CN111632998A - 一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，属于餐厨垃圾及其他有机固废资源化利用的技术领域。本发明包括以下步骤：1)餐厨垃圾分拣、粉碎、浆化；2)辅料预处理；3)餐厨垃圾与辅料的营养复配；4)降解菌剂的驯化及复配；5)餐厨垃圾复配原料的微生物好氧降解。本发明所述的餐厨垃圾好氧降解的方法，是针对餐厨垃圾存在的C/N比高，盐分高、含水量高等问题，采用含氮量高、吸水性强的原料作为辅料，调节餐厨垃圾微生物发酵的起始固液比、C/N比等，使其适应好氧微生物发酵过程中的传热传质。并基于餐厨垃圾与辅料营养补偿形成的发酵培养基的营养组成，构建复合好氧微生物菌剂，实现餐厨垃圾的快速高效降解，节能环保、降低成本的目标。
Description
【技术领域】
本发明属于餐厨垃圾及有机固废资源化利用领域，特别涉及一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法。
【背景技术】
近年来，随着社会经济的快速发展和人民物质生活水平的不断提高，我国餐厨垃圾产生量惊人，且每年以大概10％左右的速率增长。据统计，2017年我国餐厨垃圾产生量为9972万t，折合27万t/天，而北京市的餐厨垃圾量接近2600t/天。预计2020年，北京市的餐厨垃圾量将达到2900t/天。餐厨垃圾含水率高(约80％-85％)、盐分含量高、热值低、有机物含量高、易腐烂发臭，同时还含有氮磷钾钙及各种微量元素。若不经过有效处理，极易引起病原菌繁殖、蚊蝇滋生和水体污染，同时也给人居环境带来巨大压力。因此，餐厨垃圾的循环利用已经成为全球研究的热点，也是我国城镇生态环境治理的重要环节。而我国目前绝大多数城市，98％左右的餐厨垃圾处理仍以传统的焚烧、填埋为主。焚烧过程中会产生大量比如二噁英等有毒气体；而填埋不仅会占用大量的土地资源，而且产生的甲烷等产物还会造成严重的二次污染，渗滤液进入地下水系统也回污染地下水。加快餐厨垃圾处理规模，实现餐厨垃圾资源化处理仍是将来重点工作之一。
我国餐厨垃圾的生物质含量平均值在16％～22％，其中碳水化合物含量高达40％～60％，蛋白质含量为15％～17％，脂类含量为6％～24％。由此可见，餐厨垃圾的可生物降解能力强，具有很高的开发利用价值。以资源化利用为核心的好氧生物处理与转化技术因其处理量大、无沼液沼渣二次污染物产生、可生产有机肥或土壤调理剂等优势，具有广阔的市场应用前景。微生物好氧处理技术是在有氧条件下，利用好氧微生物对餐厨垃圾进行氧化、分解代谢。近年来开发了多种微生物菌剂来实现餐厨垃圾的好氧降解。但是，由于餐厨垃圾这类特殊原料具有的含水率高、C/N不均衡、盐分高、油脂高、透气性差等特点，影响了微生物的生物转化过程，造成餐厨垃圾好氧生物转化效率低。总体而言，目前报道的有关餐厨垃圾减量处理的专利仍然存在着菌剂组分较为复杂，制备成本较高，且降解效率较为有限，处理周期较长等问题。因此，本发明拟从营养补偿和结构均衡的角度，改善餐厨垃圾的发酵性能，并从原料的营养组成角度采用复合微生物提高好氧生物降解效率，实现餐厨垃圾的高效无害化、资源化利用。
【发明内容】
本发明所要解决的问题是克服现有餐厨垃圾单独好氧降解技术存在的C/N较高，含水量高、盐分高、微生物降解效率低等问题，提供一种通过原料营养补偿调控餐厨垃圾原料起始含水量、C/N比和盐分，并结合复合微生物好氧快速降解餐厨垃圾的方法，实现餐厨垃圾低碳、高效、清洁转化，节能环保、降低成本的目标。
本发明所述的餐厨垃圾好氧降解的方法，通过采用含氮量高、吸水性强的原料作为辅料，调节餐厨垃圾微生物发酵的起始固液比、C/N比等，使其适应好氧微生物发酵过程中的传热传质，提高餐厨垃圾的微生物降解效率。
本发明所述的餐厨垃圾微生物降解的方法，针对餐厨垃圾与辅料营养补偿形成的发酵培养基的营养组成，构建复合好氧微生物菌剂，可实现餐厨垃圾的快速高效降解。
【本发明的技术方案】
一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，包括以下步骤：
1)餐厨垃圾收集与分选：将餐厨垃圾分拣出不可降解的无机杂物等；
2)餐厨垃圾的粉碎及浆化：将餐厨垃圾置于均质机中粉碎、浆化；
3)辅料的预处理：首先在植物粉碎机中将辅料粉碎，粉碎后的辅料进行热化学预处理；
4)餐厨垃圾与辅料的营养复配：将步骤2)得到的浆化餐厨垃圾原料与步骤3)得到预处理辅料按比例(w/w％，以湿重计)进行混合；
5)餐厨垃圾复合降解菌剂的制备及其驯化：根据餐厨垃圾与辅料的营养组成选取可降解蛋白质、淀粉、脂肪、糖和纤维素等有机质的各类降解菌，通过驯化、复配得到复合降解菌剂；
6)餐厨垃圾的复合菌剂好氧降解：将复合降解菌剂接种至餐厨垃圾复配原料中，密封，置于30-50℃通风搅拌发酵。
进一步的所述的复合菌剂的制备及其驯化的方法，包括以下步骤：
1)以板框过滤法或真空超滤法制备餐厨垃圾液体相；
2)以水对餐厨垃圾液体相进行不同比例的稀释，将所需驯化的各类降解菌按照稀释度从高到低逐级接种各类降解菌的种子液进行驯化；
3)将驯化好的各类降解微生物混合复配制备成复合降解菌剂用于餐厨垃圾的降解。
根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征在于所述的步骤3)中辅料包括农业废弃物秸秆和果蔬废弃物中的一种或两种。
进一步的所述的辅料热化学预处理方法包括水热预处理、蒸汽爆破预处理。
进一步的所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征的在于所述的步骤4)中餐厨垃圾与辅料的营养复配比例(w/w％)为：辅料的总重占餐厨垃圾总重的20～40％。
进一步的所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征在于所述的步骤5)中的复合降解菌剂是由枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉组合而成的。
进一步的所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征在于，以湿菌体重量计，所述的步骤6)中复合降解菌剂接种量与餐厨垃圾原料的比例为5％～10％(w/w％)。
进一步的所述的复合微生物菌剂的制备及其驯化的方法，其特征在于所述的各类降解菌的种子液制备方法为：将枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉接种到土豆汁-葡萄糖液体培养基中，28-30℃培养48-72小时。
进一步的所述的复合微生物菌剂的制备及其驯化的方法，其特征在于所述的微生物在餐厨垃圾液体相中的驯化为：餐厨垃圾液体相经121℃灭菌20min后，冷却，以无菌水配制成不同稀释度的餐厨垃圾液体相溶液，接种10-20％的各类降解菌的种子液，30℃驯化培养。
进一步的所述的辅料中农业废弃物秸秆包括花生壳、玉米芯、甘蔗渣、板栗壳中的一种或几种，且多种物料混合时均按照等比例(w/w％，以湿重计)混合。
进一步的所述的辅料中果蔬废弃物包括富含蛋白类果蔬废弃物、富含糖分类果蔬废弃物、富含淀粉类果蔬废弃物中的一种或几种。
进一步的所述的木质纤维素类辅料的水热预处理操作参数为：水热预处理温度为160-200℃、时间10-60min；蒸汽爆破预处理的操作参数为饱和蒸汽压力0.6-1.5MPa，2-20min。
进一步的所述的复合降解菌剂，其特征在于，以湿菌体重量计，枯草芽孢杆菌占比10％～80％，解脂酵母菌10％～80％，嗜热毁丝霉占比10％～80％。
【有益效果】
本发明所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，适应我国目前日益紧迫的餐厨垃圾及有机固废处置需求，利用不同有机固废之间的营养差异，通过营养补偿调控餐厨垃圾原料的营养组成，并结合营养组成特点利用复合好氧菌剂快速降解餐厨垃圾等有机固废，有效提高了餐厨垃圾等有机固废的处置效率，实现餐厨垃圾低碳、高效、清洁转化，节能环保、降低成本的目标，具有良好的经济效益与环境效益。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，包括以下步骤：
1)将餐厨垃圾分拣出不可降解的无机杂物等；
2)餐厨垃圾置于均质机中粉碎、浆化；
3)选取玉米芯和板栗壳作为木质纤维素辅料，选取香蕉皮作为果蔬垃圾辅料，分别在植物粉碎机中将辅料粉碎；粉碎后的玉米芯和板栗壳分别置于反应釜中进行水热预处理，预处理参数为160℃，20min；
4)餐厨垃圾与辅料的营养复配：将步骤2)得到的浆化餐厨垃圾原料与步骤3)得到预处理玉米芯和板栗壳及粉碎的香蕉皮按3:1:1比例(w/w％,以湿重计)进行混合；并以湿重计，按照辅料的总重占餐厨垃圾总重的20％加入餐厨垃圾中；
5)将枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉接种到土豆汁-葡萄糖液体培养基中，28-30℃培养48-72小时分别制备各类菌的种子液；
6)以板框过滤法制备餐厨垃圾液体相，经121℃灭菌20min后，冷却，以无菌水配制成不同稀释度的餐厨垃圾液体相溶液，接种10％的上述各类降解菌的种子液，30℃驯化培养；
7)驯化完成后，以湿菌体重量计，按照枯草芽孢杆菌：解脂酵母菌：嗜热毁丝霉1：1：8混合，并按照餐厨垃圾复配原料总湿重的5％(w/w％)接种复合降解菌剂种子液；密封后，置于30-50℃通风搅拌发酵。
本实施例所述的方法，餐厨垃圾及有机固废中有机质降解率达到78.3％。
实施例2
一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，包括以下步骤：
1)将餐厨垃圾分拣出不可降解的无机杂物等；
2)餐厨垃圾置于均质机中粉碎、浆化；
3)选取花生壳和板栗壳作为木质纤维素辅料，选取红薯渣作为果蔬垃圾辅料，分别在植物粉碎机中将辅料粉碎；粉碎后的花生壳和板栗壳分别置于反应釜中进行水热预处理，预处理参数为180℃，10min；
4)将步骤2)得到的浆化餐厨垃圾原料与步骤3)得到预处理玉米芯和板栗壳及粉碎的香蕉皮按1:1:1的比例(w/w％,以湿重计)进行混合；并以湿重计，按照辅料的总重占餐厨垃圾总重的30％加入餐厨垃圾中；
5)将枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉接种到土豆汁-葡萄糖液体培养基中，28-30℃培养48-72小时分别制备各类菌的种子液；
6)以板框过滤法制备餐厨垃圾液体相，经121℃灭菌20min后，冷却，以无菌水配制成不同稀释度的餐厨垃圾液体相溶液，接种10％的上述各类降解菌的种子液，30℃驯化培养；
7)驯化完成后，以湿菌体重量计，按照枯草芽孢杆菌：解脂酵母菌：嗜热毁丝霉1：1：2混合，并按照餐厨垃圾复配原料总湿重的10％(w/w％)接种复合降解菌剂种子液；密封后，置于30-50℃通风搅拌发酵。
本实施例所述的方法，餐厨垃圾及有机固废中有机质降解率达到88.5％。
实施例3
一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，包括以下步骤：
1)将餐厨垃圾分拣出不可降解的无机杂物等；
2)餐厨垃圾置于均质机中粉碎、浆化；
3)选取花生壳和板栗壳作为木质纤维素辅料，选取红薯渣作为果蔬垃圾辅料，分别在植物粉碎机中将辅料粉碎；粉碎后的花生壳和板栗壳分别置于汽爆罐中进行汽爆预处理，预处理参数为饱和蒸气压力1.6MPa，维压5min；
4)餐厨垃圾与辅料的营养复配：将步骤2)得到的浆化餐厨垃圾原料与步骤3)得到预处理花生壳和板栗壳及粉碎的红薯渣按2:2:1的比例(w/w％，以湿重计)进行混合；并以湿重计，按照辅料的总重占餐厨垃圾总重的30％加入餐厨垃圾中；
5)将枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉接种到土豆汁-葡萄糖液体培养基中，28-30℃培养48-72小时分别制备各类菌的种子液；
6)以板框过滤法制备餐厨垃圾液体相，经121℃灭菌20min后，冷却，以无菌水配制成不同稀释度的餐厨垃圾液体相溶液，接种15％的上述各类降解菌的种子液，30℃驯化培养；
7)驯化完成后，以湿菌体重量计，按照枯草芽孢杆菌：解脂酵母菌：嗜热毁丝霉2：1：2混合，并按照餐厨垃圾复配原料总湿重的10％(w/w％)接种复合降解菌剂种子液；密封后，置于30-50℃通风搅拌发酵。
本实施例所述的方法，餐厨垃圾及有机固废中有机质降解率达到84.6％。
实施例4
一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，包括以下步骤：
1)将餐厨垃圾分拣出不可降解的无机杂物等；
2)餐厨垃圾置于均质机中粉碎、浆化；
3)选取花生壳、玉米芯、甘蔗渣作为木质纤维素辅料，选取丢弃菜叶为果蔬垃圾辅料，分别在植物粉碎机中将辅料粉碎；粉碎后的花生壳和板栗壳分别置于汽爆罐中进行汽爆预处理，预处理参数为饱和蒸气压力1.2MPa，维压10min；
4)餐厨垃圾与辅料的营养复配：将步骤2)得到的浆化餐厨垃圾原料与步骤3)得到预处理花生壳、玉米芯、甘蔗渣及粉碎的菜叶按1:1:1:2的比例(w/w％，以湿重计)进行混合；并以湿重计，按照辅料的总重占餐厨垃圾总重的20％加入餐厨垃圾中；
5)将枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉接种到土豆汁-葡萄糖液体培养基中，28-30℃培养48-72小时分别制备各类菌的种子液；
6)以板框过滤法制备餐厨垃圾液体相，经121℃灭菌20min后，冷却，以无菌水配制成不同稀释度的餐厨垃圾液体相溶液，接种20％的上述各类降解菌的种子液，30℃驯化培养；
7)驯化完成后，以湿菌体重量计，按照枯草芽孢杆菌：解脂酵母菌：嗜热毁丝霉1:1:3混合，并按照餐厨垃圾复配原料总湿重的20％(w/w％)接种复合降解菌剂种子液；密封后，置于30-50℃通风搅拌发酵。
本实施例所述的方法，餐厨垃圾及有机固废中有机质降解率达到87.2％。
实施例5
一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，包括以下步骤：
1)将餐厨垃圾分拣出不可降解的无机杂物等；
2)餐厨垃圾置于均质机中粉碎、浆化；
3)选取玉米芯和板栗壳作为木质纤维素辅料，选取香蕉皮作为果蔬垃圾辅料，分别在植物粉碎机中将辅料粉碎；粉碎后的玉米芯和板栗壳分别置于反应釜中进行水热预处理，预处理参数为200℃，5min；
4)餐厨垃圾与辅料的营养复配：将步骤2)得到的浆化餐厨垃圾原料与步骤3)得到预处理甘蔗渣和板栗壳及粉碎的香蕉皮按1:1:3比例(w/w％,以湿重计)进行混合；并以湿重计，按照辅料的总重占餐厨垃圾总重的40％加入餐厨垃圾中；
5)将枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉接种到土豆汁-葡萄糖液体培养基中，28-30℃培养48-72小时分别制备各类菌的种子液；
6)以板框过滤法制备餐厨垃圾液体相，经121℃灭菌20min后，冷却，以无菌水配制成不同稀释度的餐厨垃圾液体相溶液，接种10％的上述各类降解菌的种子液，30℃驯化培养；
7)驯化完成后，以湿菌体重量计，按照枯草芽孢杆菌：解脂酵母菌：嗜热毁丝霉8：1：1混合，并按照餐厨垃圾复配原料总湿重的10％(w/w％)接种复合降解菌剂种子液；密封后，置于30-50℃通风搅拌发酵。
本实施例所述的方法，餐厨垃圾及有机固废中有机质降解率达到82.5％。
Claims (13)
1.本发明所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，包括以下步骤：
1)餐厨垃圾收集与分选：将餐厨垃圾分拣出不可降解的无机杂物等；
2)餐厨垃圾的粉碎及浆化：将餐厨垃圾置于均质机中粉碎、浆化；
3)辅料的预处理：首先在植物粉碎机中将辅料粉碎，粉碎后的辅料进行热化学预处理；
4)餐厨垃圾与辅料的营养复配：将步骤2)得到的浆化餐厨垃圾原料与步骤3)得到预处理辅料按比例进行混合；
5)餐厨垃圾复合降解菌剂的制备及其驯化：根据餐厨垃圾与辅料的营养组成选取可降解蛋白质、淀粉、脂肪、糖和纤维素等有机质的各类降解菌，通过驯化、复配得到复合降解菌剂；
6)餐厨垃圾的复合菌剂好氧降解：将复合降解菌剂接种至餐厨垃圾复配原料中，密封，置于30-50℃通风搅拌发酵。
2.本发明所述的好氧复合菌剂的制备及其驯化的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以板框过滤法或真空超滤法制备餐厨垃圾液体相；
2)以水对餐厨垃圾液体相进行不同比例的稀释，将所需驯化的各类降解菌按照稀释度从高到低逐级接种各类降解菌的种子液进行驯化；
3)将驯化好的各类降解微生物混合复配制备成复合降解菌剂用于餐厨垃圾的降解。
3.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征的在于所述的步骤3)中辅料包括农业废弃物秸秆和果蔬废弃物中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征的在于所述的步骤3)中辅料热化学预处理方法包括水热预处理、蒸汽爆破预处理。
5.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征的在于所述的步骤4)中餐厨垃圾与辅料的营养复配比例(w/w％)为：辅料的总重占餐厨垃圾总重的20～40％。
6.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征的在于所述的步骤5)中的复合降解菌剂是由枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉组合而成的。
7.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高效微生物降解的方法，其特征的在于，以湿菌体重量计，所述的步骤6)中复合降解菌剂接种量与餐厨垃圾原料的比例为5％～10％(w/w％)。
8.根据权利要求2所述的好氧复合菌剂的制备及其驯化的方法，其特征的在于所述的各类降解菌的种子液制备方法为：将枯草芽孢杆菌、解脂酵母菌、嗜热毁丝霉接种到土豆汁-葡萄糖液体培养基中，28-30℃培养48-72小时。
9.根据权利要求2所述的好氧复合菌剂的制备及其驯化的方法，其特征的在于所述的微生物在餐厨垃圾液体相中的驯化为：餐厨垃圾液体相经121℃灭菌20min后，冷却，以无菌水配制成不同稀释度的餐厨垃圾液体相溶液，接种10-20％的各类降解菌的种子液，30℃驯化培养。
10.根据权利要求3所述的辅料中农业废弃物秸秆包括花生壳、玉米芯、甘蔗渣、板栗壳中的一种或几种。
11.根据权利要求3所述的辅料中果蔬废弃物包括富含蛋白类果蔬废弃物、富含糖分类果蔬废弃物、富含淀粉类果蔬废弃物中的一种或几种。
12.根据权利要求3所述的木质纤维素类辅料的水热预处理操作参数为：水热预处理温度为160-200℃、时间5-30min；蒸汽爆破预处理的操作参数为饱和蒸汽压力0.6-1.5MPa，2-20min。
13.根据权利要求6所述的复合降解菌剂，其特征在于，以湿菌体重量计，枯草芽孢杆菌占比10％～80％，解脂酵母菌10％～80％，嗜热毁丝霉占比10％～80％。
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