CN106119135A - 用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂及其制备方法,微生物菌剂包括以下组份:中华米根霉、米曲霉和黑曲霉。各组份的重量配比为:中华米根霉30~70重量份;米曲霉20~80重量份;黑曲霉10~60重量份。优点为:制备得到的微生物菌剂富含纤维素酶、蛋白酶及糖化酶等各种酶类。该菌剂能够加快生活垃圾、厨余垃圾中的有机质快速降解,缩短发酵周期,提高厌氧产沼气率,而且所采用的菌种都是环境友好型的微生物,不会对环境造成不利影响。
Description
技术领域
本发明属于应用生物技术领域,具体涉及一种用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高,产生的生活垃圾量越来越大,而且生活垃圾中的有机物质含量越来越高,国内一些大城市如北京、上海等地的生活垃圾中,其有机质的含量在60%以上,一般中小型城市的生活垃圾有机质含量也在50%以上,如果生活垃圾得不到妥善的处理,将会给自然环境带来巨大的污染,生态遭到严重的破坏。如:生活垃圾产生的臭气带来大气污染,产生的渗滤液污染地下水,病菌大量繁殖传播、恶化周边土壤等。因此生活垃圾必须得到妥善的处理。
目前,生活垃圾主要采用填埋处理技术,然而,填埋技术也存在如上一些问题,且填埋场需占用大量的地方,周边环境恶化严重。生活垃圾堆肥及厌氧发酵产沼气是生活垃圾减量化、无害化的有效途径,并且能够带来一定的经济效益,为此,国内也有许多生活垃圾厌氧产沼气项目的建设及营运,但是,这些项目普遍存在以下问题:产沼率低。产沼率低的原因较多,其中比较重要的一个原因是:产沼气工艺中前端酸化水解是采用的自然酸化水解,有机物料消耗处理不够彻底,物料干物质的降解率比较低。
可见,如何有效提高生活垃圾厌氧产沼气量,具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷,本发明提供一种用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂及其制备方法,可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下:
本发明第一目的提供一种用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂,包括以下组份:中华米根霉、米曲霉和黑曲霉。
优选的,各组份的重量配比为:
中华米根霉 30~70重量份
米曲霉 20~80重量份
黑曲霉 10~60重量份。
优选的,各组份的重量配比为:
中华米根霉 50重量份
米曲霉 50重量份
黑曲霉 35重量份。
优选的,每克微生物菌剂中有效活菌含量为3×108~2×109CFU;蛋白酶活性为500-1000U/g,糖化酶活性为100-200U/g,纤维素酶活性为50~100U/g。其中,CFU为菌落形成单位,全称为Colony-Forming Units,指单位体积中的细菌群落总数。U/g为每克酶蛋白所具有的酶活力。
本发明第二目的为提供一种用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂的制备方法,包括以下步骤:
第一步,一级种子的制备:
分别称取活化后的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉;然后,分别将称取到的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉接种到PDA液体培养基中,于28-45℃的条件下培养4-6天,直到种子成熟,分别制备得到中华米根霉一级种子、米曲霉一级种子和黑曲霉一级种子;
第二步,二级种子的制备:
分别将第一步得到的中华米根霉一级种子、米曲霉一级种子和黑曲霉一级种子,按照质量分数为10%~20%的接种量接种到液体发酵罐的培养基中发酵,其中,发酵条件控制为:温度28~45℃,通气量0.5~2L/min,搅拌转速300~500rpm,装料系数为75%,压力0.05~0.15MPa,发酵3~5天,分别制备得到中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子;
第三步,固体发酵生产:
分别将第二步得到的中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子接种于固体培养基中进行固体发酵,其中,固体培养基水分为50~80%,培养温度为28~40℃,培养时间为4~6天,分别制备得到中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂;
第四步,菌剂复合:
分别将第三步得到的中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂,按照以下重量配比混合,制备得到用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂:
中华米根霉 30~70重量份
米曲霉 30~70重量份
黑曲霉 10~60重量份。
优选的,第二步中,二级种子制备时所用的培养基组成为:2~5%质量分数的麸皮,1~2%质量分数的葡萄糖,其余为水。
优选的,第三步中所采用的固体培养基组成为:2~5%质量分数的豆粕、1~3%质量分数的葡萄糖、其余为麸皮和米糠的混合物。
优选的,对于所述麸皮和米糠的混合物,其质量比为:麸皮:米糠为4:6~7:3。
本发明选育到了能够快速度降解生活垃圾及厨余垃圾中的有机质的微生物,各组分微生物分别培养后,再按一定的比例混合,即制备得到生活垃圾产沼预处理微生物菌剂。
所选用的菌种特性及功能如下:
1)米曲霉:具有产酸性蛋白酶的功能,能够催化生活垃圾中蛋白类物质水解成为多肽及氨基酸类物质。
2)中华米根霉:具有产淀粉酶、糖化酶等特点,能够催化生活垃圾中的电粉类物质的水解生成葡萄类物质。
3)黑曲霉:同时具有产纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶的能力。能够加速生活垃圾中的纤维素、淀粉、蛋白质的降解。
本发明提供的用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂及其制备方法具有以下优点:
制备得到的微生物菌剂富含纤维素酶、蛋白酶及糖化酶等各种酶类。该菌剂能够加快生活垃圾、厨余垃圾中的有机质快速降解,缩短发酵周期,提高厌氧产沼气率,而且所采用的菌种都是环境友好型的微生物,不会对环境造成不利影响。
附图说明
图1为本发明提供的生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供一种用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂,包括以下组份:中华米根霉、米曲霉和黑曲霉。各组份的重量配比为:中华米根霉30~70重量份;米曲霉20~80重量份;黑曲霉10~60重量份。每克微生物菌剂中有效活菌含量为3×108~2×109CFU;蛋白酶活性为500-1000U/g,糖化酶活性为100-200U/g,纤维素酶活性为50~100U/g。
上述用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂的制备方法,包括以下步骤:第一步,一级种子的制备:
分别称取活化后的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉;然后,分别将称取到的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉接种到PDA液体培养基中,于28-45℃的条件下培养4-6天,直到种子成熟,分别制备得到中华米根霉一级种子、米曲霉一级种子和黑曲霉一级种子;
第二步,二级种子的制备:
分别将第一步得到的中华米根霉一级种子、米曲霉一级种子和黑曲霉一级种子,按照质量分数为10%~20%的接种量接种到液体发酵罐的培养基中发酵,其中,发酵条件控制为:温度28~45℃,通气量0.5~2L/min,搅拌转速300~500rpm,装料系数为75%,压力0.05~0.15MPa,发酵3~5天,分别制备得到中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子;
第三步,固体发酵生产:
分别将第二步得到的中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子接种于固体培养基中进行固体发酵,其中,固体培养基水分为50~80%,培养温度为28~40℃,培养时间为4~6天,分别制备得到中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂;
第四步,菌剂复合:
分别将第三步得到的中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂,按照以下重量配比混合,制备得到用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂:
中华米根霉 30~70重量份
米曲霉 30~70重量份
黑曲霉 10~60重量份。
与现有技术相比,本发明提供的用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂及其制备方法具有以下优点:
1)工艺采用液态与固态相结合的工艺,克服了液态发酵工艺产生大量高COD、BOD废水的问题,固态发酵的菌剂具有适应性强的特点,同时也赋予了产品保质期长的特点,产品保质期长达12个月。
2)菌剂的有效活菌数量高,每克产品有效活菌最高可达2×109CFU,处理相同量的物料可以减少菌剂的投加量,从而大大的减小了运行成本。
3)微生物菌剂富含蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、纤维素酶等各种酶类,对物料的适应性强,能够适用于对生活垃圾、厨余垃圾、餐厨垃圾中的有机物料的降解。
4)菌种的生长速度快,适应性强,能够促进有机质快速降解,缩短发酵周期,提高厌氧产沼率,从而实现生活垃圾的减量化及资源化。而且所用的菌种都是环境友好型的微生物。
5)所选的菌种具有抑制腐败病菌生长繁殖的能力,从而减少生活垃圾的臭味,实现生活垃圾的无害化。
以下通过实施例对本发明做进一步的阐述
分别制备得到以下四种培养基,备用。
1、试管斜面培养基
PDA培养基:取去皮的马铃薯150g,切成小块,添加1L自来水煮沸1h后过滤,收集滤液添加15g葡萄糖定容至1L,调节pH至6.5,添加20g琼脂煮沸至琼脂融化,分装于试管中,灭菌,制备得到试管斜面培养基。
2、液体一级种子培养基:
取去皮的马铃薯150g,切成小块,添加1L自来水煮沸1h后过滤,收集滤液添加15g葡萄糖定容至1L,调节pH至6.5,分装于试管中,灭菌,制备得到液体一级种子培养基。
2、液体二级种子培养基:取质量分数为2-5%的麸皮,质量分数为1-2%的葡萄糖,其余为水,混合,灭菌,制备得到液体二级种子培养基。
4、固体发酵生产用的固体培养基:
取2~5%质量分数的豆粕、1~3%质量分数的葡萄糖、其余为麸皮和米糠的混合物;其中,麸皮和米糠的混合物的质量配比为:麸皮:米糠为4:6~7:3。灭菌备用。
使用上述四份备用的培养基,进行以下实施例:
实施例1:
第一步,一级种子的制备:
1)活化:
将4℃保藏的菌种进行斜面活化:分别将中华米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437和黑曲霉CGMCC3.6469接种于PDA斜面,于35℃的条件下进行活化,得到活化后的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉。
2)分别从活化后的试管斜面上挑取活化的中华米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437和黑曲霉CGMCC3.6469,将活化后的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉分别接种于PDA液体培养基中。于35℃、200rpm的条件下培养4天,分别制备得到中华米根霉一级种子、米曲霉一级种子和黑曲霉一级种子;
第二步,二级种子的制备:
分别将第一步培养得到的中华米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437、黑曲霉CGMCC3.6469,按照质量分数为10%的接种量接种到液体发酵罐中发酵,发酵条件控制为:温度35℃,通气量为2L/min,搅拌转速300rpm,装料系数为75%,压力0.1MPa发酵4天,分别制备得到中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子;
第三步,固体发酵生产:
分别将第二步得到的中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子接种于固体培养基中进行固体发酵,控制固体培养基水分在58%,培养温度40℃,培养5天,分别制备得到中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂;
第四步,菌剂复合:
分别将第三步得到的中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂,按照重量份为:中华米根霉20重量份、米曲霉30重量份、黑曲霉50重量份的比例进行混合,制备得到用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂。
所获得的预处理菌剂经检测,每克该微生物菌剂中有效活菌含量在1.5×109CFU。蛋白酶活性为800U/g,糖化酶活性为162U/g,纤维素酶活性为88U/g。
实施例2
第一步,一级种子的制备:
1)活化:
将4℃保藏的菌种进行斜面活化:分别将中华米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437和黑曲霉CGMCC3.6469接种于PDA斜面,于37℃的条件下进行活化,得到活化后的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉。
2)分别从活化后的试管斜面上挑取活化的中华米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437和黑曲霉CGMCC3.6469,将活化后的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉分别接种于PDA液体培养基中。于40℃、105rpm的条件下培养4天,分别制备得到中华米根霉一级种子、米曲霉一级种子和黑曲霉一级种子。
第二步,二级种子的制备:
分别将第一步培养得到的中华米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437、黑曲霉CGMCC3.6469,按照质量分数为10%的接种量接种到液体发酵罐中发酵,发酵条件控制为:温度40℃,通气量控制为2.5L/min,搅拌转速250rpm,装料系数控制为75%,压力0.15MPa,发酵4天,分别制备得到中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子;
第三步,固体发酵生产:
分别将第二步得到的中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子接种于固体培养基中进行固体发酵,控制固体培养基水分在85%,培养温度在40℃,培养5天,分别制备得到中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂。
第四步,菌剂复合:
分别将第三步得到的中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂,按照重量份为:中华米根霉50重量份,米曲霉10重量份、黑曲霉40重量份的比例进行混合,制备得到用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂。
所获得的预处理菌剂经检测,每克该微生物菌剂中有效活菌含量在5×108CFU。蛋白酶活性为600U/g,糖化酶活性为106U/g,纤维素酶活性为150U/g。
检验例
将实施例一制备得到的生活垃圾厌氧产沼预处理微生物菌剂,用于生活垃圾厌氧产沼前段水解过程中。生活垃圾可降解有机质为20kg,添加预处理菌剂100g,在搅拌转速为150rpm、温度35℃、加水量40L的条件下进行生活垃圾可降解有机质的水解预处理实验,同时进行不添加预处理菌剂对照实验组(CK),以干物质的降解率为评价指标,得到如下的试验结果:
实验表明,添加厌氧产沼预处理微生物菌剂的效果明显,添加菌剂组干物质的降解率达到60%以上,而未添加菌剂对照组的干物质降解率只有30%左右,添加微生物菌剂的干物质的降解率较未添加菌剂高出一倍。此外,实验证明,添加微生物菌剂对物料进行厌氧产沼气实验,产沼气率达到了72%。而未添加菌剂对照组时,其产沼气率仅为40%。
将实施例二制备得到的生活垃圾厌氧产沼预处理微生物菌剂进行了同样的实验,实验结果相似。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂,其特征在于,包括以下组份:中华米根霉、米曲霉和黑曲霉。
2.根据权利要求1所述的用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂,其特征在于,各组份的重量配比为:
中华米根霉 30~70重量份
米曲霉 20~80重量份
黑曲霉 10~60重量份。
3.根据权利要求2所述的用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂,其特征在于,各组份的重量配比为:
中华米根霉 50重量份
米曲霉 50重量份
黑曲霉 35重量份。
4.根据权利要求1所述的用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂,其特征在于,每克微生物菌剂中有效活菌含量为3×108~2×109CFU;蛋白酶活性为500-1000U/g,糖化酶活性为100-200U/g,纤维素酶活性为50~100U/g。
5.一种用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步,一级种子的制备:
分别称取活化后的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉;然后,分别将称取到的中华米根霉、米曲霉和黑曲霉接种到PDA液体培养基中,于28-45℃的条件下培养4-6天,直到种子成熟,分别制备得到中华米根霉一级种子、米曲霉一级种子和黑曲霉一级种子;
第二步,二级种子的制备:
分别将第一步得到的中华米根霉一级种子、米曲霉一级种子和黑曲霉一级种子,按照质量分数为10%~20%的接种量接种到液体发酵罐的培养基中发酵,其中,发酵条件控制为:温度28~45℃,通气量0.5~2L/min,搅拌转速300~500rpm,装料系数为75%,压力0.05~0.15MPa,发酵3~5天,分别制备得到中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子;
第三步,固体发酵生产:
分别将第二步得到的中华米根霉二级种子、米曲霉二级种子和黑曲霉二级种子接种于固体培养基中进行固体发酵,其中,固体培养基水分为50~80%质量分数,培养温度为28~40℃,培养时间为4~6天,分别制备得到中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂;
第四步,菌剂复合:
分别将第三步得到的中华米根霉单一菌剂、米曲霉单一菌剂和黑曲霉单一菌剂,按照以下重量配比混合,制备得到用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂:
中华米根霉 30~70重量份
米曲霉 30~70重量份
黑曲霉 10~60重量份。
6.根据权利要求5所述的用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,第二步中,二级种子制备时所用的培养基组成为:2~5%质量分数的麸皮,1~2%质量分数的葡萄糖,其余为水。
7.根据权利要求5所述的用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,第三步中所采用的固体培养基组成为:2~5%质量分数的豆粕、1~3%质量分数的葡萄糖、其余为麸皮和米糠的混合物。
8.根据权利要求7所述的用于生活垃圾厌氧产沼气预处理的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,对于所述麸皮和米糠的混合物,其质量比为:麸皮:米糠为4:6~7:3。
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