CN103305447A - 一种有机垃圾降解菌剂及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明了提供一种有机垃圾降解菌剂及其制法。该菌剂尤其适用于城市垃圾的处理。该有机垃圾降解菌剂包括嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119；铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066；枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810。这三种菌种能够产生明显的增益效应，在有机垃圾降解尤其是垃圾填埋场内部进行有机垃圾降解时能产生三种菌种单独作用无法企及的效果。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，特别涉及一种用于降解有机垃圾的菌剂及其制备方法。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，城镇居民的生活垃圾不仅数量日益增加，而且生活垃圾中包括瓜皮果壳、剩菜剩饭等有机垃圾的比重也越来越大。由于这类生活垃圾含水率高(90％)、焚烧热值低(2100～3100kJ/kg)，与其他城市垃圾成分混合后，采用填埋处置不仅占用宝贵的土地资源而且会产生大量渗滤液而污染地下水系；采用焚烧发电处置因不能满足垃圾的发热量要求(即5000kJ/kg以上)会致使焚烧炉燃烧不充分而产生二恶英，严重危害周边居民身体健康。由于这类垃圾来源分散，在收集转运过程中易腐烂发臭而污染环境，因此难以从一家一户收集汇总后通过饲料加工、堆肥或沼气发酵处置技术实现资源化利用。所以易腐性生活垃圾已成为影响城镇环境质量的重要污染源。为此，研发一种将这类垃圾就地生产就地降解消除的高度无害化、减量化处置新技术，对于经济社会的可持续发展和保护生态环境安全具有极其重要的作用。
基于上述理念，目前我国已研发出一些食物垃圾原位消除技术，如申请号03151167.8的发明公开了一种废弃食物微生物分解处理机，该机器先将剩菜剩饭、瓜皮果壳等食物垃圾粉碎，再利用所设置的微生物菌群将食物垃圾碎粒分解成水、二氧化碳和无机离子，然后经过滤颗粒层的过滤后，最后呈流质排入下水道，不会引起下水管道赌塞。这种技术在减少固体垃圾的排放量的同时却增加了污水处理压力，因此，未能从根本上解决餐厨食物垃圾的环境污染问题。也有发明专利，申请号：02150972.7公开了一种应用YB微生物功能菌的生活有机垃圾处理机，该YB微生物功能菌由枯草芽孢杆菌和脱氮副球菌组成。申请号：201010272835.4公开了一种雅致放射毛霉和枯草芽孢杆菌的复合液体菌剂，该菌剂适用于易腐有机垃圾，即易于降解的有机垃圾，但对于垃圾中含有较大量的不易降解的有机质时，该菌剂效果会大打折扣。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种适用于城市生活垃圾的有机垃圾降解菌剂及其制法。
所述有机垃圾降解菌剂包括嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119；铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066；枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810。
本发明还同时提供了上述有机垃圾降解菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)斜面培养
将嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066接种于牛肉膏蛋白胨斜面；将枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810接种于PDA斜面；分别在25～35℃培养24～48小时，进行菌株活化；
(2)种子液培养
将步骤(1)所得活化后的的嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌接种于牛肉膏蛋白胨液体培养基，所得的活化后的枝顶孢霉接种于PDA液体培养基，分别于25～40℃、60～90r/min摇床振荡培养48～96小时；分别得嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌的种子液以及枝顶孢霉种子液；
(3)细菌液体发酵培养：
在发酵罐内放置培养液I，将步骤(2)所得的嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌的种子液按照占培养液15～25％体积比的接种量接种于培养液I中，于25℃～40℃、60～90r/min发酵培养48～72h；获得细菌菌液；
(4)、真菌液体发酵培养：
在发酵罐(另一发酵罐)内放置培养液II，将步骤(2)所得的枝顶孢霉的种子液按照占培养液II5～25％体积比的接种量接种于培养液II中，于25℃～40℃、60～90r/min发酵培养48～72h；获得真菌菌液；
(5)、将步骤(3)所得的细菌菌液与步骤(4)所得的真菌菌液进行混合，获得有机垃圾降解菌剂。
优选地，步骤(3)中的培养液I为：将味精废液稀释50～100倍，并加碱调pH至7.2：步骤(4)中的培养液II为：将味精废液稀释50～100倍，并加碱调pH至5.5。
上述步骤中所提及的PDA固体培养基的配方与制备法如下：马铃薯200g去皮切块加800g水煮沸0.5h，纱布过滤，加蔗糖20g、琼脂18g，加蒸馏水至1000mL；在压力1.05kg/cm2，温度121℃下灭菌20min。
上述步骤中所提及的PDA液体培养基的配方与制备法如下：马铃薯200g去皮切块加800g水煮沸0.5h，纱布过滤，加蔗糖20g，加蒸馏水至1000mL；在压力1.05kg/cm2，温度121℃下灭菌20min。
上述步骤中所提及的牛肉膏蛋白胨固体培养基的配方与制备法如下：牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl5g，琼脂18g，加蒸馏水至1000mL，调pH至7.0～7.2；在压力1.05kg/cm2，温度121.3℃下灭菌20min。
上述步骤中所提及的牛肉膏蛋白胨液体培养基的配方与制备法如下：牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl5g，加蒸馏水至1000mL，调pH至7.0～7.2；在压力1.05kg/cm2，温度121℃下灭菌20min。
优选地，本发明所述的有机垃圾降解菌剂的配比方案为：混合后的菌液中含3.5×109～2.2×1011cfu/ml的枝顶孢霉，2.5×109～7.5×1011cfu/ml的嗜热脂肪芽孢杆菌以及2.5×109～4.5×1011cfu/ml的铜绿假单胞菌。
更优选地，本发明所述的有机垃圾降解菌剂的配比方案为：混合后的菌液中含8×1010～1.5×1011cfu/ml的枝顶孢霉，1×1011～3×1011cfu/ml的嗜热脂肪芽孢杆菌以及1×1011～3×1011cfu/ml的铜绿假单胞菌。
本发明的易腐有机垃圾降解消除型微生物菌剂I实际使用时，菌剂与具有良好吸水保水能力、质地疏松的载体材料混合，从而组成有机垃圾降解固体基质；具体降解原理如下：
将有机垃圾降解固体基质置于垃圾处理机内，通过垃圾处理机的运行，营造出有机垃圾降解菌剂适宜的温度和好氧环境，随后可定期定量地投入有机垃圾；在垃圾降解系统运行过程中，微生物菌群快速生长繁殖，释放出大量的分解酶蛋白，其中包括脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等，将易腐垃圾中的脂肪、淀粉、粗纤维、蛋白质等分解为脂肪酸、糖和氨基酸等短链低分子有机物，菌群以此为营养代谢出H2O、CO2和生物热能，同时以几何级数迅速繁殖。在菌群繁殖过程中，不断消除有机垃圾，周而复始，实现垃圾的无害化和高度减量化。
一般情况下，在载体中按照15％～30％的重量比添加本发明所述的有机垃圾降降解菌剂从而构成有机垃圾降解固体基质，然后置于垃圾降解处理机内，通过垃圾处理机的运行对投加的生活有机垃圾进行降解处理。
本发明制备菌剂的营养源为食品工业有机废水——味精废液，不仅生产工艺简化，成本低，而且实现了废弃物资源化利用。
与申请号201010272835.4相比，本发明所提供的菌剂有独特的优势。铜绿假单胞菌在快速生长过程中会产生鼠李糖脂，这是一种生物表面活性剂，该物质能提高降解过程中垃圾颗粒表面的润湿性，增加菌剂与垃圾颗粒的接触面，改善降解过程中微生物活动的微环境，另一方面鼠李糖脂还能提升纤维素酶活性。枝顶孢霉能产生大量的纤维素酶，能确保菌剂中的微生物在有机垃圾降解过程中能够利用纤维素作为碳源，达到降解纤维素的目的，而这些纤维素酶的活性还能因为鼠李糖脂的存在而进一步提高，最终达到对含有难降解有机质的有机垃圾良好的降解效果。
本发明提供的菌剂可以处理更广泛的垃圾，除了上述使用垃圾处理机进行有机垃圾降解，本发明提供的菌剂还可用于垃圾填埋场中有机垃圾的降解处理，将菌液输入垃圾填埋内部对有机垃圾进行降解。特别地，本发明提供的降解菌剂可以与垃圾填埋场内部曝气处理结合使用，使用曝气管道将该降解菌剂输入到垃圾填埋场内部发挥作用。在这种使用方法时，由于垃圾填埋场内部的热量无法散出，因此随着降解作用的持续，降解发生的位置的温度会升高，而这正是本发明选择使用嗜热脂肪芽孢杆菌的原因，该菌在较高温度下仍具有良好的活性，从而确保了所提供菌剂在垃圾填埋场内部使用时的效果。
因此可以看到，本发明所选择的三种菌种能够产生明显的增益效应，在有机垃圾降解尤其是垃圾填埋场内部进行有机垃圾降解时能产生三种菌种单独作用无法企及的效果。在下面的具体实施方式中将通过实验数据展示这种增益效应。
具体实施方式
实施例1：有机垃圾降解菌剂构成
总菌数：9×109cfu/mL
枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3：4×109cfu/mL
嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11：2.5×109cfu/mL
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)：2.5×109cfu/mL
实施例2：有机垃圾降解菌剂构成
总菌数：3×1010cfu/mL
枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3：1×1010cfu/mL
嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11：1×1010cfu/mL
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)：1×1010cfu/mL
实施例3：有机垃圾降解菌剂构成
总菌数：1.3×1011 cfu/mL
枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3：5×1010cfu/mL
嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11：4×1010cfu/mL
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)：4×1010cfu/mL
实施例4：有机垃圾降解菌剂构成
总菌数：2.8×1011cfu/mL
枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3：1×1011 cfu/mL
嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11：9×1010cfu/mL
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)：9×1010cfu/mL
实施例5：有机垃圾降解菌剂构成
总菌数：6×1011cfu/mL
枝顶孢霉(Acremomium sp.)DPZ-SYz-2-3：1.5×1011cfu/mL
嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11：2.5×1011cfu/mL
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)：2×1011cfu/mL
实施例6：有机垃圾降解菌剂构成
总菌数：1.2×1012cfu/mL
枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3：2×1011cfu/mL
嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11：6×1011cfu/mL
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)：4×1011 cfu/mL
实施例7：有机垃圾降解菌剂的制备
(1)斜面培养
分别挑取嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCCNO.6119和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066各一环共同接种于牛肉膏蛋白胨固体培养基；取枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810一环接种于PDA固体培养基；分别在30℃培养48小时，进行菌株活化；
(2)种子液培养
挑取一环步骤(1)所得活化后的的嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌接种于100ml牛肉膏蛋白胨液体培养基，挑取一环所得的活化后的枝顶孢霉接种于100mlPDA液体培养基，分别于33℃、90r/min摇床振荡培养72小时；分别得嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌的种子液以及枝顶孢霉种子液；
(3)细菌液体发酵培养：
将味精废液稀释60倍(即1体积份味精废液+59体积份的蒸馏水进行稀释)，并用1mol NaOH或1molHCl调节pH至7.2，得培养液I。将培养液I置于经常规消毒的发酵罐中，消毒(罐温升至121℃保持30min)冷却后，将步骤(2)所得的嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌的种子液按照占培养液I15％体积比的接种量接种于培养液I中，于35℃、90r/min、通气压力0.6mPa条件发酵培养72h，获得嗜热脂肪芽孢杆菌5×1010cfu/mL，铜绿假单胞菌4×1010cfu/mL的细菌菌液；
(4)、真菌液体发酵培养：
将味精废液稀释60倍(即1体积份味精废液+59体积份的蒸馏水进行稀释)，并用1mol NaOH或1molHCl调节pH至5.5，得培养液II。在发酵罐(另一发酵罐)内放置培养液II，消毒(罐温升至121℃保持30min)冷却后，将步骤(2)所得的枝顶孢霉的种子液按照占培养液II15％体积比的接种量接种于培养液II中，于35℃、90r/min、通气压力0.6mPa条件发酵培养72h；获得枝顶孢霉1×1011 cfu/mL的真菌菌液；
(5)、将步骤(3)所得的细菌菌液与步骤(4)所得的真菌菌液进行1∶1混合，获得有机垃圾降解菌剂。
实施例8：有机垃圾降解菌剂的制备
(1)斜面培养
分别挑取嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCCNO.6119和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066各一环共同接种于牛肉膏蛋白胨固体培养基；取枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810一环接种于PDA固体培养基；分别在35℃培养40小时，进行菌株活化；
(2)种子液培养
挑取一环步骤(1)所得活化后的的嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌接种于100ml牛肉膏蛋白胨液体培养基，挑取一环所得的活化后的枝顶孢霉接种于100mlPDA液体培养基，分别于35℃、70r/min摇床振荡培养88小时；分别得嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌的种子液以及枝顶孢霉种子液；
(3)细菌液体发酵培养：
将味精废液稀释80倍(即1体积份味精废液+79体积份的蒸馏水进行稀释)，并用1mol NaOH或1molHCl调节pH至7.2，得培养液I。将培养液I置于经常规消毒的发酵罐中，消毒(罐温升至121℃保持30min)冷却后，将步骤(2)所得的嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌的种子液按照占培养液120％体积比的接种量接种于培养液I中，于38℃、90r/min、通气压力0.6mPa条件发酵培养48h，获得嗜热脂肪芽孢杆菌8×1010cfu/mL，铜绿假单胞菌7×1010cfu/mL的细菌菌液；
(4)、真菌液体发酵培养：
将味精废液稀释80倍(即1体积份味精废液+79体积份的蒸馏水进行稀释)，并用1mol NaOH或1molHCl调节pH至5.5，得培养液II。在发酵罐(另一发酵罐)内放置培养液II，消毒(罐温升至121℃保持30min)冷却后，将步骤(2)所得的枝顶孢霉的种子液按照占培养液II20％体积比的接种量接种于培养液II中，于38℃、90r/min、通气压力0.6mPa条件发酵培养48h；获得枝顶孢霉1.5×1011 cfu/mL的真菌菌液；
(5)、将步骤(3)所得的细菌菌液与步骤(4)所得的真菌菌液进行1.5∶1混合，获得有机垃圾降解菌剂。
实施例9：有机垃圾降解菌剂的使用
将谷壳、草炭、沸石粉以2∶2∶1的体积比混合，构成垃圾降解系统中固体基质的载体材料。在载体材料中加入占载体材料总重20％的上述实施例8制得的有机垃圾降解菌剂(总重5kg)，置于宁波市通用塑料机械厂制造的垃圾降解处理机内，开启处理运行2天，之后每天投加1kg厨余垃圾，连续运行1个月，垃圾体积消除率达96.7％。
实施例10：有机垃圾降解菌剂的使用
某垃圾填埋场，该垃圾填埋场以城市周边垃圾为主，为简易处理垃圾填埋场，填埋密度1.34kg/L，填埋时间2年，填埋深度3米。从该填埋场一米深处取面积0.5米见方，厚度0.5m的垃圾块若干块。将实施例7制得的有机垃圾降解菌剂通过内部曝气管道系统输送至垃圾块内部。另外的垃圾块通过内部曝气管道系统分别输入实施例7中值得的细菌菌液和真菌菌液，还设置空白垃圾块作为对照，每种处理设置3个重复。处理周期为3个月，3个月之后对垃圾进行有机质含量测定，测定结果见下表。有机质含量的测定采用CJ/T96-1999灼烧法。
| 处理前有机质含量 | 3月后有机质含量 | 去除率 | |
| 采用降解菌剂处理的垃圾块1 | 62.3％±4.5％ | 3.8％±0.3％ | 94.1％ |
| 采用细菌菌液处理的垃圾块 | 63.5％±4.9％ | 11.4％±1.8％ | 82.0％ |
| 采用真菌菌液处理的垃圾块 | 60.8％±5.1％ | 28.5％±3.1％ | 53.1％ |
| 未处理的垃圾块 | 64.5％±5.6％ | 37.8％±3.8％ | 41.4％ |
从上表的结果可以看到，使用本发明的降解菌液可以在短时间内大量减少垃圾中的有机质含量，为垃圾的后续处理提供良好的基础，而单纯使用细菌菌液以及单独使用真菌菌液的效果则远低于使用本发明所提供的降解菌液。说明真菌菌液与细菌菌液相互产生了正向激励机制，产生了两者单独使用所不具备的良好效果。
本领域技术人员可以根据本发明公开的内容和所掌握的本领域技术对本发明内容作出替换或变型，但是这些替换或变型都不应视为脱离本发明构思的，这些替换或变型均在本发明要求保护的权利范围内。
Claims (4)
1.一种有机垃圾降解菌剂，其特征在于所述降解菌剂包括嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119；铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066；枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810。
2.权利要求1中所述的有机垃圾降解菌剂，其特征在于混合后的菌液中含3.5×109～2.2×1011cfu/ml的枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810，2.5×109～7.5×1011cfu/ml的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119以及2.5×109～4.5×1011cfu/ml的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066。
3.权利要求1中所述的有机垃圾降解菌剂，其特征在于混合后的菌液中含8×1010～1.5×1011cfu/ml的枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810，1×1011～3×1011cfu/ml cfu/ml的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119以及1×1011～3×1011cfu/ml的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066。
4.一种如权利要求1-3中任一所述的有机垃圾降解菌剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)斜面培养
将嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginose)，保藏号为CCTCC NO.AB93066接种于牛肉膏蛋白胨斜面；将枝顶孢霉(Acremonium sp.)DPZ-SYz-2-3，其保藏编号为：CGMCC NO.4810接种于PDA斜面；分别在25～35℃培养24～48小时，进行菌株活化；
(2)种子液培养
将步骤(1)所得活化后的的嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌接种于牛肉膏蛋白胨液体培养基，所得的活化后的枝顶孢霉接种于PDA液体培养基，分别于25～40℃、60～90r/min摇床振荡培养48～96小时；分别得嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌的种子液以及枝顶孢霉种子液；
(3)细菌液体发酵培养：
在发酵罐内放置培养液I，将步骤(2)所得的嗜热脂肪芽孢杆菌与铜绿假单胞菌的种子液按照占培养液15～25％体积比的接种量接种于培养液I中，于25℃～40℃、60～90r/min发酵培养48～72h；获得细菌菌液；培养液I为：将味精废液稀释50～100倍，并加碱调pH至7.2：
(4)、真菌液体发酵培养：
在发酵罐(另一发酵罐)内放置培养液II，将步骤(2)所得的枝顶孢霉的种子液按照占培养液II5～25％体积比的接种量接种于培养液II中，于25℃～40℃、60～90r/min发酵培养48～72h；获得真菌菌液；培养液II为：将味精废液稀释50～100倍，并加碱调pH至5.5；
(5)、将步骤(3)所得的细菌菌液与步骤(4)所得的真菌菌液进行混合，获得有机垃圾降解菌剂。
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