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程中的微生物種群，以及通過分析開發(fā)出的新的微生物技術(shù)，指出了應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 強化微生物處理技術(shù) 基因工程

　　隨著城市化進程在全球范圍的加速，城市化帶來的環(huán)境污染和人類聚居狀況惡化等問題，已成為世界各國共同關(guān)心的問題。城市生活垃圾（Municipal solid waste, 簡稱MSW）是在城市日常生活及為城市生活提供服務(wù)的活動中產(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)。具體來說，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，進行一系列的生物化學反應，使得MSW中的不穩(wěn)定的有機物代謝后釋放能量或轉(zhuǎn)化為新的細胞物質(zhì)，從而MSW逐步達穩(wěn)定化的一個生化過程。

　　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、生物反應器填埋等，其工藝中的微生物主要有細菌、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“瘤胃微生物”，主要有水解細菌、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 細菌

　　在MSW好氧生物降解過程中，細菌憑借強大的比表面積，可以快速將可溶性底物吸收到細胞中，進行胞內(nèi)代謝?？偟膩碚f，其數(shù)量要比放線菌和真菌多得多。當然，在不同的環(huán)境中分離的細菌在分類學上具有多樣性，主要有假單胞菌屬（pseudomonas）、克雷伯氏菌屬（klebsiella）以及芽孢桿菌屬（bacillus）的細菌[1]。在堆肥過程中，細菌總數(shù)的變化趨勢是高-低-高。堆肥初期，有機廢物中攜帶有的大量細菌分解有機物質(zhì)釋放能量，使堆體溫度上升，此時，常溫細菌受到抑制，嗜溫細菌活躍；當堆溫升至高溫階段，只有少量的嗜熱細菌可以活動；高溫期過后，隨著有機成分的減少，堆體溫度降低，嗜溫及常溫細菌又開始活躍，使細菌總數(shù)上升。整個好氧降解過程中，嗜溫細菌是堆肥系統(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[1]。

　　1.1.3 真菌

　　在MSW生物降解過程中，真菌對垃圾有機成分的分解和穩(wěn)定化起著重要的作用。真菌不僅能分泌胞外酶，水解有機物質(zhì)，而且由于其菌絲的機械穿插作用，還對物料起一定的物理破壞作用，促進生化反應。溫度是影響真菌生長的重要因素之一，堆肥過程中隨著溫度的升高,真菌的菌落數(shù)開始減少,在64℃左右,嗜熱性真菌幾乎全部消失。當溫度下降到60℃以下時,嗜溫性真菌和嗜熱性真菌又都會重新出現(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)甲烷三個階段，每個階段各有其獨特的微生物類群起生物降解作用。

　　1.2.1 水解細菌

　　水解階段水解細菌利用胞外酶對有機物進行體外酶解，使固體物質(zhì)變成可溶于水的物質(zhì)，然后細胞將其吸收，水解成不同產(chǎn)物，該階段起作用的細菌為水解細菌。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酸、長鏈脂肪酸和醇類等氧化分解成乙酸和分子氫。在衛(wèi)生填埋場中已分離出產(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類化合物為基質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為甲烷。在衛(wèi)生填埋場中,產(chǎn)甲烷菌群分桿狀菌、球狀菌和八疊球菌三類。桿狀產(chǎn)甲烷菌通常呈彎曲、鏈狀或絲狀,此類細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)甲烷細菌直徑為0.3～5微米,球形細胞呈正圓形或橢圓形,成對排列成鏈狀。此類細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)甲烷球菌及嗜熱無機營養(yǎng)甲烷球菌等。八疊球狀產(chǎn)甲烷菌,其細胞繁殖成規(guī)則、大小一致的類似砂粒的堆積物,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處理過程中的應用

　　 MSW的生物處理主要是利用微生物在一定控制條件下，使有機物發(fā)生生物化學降解，形成一種穩(wěn)定的化合物的過程。因此，微生物對垃圾中有機物降解的快慢、對有機成分降解的程度直接決定著處理周期的長短和處理效果的好壞，在MSW處理過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。目前有很多學者在此方面做出了很大的努力，通過分析某種處理環(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，開發(fā)出了多種MSW生物處理技術(shù)，如：強化微生物（純種分離、強化接種、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 強化微生物處理技術(shù)

　　強化微生物處理技術(shù)是從改變工藝中單位反應器空間內(nèi)微生物的質(zhì)量或數(shù)量的角度來增強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，必須進行微生物的純種分離技術(shù)。常見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)基進行分離以及菌絲尖端切割分離[4]。