成都生物所在厨余垃圾定向腐殖中的生物强化机理研究获进展
作者：周小路
时间：2022-04-02
我国城市生活垃圾中产量最大的是厨余垃圾，随着城市居民生活水平提高，2019年中国城市生活垃圾中厨余垃圾产量约为1.20亿吨，这些垃圾大部分以填埋和焚烧的方式处理。这些传统方式会排放温室气体、渗滤液以及臭气，对环境造成二次污染的同时，也未能有效利用废弃物中的营养物质。厨余垃圾中的淀粉、蛋白质、纤维素和油脂等营养物质随意废弃容易污染环境，而采用好氧堆肥的方式处理厨余垃圾能够得到稳定的腐殖质大分子，可作肥料用于改良农田。
然而，普通的好氧堆肥有矿化高、腐殖化程度低，获得的成品品质不稳定的问题，因此有研究者将具有特定功能的微生物制成菌剂加入堆肥中以改良堆肥工艺，这被称作生物强化。目前的研究大多集中在如何提高堆肥腐殖化、减少堆肥中碳氮元素的损失，而哪些腐殖质前体物在堆肥中更为重要，哪些腐殖化途径在添加微生物菌剂后首先发生等问题不尚明确，也就是生物强化的机制不清楚。
为探究厨余垃圾堆肥过程中生物强化对胡敏酸形成的作用机理，中国科学院成都生物研究所硕士研究生周小路在李东研究员的指导下，以厨余垃圾为原料，在堆肥初期加入具有降解淀粉、蛋白、油脂、纤维素和氨氧化功能的复合微生物菌剂，进行了为期90天的堆肥试验，并通过堆肥指标监测、热重分析、光谱分析以及统计分析等方法探究了微生物驱动的腐殖化作用机理。结果显示，在堆肥结束时生物强化组的HA为7.51 g/kg，腐殖化指数HA/FA达到了1.90，并且HA/FA在第40天就能达到2.34的峰值，均显著高于对照组。表明了生物强化可以加速HA的形成，不仅能提高厨余垃圾的腐殖化速率和程度，还增加了HA的结构热稳定性。在堆肥过程中，多酚腐殖化途径在HA的形成中起着重要作用。添加外源的复合微生物菌剂能够增加蛋白质和碳水化合物的降解，促进氨基酸和还原糖这两种腐殖质前体物的产生，从而增强了美拉德腐殖化途径和多酚腐殖化途径。当多酚不足时生物强化增强美拉德腐殖化途径。这些研究结果为厨余垃圾垃圾堆肥的定向腐殖化过程提供了技术支撑。
本研究得到了四川省科技计划项目(2020YFQ0001，2020ZYD022，2021ZHZY0016)和山东省自然科学基金资助项目(ZR2020KE038)等的支持。研究成果以硕士研究生周小路为第一作者、李东研究员为通讯作者发表在Science of the Total Environment期刊上。
厨余垃圾堆肥过程中生物强化对胡敏酸形成的作用机理
