微生物對垃圾滲濾液中胡敏酸降解和形成的影響

王書明++崔俊濤　李筱茵　程偉

【摘 要】胡敏酸是高分子有機化合物，它們對生物降解有很強的抵抗作用。微生物是腐殖酸轉(zhuǎn)化和礦化作用背后的驅(qū)動力。然而，胡敏酸在垃圾滲濾液中所扮演的角色和作用仍然不清晰，我們的認識還很淺薄。因此，這項工作的目的是研究在垃圾滲濾液中微生物的作用下胡敏酸的轉(zhuǎn)化等問題，為實際處理提供技術(shù)支持。本文通過改變滲濾液中碳源、稀釋度及投加不同滲濾液中土著微生物分析微生物對垃圾滲濾液中腐殖質(zhì)的降解及形成的影響。并得出以下結(jié)論：微生物在碳源充足的條件下會將碳源合成腐殖質(zhì)物質(zhì)；在碳源貧乏時會降解腐殖質(zhì)，作為自身生長可利用的營養(yǎng)物質(zhì)。在不同稀釋度下，微生物降解腐殖酸的能力不同。當微生物含量占80%、60%、50%、40%、20%時，降解率分別為51.2%、42.9%、39%、31.5%和24.9%。

【關(guān)鍵詞】垃圾滲濾液；胡敏酸；微生物；降解

Effect of microorganism on the degradation and formation of humic acid in Landfill Leachate

WANG Shu-ming1 CUI Jun-tao1 LI Xiao-yin1 CHENG Wei2

（1.College of Resources and Environmental Sciences， Jilin Agricultural University， Changchun Jilin 130118， China；

2.Jilin province jia bo biolog ical techology co.， LTD， Changchun Jilin 130000， China）

【Abstract】Humic acids are natural non-living organic substances and they are extremely resistant to biodegradation. Microorganisms are the driving force behind the transformation and mineralization of humic acids. However， their relative abundance and role during turnover of humic acids in landfill leachate treatments are still unclear， there is still a gap in our knowledge. This work was therefore undertaken with the aim of investigating the role of landfill leachate microbial communities in humic acids transformation and to highlight the problems， unsolved questions in leachate treatment. The results shown：The microorganisms can synthesize the humus in the condition of carbon source rich， but on the other hand， when the carbon source is lack， humus also can be used as the nutrient substance. Under different dilution degrees， microorganisms have different ability to degrade humus. At a microbial rate of 80%、60%、50%、40% and 20%， degradation rate can reach at 51.2%、42.9%、39%、31.5% and 24.9%，respectively.

【Key words】Landfill leachate； Humic acid； Microorganisms； Degradation

0 引言

目前，我國大部分城市以衛(wèi)生填埋作為垃圾處理的基本方式，在今后一段時期，衛(wèi)生填埋處理仍將是國內(nèi)城市生活垃圾處理的基本方式。

腐殖質(zhì)（Humus，HS）被公認為是垃圾滲濾液有機碳中的主要成分及難降解部分，也是造成垃圾滲濾液色度的主要物質(zhì)，一般稱為“難控物質(zhì)”，其含量一般可占滲濾液TOC的60%左右。腐植酸（Humic acid，HA）（胡敏酸）作為自然膠體而具有大量官能團和吸附位，對各種陽離子或基團存在極強的吸附能力和結(jié)合反應(yīng)能力，尤其對一些極性有機化合物或極性基團產(chǎn)生重要影響，也可與液體中有機污染物形成“絡(luò)合體”，成為有毒且難溶于水的物質(zhì)。因此對腐殖質(zhì)的研究在垃圾滲濾液處理和環(huán)境保護等方面都具有重要意義。

1 實驗設(shè)計

1.1 實驗材料

垃圾滲濾液取自。長春市固體廢物處理中心始建于2009年4月，2010年10月投入使用，使用設(shè)計年限10年，垃圾的日常處理能力2600噸，處理方式為生活垃圾衛(wèi)生填埋。

實驗所用的菌株是從垃圾滲濾液中分離出來的，屬于芽孢桿菌屬和假單胞菌屬。即：Bacillus sp.1；Bacillus sp.2；Bacillus sp.3；Pseudomonas sp.4；Pseudomonas sp.5。

1.2 實驗設(shè)計

1.2.1 實驗1：不同碳源對胡敏酸轉(zhuǎn)化的影響

將垃圾滲濾液稀釋20%（20ml滲濾液加入80ml超純水），制成5個樣，分別加入：2g淀粉、2g蔗糖、2g葡萄糖、2g纖維素鈉、空白（無任何添加）。放入搖床，28℃、145轉(zhuǎn)/分下?lián)u7天。7天后用接種環(huán)挑取樣品劃線，3天后繼續(xù)分離純化，將純化后的菌體保存在試管中。

劃線后6個樣中又分別加入20ml滲濾液。繼續(xù)培養(yǎng)7天（共14天），用接種環(huán)挑取樣品劃線，繼續(xù)分離純化，檢驗上批菌種是否依然存在。從滲濾液中提取腐殖物質(zhì)，然后提取腐殖質(zhì)及測吸光值和定碳。

1.2.2 實驗2：不同接種量對胡敏酸轉(zhuǎn)化的影響

將實驗1中篩出的所有菌種加入到無菌水內(nèi)制成菌液（旨在大量加入滲濾液中土著菌種），在搖床搖3天后，將菌液以20ml、40ml、50ml、60ml、80ml的體積加入到300ml的三角瓶中，再對應(yīng)加入80ml、60ml、50ml、40ml、20ml的滲濾液，使每個三角瓶內(nèi)含有100ml體積的液體，以保證溶解氧量盡可能相同。搖床內(nèi)培養(yǎng)3天，然后提取腐殖質(zhì)及測吸光值和定碳。

1.2.3 實驗3：不同菌株對滲濾液中腐殖酸轉(zhuǎn)化的影響

實驗2的樣品進行純化。最后，選出5個菌株（Bacillus sp.1；Bacillus sp.2；Bacillus sp.3；Pseudomonas sp.4；Pseudomonas sp.5）。

將篩選后的菌種制成單一菌液，每個取50ml，分別加入100ml滲濾液。培養(yǎng)3天，然后提取腐殖質(zhì)及測吸光值和定碳。

1.3 實驗方法

腐殖酸的測定方法：差分法。

胡敏酸碳含量測定方法：由NaOH和焦磷酸鈉·10H2O提取在酸性條件提取。

E4/E6：波長465nm和665nm吸光度比值。

E4/E6比值越高，分子越簡單，分子量越小，氧化程度越低，羧基，酚類等含量越低。

2 實驗數(shù)據(jù)與分析

2.1 實驗一相關(guān)數(shù)據(jù)

2.1.1 HA相關(guān)數(shù)據(jù)（表1）

注：空白：沒有添加外加碳源的滲濾液，和樣品一起震蕩.滲濾液：和樣品相同濃度，但沒有震蕩.

實驗結(jié)果分析：與“滲濾液”相比，在外加碳源的作用下胡敏酸的碳含量顯著提高，但是空白樣品有少量減少。

初步分析，在微生物的作用下添加的碳源合成了HA的組分，在未添加碳源的情況下，在空白試樣中碳含量的降低，可能是由于HA在溶解氧的存在下被微生物代謝所消耗，從而將其轉(zhuǎn)化為自身需要的營養(yǎng)物質(zhì)。

微生物會在碳源充足條件下將碳源合成腐殖質(zhì)組分，而在碳源貧乏時將腐殖質(zhì)分解成自身新陳代謝需要的營養(yǎng)物質(zhì)。以下將繼續(xù)進行驗證性實驗說明這一觀點。

所有樣品的E4/E6都比“滲濾液”的大得多。說明在外加碳源和溶解氧的作用下，腐殖酸分子的結(jié)構(gòu)簡單，氧化程度低。

2.2 實驗二相關(guān)數(shù)據(jù)

2.2.1 HA相關(guān)數(shù)據(jù)（表2）

實驗結(jié)果分析：接種過微生物樣品的HA碳含量均低于“100%滲濾液”。實驗環(huán)境不能滿足微生物的生存條件，微生物的碳源依賴于對腐殖質(zhì)的分解反應(yīng)。不同微生物含量對滲濾液中腐殖質(zhì)降解能力也不同。

2.3 實驗三相關(guān)數(shù)據(jù)

2.3.1 HA相關(guān)數(shù)據(jù)（表3）

實驗結(jié)果分析：與空白對照組相比，不同樣品中胡敏酸的形成和轉(zhuǎn)化不一樣，2、3、4號菌株對胡敏酸的有降解作用。1、5號菌株促進了胡敏酸的形成。說明垃圾滲濾液中微生物的轉(zhuǎn)化作用并不相同。

總體來看，這5種菌在轉(zhuǎn)化過程中腐殖質(zhì)主要起到降解作用，個別品種在腐殖質(zhì)組分的形成中也起到了促進形成作用。

3 結(jié)果與討論

（1）微生物在碳源充足的條件下會將碳源合成腐殖質(zhì)物質(zhì)；在碳源貧乏時會降解腐殖質(zhì)，作為自身生長可利用的營養(yǎng)物質(zhì)。這一論點在所查閱的文獻中幾乎沒有被提到，微生物作為一種有生命的個體，有著生物生存的共性。在舒適安逸的條件下，會選擇更能直接被利用的，微生物的合成作用已被大量論點證實；在營養(yǎng)物質(zhì)匱乏時，微生物也會拆分腐殖質(zhì)組分，降解成能被自身吸收的可利用有機碳源。

（2）不同稀釋度下微生物對腐殖質(zhì)降解能力不同。在不同的稀釋度下，滲濾液中的一些營養(yǎng)物質(zhì)也同樣被降低了濃度，在一個合適的狀態(tài)下，更好地被微生物吸收利用。在原本高濃度有機廢水中，微生物的生存可能受到了抑制，因此研究稀釋度是對處理滲濾液中腐殖質(zhì)十分有效的。

（3）滲濾液中的微生物均有降解腐殖質(zhì)的能力，可以根據(jù)改變滲濾液中的環(huán)境，從而達到降低滲濾液中腐殖質(zhì)的目的，最終使出水達到標準。

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[責任編輯：王楠]