CN102586109A - 高效处理厨余垃圾微生物菌种及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微生物混合菌种、微生物制剂、以及使用所述微生物混合菌种或制剂处理厨余垃圾的方法，从自然界土壤中筛选分离多种微生物，经过纯化、驯化、伍配等步骤，组成高效分解厨余垃圾废弃物的微生物菌种。将厨余垃圾投入生化处理机、加入菌种并搅拌均匀后，厨余废弃物源头减量率达96%以上。

Description

高效处理厨余垃圾微生物菌种及方法

技术领域

本发明涉及一种利用生物降解处理厨余垃圾的方法和微生物混合菌种，尤其涉及一种处理厨余垃圾的混合菌种、以及使用所述混合菌种处理厨余垃圾的方法。

背景技术

厨余垃圾（泔脚）泛指饭店、宾馆等餐饮业，以及企事业单位、大专院校等公共食堂的食物下料和食物残余。随着城市经济高速增长，城市规模的迅速扩大，厨余垃圾与日俱增。我国每天厨余垃圾的产生量超过20Kt，据报道，仅上海市每天泔脚的发生量就达1300余吨。由于厨余垃圾容易发酵，变质，腐烂，不仅产生大量毒素，散发恶臭气体，还污染水体和大气，严重影响环境卫生，对人们的健康构成潜在威胁。因而，泔脚垃圾处理问题已严峻摆在了人们面前。 

我国传统的厨余垃圾处理方式是直接送到养殖场喂养生猪，此种处理方式对环境存在着多种潜在的危害，极易导致疾病的传播。近年来禽流感，口蹄疫等传染性疾病大规模流行，人畜间的交叉感染已经对人类的健康，社会的稳定构成了极大的威胁。目前，上海 ，苏州等市相继制定了相关政策，明令禁止用泔脚喂养生猪。

目前世界各国处理这类垃圾的方法通常有：1）填埋法：通过垃圾收集，装运到填埋场铺平压实。其优点为简便易行。缺点为造成地下水、空气、周围环境污染，且占用大量土地。2）焚烧法：固体废弃物高温分解，深度氧化的综合处理过程。其优点为迅速大幅度减少废弃物容积，消除有害细菌，还能用来供热发电。缺点为投资大，向大气排放有害物质（如二噁英等）并散布不良尘埃，且发电量有限。3）堆肥：垃圾发酵后成为无害的腐植质，如专利CN1858027A公开的将厨余垃圾转化为肥料的方法。但发酵周期长，养分含量低，处理后体积大，仅适用于交通不便的农村，不适于厨余垃圾产生量较大的城市。 

一般来说厨余垃圾废弃物资源丰富，糖类含量比率大，泔脚以蛋白质，淀粉和动物脂肪类等为主要成分，且含盐，油脂量高，不利于直接利用，但有机物含量高，具有较高的生物可降解度，这也为泔脚的转化利用提供了可行的途径。目前最主要的转化技术是生物转化法。生物转化是利用微生物的新陈代谢作用，实现垃圾的稳定化，无害化，同时进行资源的回收利用。其中厨余垃圾处理机是目前处理厨余垃圾最好的方法，将泔脚和微生物菌种投入特制的垃圾处理机中，利用多种好氧的微生物对泔脚中的有机物进行分解。该法具有费用低，处理效果显著和能把垃圾消除在源头等优点，因此也是近年来国内外热门研究的课题之一。

日本在生物降解泔脚垃圾方面的研究比较成功，泔脚处理机在日本国内已大面积推广。我国也有公司引进了日本的这类处理机，但微生物菌种则只能依赖进口，并且日本的微生物菌种对垃圾中油脂类成分的降解效果较差，一些含纤维较高的食物残渣不能得到很好的降解，我国的膳食结构决定了我国的泔脚垃圾中油脂类成分偏高，因此，进口的微生物菌种在处理国内的泔脚垃圾时，效果并不理想。

近年来，我国也有一些企业自主研发了处理厨余垃圾的微生物菌种和方法，如专利CN100375723C公开的高浓度泔脚水的处理方法、专利CN101173232A公开的降解泔脚垃圾的微生物制剂，在一定程度上解决了厨余垃圾的处理问题，但其减量率低、处理时间长、环境温度范围小等方面的劣势也限制了其发展。

还有公司选取了厌氧微生物进行降解，在实验室小试实验中，该菌种具有较高的降解率，但在工业化生产和实际应用中却很难达到厌氧要求，因此厌氧微生物不适合目前的垃圾生化处理设备。

目前来看，利用生物降解处理厨余垃圾的现有技术仍然存在以下不足：

1）不能高效降解含纤维较高的食物残渣。厨余垃圾中的茭白、笋壳等含纤维高的残渣，若不能及时进行降解，往往沉积在处理机槽内，时间久则阻碍搅拌设备的运行。

2）.厨余垃圾中的油脂不能得到有效降解。我国膳食结构决定了泔脚中油脂高，油脂得不到很好的降解则使基质粘连在一起，运行一段时间后，机槽内的基质便会结块，影响机器的正常运转。

3）降解时间长，降解率低。日常生活中，每天有大量新的泔脚产生，若不能得到及时有效的降解，泔脚累积在处理机槽内，时间久了则超出处理机的负荷，严重者使机器失去机能。

因此，仍然需要新的处理厨余垃圾的微生物混合菌种、制剂和方法。

发明内容

针对现有技术中生物降解厨余垃圾存在降解效率低下的问题，本发明提供了一种提供一套降解率高、降解时间短、稳定性和安全性强的厨余垃圾处理微生物制剂、以及使用所述微生物制剂处理厨余垃圾的方法，尤其是针对解决我国泔脚垃圾中油脂类成分偏高和含纤维较高的食物残渣不能得到很好降解这两个问题。

本发明第一个目的是提供一种用于处理厨余垃圾的微生物混合菌种，所述混合菌种包括：

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、

巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）、

地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）、

产黄纤维单胞菌（Cellulomonas flavigena）。

根据本发明上述的微生物混合菌种的一种优选实施方式，所述混合菌种还可以包括如下菌种中的至少一种：

蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）、

坚强芽孢杆菌（Bacillus firmus）、

侧孢芽孢杆菌（Bacillus laterosporus）。

本发明第二个目的是提供一种包含上述混合菌种的一种微生物制剂。

本发明上述的微生物制剂，所述混合菌种的载体可以是发酵液、培养基、或本领域已知的其它载体中的任意一种或几种的混合物，本发明优选为包括木屑。

本发明上述的微生物制剂或混合菌种，所述混合菌种中，各菌种重量比例优选为：

枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：地衣芽孢杆菌：产黄纤维单胞菌=1：1：1：1；

或者

枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：地衣芽孢杆菌：产黄纤维单胞菌：蜡状芽孢杆菌：坚强芽孢杆菌：侧孢芽孢杆菌=2：2：2：2：1：1：1。

本发明上述的微生物制剂，所述混合菌种与载体的重量比例为：1：3。

本发明第二个目的是提供一种上述微生物制剂的制备方法，所述制备方法步骤包括：将所述混合菌种在培养基中培养，然后将载有所述混合菌种的培养基置于灭菌的木屑中，将培养基破碎后与木屑混匀。

其中，所述培养基为营养琼脂培养基；所述混合菌种培养温度为28~35℃；所述混合菌种培养时间为20~30小时。

本发明第三个目的是提供一种利用上述微生物制剂处理厨余垃圾的方法，步骤包括：

步骤1，将灭菌木屑装入处理容器中，加水，使木屑含水量在60%~70%之间；

步骤2，投入上述微生物制剂，活化；

步骤3，投入厨余垃圾，进行降解处理。

其中，所述菌种活化时间为1小时。

本发明上述处理厨余垃圾的方法，所述处理容器可以选用现有的处理设备，如专利CN2734354Y公开的泔脚料处理机、专利CN2894847Y公开的泔脚垃圾处理机，或者市售的泔脚处理机。本发明上述处理厨余垃圾的方法中，加水使木屑表面含水量达60~70%后，所述处理机运行1小时后，投入本发明上述的微生物制剂。

本发明上述处理厨余垃圾的方法，所述微生物制剂用量为1~5kg/50kg泔脚。

本发明提供的微生物制剂以及利用所述微生物制剂处理厨余垃圾的方法，具有如下优点：

1.垃圾降解时间短，降解率高。在24h内，减量率96%以上，也就是当天的废弃物当天处理，实现了垃圾的源头减量。

2.能够高效降解含纤维较高的食物残渣。本公司筛选高纤维素酶活性的菌株，可在24h内处理茭白、笋壳，彻决了以底解往沉积在垃圾处理中的等顽固性物质。

3.厨余垃圾中的油脂可得到有效降解。本公司研发的除油脂菌种使油脂得到很好的降解，基质表面看不到油污现象，机槽内无结块，完全适应我国饮食结构中油脂高这一特点。

具体实施方式

本发明提供了一种用于处理厨余垃圾的微生物混合菌种和制剂，以及利用所述微生物混合菌种或制剂处理厨余垃圾的方法，所述微生物制剂包括所述混合菌种，所述混合菌种包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌，还可以包括蜡状芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌。

下面通过具体实施例对本发明微生物混合菌种、微生物制剂、以及使用所述微生物混合菌种或制剂处理厨余垃圾的方法，进行详细的介绍和说明，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

用灭菌称样纸称取分析用土壤样品量10g，加入盛有90ml无菌水（内有石子或玻璃珠）的三角瓶中，振荡15min，即为10^-1浓度的土壤悬液。静置30s，用1ml移液管移取10^-1浓度的土壤悬液1ml放入9ml无菌水管中，吹吸3次混匀，即为10^-2浓度的土壤悬液，依次从10^-2连续稀释至10^-5，即得一系列的10倍土壤稀释液（操作过程均为无菌操作）。将不同浓度的土壤稀释液涂布于各筛选培养基平板上，置30℃培养1~6d。将平板上长出的不同形态的单菌落编号，并将各菌株进行纯化，最终将纯化后的各菌株转至斜面保存。筛选出枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌四种菌种。

将筛选得到的各种菌种与蜡状芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌共七种菌种一起两两配对，划线于营养琼脂平板中，本发明上述七种菌种均无拮抗反应，说明本发明上述七种菌种相容性良好。

实施例2

将实施例1中筛选得到的四种菌株分别点接于各产酶初筛平板上，30℃培养1~2d，观察菌落周围有无透明圈，并测定透明圈直径与菌落直径的比值，以对各菌株的产酶能力进行半定量测定。酪素平板，油脂平板与纤维素平板可直接观察透明圈；淀粉酶平板需加入路戈氏碘液后观察。

通过上述方法对筛选出的菌种的产酶能力进行测定，其中，枯草芽孢杆菌（产蛋白酶）、巨大芽孢杆菌(产淀粉酶)、地衣芽孢杆菌(产脂肪酶)、产黄纤维单胞菌(产纤维素酶)均具有高产酶能力。

将选择好的四种菌株按照1:1:1:1的组合划线于营养琼脂平板中，30℃培养1d，将菌种平板置于灭菌的木屑中，捏碎，混匀，手握木屑，放开后呈松散状为宜。每50Kg处理能力的机器需加入一套菌种。

按照处理机说明书要求，在处理机中装入2/3容积的木屑，加水使木屑含水量达60%~70%，运行一小时后，投入一定比例菌种，活化一小时，然后每天按时投入厨余垃圾，进行降解处理。

通过实验可以看出，使用本发明提供的微生物混合菌种或制剂对厨余垃圾进行处理，淀粉类物质（面条，米饭等）在4h内基本分解，蛋白质类物质（肉，鸡蛋等）在14h内基本分解，纤维素类物质（各种蔬菜）在24h内基本分解。说明本发明提供的微生物混合菌种或制剂降解速度快，效率高。

实施例3

将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌、蜡状芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌共七组菌种，按照实施例2所述方法、和2:2:2:2:1:1:1的比例制备成固体微生物混合菌种或制剂，并按照实施例2所述方法进行泔脚降解实验，在第二天投料前测定前一天处理后剩余量。实验结果如下：

表1  本发明生物制剂处理泔脚实验结果（单位：kg）

日期	木屑	投入泔脚	水	菌种	处理后剩余量
						第一天	160	50	20	2
第二天		100			200
						第三天		51			200
第四天					190

总投料量=160+50+20+2+100+51=383kg

投入泔脚总量=50+100+51=201kg

减量率(泔脚分解率)=[(处理前总投料量-处理后剩余量)/投入泔脚总量]×100%

即：减量率(泔脚分解率)=[(383-190)/201]×100%=96.02%

本实施例中，从自然界筛选出的能分解生活有机垃圾的细菌，再加上生物防治，减轻病虫害等的菌种，经组合配对成了降解生活有机垃圾的微生物菌种。这套菌种能产生多种酶，从而使大分子物质（有机垃圾的主要成分）分解成能被微生物利用的低分子物质，微生物摄取这些低分子物质后，将其变成CO₂和H₂O，以气体和水汽的形式排出。

该菌种具有快速分解能力，24小时内可将垃圾全部分解，减量率达96%。该套菌种经中科院微生物保藏中心鉴定为无毒、无害，遗传稳定，对活体和生态安全。而且处理过程基本达到了污染“零排放”，且处理后的残余物可作为优良的有机肥改良土壤，用于作物栽培或城市绿化，已经过上海市有机肥料的检测，完全符合有机肥的标准。

本发明上述实施例制备的微生物混合菌种或制剂还具有如下特性：

①适温性：10℃~70℃

②耐腐蚀性：pH值为2~8左右、2%~25%NaCl环境下稳定

③强分解性：分解率＞96%

④菌剂产品：无致病菌

⑤遗传稳定性：稳定

⑥生态安全性：对个人群体健康和生态环境没有危害

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种处理厨余垃圾的微生物制剂，其特征在于，包括混合菌种，所述混合菌种包括：

枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌。

2.根据权利要求1所述的微生物制剂，其特征在于，还包括如下菌种中的至少一种：

蜡状芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌。

3.根据权利要求1或2所述的微生物制剂，其特征在于，还包括木屑。

4.一种如权利要求1或2所述的微生物制剂的制备方法，其特征在于，将所述混合菌种在培养基中培养，然后置于灭菌的木屑中，将固体培养基破碎后混匀；其中，所述混合菌种包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述培养基为营养琼脂培养基。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合菌种培养温度为28~35℃。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合菌种培养时间为20~30小时。

8.一种使用如权利要求1或2所述的微生物制剂处理厨余垃圾的方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1，将灭菌木屑装入处理容器中，加水，使木屑含水量在60%~70%之间；

步骤2，投入所述微生物制剂，活化；

步骤3，投入厨余垃圾，进行降解处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述菌种活化时间为1小时。