CN106701628B - 一种农村生活垃圾发酵菌剂及其使用方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于垃圾发酵处理工艺，尤其涉及一种农村生活垃圾发酵菌剂及其使用方法和应用，所述菌剂主要由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌、纤维素酶和蛋白酶配制而成。本发明提供的发酵菌剂可以加快农村生活垃圾的发酵效率，同时对农村生活垃圾中的重金属进行转化并高效灭杀病菌。

Description

一种农村生活垃圾发酵菌剂及其使用方法和应用

技术领域

本发明属于垃圾发酵处理工艺，尤其涉及一种农村生活垃圾发酵菌剂及其使用方法和应用。

背景技术

农村生活垃圾及其影响城市形象和文明建设，目前农村生活垃圾的处理方法基本分为：掩埋、焚烧和堆积发酵。掩埋方法处理农村生活垃圾需要消耗大量的空地，而且该方法属于逃避性的解决方案，并没有真正意义上的对农村生活垃圾进行分解处理，同时农村生活垃圾中的重金属污染物会再次造成土壤污染；焚烧可以有效的处理农村生活垃圾，但是该方法不仅会生产大量的污染性烟气和致癌产物二噁英，而且也造成农村生活垃圾中可回收资源的损失，不符合我国可持续发展的需要。堆积发酵的方法是采用发酵菌剂对农村生活垃圾进行分解性处理，能够将其中的有机物最大限度循环利用，是目前农村生活垃圾处理方法中适用性较强的一种。但是农村生活垃圾在堆积发酵时存在如下弊端：1）发酵时间长达2-4个月，发酵期间会产生难闻的异味；2）农村生活垃圾中本身存有多种杂菌、病原体和蚊蝇虫卵，发酵过程中会造成病菌繁衍和蚊虫滋生，对周边的环境造成严重的不利影响；3）农村生活垃圾使用的菌剂成本较高，导致堆积发酵的成本难以降低。

因此，如何解决上述弊端，是本领域技术人员亟待解决的问题。现有技术中公开了很多技术方案，多采用复配的菌剂提高发酵效率，同时利用短期发酵即得的高温来灭杀病菌和虫卵，如公开号为CN1724480A的专利文献，通过采用垃圾渗透液定向驯化的菌剂来提高发酵效率，但是其制备方法复杂，这明显导致菌剂成本提高；公开号为CN102765972A专利文献，通过采用新型种类和组分的复配菌剂协同处理农村生活垃圾，可以有效加快农村生活垃圾的发酵效率；能够起到同样的效果的还有公开号为CN101993831A、CN101787350A等专利文献，但是上述技术方案皆存在一个问题，即利用发酵时产生的高温对蚊虫、杂菌和病原体进行灭杀，这种灭杀效果很难保持稳定性，而且对农村生活垃圾中的重金属处理并不到位，所以其将农村生活垃圾发酵处理成堆肥后，该堆肥在使用过程中存在夹杂病菌和重金属的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种农村生活垃圾发酵菌剂及其使用方法和应用。本发明提供的发酵菌剂可以加快农村生活垃圾的发酵效率，同时对农村生活垃圾中的重金属进行转化并高效灭杀病菌。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种农村生活垃圾发酵菌剂，所述菌剂主要由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌、纤维素酶和蛋白酶配制而成。

优选的，所述菌剂由如下质量份原料制成：

枯草芽孢杆菌1-3份、地衣芽孢杆菌0.5-1.5份、酵母菌1-3份、侧孢芽孢杆菌0.5-1.5份、纤维素酶0.2-1份和蛋白酶0.5-1.5份。

优选的，所述菌剂由如下质量份原料制成：枯草芽孢杆菌2份、地衣芽孢杆菌1份、酵母菌2份、侧孢芽孢杆菌1份、纤维素酶0.5份和蛋白酶1份。

采用上述农村生活垃圾发酵菌剂处理农村生活垃圾的方法，步骤如下：将农村生活垃圾中的石块、塑料、玻璃和金属杂质分拣后，将所述菌剂按照300-500g/t的质量比并于有氧环境下接种至分拣后的农村生活垃圾中处理10-16天即可。

优选的，采用上述农村生活垃圾发酵菌剂处理农村生活垃圾的方法，步骤如下：将农村生活垃圾中的石块、塑料、玻璃和金属杂质分拣后，将垃圾于130-160℃高温下加热2-3h后冷却至室温，然后将所述菌剂按照300-500g/t的质量比并于有氧环境下接种至生活垃圾中处理22-24h即可。

现将农村生活垃圾于130-160℃（优选150℃）高温下进行微生物灭活，再配合菌剂对垃圾中原带微生物的灭杀，可以最大限度地消除垃圾中的杂菌、病原体和虫卵。

上述农村生活垃圾发酵菌剂制备生物有机肥方向的应用。

经过发明人的系统研究和归纳，发现农村生活垃圾中的组分质量组成大致如下：

水分30%、衣帽被褥纤维类物质10%、木质类物质10%、玻璃类物质5%、橡胶皮革类物质5%、塑料类物质3%、金属电池类物质2%、纸质类物质3%，其他（如废弃食物、动物残体）2%、渣土30%，因此发明人根据上述问题的总结和归纳，进行方向性的菌剂复配，得到本发明所述农村生活垃圾发酵菌剂的组分及配比。

枯草芽孢杆菌，是芽胞杆菌属的一种，可利用蛋白质、多种糖及淀粉进行分解色氨酸形成吲哚，主要针对农村生活垃圾中的糖类物质包括纤维素、木质素等纤维结构进行分解处理；且枯草芽孢杆菌的发酵产物的表面存在生物膜，这种生物膜形成了隔离层，垃圾中的污染物想要渗透入空气或土壤中，就必须先到需要到达并且穿过该隔离层，所以该隔离层的存在可以有效地对垃圾中的污染如中重金属离子和其他有机污染物进行吸附，防止其进入土壤和空气之中。而且随着工业企业在农村的发展，农村农活垃圾中也含有大量的环芳烃，环芳烃主要为原油污染以及工业或民用煤不完全燃烧生成。发明人发现，枯草芽孢杆菌作为接种微生物，对菲与苯并芘等环芳烃都可进行吸附和生物降解，其中菲和苯并芘在常温生物降解作用下分别被消除了98wt%和85wt%。

地衣芽孢杆菌，其细胞形态和排列呈杆状、单生，具有较强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，可以有效促进农村生活垃圾中纤维素类、脂类物质降解。地衣芽孢杆菌能产生多种抗菌物质，对一些植物病原菌有较好的抑制作用。因此，将其抗菌物质开发为生物农药。成为研究的热点。从20世纪80年代开始，将地衣芽孢杆菌应用于植物病害防治的研究已经起步。

地衣芽孢杆菌所产生的抗菌物质主要是一些蛋白类抗菌物质(几丁质酶、抗菌蛋白、多肽类)。国外还有报道指出，地衣芽孢杆菌可产生苯乙酸一类的抗菌物质。抗菌物质抑制植物病原菌的途径有：作用于病原菌的细胞壁、细胞膜；与膜相关的受体蛋白相互作用；作用于能量代谢系统；提高植物的抗病能力。

侧孢芽孢杆菌属于常规的肥料发酵菌种，属于芽孢杆菌属，革兰氏染色阳性，可变为阴性，芽孢为椭圆形，侧生、中生或近中生，孢囊膨大，游离芽孢一边比另一边厚（独木舟形）。其分泌大量蚀几丁质酶，破坏真菌的细胞壁和线虫卵壁，使得原生质体外流失活造成死亡；对弧菌、大肠杆菌和杆状病毒等有害细菌具有很强的抑制作用。

酵母菌为单细胞真菌，可在有氧环境下将糖类物质分解为CO₂和H₂O。

纤维素酶为复合酶，针对农村生活垃圾中的纤维素类物质处理，并将其转化成葡萄糖。

蛋白酶针对农村生活垃圾中的蛋白质类物质处理，并将其转化为氨基酸。

本发明所述农村生活垃圾发酵菌剂在对农村生活垃圾进行发酵分解处理时，包括有机质的转化、垃圾原带微生物灭杀和重金属转化，具体的如下：

1）有机质的转化

农村生活垃圾中的有机质在菌剂的作用下进行复杂的转化，这种转化包括两个过程即：①有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质，最后生成二氧化碳、水和矿质养分等；②有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的腐殖质。上述两个过程是同时进行的，但方向相反，在不同条件下，各自进行的强度有明显的差别。

①有机质的矿化作用

不含氮有机物如多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）等首先在蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶的作用下水解成单糖。葡萄糖在通气良

好的条件下被枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌等迅速分解，且不易积累酒精、醋酸和草酸等中间产物，最终形成CO₂和H₂O，同时放出大量热能；

含氮有机物如蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖质等。除腐殖质外，大部分都会被上述菌剂容易被分解。例如蛋白质，在蛋白酶作用下，

逐级降解并产生各种氨基酸，再经氨化作用、硝化作用而分别形成铵盐、硝酸盐等可以被植物吸收利用的氮化合物；

含磷有机物可以在地衣芽孢杆菌的作用下，形成磷酸，成为植物能够吸收利用的磷化合物；

含硫有机物经菌剂的作用生成硫化氢，硫化氢在通气良好的条件下被枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌氧化成硫酸，并和生成的盐基作用形成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的毒害，还成为植物能够吸收的硫素养料。

脂类及芳香类有机物如单宁、树腊等结构复杂，分解较慢，其最终产物也是CO₂和水：木质素是含植物性原料（如树皮、木屑等），其结构复杂且稳定，含芳香核，并以多聚形式存在于植物组织中，但在通气良好的条件下，通过酵母菌的作用下可以进行分解，其芳香核可变为醌型化合物，属于再合成腐殖质的原料之一。

②有机质的腐殖化过程

本发明所述菌剂对农村生活垃圾中的有机质进行两个阶段的作用：第一阶段，将有机残体分解形成组成腐殖质分子的原始材料，如多元酚、含氮有机物（氢基酸、肽）等；第二阶段，先由菌剂分泌的多酚氧化酶将多酚氧化成醌，然后醌与氨基酸或肽缩合而成腐殖质单体。腐殖质单体再进一步相互缩合成为大小不等的分子。

2）垃圾原带微生物灭杀

本发明所述菌剂处理农村生活垃圾时，除了利用发酵生成的高温对垃圾原带微生物进行灭杀之外，菌剂中的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌还可对垃圾原带微生物起到竞争、抗生和溶菌三方面的灭杀作用。

①竞争灭杀，主要包括营养竞争和位点竞争。营养和空间位点的竞争是指存在于同一微小生物环境中的两个或两个以上微生物之间争夺这一环境内的空间、营养、氧气等的现象。地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌等具有较强的竞争和定殖能力，从而抢占病原菌的侵染位点，消耗其周围养分，同时地衣芽孢杆菌具有独特的生物夺氧作用机制，能抑制致病菌的生长繁殖，从而阻止和干扰病原菌的扩大繁殖，起到灭杀作用；

②抗生灭杀，经过发明人的研究发现，地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌的菌株代谢产物中存在多种有效的抗菌物质。这些抗菌物质可以在低浓度下就能溶解病原菌孢子的细胞壁或细胞膜，致使细胞壁穿孔、畸形等现象从而抑制孢子萌发，对病原微生物的生长和代谢产生抑制作用，从而来影响病原微生物的生存和活动，进而起到灭杀效果。

③溶菌灭杀，经过发明人的研究发现，地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌可以吸附在病原菌的菌丝上，并随着菌丝生长而生长，而后产生溶菌物质造成病原菌的原生质泄露使得其菌丝体断裂，进而实现灭杀效果。

（三）重金属的的转化

农村生活垃圾中往往含有重金属，主要包括汞、铬、镉、铅、砷等。本发明菌剂中的枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌可以在重金属的生物转化中起到重要作用，通过直接和间接的作用去除重金属。如重金属一汞，菌剂通过无机汞(Hg²⁺)的甲基化、无机汞(Hg²⁺)还原成HgO、甲基汞和其他有机汞化合物的裂解并还原成HgO三个步骤，能够将无机汞和有机汞转化为单质汞。本发明所述菌剂虽然无法直接降解重金属，但通过对重金属的转化，可以有效减轻垃圾处理后产物的毒性。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1）经过系统的调研和分析工作，发现了农村生活垃圾的具体组成，并根据农村生活垃圾的具体组成进行多次时间，来确定菌剂复配的组分和用量，最终采用枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌、纤维素酶和蛋白酶组成的菌剂，使得垃圾的自然发酵时间为10-16天，垃圾加热后的发酵时间为22-24h，大大提高农村生活垃圾的分解效率和分解后产物的肥效。

2）本发明所述菌剂，在对农村生活垃圾中的有机物进行分解的同时对垃圾中的原带微生物进行竞争、抗生和溶菌作用，配合发酵的高温对原带微生物进行高效灭杀，提高农村生活垃圾处理后生成的腐殖质品质；

3）本发明所述菌剂，可以对农村生活垃圾中的有机物进行分解的同时将呈毒副状态的重金属转化为低毒和无毒状态，如将二价汞离子转化为汞单质、将六价铬离子转化为三价铬离子等，提高农村生活垃圾处理后生成的腐殖质安全性。

附图说明

图1为效果例中处理组和对照组的发酵温度变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

按质量配比取枯草芽孢杆菌1份、地衣芽孢杆菌0.5份、酵母菌1份、侧孢芽孢杆菌0.5份、纤维素酶0.2份和蛋白酶0.5份。

将农村生活垃圾中的石块、塑料、玻璃和金属杂质分拣后，将所述菌剂按照300g/t的质量比并于有氧环境下接种至分拣后的农村生活垃圾中即可，其中每克菌剂中活菌数不低于200亿。

实施例2

按质量配比取枯草芽孢杆菌3份、地衣芽孢杆菌1.5份、酵母菌3份、侧孢芽孢杆菌1.5份、纤维素酶1份和蛋白酶1.5份。

将农村生活垃圾中的石块、塑料、玻璃和金属杂质分拣后，将所述菌剂按照500g/t的质量比并于有氧环境下接种至分拣后的农村生活垃圾中即可，其中每克菌剂中活菌数不低于200亿。

实施例3

按质量配比取枯草芽孢杆菌2份、地衣芽孢杆菌1份、酵母菌2份、侧孢芽孢杆菌1份、纤维素酶0.5份和蛋白酶1份。

将农村生活垃圾中的石块、塑料、玻璃和金属杂质分拣后，将所述菌剂按照400g/t的质量比并于有氧环境下接种至分拣后的农村生活垃圾中即可，其中每克菌剂中活菌数不低于200亿。

效果例：

将同一垃圾场的农村生活垃圾分拣出砖石、玻璃、塑料和金属后，均分后作为处理组和对照组的处理物进行发酵发酵处理。对照组为自然发酵处理，处理组在自然发酵第3天接种实施例3所述菌剂4kg并搅拌均匀继续发酵。处理组和对照组在温度环境为31-35℃的室外空地进行发酵，每天翻堆3次进行通风，发酵期间天气良好均为晴天。

1）发酵温度和时间

每天用温度计测量对照组和处理组的发酵物中心温度并作记录如图1所示，处理组在发酵处理的第9天到达最高温度68.5℃，并在后续发酵过程中温度下降，基本在第16天完成发酵。对照组在发酵处理的第9天到达最高温度56℃，但是后续发酵温度不稳定且在第16天时继续保持发酵状态。经过统计，对照组约在发酵3个月后温度降至室温且实现完全发酵。所以实施例3所述菌剂可以极大程度提高农村生活垃圾的发酵效率并缩短发酵时间。

2）发酵后产物的重金属含量检测

根据有机肥NY525-2012的国标检测标准，分别对处理组发酵16天后产物及对照组发酵3个月后的产物进行重金属检测，结果如表1所示：

表1

由表1可得，经过实施例3所述菌剂处理后的农村生活垃圾，其中的砷、汞、铅、镉和铬的含量有大幅度下降，这是由于菌剂对重金属离子进行了转化和固化的结果。

3）发酵后产物的中微生物含量检测

选取最具代表性的粪大肠菌群数和蛔虫卵含量两个项目，分别对处理组发酵16天后产物及对照组发酵3个月后的产物进行检测，结果如表2所示：

由表2可得，经过实施例3所述菌剂处理后的农村生活垃圾，其中的蛔虫卵死亡率大幅度提高和粪大肠菌群数大幅度下降，这是由于菌剂对农村生活垃圾中的原带微生物进行高效灭杀的结果。

Claims (3)

1.一种农村生活垃圾发酵菌剂，其特征在于，所述菌剂由如下质量份原料制成：枯草芽孢杆菌2份、地衣芽孢杆菌1份、酵母菌2份、侧孢芽孢杆菌1份、纤维素酶0.5份和蛋白酶1份。

2.权利要求1所述的农村生活垃圾发酵菌剂处理农村生活垃圾的方法，其特征在于，将农村生活垃圾中的石块、塑料、玻璃和金属杂质分拣后，将所述菌剂按照300-500g/t的质量比并于有氧环境下接种至分拣后的农村生活垃圾中处理10-16天即可。

3.权利要求1所述的农村生活垃圾发酵菌剂在制备生物有机肥中的应用。

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