【微生物处理人粪便适宜环境分析】 微酸环境下适宜生长的微生物是

　　摘要：利用木屑和豆秸秆体积比1：1的复混物和豆秸杆两种原料，分别作为免水资源综合利用型生态厕所的反应基质。在不同反应基质下，通过比较生态厕所降解量、温度、含水率、PH值的变化，分析能否用复混物或秸杆作为生态厕所反应基质和研究微生物处理人粪便适宜的环境，结果表明复混物或秸杆能够作为生态厕所的反应基质，其混合物干重减少率主要分别处在35%～40%和50%上下范围波动；当含水率为50%～55%，温度45℃，PH值9～10时，微生物处理人粪便能力高。
　　关键词：生态厕所；复混物；微生物；人粪便
　　中图分类号：X705 文献标识码：A
　　
　　1引言
　　
　　联合国人类居住研究所所长Ignacio Armillas强调： “找到一项不必用水的马桶是步入二十一世纪人类最大的挑战……”［1］。近年来,生态厕所正在全国各地发展并应用起来。目前国内外的生态厕所主要分为两类:免水冲洗厕所和循环水冲洗厕所［2］。
　　我国是一个农业大国，秸秆是丰富的自然资源。免水冲生态厕所就是一种免水生物处理制肥型生态厕所，与传统的厕所相比,它既不浪费水资源,也不需要下水道系统,同时产物还可以作为有机肥。我国木材资源匮乏，需要寻找一种能够替代木屑且能普遍应用推广的基质。因此，作为废弃秸杆作为生态厕所反应基质处理粪便，既可解决秸杆产生环境污染问题，又可充分利用秸杆营养物质来处理废物。
　　许多因素影响微生物正常的代谢活动，如氧气、温度、含水率、PH值等影响因子，这就需要微生物降解粪便和反应基质必须满足微生物正常生长代谢的条件。因此，满足微生物处理人粪便适宜环境的条件是非常重要的。
　　
　　2材料与方法
　　
　　2.1 实验装置
　　实验采用S15型生态厕所(如图1)，其体积为1.00m×0.62m×0.62m, 容积为0.90m×0.46m×0.46m。装置设有温控系统和搅拌装置，温控系统为了保持微生物正常的降解温度，搅拌装置确保反应物混合均匀和充足的氧气。反应过程产生的气体经过排气装置排到室外。
　　2.2实验材料
　　生态厕所内填充物采用木屑和豆秸秆（均来源于郊区的农村），它们作为生态厕所反应基质具有疏松多孔、易于搅拌、养分易于被微生物吸收的特点。实验中木屑和豆秸秆体积比1：1，复混物成分含氮3.7%,磷0.16%,钾1.32%，含水率48.03%，PH值6.63；纯豆秸秆成分含氮1.17%,磷1.58%,钾1.36%，含水率10.70%，PH值7.79。
　　2.3实验方法
　　2.3.1检测方法
　　温度为每天上午和下午用数字温度计取六点测定，取其平均值。PH值、含水率分别参照PHS-3C型精密PH计，NY/T 302-1995。
　　2.3.2实验设计
　　（1）粪便来源于每天用生态厕所的学生和老师，每天使用人数不同，投入的量也不同。第一周期加入体积比为1：1豆秸秆和木屑的混合物，重量为16.5kg，实验时间24周（中间去除4周寒假）；第二周期加入豆秸秆10.7kg作为对比实验。
　　（2）生态厕所内设定六个点，每天上午、下午两次记录这六个点温度值并每周取混合样一次，每周生态厕所称重一次。
　　
　　3结果与分析
　　
　　3.1重量变化
　　木屑和豆秸秆体积比1：1形成的复混物和纯豆秸杆作为免水资源综合利用型生态厕所反应基质处理人粪便，累积粪便投加量和每周称重质量（除去厕所皮重）变化分别如图2、图3。每周累积混合物投加量逐渐增加，而且随着粪便投入量增多，每周称重质量基本上变化不大，分别处于20kg～40kg,20kg～35kg之间。这表明复混物和秸杆完全能够作为生态厕所反应基质处理人粪便，在适宜微生物新陈代谢的环境下，吸收反应基质和人粪便中碳源和氮源，降解每天投入的人粪便。
　　3.2温度、含水率和干重减少率变化
　　免水资源综合利用型生态厕所内部每天温度、每周含水率和干重减少率变化如图4、图5。总体上其内部温度基本维持35℃～50℃，含水率变化维持30%～60%，干重减少率集中在35%～60%。复混物作为反应基质生态厕所内部温度集中40℃～45℃，含水率集中在50%，干重减少率集中30%～40%；而豆秸杆作为反应基质生态厕所内部温度集中45℃上下范围波动，含水率集中在40%～60%，干重减少率集中50%～60%。复混物和豆秸杆含水率和内部的温度变化都影响微生物处理人粪便的能力，结合图4、图5，说明当温度处于40℃～45℃时，含水率在50%左右波动时，微生物处理人粪便能力增强。
　　3.3微生物生长条件
　　复混物和豆秸杆作为生态厕所反应基质，粪便中含有大量的微生物，通过有氧微生的放热发酵，吸收反应基质和粪便的碳源、氮源、矿质元素和能量。微生物菌种释放出具有降解有机物功能酶，将大分子有机物降解为糖、脂肪酸和氨基酸等小分子有机物，微生物菌种以此为养分代谢出水、气体和生物热能，而其自身也以几何级数繁殖。由此将粪尿中可生物降解的有机物完全氧化为简单的无机物［3］。适宜环境能够使微生物的新陈代谢更加旺盛，投加混合物干重、称量混合物干重和混合物干重减少率分别通过投加混合物重量×（100-含水率）×0.01、称量混合物重量×（100-含水率）×0.01、100×（投加混合物干重-称量混合物干重）/投加混合物干重 计算获得如表1、表2。结果表明在未达到微生物降解的量，主要影响降解量的是粪便的投加量；在投加粪便量超过微生物降解能力后，含水率、温度和PH值是影响微生物处理人粪便的重要因素。根据图3，图4，表1，表2降解量、减少率和PH 值数据说明含水率50%～55%，温度45℃，PH值9～10，微生物能够很好的处理人粪便。
　　
　　4讨论
　　
　　（1）秸杆含氮2.34%，含碳39.09%［4］，C/N为16.7，锯木屑含碳48%~54%、含氮0.18%，C/N约为280［5］。其复混物C/N约为41.6。把粉碎后木屑和豆秸秆按体积比为1：1的复混物和豆秸杆作为生态厕所反应基质，两种反应基质的理化性质有很大差异，木屑和豆秸秆的复混物氮源和碳源含量都比豆秸杆含量高，更容易适应微生物的生长，不用在使用周期中填加反应基质，使用周期长。因此，不同的反应基质对微生物处理人粪便能力有影响。
　　（2）好氧性微生物适宜温度40℃～50℃［6］，含水率维持在40%～60%之间，保证有氧情况下微生物降解。生态厕所搅拌装置使反应物充分与氧气接触，获得生长代谢所需要氧气；大多数微生物生长适宜PH值为中性和弱碱性。因此，在微生物降解能力范围之内，适宜的温度、含水率、PH值是微生物能否最大能力降解人粪便重要因素。
　　
　　5结论
　　
　　（1）以上表明复混物或豆秸杆作为生态厕所的反应基质，其混合物干重减少率分别处在35%～40%和50%左右，混合物干重减少率与微生物活动有关，微生物活动与温度、含水率等因素相关，那么适宜环境下微生物处理人粪便能力明显提高。
　　（2）把粉碎后木屑和豆秸秆按体积比为1：1的复混物和纯豆秸杆分别作为生态厕所反应基质，经过分析比较，此时微生物处理人类粪便总体适宜环境为含水率50%～55%，温度45℃，PH值9～10，能够代替木屑作为生态厕所的反应基质。秸秆在免水型生态厕所中的应用，一方面充分利用了农作物秸秆，另一方面解决了人类粪便产生的污染。
　　
　　参考文献
　　［1］ 李淑芹，胡玖坤.畜禽粪便污染及治理技术［J］.可在生资源，2003（1）.
　　［2］杜兵，司亚安，孙艳玲.生态厕所的类型及粪污处理工艺［J］.给水排水，2003（5）.
　　［3］任南琪，马放，杨基先等.污染控制微生物学［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.
　　［4］http://share.jxlib.省略:8088/datalib/2003/AgroKnowledge/DL/DL-456131/.
　　［5］http://xy.scau.省略/zyhjxy/soilless/course/chap4-media-.htm.
　　［6］李铁民，马溪平，刘宏生等.环境微生物资源原理与应用［M］.北京：化学工业出版社，2005.
　　［7］孙胜龙，刘歆瑜，李雪飞等.玉米秸杆作为生态厕所基质处理人粪便的实验研究［J］.环境科学学报，2006（1）.
　　（本文审稿万红）

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