4个菌株之间没有出现抑菌圈，相互之间能生长，因此拮抗试验表明各菌株间无拮抗作用。

2.2菌群的除臭效果

各处理的除臭效果如表1所示。从试验结果可知，菌群对氨和硫化氢的综合去除效果要优于单个菌株。而在4个菌群中，以菌群1(LDJ、JZ-6)的除臭效果最好，对氨的去除率达88.3%，硫化氢的去除率为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

通过测定各菌群的pH值表明，菌群1的pH值为3.91，比菌群2、菌群3的pH值低。菌群1的低pH不利于杂菌生长，因此有效地保证了菌剂的质量。

2.4室内垃圾除臭试验

为了进一步验证菌群对生活垃圾的除臭效果，在实验室除臭的基础上，将各菌群用于生活垃圾除臭处理。试验结果如图3和图4所示(图中数值为平均值±标准差)。

由空白组可知：氨和硫化氢浓度在一天中随着气温的升高，臭气浓度开始回升；下午14:00左右，气温达到一天中的最大值，臭气浓度也相应达到最高点，之后气温逐渐下降，垃圾臭气浓度也开始降低；晚上20:00，气温下降，由于逆温效应的影响臭气开始汇聚，臭气浓度升高,这与李元元[10]的研究结果基本一致。加施清水的对照组，只在喷水后很短时间内恶臭味得到暂时缓解，但随后回升，这可能是因为喷水后恶臭味得到稀释从而得以减弱，但随着时间的延长，恶臭味开始回升，并没有减轻垃圾恶臭味。

图1　除臭菌株间的拮抗试验

表1　各处理对氨和硫化氢的去除效果 %

注：同列数据后不同小字母表示差异达显著水平(P<0.05)。

图2　菌群的pH值

而在3个加菌的处理中，菌群1除臭效果要优于其他菌群，这可能是由于该菌剂呈现较强酸性，在加菌后，NH3等碱性气体被大量吸收，有效降低了释放到环境中的恶臭气体浓度[11]。同时，乳酸具有很强的杀菌能力，能有效抑制有害微生物的活动和繁殖，减少有机物的急剧腐败分解。而酵母菌则可利用氨基酸、糖类及其他有机物质进行发酵，合成多种B族维生素和生理活性物质促进乳酸菌的增殖，为其提供重要的给养保障，增强有效菌的活性[12-13]，另外酵母菌本身会产生香味，可对臭气起到掩盖作用[14]。这种菌株间的协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，这可能是该菌群的培养基反而激活了垃圾中的腐败微生物而使得臭味更浓。另外，在气温较高的情况下，随着垃圾放置时间的延长，加清水的对照恶臭味也随之增加，垃圾含水量的高低与恶臭浓度也有一定的关系，当然，这还有待进一步研究。结合实验室除臭结果及垃圾除臭试验结果可知，菌群1的除臭效果好，且除臭性能稳定。且菌群1(LDJ、JZ-6)是由乳酸菌与酵母菌组成，这与方向平等[15]认为酵母菌与乳酸菌是生活垃圾脱臭的主要功能菌的研究结果基本一致。

2.5菌剂使用量对除臭效果的影响

通过对菌剂不同使用量的比较研究表明，使用量在5%、8%和10%时，均能有效地去除垃圾恶臭味。使用量在1%和3%时，使用效果明显变差(图5、图6)。

2.6菌剂间隔使用时间

对菌剂连续22 h的除臭效果进行了观察，试验结果如图7、图8所示。菌剂在使用12 h后，垃圾恶臭浓度持续升高，菌剂不能很好地控制垃圾恶臭，因此菌剂在使用12 h后，需补施1次。

图3　氨浓度随时间变化曲线

图4　硫化氢浓度随时间变化曲线

图5　菌剂的使用量对氨的去除效果

图6　菌剂的使用量对硫化氢的去除效果

3讨论

由于臭气成分复杂，不是一种微生物就能将臭气全部去除，且试验结果也表明，菌群的除臭效果要优于单个菌株的除臭效果[16-18]。本研究将高效去除氨和硫化氢且相互间无拮抗作用的菌株按去除效果进行能动地构建，进行了实验室条件和室内模拟垃圾除臭试验。结果表明，在实验室条件下，菌群1对氨的去除率为88.3%，硫化氢的去除率为75.3%；在室内模拟垃圾除臭试验中，在室温为(30±2) ℃，菌剂使用量为5%，间隔使用时间为12 h时，菌群1的除臭效果最好。这可能是加入的微生物除臭菌剂强酸性(pH<4.0)抑制腐败微生物的生理生化活动，抑制恶臭产生的速度，使臭气得到暂时控制，而随着加菌时间的延长，腐败微生物适应环境后，又开始活动，而有益微生物在短时间内没有大量繁殖，因此臭味又开始回升。有益微生物随着加入时间的延长，在适宜的温度下快速繁殖，菌量开始增加，反过来又抑制了腐败微生物的生长繁殖，从而使得臭气产生少，臭气浓度降低，以达到除臭的目的。当然，菌群的除臭效果与环境条件(大气温度、垃圾湿度、垃圾成分等)也有着密切的关系。而且本次垃圾除臭试验虽监测了22 h，更长时间的除臭效果观察与监测值得研究。除臭菌群对腐败微生物的抑制作用也有待进一步研究。

图7　氨浓度随时间变化曲线

参考文献：

[1] 汪英学,赵述淼,吴定心,等.新型复合微生物制剂对垃圾填埋场的除臭效果[J].湖北农业科学,2012,51(1):35-37.

[2] 廖瀚峰,周礼红,潘肇仪,等.除臭效果菌株中具有分解纤维素能力菌株的筛选及鉴定[J].江苏农业科学,2014,42(12):386-388.

[3] 曾苏,李南华,盛洪产,等.微生物除臭剂的筛选、复配及其除臭条件的优化[J].环境科学,2015,36(1):259-265.

[4] 刘国华.生物除臭技术研究进展[J].广东化工,2009,36(8):102-103,121.

[5] 马梅荣,王光玉,宣世伟,等.利用微生物除臭技术研究与应用[J].环境科学与技术,2003,26(4):50-52.

[6] 许丽娟,王震,陈薇,等.除臭菌JZ-6的鉴定及其降氨条件[J].贵州农业科学,2013,41(1)：128-130.

[7] 陈飞,袁月祥,齐云,等.生物脱臭技术研究进展与展望[J].四川环境,2004,23(2):6-10.

[8] 周耀明,张恒.生活垃圾降解菌除臭效果比较研究[J].安徽农业科学,2007,35(26):8312-8313.

[9] 罗永华,邓穗儿,孙国平.一种新型微生物除臭剂的垃圾除臭试验[J].城市环境与城市生态,2003,16(3):23-25.

[10] 李元元.垃圾卫生填埋场臭气排放规律及现场除臭效果和方案研究[D].武汉：华中科技大学,2008:22-23.

[11] 崔玉雪,郭广寨,黄皇,等.用于填埋场恶臭气体控制的微生物除臭剂筛选及其除臭机制研究[J].环境污染与防治,2014,36(1):60-63.

[12] Roostita R, Fleet G H. The occurrence and growth of yeast in Camembert and blue-veined cheese[J]. International Journal of Food Microbiology, 1996, 28(3): 293-404.

[13] 闫彬,贺银凤.乳酸菌与酵母菌共生机理综述[J].食品科学,2012,33(3):277-281.

[14] 唐微微,张姝,李树伟,等.两株酵母菌的筛选及其除臭性能[J].安全与环境学报,2013,13(2):26-30.

[15] 方向平,罗永华,邓穗儿,等.生物滤池处理生活垃圾恶臭[J].城市环境与城市生态,2003,16(1):34-36.

[16] 赵晨羲,兰时乐,禹逸君,等.鸡粪除臭微生物菌群的筛选和应用[J].湖南农业科学,2005(1):68-70.

[17] 牛俊玲,高军侠,李彦明,等.堆肥过程中的微生物研究进展[J].中国生态农业学报,2007,15(6):185-189.

[18] 冯伟,周晓芬,杨军芳,等.鸡粪高效除臭菌的组合筛选研究[J].河北农业科学,2009,13(10):86-88,92.

(责任编辑：曾小军)

收稿日期：2016-01-06

基金项目：湖南省农业科技项目(湘农业计[2009]76号)；湖南省科技厅重大专项(2009 FJ 1005)；湖南省生猪产业技术体系生猪产业规模养殖与环境控制岗位项目。

作者简介：许丽娟(1980─)，女，湖南岳阳人，助理研究员，主要从事环境微生物的研究。*通讯作者：贺月林。

中图分类号：X172

文献标志码：A

文章编号：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