餐厨垃圾废水制备液态固氮菌肥的培养特性研究

２０１８年４月JournalofGreenScienceandTechnology第８期收稿日期：２０１８‐０３‐１５基金项目：北京市教委科技计划一般项目（编号：SQKM２０１７１００１１００５）；“十三五”时期北京市属高校高水平教师队伍建设支持计划（编号：CIT&TCD２０１８０４０１７）作者简介：王永京（１９８３—），男，副教授，主要从事餐厨垃圾研究。通讯作者：任连海（１９７１—），男，教授，主要从事固体废弃物处理处置方面的研究工作。餐厨垃圾废水制备液态固氮菌肥的培养特性研究王永京，林昌源，任连海，杨振兵，李学伟，郭新愿（北京工商大学，北京１０００４８）摘要：利用餐厨垃圾废水进行液态固氮菌肥制备，以圆褐固氮菌为实验菌种，考察餐厨垃圾在不同湿热预处理条件下，固氮菌在餐厨垃圾废水中的生长情况及废水水质变化规律。研究发现，湿热预处理对固氮菌的生长具有显著的促进作用。在固氮菌的培养过程中，餐厨垃圾废水中SCOD和还原糖的去除率分别从７１．８％和５６．１％提高到７４．５％～８４．９％和６３．６％～７９．５％，表明湿热处理能够促进固氮菌对SCOD、还原糖的利用效果。在培养过程中，氨氮先有所升高后有降低趋势，pH值先降低，而后随着培养时间的延长有所升高，基本维持在５．７１～６．０６之间。关键词：餐厨垃圾废水；湿热处理；圆褐固氮菌；液态菌肥中图分类号：X７９９文献标识码：A文章编号：１６７４‐９９４４（２０１８）８‐０１０３‐０４1引言随着人口聚集和城市化进程不断加快，餐厨垃圾产出量日渐增多，餐厨垃圾处理过程中产生大量废水，增加后续污水处理负荷，然而其含有丰富的小分子糖、多肽、氨基酸等营养物质，适于被微生物利用［１］。餐厨垃圾湿热水解预处理技术应用广泛［２］，该技术能够进一步将餐厨垃圾中大分子微溶性蛋白质、淀粉、脂肪等水解为小分子可溶性氨基酸、还原糖、脂肪酸等，更有利于微生物的吸收和消化，从而为利用餐厨垃圾废水制备微生物菌肥提供优良生长条件［３，４］。以往研究者针对餐厨垃圾废水制备液态生物固氮菌肥进行了探索，以期减少农田过量施用化肥带来的土壤有机质含量降低、土壤板结等问题［５，６］，促进土壤肥力的保持与提高［７］，取得较好成果。有研究者对餐厨垃圾废水制备微生物菌肥进行了探讨，利用餐厨垃圾废水制备粘红酵母与地衣芽孢杆菌符合菌肥，提高了小油菜的鲜重及叶绿素和过氧化氢酶的含量［８］。利用餐厨垃圾废水制备固氮菌肥过程中，固氮菌数量随着培养时间增加，在第４～５d活菌数最大，达到３．３×１０１２CFU／mL，符合国家标准要求（５×１０８CFU／mL）。对工艺进行优化时发现pH值对固氮菌的生长代谢具有极显著影响，而温度、摇床转速和接种量对菌株培养影响不显著，最适pH值为７，NaCl最适浓度为３g／L，当浓度超过６g／L时活菌数不达标［９］。有研究者针对固氮菌及解磷菌、解钾菌的互作效应也有研究进行了探讨，发现解磷巨大芽孢杆菌对圆褐固氮菌有促进作用，圆褐固氮菌与解钾芽孢杆菌之间存在拮抗作用［１０］。以往研究针对餐厨垃圾废水制备固氮生物菌肥的条件及可行性进行了探讨，然而对于固氮菌在餐厨垃圾湿热处理废液中的生长情况以及培养过程中的物质变化与生长机制尚缺乏深入研究，本研究针对不同湿热处理条件下餐厨废液中固氮菌的生长过程进行解析，从而对为餐厨废液制备生物菌肥提供理论支持。2实验材料与方法2．1实验材料与仪器本研究中采用餐厨垃圾取自北京市某大学学生食堂。研究中具有固氮效果的菌种采用圆褐固氮菌，采购自中国普通微生物菌种保藏管理中心（ChinaGeneralMicrobiologicalCultureCollectionCenter，CGMCC），４℃保存备用。圆褐固氮菌种子培养基：酵母提取物０．５g；KH２PO４０．２g；K２HPO４０．８g；MgSO４·７H２O０．２g；甘露醇（C６H１４O６）２０．０g；CaSO４·２H２O０．１g；FeCl３微量；Na２MoO４·２H２O微量；琼脂２０．０g（液体培养基则不加）；蒸馏水１０００mL；pH＝７．２。研究中微生物培养箱选用LRH－２５０型生化培养箱，上海恒科技术有限公司；超净台选用哈尔滨东联电子技术开发公司VD－１３２０型超净工作台；灭菌锅选用日本YAMATO公司SQ５１０WGC型立式压力蒸汽灭菌器；摇床选用H２Q－C型恒温振荡器，金坛市科析仪器有限公司；离心机选用KDC－１６０HR型离心机，科大创新股份有限公司；湿热处理选用油浴锅、湿热反应器（定制）；pH计选用PHS－３D型pH计，上海三信仪表厂；分光光度计选用UV－５２００型紫外分光光度计，上海精密仪器仪表有限公司；定氮仪选用KD－３凯氏定氮仪，上海雷磁；SCOD测定选用COD快速测定仪，兰州连华环保科技有限公司。2．2实验方法餐厨垃圾废水的制备方法：将餐厨垃圾