CN104785508A - 用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床及其制备使用方法 - Google Patents

Abstract

用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床及其制备使用方法,选备重量比不低于50％的荞麦壳作为菌床，均匀混合包含菌种的微生物菌液，菌床上微生物数量大于等于1亿个/克，要求荞麦壳千粒重5-10g，容重为100-150g/L；孔隙率为90％，杂质≤1.0％，水分≤14％，颗粒具有开放式四面立体结构，木质纤维组织发达，菌种固化效果好，可长期保持品质，固定在菌床上的微生物在被激活后以指数增长方式繁殖，快速分解餐厨垃圾，干净卫生，对餐厨垃圾的减量率99％，应用推广前景广阔。

Description

用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床及其制备使用方法

技术领域

本发明涉及IPC分类C12N微生物或酶及其组合物繁殖以及利用微生物处理有机垃圾技术的领域,，尤其是用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床及其制备使用方法。

背景技术

随着科技的发展，环境治理技术得到不断发展，而且相互借鉴也成为不同相关应用领域的重要研发途径。本发明致力于城镇居民的生活垃圾的减量化处理技术。

城镇居民的生活垃圾量也随着居民生活水平提高迅速与日俱增，其中餐厨垃圾，如剩菜剩饭等餐饮垃圾和农贸市场垃圾等厨余垃圾的数量也越来越大。这些餐厨垃圾的特性包括：1)部分垃圾一般呈较黏稠流体状，含水率很高，一般为70％-85％，过高的含水量也导致餐厨垃圾热值较低，有研究数据表明我国餐厨垃圾的热值一般为8368-12552KJ/kg，高含水率也增加了餐厨垃圾清运的难度；2)由于餐厨垃圾极易腐烂酸化，因此餐厨垃圾的pH多呈酸性；3)餐厨垃圾的干物质以有机物为主达到80％-95％，有机物组分主要包括糖类、蛋白质、油脂和纤维素类物质等，其中糖类和蛋白质含量占干物质的60％以上，使餐厨垃圾极易被微生物利用而发生腐败；由于我国饮食习惯和烹调方法等原因，导致餐厨垃圾中油脂的含量很大在15％-30％，为非法提炼垃圾油提供了材料来源，也给餐厨垃圾资源化处理带来难度；4)餐厨垃圾C/N一般为10-30，这为其后续的生物处理提供了有利条件；营养元素较为丰富，特别是作为植物重要营养物的氮、磷、钾等含量较多；但是餐厨垃圾以氯离子计含盐量大，为2％-5％，如果将其直接施入土壤或会造成土壤盐渍化；5)相对其他垃圾，成分简单，惰性物质和重金属等有害物质含量相对较少。如果这些餐厨垃圾与其他生活垃圾混合填埋处置，将会占用宝贵的土地资源；如采用焚烧发电处置则会致使焚烧炉燃烧不充分而产生二恶英，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，所以餐厨垃圾己成为影响城镇环境质量的重要污染源。

长期以来，对餐厨垃圾处理的技术被不断提出，其中有一类是粉碎并添加微生物处理技术，而且以发酵反应为主，但由于产生异味难以处理以及处理时间过长导致推广不力。

目前已研发并公开的餐厨垃圾分解菌剂文献和资料较少，如：

中国专利申请201010272801.5公开了一种食物垃圾降解消除型微生物菌剂及其制法和所有菌，菌种为蜡状芽孢杆菌和雅致放射毛霉，使用该菌剂可将食物垃圾体积消减约97％，但没有说明起工业化应用的必要方法以及异味控制的有效措施。

中国专利申请02150972.7公开了一种应用微生物功能菌的生活有机垃圾处理机，该微生物功能菌由枯草芽孢杆菌和脱氮副球菌组成，但对微生物的作用过程和基质辅料等没有说明，也未说明餐厨垃圾的减量效果。

中国专利申请03151167.8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，没有对微生物菌剂和作用方式作出说明，没有说明处理过程中是否产生异味，也未说明产生的废水是否达到下水道排放标准。

中国专利申请201110353751.8介绍了一种常温降解餐厨垃圾的复合微生物菌剂及其制备方法和应用，该复合微生物菌剂由复合菌体和载体组成，复合菌体由嗜酸乳杆菌Lactobacillus acidophilus zsq11和酵母菌Saccharomyces sp.zsql3混合组成，载体由碎花生壳、沙子、刨花和鼓皮组成；将其投放应用于餐厨垃圾处理，在常温下运行效果很好，餐厨垃圾降解率达到75％以上，但这个减量效果还是略显不足。

中国专利申请200910165847.4一种用于生活垃圾堆肥处理的复合菌剂及应用方法，菌剂主要由嗜热脂肪芽抱杆菌、吸水链霉菌和细黄链霉菌组成。将三菌种分别培养发酵生产后，按一定比例即可制成复合菌剂或单种菌剂，应用时，将生活垃圾与锯末、鸡粪以干重16:1:2的比例混合，同时加入嗜热脂肪芽抱杆菌、吸水链霉菌、细黄链霉菌后定期翻堆通气，经过25天左右好氧高温发酵，发酵时间长，该菌剂的减量效果不高。

中国专利申请201310537798.9介绍了一种用于垃圾降解的生物处理剂，菌剂由蜡状芽抱杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热脂肪芽抱杆菌、类产碱假单胞菌和酿酒酵母与载体的共同作用，能高效降解生活垃圾，尤其是餐厨垃圾，降解率达到85％，该菌剂垃圾降解率还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床及其制备使用方法，适用于将餐厨垃圾就地生产就地降解消除的高度无害化、减量化处置，解决现有技术中存在的餐厨垃圾分解减量率偏低，而且容易散发异味而污染周边环境的问题。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：选备重量比不低于50％的荞麦壳作为菌床，均匀混合包含菌种的微生物菌液，菌床上微生物数量大于等于1亿个/克，荞麦壳千粒重5-10g，容重为100-150g/L；孔隙率为90％，杂质≤1.0％，水分≤14％，颗粒具有开放式四面立体结构，木质纤维组织发达。

尤其是，以包含重量百分比≥50％荞麦壳的菌床，制成微生物菌剂，所述的微生物菌剂由菌种和菌床二部分组成，其中，菌种选用具有迅速分解餐厨垃圾中淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质、蛋白质和动植物油脂成分的细菌和真菌，如枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、匍枝根霉(Rhizopus stolonifer)和黑曲霉(Aspergillus niger)，以载床作为基质菌床，形成固体颗粒状微生物菌剂，各菌种的数量均超过1亿个/克；其中在垃圾生化处理机中，这些附着在菌床上的微生物在设定的温度、基质含水率和搅拌速度的好氧条件下，快速生长繁殖，产生大量高活性的脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶，将餐厨垃圾中的脂肪、蛋白质、淀粉、纤维素等降解为糖、脂肪酸和氨基酸等小分子有机物，微生物以此为营养以指数增长方式繁殖，并进一步被微生物降解为无臭味的水、二氧化碳和无机盐等，对餐厨垃圾的减量率99％以上，垃圾分解生成的水可达到相应的标准排入城市下水道。其中，微生物菌种如枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、匍枝根霉(Rhizopusstolonifer)、黑曲霉(Aspergillus niger)等按照转接培养进行3级扩培，培养温度为30摄氏度，获得高浓度的微生物菌液，每种菌数量大于等于1亿个/mL；将微生物菌液分次喷洒在干燥的载床上并低温干燥固化，菌床上微生物数量大于等于1亿个/克，将喷洒完菌液后载床晾晒，保持环境干燥和20℃左右的温度2周以上，使菌种在载床上固化和进入休眠状态，然后载床装袋保存，形成微生物菌剂成品。在使用时，将微生物菌剂成品倒入垃圾处理容器中，喷淋适量水，将温度控制在30℃，不断搅拌2天，激活菌床上的微生物。

尤其是，菌床中荞麦壳重量比的比例≥50％，保证分解餐厨垃圾过程中无明显臭味；在使用时，可添加不超过50％(重量百分比)的木屑、粉碎的玉米芯等混匀作为菌床；我们的实验研究表明，随着荞麦壳比例的提高，异味愈加不明显，垃圾减量效果也稳定，整个垃圾生化处理机运行状况和效果也愈加稳定。。

本发明的优点和效果：菌种固化效果好，宜于长期保持品质，同时，在以荞麦壳为代表的适宜载床，益于微生物繁殖，具有全立体结构，比表面积大，方便投放，固定在菌床上的微生物在被激活后参与反应时以指数增长方式繁殖，快速分解餐厨垃圾，生化处理效果好，对餐厨垃圾的减量率99％以上，不产生臭气异味，垃圾分解生成的水可达到相应的标准排入城市下水道，安全环保，培养方法精确科学，微生物活性能够长期保存，反应稳定迅速，工艺方法实用性强，易于工业化生产，应用推广前景广阔。

具体实施方式

本发明经过一系列的研究发现，采用经过分选的天然荞麦壳为主作为微生物菌床具有突出而完美的工艺效果。荞麦壳为蓼科荞麦属植物荞麦(Fagopyrum eaculentum)的果皮。全世界的荞麦属有15个种，仅中国云南就有11个种。荞麦茎直立有分枝，质柔软，叶戟形，互生，总状或圆锥状花序，花被五深裂，裂片呈长椭圆形，色白或淡红，籽实为三棱形瘦果,黑、褐或灰色。荞麦壳质量差别很大，好的荞麦壳呈棱形，壳与壳之间自然形成完美透气通道，富弹性坚而不硬，耐挫磨，所以是很难搓碎的，常经日晒和水洗不变质，可以长时间保持完整形态。

本发明原理在于，为研发一种将餐厨垃圾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，还需要对所述荞麦壳为主体的菌床进行深入的研究。

本发明中，经过分选的包括荞麦壳的菌床均有合适的粒径、硬度、保水率、松散度等，荞麦壳通透性好，弹性高、韧性强、不易变型，附着力强、比表面积大、孔隙率高、不溶出有害物、不引起二次污染、亲水性能强，为分解垃圾的微生物的生长繁殖提供了良好的环境条件，保证了餐厨垃圾的快速彻底分解。

本发明中，选备重量比不低于50％的荞麦壳作为菌床，均匀混合包含菌种的微生物菌液，菌床上微生物数量大于等于1亿个/克，要求荞麦壳千粒重5-10g，容重为100-150g/L；孔隙率为90％，杂质≤1.0％，水分≤14％，颗粒具有开放式四面立体结构，木质纤维组织发达，用40℃以下水清洗，无虫害，高温消毒。

前述中，以包含重量百分比≥50％荞麦壳的菌床，制成微生物菌剂，所述的微生物菌剂由菌种和菌床二部分组成，其中，菌种选用具有迅速分解餐厨垃圾中淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质、蛋白质和动植物油脂成分的细菌和真菌，如枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、匍枝根霉(Rhizopus stolonifer)和黑曲霉(Aspergillus niger)，以荞麦壳为菌床，形成固体颗粒状微生物菌剂，其中枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、匍枝根霉(Rhizopus stolonifer)、黑曲霉(Aspergillus niger)的数量均超过1亿个/克.

其中，将枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、匍枝根霉(Rhizopus stolonifer)、黑曲霉(Aspergillus niger)转接培养进行3级扩培，枯草芽孢杆菌采用营养肉汤培养基，匍枝根霉和黑曲霉采用察氏培养基，培养温度为30摄氏度，获得高浓度的微生物菌液，每种菌数量大于等于1亿个/mL；将微生物菌液分次喷洒在干燥的载床上并低温干燥固化，菌床上微生物数量大于等于1亿个/克，按不同菌液、不同比例，一层一层地将菌液喷洒在菌床上，将喷洒完菌液后铺平载床晾晒，保持环境干燥和20℃左右的温度2周以上，使菌种在载床上固化和进入休眠状态，然后载床装袋保存，形成微生物菌剂成品。在使用时，将微生物菌剂成品倒入垃圾处理容器中，喷淋适量水，将温度控制在30℃，不断搅拌2天，激活菌床上的微生物。其中在垃圾生化处理机中，这些附着在菌床上的微生物在设定的温度、基质含水率和搅拌速度的好氧条件下，快速生长繁殖，产生大量高活性的脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶，将餐厨垃圾中的脂肪、蛋白质、淀粉、纤维素等降解为糖、脂肪酸和氨基酸等小分子有机物，微生物以此为营养以指数增长方式繁殖，并进一步被微生物降解为无臭味的水、二氧化碳和无机盐等，对餐厨垃圾的减量率99％以上，垃圾分解生成的水可达到相应的标准排入城市下水道。

前述中，在使用时，选备荞麦壳作为菌床，先后或同时添加包含菌种的微生物菌液以及餐厨垃圾，然后均匀搅拌混合，进行降解处理。

前述中，菌床中荞麦壳重量比的比例≥70％，保证分解餐厨垃圾过程中无明显臭味。在使用时，可以适当添加木屑、粉碎的玉米芯等其他材质材料作为菌床，实验研究表明，菌床中荞麦壳比例达到50％以才能保证分解餐厨垃圾过程中无明显臭味；随着荞麦壳比例的提高，异味愈加不明显，垃圾减量效果也越好，整个垃圾生化处理机运行状况和效果也愈加稳定。

其中，比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。容重即荞麦籽粒在一定容积内的重量,以g/L表示。杂质率为杂质含量，杂质即通过规定筛层和无使用价值的物质，包括下列几种：通过直径2.5mm圆孔筛的筛下物质，砂石、煤渣、砖瓦块、金属物等矿物质。

本发明中利用的微生物都来源于自然界，是安全级别菌种，没有转基因的菌种，不会产生致病和致突变的危险，对环境和人类都是安全的。

本发明在后期对于垃圾的减量化处理使用时，在垃圾处理容器内投入餐厨垃圾，经充分搅拌，让餐厨垃圾和微生物菌剂充分混合接触，保持温度30-40℃和含水率75-85％，微生物在好氧条件下快速生长繁殖，产生大量高活性的脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶，将餐厨垃圾中的脂肪、蛋白质、淀粉、纤维素等降解为糖、脂肪酸和氨基酸等小分子有机物，微生物以此为营养以指数增长方式繁殖，并进一步被微生物降解为无臭味的水、二氧化碳和无机盐等，将每天投入的餐厨垃圾彻底分解，对餐厨垃圾的减量率99％以上，垃圾分解生成的水可达到相应的标准排入城市下水道。垃圾分解生成的水随少量喷淋水可达到相应的标准排入城市下水道。由于生长在荞麦壳上的微生物分解垃圾速度快而且彻底，因此几乎不产生异味。

本发明中，天然荞麦壳作为最优的微生物菌床，和微生物菌种相配合，是达到高减量率效果的关键材料。微生物的存活率和活跃性较现有的技术均有大幅提高，可以在3-5小时即将餐厨垃圾大部分充分降解，使餐厨垃圾减量率达到99％以上的水平。微生物可以不断繁殖、保持活性、无臭味、管理简便、无需添加化学品。能耗平均达到0.03kwh/公斤水平。垃圾分解生成的水可达到相应的污水排入城市下水道水质标准。由于生长在荞麦壳上的微生物分解垃圾速度快而且彻底，因此几乎不产生异味。餐厨垃圾在分解过程中不产生污染周边环境的异味；餐厨垃圾的减量率99％以上，不需要处置垃圾分解残余物，简单便捷。

应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也是为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床,其特征在于，选备重量比不低于50％的荞麦壳作为菌床，均匀混合包含菌种的微生物菌液，菌床上微生物数量大于等于1亿个/克，要求荞麦壳千粒重5-10g，容重为100-150g/L；孔隙率为90％，杂质≤1.0％，水分≤14％，颗粒具有开放式四面立体结构，木质纤维组织发达，用40℃以下水清洗，无虫害，高温消毒。

2.如权利要求1所述的用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床，其特征在于，以包含重量百分比≥50％荞麦壳的菌床，制成微生物菌剂，所述的微生物菌剂由菌种和菌床二部分组成，其中，菌种选用具有迅速分解餐厨垃圾中淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质、蛋白质和动植物油脂成分的细菌和真菌，如枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、匍枝根霉(Rhizopus stolonifer)和黑曲霉(Aspergillus niger)，以载床作为基质菌床，形成固体颗粒状微生物菌剂，其中枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、匍枝根霉(Rhizopusstolonifer)、黑曲霉(Aspergillus niger)的数量均超超过1亿个/克；其中在垃圾生化处理机中，这些附着在菌床上的微生物在设定的温度、基质含水率和搅拌速度的好氧条件下，快速生长繁殖，产生大量高活性的脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶，将餐厨垃圾中的脂肪、蛋白质、淀粉、纤维素等降解为糖、脂肪酸和氨基酸等小分子有机物，微生物以此为营养以指数增长方式繁殖，并进一步被微生物降解为无臭味的水、二氧化碳和无机盐等，对餐厨垃圾的减量率99％以上，垃圾分解生成的水可达到相应的标准排入城市下水道。

3.如权利要求1所述的用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床，其特征在于，在使用时，选备50％以上的荞麦壳作为菌床，先后或同时添加包含菌种的微生物菌液以及餐厨垃圾，然后均匀搅拌混合，进行降解处理。

4.如权利要求1所述的用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床，其特征在于，菌床中荞麦壳重量比的比例≥50％，保证分解餐厨垃圾过程中无明显臭味；在使用时，添加木屑、粉碎的玉米芯混匀同时作为菌床。

5.如权利要求1所述的用于餐厨垃圾生化降解处理的荞麦壳菌床，其特征在于，所用微生物菌种包括细菌和真菌，具有分解淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质、脂肪、蛋白质能力的各类菌种。