CN103896641B - 食物源有机垃圾降解菌剂载体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，其由以下重量含量的成分组成：0.1～10%的分散材料、0.1～10%的吸水保水材料、作为余量的吸附及支撑材料。分散材料为粒度20～1000目的白炭黑；吸水保水材料为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钾；吸附及支撑材料为牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥，该有机肥的含水率为≤30%。食物源有机垃圾降解液体菌剂配合该载体的使用能提高对食物源有机垃圾的降解能力、并延长食物源有机垃圾降解菌剂的使用时间。
Description
技术领域
本发明属于生活垃圾处理领域，涉及一种用于食物源有机垃圾的微生物降解消除技术，具体涉及一种食物源有机垃圾的微生物降菌剂的载体。
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、剩菜剩饭等食物源有机垃圾的比重也越来越大。由于食物源有机垃圾含水率高（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。所以食物源有机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、减量化的处置新技术，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废弃食物等易腐生活垃圾微生物降解原位消除技术。如申请号03151167.8的发明专利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，然后通过颗粒层的过滤后，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。发明专利（申请号：01112685.X）公开了一种消灭型有机垃圾生物处理机，采用特殊微生物菌群进行有机垃圾的完全消化，但未公开微生物菌剂的构成及制备方法。发明专利（申请号：02150972.7）公开了一种应用YB微生物功能菌垃圾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，但未公开菌剂的载体材料及组配方法。
当食物源有机垃圾投入降解系统后，通过垃圾处理机的不断搅拌与菌剂充分混合，在好氧条件下被功能微生物降解。因此，垃圾降解系统的高效运行，不仅取决于垃圾高效降解功能微生物菌群的应用，而且还需要为垃圾降解菌群营造适宜的温、湿度和良好通气（好氧）环境。这种环境的维持，一方面可借助于垃圾处理机的温控、补水、送风功能来实现，另一方面也对菌剂的载体材料提出了特殊的要求。
虽然已有一些发明专利公开了有关微生物菌剂的载体材料。如发明专利“复合微生物菌剂吸附粉料”（02123534.1）公开了由50～90%的有机粉料和10～50%无机粉料构成的一种生产生物有机肥菌剂的复合微生物菌的吸附剂粉料，其中有机粉料为麦麸、米糠、豆秸粉、玉米芯粉、高粱壳粉、糠醛、豆粕、草炭土的至少一种，而无机粉料为沸石、硅藻土、凹凸棒土、轻质碳酸钙、磷矿粉或钾矿粉的至少一种。也有发明专利（03109680.8）公开了用调酸剂Ca(HCO3)2调节风煤或褐煤pH的一种生物有机肥料载体。
由于上述发明的着眼点在于如何提高载体材料对功能微生物的吸附量及菌剂中功能微生物的成活率，所以这些载体并不符合食物源有机垃圾降解菌剂对载体须具有良好透气性、持水性和对微生物分解耐受性的要求。为此，发明专利（201010272774.1）公开了以树枝屑、谷壳、棉子壳、笋壳屑等为支撑材料；以草炭，竹炭粉、沸石粉、粘土、高岭土等为吸附材料；以人工合成高分子聚合物如农用土壤保水剂吸水保水材料，经组配所构成的易腐有机垃圾降解菌剂的载体。由于上述树枝屑、谷壳、棉子壳、笋壳屑等支撑材料的取材常常受季节性和地域性限制，在食物源有机垃圾微生物降解消除技术的推广应用中具有一定的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，食物源有机垃圾降解液体菌剂配合该载体的使用能提高对食物源有机垃圾的降解能力、并延长食物源有机垃圾降解菌剂的使用时间。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，其是由以下重量含量的成分组成：0.1～10%的分散材料、0.1～10%的吸水保水材料、作为余量的吸附及支撑材料。
作为本发明的食物源有机垃圾降解菌剂载体的改进：
所述分散材料为粒度20～1000目（较佳为100～200目）的白炭黑；
所述吸水保水材料为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钾（20～30目）；
所述吸附及支撑材料为牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥，所述有机肥的含水率为≤30%。
上述牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥的制备方法为：
牛粪与菇渣按照3～5:1的重量比混合，接种0.1～5%（质量%，较佳为0.4～0.6%）好氧高温堆肥液体菌剂，然后堆肥处理。所述堆肥处理按照堆肥物料的常规堆肥处理方式进行，一般堆肥物料的中心温度升温至60℃左右（55～65℃）时需要进行第一次翻堆，然后堆肥物料进入了高温阶段；在高温阶段中，堆肥物料一般每隔2～3天翻堆一次（目的也是控制堆肥物料的中心温度），高温阶段翻堆2～4次（即总共翻堆3～5次）后，不再翻堆，继续堆置直至堆肥物料被腐熟为止。再经烘干或暴晒得含水率≤30%的腐熟有机肥，即为本发明中所用的牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥。
上述好氧高温堆肥液体菌剂为专利号为200510049704.9的《一种好氧高温堆肥发酵功能菌培养基的配制方法》制备所得的菌剂。
在本发明中，菇渣为金针菇、蘑菇、杏鲍菇等食用菌栽培后的下脚料，含水率≤30%；牛粪的含水率≤85%。
本发明的发明人通过大量的实验后得知，食物源有机垃圾降解菌剂载体不仅要对垃圾高效降解功能微生物菌群具有吸附固定作用，而且必须疏松多孔且具有良好透气性和较强的吸水持水能力，同时对微生物分解具有较强的耐受性，才能在垃圾降解系统运行过程中使菌剂基质维持良好的通气状况和适宜的含水率，以满足功能菌群旺盛生长对好氧条件的要求。反之，如果基质不够疏松不具备良好的透气性；或载体材料在运行过程中很快被系统中的微生物所分解；或材料吸水性差当含水率较高的食物源有机垃圾投入垃圾降解系统后游离水过多，都会造成基质闭结而形成厌氧环境，使有机垃圾分解不完全而产生有异味的挥发性脂肪酸等中间产物逸出，导致降解系统无法稳定运行，不得不频繁更换菌剂和载体，使垃圾降解系统的运行成本极大增加。
本发明正是基于食物源有机垃圾降解系统对菌剂载体材料的这些特殊要求而开展筛选、组配研究，并充分考虑载体取材来源的稳定性与可获得性。本发明所得的载体是适合于配合所有的“有机垃圾高效降解功能微生物菌剂”使用。
本发明的食物源有机垃圾降解菌剂载体实际使用时，在载体中添加适量的液体有机垃圾降解菌剂（一般，每1kg的载体添加50～400ml的液体有机垃圾降解菌剂，较佳为每1kg的载体添加100～200ml的液体有机垃圾降解菌剂），然后置于各类垃圾降解处理机内，对食物源有机垃圾进行降解消除处理。一般，在家用垃圾降解处理机放置2500g～3500g载体，按照上述比例添加食物源有机垃圾降解液体菌剂，每天处理1kg生活有机垃圾（厨余垃圾），降解系统连续运行3个月，垃圾减容率（R）达95%以上。
备注说明：R=(A-B-C)/A×100；其中，A为垃圾降解系统运行期间投加的垃圾总体积；B为运行结束时所剩余垃圾体积；C为运行起始是投入的菌剂及载体体积。
本发明的载体中，选用干燥的腐熟有机肥作为具有吸附与支撑菌体作用的材料，该腐熟有机肥由牛粪与菇渣经好氧高温堆肥腐熟（必要时经干燥处理，如烘干或暴晒）所得，其含水量≤30%（一般为15%～21%）；选用白炭黑作为具有吸附菌体和基质分散作用的材料；选用高吸水性树脂（例如，聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺）作为具有吸水与保水作用的材料。
本发明的食物源有机垃圾降解菌剂载体，除了具有一般微生物菌剂载体对菌体的良好吸附性外，还具有如下优点：
1、载体中的吸附、支撑材料具有疏松多孔和耐微生物降解特性，在长达数月的垃圾降解系统运行过程中不产生结块现象，因而能提高降解系统运行的稳定性和高效性；
2、载体中的分散材料具有防止基质结块闭结的作用，有利于提高降解系统运行的稳定性和高效性；
3、载体中的保水持水材料具有吸收数百倍于自身重量水分的特性，当含水量较高的食物源有机垃圾后投入降解系统后，快速吸收其中的游离水而保持系统的好氧环境，当系统水分不足时又能释放出其中的水分以保持适宜的水分状况，有利于保持垃圾降解基质的含水量稳定性从而提高系统运行的稳定性和高效性。
综上所述，现有微生物菌剂的载体仅仅具有吸附菌体的作用；而以树枝屑、谷壳、棉子壳、笋壳屑等为支撑材料的食物垃圾降解菌载体的取材存在季节性和地域性限制，并且在垃圾降解系统运行过程会被逐步降解。本发明的载体克服了上述微生物菌剂的载体功能单一的缺陷和以树枝屑、谷壳、棉子壳、笋壳屑等为支撑材料的取材局限性和自身被降解的不足。本发明的载体具备有以下3方面功能：吸附与支撑功能——保持疏松通气，避免自身被降解并吸附菌体；分散功能——提高垃圾降解系统中基质的分散性，防止基质结块闭结，从而维持垃圾降解系统的好氧状态；保水持水功能——当食物源有机垃圾投入降解系统后快速吸收其中的游离水，从而保持系统的好氧环境，当水分不足时又能释放出其吸收的水分以保持适宜的水分状况。
综上所述，本发明提供了一种以干燥腐熟有机肥为支撑材料、以白炭黑为分散材料、以人工合成高吸水性树脂为吸水保水材料所构成的有机垃圾降解菌剂载体的组配方法。
具体实施方式
实施例1、一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，该载体由以下重量含量的成分组成：98.5%的吸附及支撑材料、0.5%的分散材料和1%的吸水保水材料。
吸附及支撑材料为牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥，其制备方法具体为：
将含水率为70%的新鲜牛粪与含水率为28%的金针菇渣，按照4:1的重量比混合均匀，得混合物料；再按混合物料0.5%的重量比接种按照发明专利200510049704.9的实施例1制备的好氧高温堆肥发酵菌剂，然后进行常规的堆肥处理。所得的腐熟有机肥经60℃烘干3小时后含水量为15%；得牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥。
分散材料为白炭黑，粒度100目；
吸水保水材料为高吸水性树脂--聚丙烯酰胺，粒度20目。
将上述3种成分简单的加以搅拌混合即可（以下实施例同）。
实施例2、一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，该载体由以下重量含量的成分组成：98.2%的吸附及支撑材料、1%的分散材料和0.8%的吸水保水材料。
吸附及支撑材料为牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥，其制备方法具体为：
将含水率为76%的新鲜牛粪与含水率为30%的杏鲍菇渣，按照3:1的重量比混合均匀，得混合物料；再按混合物料0.4%的重量比接种按照发明专利200510049704.9的实施例2制备的好氧高温堆肥发酵菌剂，然后进行常规的堆肥处理。所得的腐熟有机肥经暴晒1天后含水量为18%；得牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥。
分散材料为白炭黑，粒度150目；
吸水保水材料为高吸水性树脂---聚丙烯酸钾，粒度30目。
实施例3、一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，该载体由以下重量含量的成分组成：97%的吸附及支撑材料、2%的分散材料和1%的吸水保水材料。
吸附及支撑材料为牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥，其制备方法具体为：
将含水率为71%新鲜牛粪与含水率为25%的金针菇渣，按照4.5:1的重量比混合均匀，得混合物料；再按混合物料0.6%的重量比接种按照发明专利200510049704.9的实施例1制备的好氧高温堆肥发酵菌剂，然后进行常规的堆肥处理。腐熟有机肥经暴晒1天后含水量为21%；得牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥。
分散材料为白炭黑，粒度120目；
吸水保水材料为高吸水性树脂---聚丙烯酸钾，粒度20目。
实施例4、一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，该载体由以下重量含量的成分组成：96.5%的吸附及支撑材料、2%的分散材料和1.5%的吸水保水材料。
吸附及支撑材料为牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥，其制备方法具体为：
将含水率为80%的新鲜牛粪与含水率为27%的金针菇渣，按照3.2:1的重量比混合均匀，得混合物料；再按混合物料0.5%的重量比接种按照发明专利200510049704.9的实施例3制备的好氧高温堆肥发酵菌剂，然后进行常规的堆肥处理。腐熟有机肥经暴晒1天后含水量为25%；得牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥。
分散材料为白炭黑，粒度200目；
吸水保水材料为高吸水性树脂---聚丙烯酰胺，粒度25目。
实验1-1、在150kg按实施例1制备所得的食物源有机垃圾降解菌剂载体中，加入15L含雅致放射毛霉(Actinomucor elegans)4.3×109cfu/ml和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)5.2×1010cfu/ml）的液体有机垃圾降解菌剂，即10%的用量比；置于北京晟智科技发展有限公司制造的垃圾生化处理机SZ-AS300内，开启处理机运行2小时后投加主要由剩菜剩饭、瓜皮果壳、菜根菜皮等构成的食物源有机垃圾；除双休日不投加外，每天垃圾投加量为100-120kg；整个降解系统连续运行11个月；垃圾减容率达95%。
实验2、在250kg按实施例2制备所得的食物源有机垃圾降解菌剂载体中，加入35L含雅致放射毛霉(Actinomucor elegans)1.2×1010cfu/ml和Paenibacillus cineris1.2×1010cfu/ml的垃圾降解液体菌剂，即14%的用量比；置于北京晟智科技发展有限公司制造的垃圾生化处理机SZ-AS300内，开启处理机运行2小时后投加主要由剩菜剩饭、瓜皮果壳、菜根菜皮等构成的食物源有机垃圾；除双休日不投加外，每天垃圾投加量为350-380kg；整个降解系统连续运行6个月；垃圾减容率达92%。
实验3、在500kg实施例3制备所得的食物源有机垃圾降解菌剂载体中，加入65L含雅致放射毛霉(Actinomucor elegans)1.3×1010cfu/ml和蜡状芽孢杆菌(Bacilus cereus)1.5×1010cfu/ml的垃圾降解液体菌剂，即13%的用量比；置于北京晟智科技发展有限公司制造的垃圾生化处理机SZ-AS300内，开启处理机运行2小时后投加主要由剩菜剩饭、瓜皮果壳、菜根菜皮等构成的食物源有机垃圾；除双休日不投加外，每天垃圾投加量为700-750kg；整个降解系统连续运行4个月；垃圾减容率达90%。
实验4、在150kg按实施例1制备所得的食物源有机垃圾降解菌剂载体中，加入15L含多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa F8)1.2×108cfu/ml、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilisF10)2.5×109cfu/ml和假单胞菌（Pseudomonas No.7）4.3×108cfu/ml的垃圾降解液体菌剂，即10%的用量比；置于北京晟智科技发展有限公司制造的垃圾生化处理机SZ-AS300内，开启处理机运行2小时后投加主要由剩菜剩饭、瓜皮果壳、菜根菜皮等构成的食物源有机垃圾；除双休日不投加外，每天垃圾投加量为100-120kg；整个降解系统连续运行11个月；垃圾减容率达96%。
实验5、在250kg按实施例2制备所得的食物源有机垃圾降解菌剂载体中，加入35L含多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa F8)1.2×108cfu/ml、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilisF10)2.5×109cfu/ml和假单胞菌（Pseudomonas No.7）4.3×108cfu/ml的的垃圾降解液体菌剂，即14%的用量比；置于北京晟智科技发展有限公司制造的垃圾生化处理机SZ-AS300内，开启处理机运行2小时后投加主要由剩菜剩饭、瓜皮果壳、菜根菜皮等构成的食物源有机垃圾；除双休日不投加外，每天垃圾投加量为350-380kg；整个降解系统连续运行6个月；垃圾减容率达94%。
实验6、在500kg实施例3制备所得的食物源有机垃圾降解菌剂载体中，加入65L含多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa F8)1.2×108cfu/ml、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis F10)2.5×109cfu/ml和假单胞菌（Pseudomonas No.7）4.3×108cfu/ml的垃圾降解液体菌剂，即13%的重量比；置于北京晟智科技发展有限公司制造的垃圾生化处理机SZ-AS300内，开启处理机运行2小时后投加主要由剩菜剩饭、瓜皮果壳、菜根菜皮等构成的食物源有机垃圾；除双休日不投加外，每天垃圾投加量为700-750kg；整个降解系统连续运行3个月；垃圾减容率达91%。
对比实验1-1、一种复合微生物菌剂吸附粉料（ZL02123534.1），其由55.5%的豆秸粉、18.5%的米糠和26%的沸石粉组成。上述%均为重量百分比。
以上述复合微生物菌剂吸附粉料替代实验1中所用的食物源有机垃圾降解菌剂载体（实施例1所得），其余同实验1。
结果为：垃圾降解系统仅连续运行14天，就出现基质结块现象，系统有异味逸出无法继续运行，垃圾减容率就降低到50%。
对比实验1-2、新型生物有机肥料载体（200810064089.2），其由粉碎风化煤加碳酸氢钙调节pH6.8.。
以上述新型生物有机肥料载体替代实验1中所用的食物源有机垃圾降解菌剂载体（实施例1所得），其余同实验1。
结果为：垃圾降解系统仅连续运行9天，就出现基质结块现象、系统有异味逸出无法继续运行，垃圾减容率就降低到40%。
对比实验1-3、按土壤：锯末：蛭石=1:1:1的体积比例构成载体材料。
以上述载体材料替代实验1中所用的食物源有机垃圾降解菌剂载体（实施例1所得），其余同实验1。
结果为：垃圾降解系统仅连续运行20天，就出现基质结块现象，系统有异味逸出无法继续运行，垃圾减容率就降低到60%。
对比实验1-4、
一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，该载体由以下重量含量的成分组成：90%的吸附及支撑材料、5%的分散材料和5%的吸水保水材料，其余同实施例1。
以上述载体替代实验1中所用的食物源有机垃圾降解菌剂载体（实施例1所得），其余同实验1。
结果为：整个降解系统连续运行11个月；垃圾减容率达96%。
此案例中，由于分散材料和吸水保水材料的用量大大增加，因此会导致成本的上升。但，其对应的垃圾减容率却与实验1非常接近。
对比实验1-5、
一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，将实施例1中的分散材料由白炭黑改成滑石粉（重量含量不变）；其余同实施例1。
以上述载体替代实验1中所用的食物源有机垃圾降解菌剂载体（实施例1所得），其余同实验1。
结果为：整个降解系统连续运行3个月后出现基质结块现象，系统有异味逸出，无法继续运行，垃圾减容率降至85%。
对比实验1-6、
一种食物源有机垃圾降解菌剂载体，将实施例1中的吸水保水材料由高吸水性树脂--聚丙烯酰胺（粒度20目）改成羧甲基纤维素（粒度为20目）；重量含量不变，其余同实施例1。
以上述载体替代实验1中所用的食物源有机垃圾降解菌剂载体（实施例1所得），其余同实验1。
结果为：整个降解系统连续运行2个月；垃圾减容率就降低至80%。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (2)
1.食物源有机垃圾降解菌剂载体，其特征是由以下重量含量的成分组成：0.1～10％的分散材料、0.1～10％的吸水保水材料、作为余量的吸附及支撑材料；
所述分散材料为粒度20～1000目的白炭黑；
所述吸水保水材料为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钾；
所述吸附及支撑材料为牛粪和菇渣经高温发酵腐熟的有机肥，所述有机肥的含水率为≤30％。
2.根据权利要求1所述的食物源有机垃圾降解菌剂载体，其特征是：分散材料的含量为0.5％～2％，吸水保水材料的含量为0.8％～1.5％。
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