微生物菌劑在園林廢棄物資源化處理中的應用

程文娟 ，梁海恬 ，肖 輝 ，王德芳

（1.天津市農業資源與環境研究所，天津300192；2.天津市農業科學院，天津300192）

園林綠化廢棄物是指在城市綠化過程中所產生的修剪枝條、枯枝、落葉、草屑、敗花以及其他綠化修剪物等廢棄物[1-3]。近年來，園林綠化發展迅速，綠化采用植大樹、現大綠的生態理念，園林樹木的存量迅速增加，據統計，天津市現有城市綠化樹木2 801.5萬株，每年有大量整形修剪下來的樹枝需要處理，僅2017年天津市產生的綠化廢棄物就超過1 000萬t，園林廢棄物的資源化處理問題亟待解決。

1994年美國環境保護署頒布了園林廢棄物和城市固體廢棄物堆肥的法則，制定相關的質量標準，對園林廢棄物收儲運、處理及應用等環節均有嚴格的規定，并要求政府部門收購使用符合質量標準的園林廢棄物資源化產品[4-6]。20世紀90年代初，日本提出了《再生資源利用促進法》，要求對園林廢棄物進行堆肥處理后作為肥料施用[7-8]。經過近30 a的發展，日本在微生物菌劑方面的研究較為成熟，采用EM菌及酵素接種可以顯著縮短園林廢棄物的腐熟時間和腐熟度，制成的有機肥料可顯著提高作物的產量。

與國外相比，我國園林廢棄物處理在技術環節、產品質量、法律法規等方面均存在較大的差距，園林廢棄物主要采用填埋方式處理[9-10]。北京市從2006年開始對園林廢棄物的處理及利用技術進行研究，通過添加高效微生物菌劑、控制粉碎粒徑及發酵過程參數等進行技術攻關。上海市建立了專門的園林廢棄物處置場，將園林廢棄物的資源化產物制成基質或營養土，改良周邊土壤有機質含量少、偏堿性、黏性大等土壤問題[11-13]。廣州市2005年建立了首家枯枝落葉堆肥場，采用好氧堆肥處理技術，通過添加微生物菌劑加快物料的腐熟速度，生產環保肥料，用于屋頂綠化、邊坡綠化等方面，效果顯著[14-16]。

已有的研究表明，園林廢棄物主要含有纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質、多糖等成分，是一類可以循環利用的生物質資源，好氧生物發酵技術可以實現園林廢棄物的減量化、無害化和資源化的處理目標，利用好氧微生物降解園林廢棄物中的有機物質，高溫發酵過程中殺滅物料中的病原菌、蟲卵和草籽，其發酵產物可作為土壤改良劑和植物營養源[17-19]。

本研究以草屑、樹枝等園林廢棄物作為發酵原料，調節粉碎粒徑大小、水分、pH值等參數，通過添加高溫發酵菌劑，研究好氧微生物對園林廢棄物發酵過程的影響以及園林廢棄物資源化產物的腐熟度，旨在為好氧生物發酵技術處理園林廢棄物的應用效果提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于天津海泰市政綠化公司園區，園區擁有100萬m2的養管綠地。根據華苑產業區2010年公共綠地養護面積匯總統計的數據，目前園區內的草坪面積910 780 m2、綠籬面積215 553 m2、行道樹7 362株、花卉26 179株。根據環衛作業人員日常的統計，園區年產園林綠化廢棄物約7 000 t，主要包括夏季草坪修剪下的草屑，約占50%，秋冬季的枯枝落葉，約占20%，樹木修剪后的枝條，約占30%，并呈逐年上升趨勢。

1.2 試驗材料

1.2.1 試驗物料 供試物料為天津海泰市政綠化公司提供的園林剪切物，主要包括草屑、落葉和樹枝，粉碎后粒徑為2～10 cm，對粉碎物料的基本性質進行了測定，結果如表1所示。

表1 不同類型園林廢棄物的基本理化性質

1.2.2 菌種來源 試驗所用的微生物發酵菌劑為有機物料腐熟劑優化提升后制成，發酵菌劑所用菌株來源于中國農業微生物菌種保藏管理中心（ACCC）及實驗室保存菌株，由哈茨木霉（Trichoderma harzianum）（來源于ACCC，編號①）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）（來源于 ACCC，編號②）、膠胨樣芽孢桿菌（Bacillus mucilaginosus）（來源于ACCC，編號③）、酵母菌Y-15（實驗室保存菌株，編號④）、乳酸菌R31（實驗室保存菌株，編號⑤）、高溫菌株GW-25（實驗室保存菌株，編號⑥）菌株按照不同比例制成高溫發酵菌劑用于試驗，有效活菌數大于2×108cfu/g。

1.2.3 菌劑制備

1.2.3.1 PDA培養基 取去皮的馬鈴薯200 g，切成小塊，加水1 000 mL煮沸30 min，濾去馬鈴薯塊，將濾液補足至1 000 mL，加葡萄糖20 g，瓊脂15 g，溶化后分裝，121℃滅菌30 min，pH值自然，配制液體培養基時不加瓊脂。

1.2.3.2 營養肉汁培養基 蛋白胨5 g，氯化鈉5 g，牛肉膏3 g，蒸餾水1 000 mL，pH值7.0（固體培養基加入瓊脂15～20 g）。

1.2.3.3 鉀細菌培養基 酵母膏0.4 g，甘露醇10.0 g，K2HPO40.5 g，MgSO4·7H2O0.2 g，FeCl30.005 g，CaCO31.0 g，蒸餾水1 000 mL，pH值7.0，配制固體培養基時加15 g瓊脂。

1.2.3.4 菌劑制備 通過斜面培養和搖瓶培養獲得單菌株菌液，通過種子罐和發酵罐在液體發酵培養基上發酵，在28～30℃培養發酵24～48 h，達到對數生長期后，接種到固體發酵培養基上，接種量10%，25℃固體發酵培養48 h，菌數達108cfu/g，即獲得微生物發酵菌劑。

1.3 試驗設計

1.3.1 發酵菌劑效果篩選試驗 試驗在天津海泰市政綠化公司園區進行，園林廢棄物發酵配方及試驗條件反應器為容積200 L的保溫發酵桶，分別設有進氣口、出氣口，反應器外部隔板上方由保溫材料包裹。試驗設6個處理，每個處理3個重復，調節水分至60%。

將菌種經擴繁后獲得的發酵菌液，按照不同的比例配制成5種復合發酵菌劑，按0.5%比例加入園林廢棄物物料中，添加輔料調節物料碳氮比至25∶1，混合均勻后裝入自制生物反應器內，于20℃環境溫度下進行監測，每天9：00測定應器內上層中心點的環境溫度（表2）。

表2 園林廢棄物好氧發酵菌劑篩選試驗方案

1.3.2 園林廢棄物處理工藝 廢棄物處理過程：園林廢棄物集中→粉碎（碎草不需）→投加輔料→微生物菌劑腐熟→出料靜置腐熟→資源化利用。

1.3.2.1 集中 將運來的樹枝、落葉分別堆放。

1.3.2.2 粉碎 選用了美國進口粉碎機，性能穩定、效率高。樹枝先用一級粉碎機進行粉碎，然后和落葉一起用二級粉碎機粉碎，在粉碎過程中，降塵室噴淋降塵，使對環境影響最小化。

1.3.2.3 投料 將二級粉碎后的廢棄物用鏟車送到指定微生物處理池中。

1.3.2.4 腐熟處理 處理池：在廠房內平地上設置2個處理池及地面軌道，可交替處理廢棄物。培養菌床：加入微生物發酵菌劑，并使之達到充分活躍程度。發酵處理：通過翻拋攪拌車，使廢棄物和微生物充分混合，經過7～14 d的高溫發酵期，綠化廢棄物基本完成腐熟過程。

1.3.2.5 出料靜置 用鏟車將處理物取出，堆放在指定區域內，進一步熟化穩定，待溫度降到環境溫度后，可以去除雜質，直接作為肥料使用。

1.3.3 好氧微生物菌劑在園林廢棄物發酵工藝的應用試驗 試驗在發酵池內進行，調節物料的C/N為（25～30）∶1，水分含量為50%～60%，pH值為6～8，接種量0.5%，設2個處理，即加入1.2.1篩選出的復合菌劑處理和未加菌劑的空白對照處理（CK），每個處理原料5 m3，發酵池內堆制，每天測定堆體中層中心點溫度。堆溫降至40℃以下即為堆肥結束。發酵結束后采用平板計數法測定腐熟產物的微生物指標。

1.4 數據處理

數據、圖表采用Excel 2007軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 發酵菌劑效果篩選試驗結果

發酵桶試驗結果表明，添加菌劑B的處理2升溫較快，高溫期持續時間較長，物料的發酵效果較其他處理好。因此，在后續的發酵試驗中選擇菌劑B作為發酵菌劑進行試驗（圖1）。

2.2 高溫好氧發酵菌劑對園林廢棄物發酵溫度的影響

園林廢棄物經過破碎、碾絲揉搓后進入發酵池，加入好氧微生物菌劑，每天翻倒一次，每次使物料前行3 m左右。由表3可知，24 h后，物料溫度大約升至30℃；48 h后，物料溫度大約升至46℃；72 h后，物料溫度升至58.6℃；96 h后，物料溫度升至68℃；120 h后，物料溫度升至74.5℃；144 h后，物料溫度為68.6℃；168h后，物料溫度為67.2℃。第8～10天，物料發酵的高溫過程基本完成，脫臭、脫毒，含水率降至45%以下，將物料置于2次腐熟車間，進行物料的脫水和穩定化。物料含水率降至30%左右，顏色為黃色至深棕色，質地疏松，無明顯異味，容重減小，可被植物利用的營養成分增加，病原菌和寄生蟲卵未檢出。整套工藝包括處理池、遠程控制自動翻拋攪拌設備和不同廢棄物種類的粉碎設備。物料移動采用鏟車和人工操作來完成，高效實用。

表3 堆肥初期溫度及完成發酵過程的天數

接種復合菌劑的處理，24 h溫度高于未接菌（CK）的堆肥，并在48 h溫度就達45℃以上，而對照的溫度至第4天才上升到45℃以上；復合菌劑完成發酵的時間只需25 d，而CK需50 d以上。接種復合菌劑的堆肥比對照提前2 d達到高溫期，完成發酵時間比對照減少25 d。

2.3 高溫菌劑對發酵物料中微生物總數的影響

采用平板計數法對發酵后的產物進行測定，結果表明，接種高溫復合菌劑的處理，發酵產物的細菌數為 7.9×107cfu/g，真菌數為 2.6×104cfu/g，放線菌數為4.3×105cfu/g，均高于CK處理（表4）。

表4 高溫菌劑對發酵物料中微生物總數的影響 cfu/g

3 結論

本試驗以好氧微生物哈茨木霉、枯草芽孢桿菌、膠質芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌和高溫菌復配的發酵菌劑為對象，研究好氧微生物發酵菌劑在園林廢棄物好氧發酵工藝上的應用，結果表明，哈茨木霉、枯草芽孢桿菌、乳酸菌和高溫菌復配的發酵菌劑，應用效果較優，這可能與菌種的功能有一定的相關性，多種好氧微生物菌株的協同作用促進了園林廢棄物的腐解[20-22]。

廢棄物原料的持續供應是設備全天候持續運行的基礎。園林綠化產生的廢棄物具有時間不確定性和數量不確定性，為了保證設備的持續運行，需要進行原料的儲存，并且需要購置一定的輔料用于調節發酵物料特性。

流程設計和處理場地是綠化廢棄物資源化處理的主要技術。好的場地流程設計模式可以使原料流動過程、翻堆、輔料添加等環節處于最經濟的位置，減少多次運輸環節。處理場地采用溫室內發酵技術，可以利用溫室的升溫、保溫和保濕的特點，滿足微生物發酵所需的適宜條件。

廢棄物減量化是發展大勢。目前，城市廢棄物填埋場是稀缺資源，廢棄物處理壓力很大，會逐步拒絕接收綠化廢棄物。園林自身就是大量使用有機肥的部門，綠化廢棄物必然要走資源化處理的模式，自產自消，實現物質循環。綠化廢棄物體積大，運輸成本高，適合于就地處理，具有可操作性。又因其成分簡單，可降解率高，又是綠化部門單獨收集，容易分類收集，不需要增加分類費用。目前的處理工藝可實現無臭處理，對周圍環境影響小，綠化廢棄物純凈度高，不含有毒物質和污染環境的物質，適合園林用肥。