CN112794756A - 利用餐厨废弃物全量化制备氨基酸液态有机肥及制备方法 - Google Patents

利用餐厨废弃物全量化制备氨基酸液态有机肥及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种利用餐厨废弃物全量化制备的氨基酸液态有机肥：1)将分选后的餐厨废弃物破碎，与水按重量比1:1‑1:5混合；2)将抗酸化复合菌剂、米曲霉1酶源、米曲霉2酶源，按照质量比1:1:1‑5:3:1搅拌混合，获得菌酶复合制剂；3)破碎后的餐厨废弃物接种5‑20ml/kg菌酶复合制剂，通风供氧，35‑45℃恒温培养24‑168h，搅拌速度100‑200r/min，获得高浓度发酵液；4)发酵液中添加营养元素，调配为不同功能的液态有机肥。本发明还公开了制备上述氨基酸液态有机肥的方法。本发明根据不同微生物菌剂的功能差异和协同作用机制，分阶段施用，实现了餐厨废弃物复杂组分的梯级、快速肥料化，全过程零污染、零排放。是绿色可持续的餐厨废弃物全量化就地处理技术。

Description

利用餐厨废弃物全量化制备氨基酸液态有机肥及制备方法
技术领域
本发明属于有机废弃物资源化处理领域，具体涉及一种利用餐厨废弃物全量化制备的氨基酸液态有机肥。
本发明还涉及制备上述氨基酸液态有机肥的方法。
背景技术
随着我国垃圾分类政策的落地，餐厨废弃物的产量剧增，资源化处理需求迫切。目前，餐厨废弃物资源化利用途径有肥料化、能源化、饲料化等，均存在着资源化效率低、二次污染重的问题。其中，通过添加功能微生物将餐厨废弃物转化为具有高附加值的液态有机肥，具有重要意义。
现有技术主要利用餐厨废弃物固液分离并去除油脂后的高浓度有机废液为原料，接种功能微生物，好氧发酵制备液态菌肥，但该技术增加了工艺复杂性，固液分离后的固相物质仍需进一步资源化，且高浓度有机废液发酵过程易造成系统酸化，稳定性较差。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用餐厨废弃物全量化制备的氨基酸液态有机肥。
本发明的又一目的是提供一种制备上述氨基酸液态有机肥的方法。
为实现上述目的，本发明提供的利用餐厨废弃物全量化制备的氨基酸液态有机肥，是通过下述方法得到：
1)将分选后的餐厨废弃物破碎，与水按重量比1:1-1:5混合；
2)将抗酸化复合菌剂、米曲霉1酶源、米曲霉2酶源，按照质量比1:1:1-5:3:1搅拌混合，获得菌酶复合制剂；
3)破碎后的餐厨废弃物接种5-20ml/kg菌酶复合制剂，通风供氧，35-45℃恒温培养24-168h，搅拌速度100-200r/min，获得高浓度发酵液；
4)发酵液中添加营养元素，调配为不同功能的液态有机肥。
本发明提供的制备上述氨基酸液态有机肥的方法包括如下步骤：
1)将分选后的餐厨废弃物破碎，与水按重量比1:1-1:5混合；
2)将抗酸化复合菌剂、米曲霉1酶源、米曲霉2酶源，按照质量比1:1:1-5:3:1搅拌混合，获得菌酶复合制剂；
3)破碎后的餐厨废弃物接种5-20ml/kg菌酶复合制剂，通风供氧，35-45℃恒温培养24-168h，搅拌速度100-200r/min，获得高浓度发酵液；
4)发酵液中添加营养元素，调配为不同功能的液态有机肥。
所述制备氨基酸液态有机肥的方法中，抗酸化复合菌剂的制备方法是：
1)取酸化的餐厨废弃物加入到无菌水中，室温下震荡，静置，上清液即为菌悬液；
2)牛肉膏蛋白胨培养基中加入由乙酸、丙酸、丁酸和乳酸组成的混酸，调节pH至5.0-5.5，接入步骤1的菌悬液，45-55℃恒温震荡培养；
3)按步骤2进行传代培养，并以10％的梯度提高混酸加入量，连续培养数代后，获得抗酸化复合菌剂。
所述抗酸化复合菌剂的制备方法中，步骤1中酸化的餐厨废弃物pH为5.0-5.5，将5-20g餐厨废弃物加入到50-100mL无菌水中，室温100-200r/min，震荡0.5-1h。
所述抗酸化复合菌剂的制备方法中，步骤2中各成分的比例为50-100mL牛肉膏蛋白胨培养基，加入10-20mL混酸，接入1-5mL菌悬液，转速100-200r/min，恒温培养24-48h；混酸由乙酸、丙酸、丁酸和乳酸组成，质量比为3:3:2.5:12.5。
所述抗酸化复合菌剂的制备方法中，步骤3中获得的抗酸化复合菌剂包括假单胞菌、芽孢杆菌和唾液乳杆菌。
所述制备氨基酸液态有机肥的方法中，步骤2中的米曲霉1酶源包括米曲霉CGMCC3.4437、蛋白酶和淀粉酶，米曲霉2酶源包括米曲霉BNCC142787酶源、脂肪酶和纤维素降解酶。
所述制备氨基酸液态有机肥的方法中，抗酸化复合菌剂的活菌数均大于2.0×108个/mL，米曲霉孢子液的活菌数大于1.0×104个/mL。
所述制备氨基酸液态有机肥的方法中，步骤4中添加的营养元素包括尿素、磷酸二铵和硫酸钾。
本发明优点如下：
1)本发明简化了餐厨废弃物处理工艺流程、降低了建设成本和运维成本，餐厨废弃物无需固液分离直接进行液态有机肥制备，实现了餐厨废弃物的全量化处理，制备的氨基酸液态肥产品游离氨基酸含量是处理前的10倍以上，产品总养分符合国家标准《复合微生物肥料执行标准(NY/T798-2015)》要求，是具有高附加值的液态有机肥。本发明技术全过程零污染、零排放，是绿色可持续的餐厨废弃物全量资源化处理技术。
2)蛋白质、油脂和纤维素的快速降解是餐厨废弃物全量资源化过程的限速步骤，目前技术难以做到复杂底物的同步、快速降解，造成前端易降解糖类快速分解酸化，蛋白质类分解缓慢，系统碳氮失衡等问题，纤维素降解提供的腐殖酸前体物，无法有效参与腐殖酸形成过程，造成产品腐殖化程度低等问题。本发明利用不同微生物菌剂的功能性差异和协同作用机制，分阶段施用，实现了餐厨废弃物复杂组分的梯级、快速利用。
采用米曲霉CGMCC3.4437制备富含蛋白酶、淀粉酶的酶源，促进餐厨废弃物中蛋白质定向转化为游离氨基酸，平衡碳氮比加速菌体生长；采用米曲霉BNCC142787制备富含脂肪酶、纤维素降解酶的酶源，促进腐殖酸前体物在发酵阶段生成，提高肥料腐殖酸含量和腐殖化程度，同时降解餐厨废弃物中的多余油脂，保证发酵的顺利进行。为缓解前端易降解有机物矿化过程的酸化问题，自主原位筛选了抗酸化复合菌剂，有效实现了难降解和易降解物质的协同代谢，提高全量资源化的效率和稳定性。
3)本发明可显著缩短餐厨废弃物肥料化周期，与传统堆肥相比，本发明缩短制肥时间70-90％；餐厨废弃物中碳水化合物转化率达90％以上，蛋白质转化率达80％以上，油脂转化率达80％以上，游离氨基酸产量是处理前的8倍以上。本发明制备的富含游离氨基酸和有益微生物的液态有机肥产品，根据土壤特征、农作物的营养特性和栽培技术特性增加其他腐殖酸、各种微量元素，制备具有不同功能的液态有机肥产品。
4)本发明特别适用于社区、村镇等小规模餐厨废弃物的就地处理，产品可就近施用于社区或耕地突然，提高土壤质量和植物抗病能力，是投资小、耗能低、周期短、收益大的餐厨废弃物就地资源化处理技术。
附图说明
图1是本发明利用餐厨废弃物全量化制备氨基酸液态有机肥的流程示意图。
具体实施方式
本发明采用抗酸化复合菌剂和米曲酶等功能微生物，基于不同微生物的功能性差异和协同作用机制，分阶段降解转化餐厨废弃物，实现餐厨废弃物等复杂底物的协同代谢，全量化快速制备富含有益氨基酸的液态有机肥，具有工艺路径简单、系统稳定性高、二次污染少等优点。
本发明的技术方案包括以下步骤：
1)投料过程：经分选去除餐厨废弃物中的金属、玻璃、陶瓷、塑料等杂物；将分选后的餐厨废弃物破碎至10-100目，与水按重量比1:1-1:5混合。
2)抗酸化复合菌剂的筛选制备：取5-20g酸化的餐厨废弃物(pH＝5.0-5.5)，加入到50-100mL无菌水中，室温100-200r/min，震荡0.5-1h，静置，上清液即为菌悬液。取50-100mL牛肉膏蛋白胨培养基，加入10-20mL混酸，调节pH至5.0-5.5，接入1-5mL上述菌悬液，45-55℃恒温培养24-48h，转速100-200r/min。按上述步骤进行传代培养，并以10％的梯度提高混酸加入量，连续培养5-10代后，获得抗酸化菌剂复合菌剂(包括假单胞菌、芽孢杆菌、唾液乳杆菌)。
3)米曲霉的酶源制备：经分选破碎后的餐厨废弃物，分别接种1-10％(体积比)米曲霉1(CGMCC3.4437)、米曲霉2(BNCC142787)孢子液，置于20-40℃恒温培养48-72h，转速50-100r/min，制得富含蛋白酶、淀粉酶的米曲霉1酶源，以及富含脂肪酶、纤维素降解酶的米曲霉2酶源固态糊状物。
4)菌酶复合制剂制备：将抗酸化复合菌剂、米曲霉1酶源、米曲霉2酶源，按照质量比1:1:1-5:3:1进行混合，获得菌酶复合制剂。
5)液态有机肥制备：破碎后的餐厨废弃物接种5-20ml/kg预先制备的菌酶复合制剂，35-45℃恒温培养24-168h，搅拌速度100-200r/min，获得高浓度发酵液。
6)调配过程：发酵液输送至暂存调配箱，添加尿素、磷酸二铵和硫酸钾等营养元素，调配为不同功能的液态有机肥。
上述过程均需要进行持续搅拌和通风供氧，通风量(以湿质量计)为0.5-1.0L/(min·kg)。
步骤2所述混酸由乙酸、丙酸、丁酸和乳酸组成，质量比为3:3:2.5:12.5。
步骤2所述抗酸化复合菌剂的活菌数均大于2.0×108个/mL。
步骤3所述米曲霉孢子液的活菌数大于1.0×104个/mL。
步骤3所述米曲霉孢子液的制备方法是取长满孢子的种子培养基，加入5-10mL无菌水，收集孢子液并稀释100倍，得到米曲霉孢子液。
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
北京市海淀区某社区垃圾收集点进行餐厨废弃物就地快速肥料化。餐厨废弃物经手动分选去除金属、玻璃、陶瓷、塑料等杂物，破碎至100目以下，与水按重量比1:1-1:5混合。
破碎后的餐厨废弃物投入发酵仓体，温度升至40℃，分别投入10ml/kg预先制备的菌酶复合制剂，包括米曲霉CGMCC3.4437酶源(包括米曲霉CGMCC3.4437、蛋白酶、淀粉酶)、米曲霉BNCC142787酶源(包括米曲霉BNCC142787、脂肪酶、纤维素降解酶)、抗酸化菌剂(包括假单胞菌、芽孢杆菌、唾液乳杆菌)。发酵仓按照预先设定好的运行模式，处理168h，搅拌速度150r/min。
在酶和菌剂的协同作用下，实现淀粉类、蛋白类、胶原性物质、盐分、辣椒素等的快速液化，同时pH稳定在5.5-7.5之间，处理过程无恶臭气体等异味产生。制备好的餐厨废弃物发酵液富含有益氨基酸，发酵液通过发酵仓内部的液体倒流孔，汇集进入液体收集仓。收集后的发酵液与粉状微量元素混合，按照1:1体积比稀释调配成液态有机肥，肥料产品的N+P2O5+K2O大于4％，有机质大于35％，腐殖酸含量大于10％，pH为7-7.5。

Claims (9)

1.一种利用餐厨废弃物全量化制备的氨基酸液态有机肥，通过下述方法得到：
1)将分选后的餐厨废弃物破碎，与水按重量比1:1-1:5混合；
2)将抗酸化复合菌剂、米曲霉1酶源、米曲霉2酶源，按照质量比1:1:1-5:3:1搅拌混合，获得菌酶复合制剂；
3)破碎后的餐厨废弃物接种5-20ml/kg菌酶复合制剂，通风供氧，35-45℃恒温培养24-168h，搅拌速度100-200r/min，获得高浓度发酵液；
4)发酵液中添加营养元素，调配为不同功能的液态有机肥。
2.制备权利要求1所述氨基酸液态有机肥的方法，包括如下步骤：
1)将分选后的餐厨废弃物破碎，与水按重量比1:1-1:5混合；
2)将抗酸化复合菌剂、米曲霉1酶源、米曲霉2酶源，按照质量比1:1:1-5:3:1搅拌混合，获得菌酶复合制剂；
3)破碎后的餐厨废弃物接种5-20ml/kg菌酶复合制剂，通风供氧，35-45℃恒温培养24-168h，搅拌速度100-200r/min，获得高浓度发酵液；
4)发酵液中添加营养元素，调配为不同功能的液态有机肥。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，抗酸化复合菌剂的制备方法是：
1)取酸化的餐厨废弃物加入到无菌水中，室温下震荡，静置，上清液即为菌悬液；
2)牛肉膏蛋白胨培养基中加入由乙酸、丙酸、丁酸和乳酸组成的混酸，调节pH至5.0-5.5，接入步骤1的菌悬液，45-55℃恒温震荡培养；
3)按步骤2进行传代培养，并以10％的梯度提高混酸加入量，连续培养数代后，获得抗酸化复合菌剂。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤1中酸化的餐厨废弃物pH为5.0-5.5，将5-20g餐厨废弃物加入到50-100mL无菌水中，室温100-200r/min，震荡0.5-1h。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤2中各成分的比例为50-100mL牛肉膏蛋白胨培养基，加入10-20mL混酸，接入1-5mL菌悬液，转速100-200r/min，恒温培养24-48h；混酸由乙酸、丙酸、丁酸和乳酸组成，质量比为3:3:2.5:12.5。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤3中获得的抗酸化复合菌剂包括假单胞菌、芽孢杆菌和唾液乳杆菌。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤2中的米曲霉1酶源包括米曲霉CGMCC3.4437、蛋白酶和淀粉酶，米曲霉2酶源包括米曲霉BNCC142787酶源、脂肪酶和纤维素降解酶。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，抗酸化复合菌剂的活菌数均大于2.0×108个/mL，米曲霉孢子液的活菌数大于1.0×104个/mL。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤4中添加的营养元素包括尿素、磷酸二铵和硫酸钾。
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