CN112708579B - 一种复合菌种及其在降解餐厨垃圾中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及一种复合菌种及其在降解餐厨垃圾中的应用。本发明提供的复合菌种包括枯草芽孢杆菌、苏力菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和特基拉芽孢杆菌。各菌株合理复配，具有相互协同作用，能够有效地降解餐厨垃圾中的淀粉、蛋白质、油脂等有机物质，并且发酵周期短，一般24～48小时即可完成。

Description

一种复合菌种及其在降解餐厨垃圾中的应用

技术领域

本发明涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及一种复合菌种及其在降解餐厨垃圾中的应用。

背景技术

生活中会制造种类繁多的垃圾，以往皆以掩埋或焚烧减量后再掩埋。随着人口增加，资源逐渐紧张之外，城市磁吸效应造成人口密集居住，从而产生大量废弃物，占据本已紧张的生活空间，成为城市治理的一大关键。若能将垃圾变废为宝，一增加可利用资源、二可减少土地资源的占用，一来一往是双重功效。因止尽可能回收垃圾，成为人们大量关注努力的目标。其中餐厨垃圾含大量有有机物，有腐烂发臭等令人不悦的特性，一般被当做无法回收的废弃物处理；以往有部份餐厨垃圾会被利用来喂养牲畜，但消毒未完全、甚至同类相食的饲育法容易成为牲畜患病的感染源，比如非洲猪瘟、牛脑海绵状病变等，因此国家已禁止使用餐厨垃圾喂养牲畜；那么这些垃圾的处理方式只有掩埋、焚烧、堆肥三种。

掩埋需要大量的土地空间，随着时间过去，或掩埋场管理不良，餐厨垃圾在土壤中分解过程产生的污水可能会穿过掩埋场的防水层，渗入地下水或附近河流，造成二次公害，过程不易被查觉，被发现的时候往往是非常严重并且难以补救。

焚烧方面，因餐厨垃圾含有大量的水、油盐含量也高，为避免燃烧不全，需要更大量的能源来处理，造成焚烧设备能耗居高不下、处理大量餐厨垃圾会减短焚烧设备的使用寿命。

堆肥方式需要广大空间，发酵处理需耗时三到六个月，而餐厨垃圾每天都在制造，人口密度高的区域，堆肥法缓不济急，而处理过程会产生臭气，对附近居民造成不良影响，不适合在寸土寸金的城区实行。目前家用的堆肥装置不是单价高、造成使用意愿低；就是用常温沤肥，日处理量有限，且常温沤肥只能处理尚未烹调的新鲜厨余。因此，以地区网格为单位，集中收集、处置可节约成本、减少居民负担、增加回收处理意识，也适合食堂、学校、军营、商场、饭店、酒店等日常餐厨产量大的地点做处理。目前微生物降解处理技术渐为主流。此技术是利用设备，将餐厨垃圾先挤压减少水份后，送入具有控温能力的舱体，与一定比例植物纤维混合，在后予空气与温度的舱体内，以微生物对餐厨垃圾做降解、无害化。此方式经过高温有氧发酵，可将病原虫卵、杂草种子杀死；产生的堆料含水率低，无论后续是再运输、处理、用做施肥或直接焚烧都可以减少人力物力。配合废气、废水处理模块，可在不影响附近居民生活品质的情况下处理餐厨垃圾。

目前工业生产中的菌剂多用冻干法，其缺点是处理过程相对繁琐，对技术及设备要求较高；能耗高、活菌存活率低，造成总的生产成本高。对于不形成厚壁胞子种类的微生物存活率更低，限制了菌种的选择。干燥菌剂需要用不含氯的温水泡开后，活化30-45分钟才能使用，造成现场操作与使用上的不便。而以发酵液加上载体后烘干制作方法，存活率比冻干法更低，有效保存期只有半年，不耐贮存，造成生产与管理成本增加。

另外，垃圾处理仓体温度高达60摄氏度，而市面上的菌种多在45摄氏度培养，往往不适应发酵仓体内60摄氏度的高温，造成菌株活力降低甚至死亡。因此一种保质期合理、生产与保存成本低、现场方便使用的餐厨垃圾处理菌剂即为关键。

发明内容

针对餐厨垃圾处理活菌制剂生产工艺复杂、成本高、现场使用需加水调节活化等缺点，本发明提供一种复合菌种及其在降解厨房垃圾中的应用，该复合菌种对厨房垃圾具有良好的讲解效果，在高温处理下能正常作用繁殖，由该复合菌种制成的菌剂能保存2年以上，容易贮藏管理，现场使用方便，开罐即用。

本发明提供的复合菌种，包括枯草芽孢杆菌、苏力菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和特基拉芽孢杆菌。

本发明首次将苏力菌用于餐厨垃圾的降解，将苏力菌与枯草芽孢杆菌、苏力菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和特基拉芽孢杆菌按照特定比例复配，各菌种相互协同作用，能够有效地降解餐厨垃圾中的淀粉、蛋白质、油脂等有机物质，并且发酵周期短，一般24～48小时即可完成。

本发明中，复合菌种中各菌株l可市售获得也可通过常规分离筛选手段获得，优选市售。

一些实施方案中，以质量百分比计，所述复合菌种包括10％～75％枯草芽孢杆菌，0.5％～10％苏力菌、10％～80％解淀粉芽孢杆菌，2％～30％地衣芽孢杆菌和2％～10％特基拉芽孢杆菌；

各组分之和为100％。

一些实施方案中，以质量百分比计，所述复合菌种包括51.5％～65.5％枯草芽孢杆菌，1％～10％苏力菌、15％～19％解淀粉芽孢杆菌，4.5％～25％地衣芽孢杆菌和7.5％～9.5％特基拉芽孢杆菌；

各组分之和为100％。

一些实施方案中，以质量百分比计，所述复合菌种包括59.85％～65.5％枯草芽孢杆菌，1％～10％苏力菌、17.1％～19％解淀粉芽孢杆菌，4.5％～9.5％地衣芽孢杆菌和8.55％～9.5％特基拉芽孢杆菌；

各组分之和为100％。

一些具体实施例中，以质量百分比计，所述复合菌种包括65.5％枯草芽孢杆菌，1％苏力菌、19％解淀粉芽孢杆菌，5％地衣芽孢杆菌和9.5％特基拉芽孢杆菌。

一些具体实施例中，以质量百分比计，所述复合菌种包括62％枯草芽孢杆菌，1％苏力菌、18％解淀粉芽孢杆菌，10％地衣芽孢杆菌和9％特基拉芽孢杆菌。

一些具体实施例中，以质量百分比计，所述复合菌种包括51.5％枯草芽孢杆菌，1％苏力菌、15％解淀粉芽孢杆菌，25％地衣芽孢杆菌和7.5％特基拉芽孢杆菌。

一些具体实施例中，以质量百分比计，所述复合菌种包括59.85％枯草芽孢杆菌，10％苏力菌、17.1％解淀粉芽孢杆菌，4.5％地衣芽孢杆菌和8.55％特基拉芽孢杆菌。

本发明还提供了一种微生物菌剂，由本发明所述的复合菌种发酵制成。

本发明提供了所述的微生物菌剂的制备方法，将本发明所述的复合菌种活化，按照5wt％的接种量接种至发酵培养基中发酵培养，离心，收集菌体，用保护剂重悬菌体。

一些实施方案中，所述活化为45℃、120r/min水平震荡24～48h。

所述活化用的培养基包括如下组分：胰蛋白胨10g/L、酵母萃取物5g/L、氯化钠10g/L。

一些实施方案中，所述发酵培养为：55℃，pH7.2～7.9，400～800r/min，空气流量为2.4升/分，发酵培养22～28h。

所述发酵培养基包括如下组分：胰蛋白胨12g/L、酵母萃取物24g/L、氯化钠5g/L、甘油4g/L、消泡剂0.7g/L、三水磷酸氢二钾16.43g/L、磷酸二氢钾2.31g/L。

一些实施方案中，所述离心为8000rpm，离心10min。

一些实施方案中，所述保护剂为含5％海藻酸钠、3％吐温20、0.9％氯化钠的水溶液；或含3％糊精、0.5％羧甲基纤维素钠、0.9％氯化钠的水溶液；或含0.9％氯化钠，0.001～0.05mol/L三(羟甲基)氨基甲烷，0.001～0.01mol/L聚乙烯月桂醚，0.002～0.05mol/L聚氧乙稀山梨醇酐单月桂酸酯，0.001～0.01mol/L聚乙二醇6000和0.1～1％分散剂的水溶液；所述分散剂含有0.1～0.3％海藻钠，0.1～0.3％黄原胶0.1～0.3％羧甲基纤维素钠、0.1～0.3％的十二烷基硫酸钠、0.1～0.6％古尔胶。

本发明所述微生物菌剂可按照上述方法制成液体菌剂，还可制成固体菌剂。具体方法为：用保护剂重悬菌体后浓缩，然后与固体辅料以1:50重量比均匀混合，所述辅料包括但不限于：木屑、米糠、桔杆、活性碳粉。其中，木屑为40份、米糠28份、桔杆26份、活性碳6份。以45摄氏度风干至含水率为10％。固体菌剂在使用时需加入100倍的无氯温水活化菌剂，活化半小时后，均匀洒入发酵仓。

本发明还提供了所述复合菌种或所述的微生物菌剂在降解餐厨垃圾中的应用。

本发明还提供一种降解餐厨垃圾的方法，将餐厨垃圾分批次与本发明所述的微生物菌剂混合，发酵。

一些实施方案中，所述混合为每公斤餐厨垃圾与1毫升活菌浓度为3×10⁸CFU/mL的液态复合菌剂进行混合。

将餐厨垃圾与本发明微生物菌剂混合发酵之前，首先对餐厨垃圾进行处理。所述处理为：将餐厨垃圾通过破碎与挤压程序，将水份减至50％～65％。

一个具体实施例中，利用餐厨垃圾处理机对餐厨垃圾进行处理。所用的餐厨垃圾处理机能够调整各种参数，比如：搅拌与停顿时间、温度区间，可将仓温与时间连动，于夜间电费较便宜的时间进行较高负载的处理，节约电费；设备可以针对不同进料重量进行分档、不同时长运行。设备能够累计设料桶数、重量、运行时长、异常次数等，做成报表供操作管理者备查，也可以将报表输出。设备可外接喷淋塔处理废气；或外接污水处理设施。发酵仓与预处理系统可集成一体或分离，透过传输系统可实现一个预处理机构对接多个发酵仓。预处理系统包含分检、沥水、破碎、脱水等发酵前的处理。

本发明提供的降解餐厨垃圾的方法中，发酵的条件为50～60℃通风搅拌。发酵方式采用间歇式搅拌法，具体为：搅拌10～20分钟，停顿5～15分钟。

本发明中，将餐厨垃圾分批次与微生物菌剂混合进行发酵。具体为：约24-36小时完成第一批次的降解；其中，在50～55摄氏度的仓温中，48小时能减量70％；60摄氏度的仓温，发酵时间缩短为24小时。之后投入不超过第一次降解量的餐厨垃圾进行第二批次的降解，分批次重复进行，直到发酵仓七分满，从出料口取出发酵后的物料，留下一分的物料做底，进行之后续批次的降解。如此分批连续补料发酵，餐厨垃圾可在仅投入单批复合菌剂的情况下，实现连续降解(一次投料可运行一个月)，减少所需复合菌剂成本。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明复合菌种及其微生物菌剂存活率高、稳定性好，对餐厨垃圾中的蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素的降解效率较高。其中，微生物菌剂常可保存两年以上，常温存放一年存活率达86％以上。

2、投资小、使用方便，不需要专业理解，密封式的仓体配合喷淋塔与尾气过滤，减少化学药品的使用，避免了对环境及生物产生的危害。

3、不使用腐蚀性药品处理，反应后不存在有害物质、重金属。对人畜植物无毒。产物可以对餐厨垃圾做无害化处理。

4、保存成本低。制成的菌剂只需使用塑料瓶包装，也不需要冷库，能源消耗低，设备需求成本低。

具体实施方式

本发明提供了一种复合菌种及其在降解餐厨垃圾中的应用。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明采用的试材皆为普通市售品，皆可于市场购得。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1本发明复合菌种

将枯草芽孢杆菌、苏力菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和特基拉芽孢杆菌分别以体积比3.5％的比例接种至活化培养液(胰蛋白胨10g/L、酵母萃取物5g/L、氯化钠10g/L)的摇瓶中，水平震荡每分钟120转、摄氏45度培养24～48小时；获得各菌种活化的菌液，将活化后的菌液按照如下质量百分比混合：所述复合菌种包括65.5％枯草芽孢杆菌、1％苏力菌、19％解淀粉芽孢杆菌、5％地衣芽孢杆菌和9.5％特基拉芽孢杆菌，获得本发明复合菌种。

实施例2本发明复合菌种

将枯草芽孢杆菌、苏力菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和特基拉芽孢杆菌分别以体积比2％的比例接种至活化培养液(胰蛋白胨10g/L、酵母萃取物5g/L、氯化钠10g/L)的摇瓶中，水平震荡每分钟120转、摄氏45度培养24～48小时；获得各菌种活化的菌液，将活化后的菌液按照如下质量百分比混合：62％枯草芽孢杆菌，1％苏力菌、18％解淀粉芽孢杆菌，10％地衣芽孢杆菌和9％特基拉芽孢杆菌，获得本发明复合菌种。

实施例3本发明复合菌种

将枯草芽孢杆菌、苏力菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和特基拉芽孢杆菌分别以体积比5％的比例接种至活化培养液(胰蛋白胨10g/L、酵母萃取物5g/L、氯化钠10g/L)的摇瓶中，水平震荡每分钟120转、摄氏45度培养24～48小时；获得各菌种活化的菌液，将活化后的菌液按照如下质量百分比混合：51.5％枯草芽孢杆菌，1％苏力菌、15％解淀粉芽孢杆菌，25％地衣芽孢杆菌和7.5％特基拉芽孢杆菌，获得本发明复合菌种。

实施例4本发明复合菌种

将枯草芽孢杆菌、苏力菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和特基拉芽孢杆菌分别以体积比3.5％的比例接种至活化培养液(胰蛋白胨10g/L、酵母萃取物5g/L、氯化钠10g/L)的摇瓶中，水平震荡每分钟120转、摄氏45度培养24～48小时；获得各菌种活化的菌液，将活化后的菌液按照如下质量百分比混合：59.85％枯草芽孢杆菌，10％苏力菌、17.1％解淀粉芽孢杆菌，4.5％地衣芽孢杆菌和8.55％特基拉芽孢杆菌，获得本发明复合菌种。

实施例5本发明微生物菌剂的制备方法

以实施例1～4的复合菌种接种至含50～70％(v/v)发酵培养基的发酵罐内，接种量为发酵培养基体积的5％。所述发酵培养基的配方为胰蛋白胨12g/L、酵母萃取物24g/L、氯化钠5g/L、甘油4g/L、消泡剂0.7g/L、三水磷酸氢二钾16.43g/L、磷酸二氢钾2.31g/L；培养温度55摄氏度、发酵罐搅拌转速由每分钟400转逐步提升到每分钟800转，空气流量2.4升/分，用50％氨水与0.1M磷酸将酸碱值调整于7.9～7.2间，30％葡萄糖补料。发酵培养22～28小时。然后将发酵培养后的复合菌以每分钟8000转离心10分钟，去除上清液，以保存液重新悬浮，制成微生物菌剂。

其中，所述保存液含0.9％氯化钠，0.001～0.05mol/L三(羟甲基)氨基甲烷(Tris(hydroxymethyl)aminomethane，简称Tris)，0.001～0.01mol/L聚乙烯月桂醚(简称Brij35)，0.002～0.05mol/L聚氧乙稀山梨醇酐单月桂酸酯，0.001～0.01mol/L聚乙二醇6000(简称PEG6000)以及0.1～1％分散剂。其中，所述分散剂含有0.1～0.3％海藻钠，0.1～0.3％黄原胶0.1～0.3％羧甲基纤维素钠、0.1～0.3％的十二烷基硫酸钠、0.1～0.6％古尔胶等。

试验例

1、不同复合菌种对餐厨垃圾的降解效果

试验设置以下4个处理：

处理1：70％枯草芽孢杆菌，1％苏力菌、19％解淀粉芽孢杆菌和10％特基拉芽孢杆菌；

处理2：实施例1的复合菌种；

处理3：实施例2的复合菌种；

处理4：实施例3的复合菌种。

将以上复合菌种按照实施例5的方法制成微生物菌剂，以1％体积比的接种量加入模拟降解培养基，水平震荡每分钟120转、培养箱50摄氏度培养24小时，将培养后的模拟降解培养基离心10000转5分钟，取上清液测定残余的淀粉、蛋白质、油脂与纤维素，计算降解率。淀粉含量以酸水解-DNS法测定；蛋白质含量以索来宝BCA法试剂测定；油脂含量以酸水解法测定；纤维素含量以萘二酚比色法测定。其中，模拟降解培养基成份为：水80g，淀粉5g，酪蛋白5g，豆油6g，羧甲基纤维素1g，磷酸氢二钾0.2g，吐温801g，氯化钾0.1g，硫酸镁0.05g，七水合硫酸铁0.05g。结果见表1。

表1

本发明复合菌种制成的菌剂(处理2～4)能够有效地降解餐厨垃圾中的淀粉、蛋白质、纤维素、油脂等有机物质，其中，对纤维素的降解效果明显优于对照组(处理1)。

2、复合菌剂保藏稳定性

试验设置以下4个处理：

处理5：66.5％枯草芽孢杆菌、19％解淀粉芽孢杆菌、5％地衣芽孢杆菌和9.5％特基拉芽孢杆菌；

处理6：实施例1的复合菌种；

处理7：实施例4的复合菌种；

处理8：33.25％枯草芽孢杆菌、50％苏力菌、9.5％解淀粉芽孢杆菌、2.5％地衣芽孢杆菌和4.75％特基拉芽孢杆菌。

将以上复合菌种按照实施例5的方法制成微生物菌剂，以1％体积比的接种量加入模拟降解培养基，水平震荡每分钟120转、培养箱50摄氏度培养24小时，将培养后的模拟降解培养基离心10000转5分钟，取上清液测定残余的淀粉、蛋白质、油脂与纤维素，计算降解率。并将不同试验组的复合菌剂，每月取样测定活菌数，表2为储存第12个月后的检测结果。

表2

结果显示，本发明微生物菌剂对餐厨垃圾中的蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素的降解效率较高的前提下，具有存活率高、稳定性好的优势，效果明显优于对照组(处理5和处理8)。

以上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为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合菌种，其特征在于，以质量百分比计，所述复合菌种包括10％～75％枯草芽孢杆菌，0.5％～10％苏力菌、10％～80％解淀粉芽孢杆菌，2％～30％地衣芽孢杆菌和2％～10％特基拉芽孢杆菌；

各组分之和为100％。

2.根据权利要求1所述的复合菌种，其特征在于，以质量百分比计，所述复合菌种包括65.5％枯草芽孢杆菌、1％苏力菌、19％解淀粉芽孢杆菌、5％地衣芽孢杆菌和9.5％特基拉芽孢杆菌。

3.一种微生物菌剂，其特征在于，由权利要求1或2所述的复合菌种发酵制成。

4.权利要求3所述的微生物菌剂的制备方法，其特征在于，将权利要求1～3任一项所述的复合菌种活化，按照体积比为5％的接种量接种至发酵培养基中发酵培养，离心，收集菌体，用保护剂重悬菌体。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活化用的培养基包括如下组分：胰蛋白胨10g/L、酵母萃取物5g/L、氯化钠10g/L；

所述发酵培养基包括如下组分：胰蛋白胨12g/L、酵母萃取物24g/L、氯化钠5g/L、甘油4g/L、消泡剂0.7g/L、三水磷酸氢二钾16.43g/L、磷酸二氢钾2.31g/L。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活化为45℃、120r/min水平震荡24～48h；

所述发酵培养为：55℃，pH 7.2～7.9，400～800r/min，空气流量为2.4升/分，30％葡萄糖补料，发酵培养22～28h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述保护剂为含5％海藻酸钠、3％吐温20、0.9％氯化钠的水溶液；或含3％糊精、0.5％羧甲基纤维素钠、0.9％氯化钠的水溶液；或含0.9％氯化钠，0.001～0.05mol/L三(羟甲基)氨基甲烷，0.001～0.01mol/L聚乙烯月桂醚，0.002～0.05mol/L聚氧乙稀山梨醇酐单月桂酸酯，0.001～0.01mol/L聚乙二醇6000和0.1～1％分散剂的水溶液；所述分散剂含有0.1～0.3％海藻钠，0.1～0.3％黄原胶0.1～0.3％羧甲基纤维素钠、0.1～0.3％的十二烷基硫酸钠、0.1～0.6％古尔胶。

8.权利要求1或2所述的复合菌种或权利要求3所述的微生物菌剂或权利要求4～7任一项所述的制备方法制得的微生物菌剂在降解餐厨垃圾中的应用。

9.一种降解餐厨垃圾的方法，其特征在于，将餐厨垃圾分批次与权利要求1～或2所述的复合菌种或权利要求4所述的微生物菌剂或权利要求4～7任一项所述的制备方法制得的微生物菌剂混合，发酵。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述混合为每公斤餐厨垃圾与1毫升活菌浓度为3×10⁸CFU/mL的液态复合菌剂进行混合。