CN112939700A - 一种利用厨余垃圾制备生物有机肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用厨余垃圾制备生物有机肥的方法，通过将羽毛添加到厨余垃圾中，并利用羽毛降解菌金黄杆菌制备成的菌剂，将羽毛降解到氨基酸，利用氨基酸来补充厨余垃圾堆肥过程中的营养，提高微生物的活性，加快厨余垃圾腐殖化的程度，并且将角蛋白废弃物和厨余垃圾废弃物有机结合起来，通过高效的羽毛降解菌的来大量获取羽毛中的氨基酸，即可达到替代现有技术中菜粕堆肥的效果，大大降低了成本，最终的生物有机肥活性高，可以有效的提高作物生长，特别对于设施农业中盐渍化土壤有缓解盐胁迫作用。
Description
技术领域
本发明属于微生物发酵领域，具体涉及一种厨余垃圾制备生物有机肥的方法。
背景技术
餐厨垃圾是指宾馆、饭店、餐馆和机关、部队、院校、企业事业单位在食品加工、饮食服务、单位供餐等活动过程中产生的食物残渣、残液和废弃油脂等废弃物，而厨余垃圾泛指家庭生活饮食中所需用的生料及成品或残留物。我国2009-2013年间的城市生活垃圾清运量年均增长为2.4％,2014年垃圾清运量达1.79亿吨，且垃圾总产生量仍以每年8-10％的增速累计增加，而厨余垃圾是生活垃圾的重要组成部分，占生活垃圾的49.4～64.5％，具有极易变质、腐烂、发酵、滋生有害微生物和害虫的特点，其对人类的生态环境和健康将会面临巨大的威肋，有些甚至是毁灭性的。我国的厨余垃圾产量大、可降解性高，如果能将其有效地处置，不仅能减少污染实现废物的减量化，还能生产附加产物实现资源化利用，进而改善我国环境、物资和能源短缺的现状。因此对厨余垃圾处置及资源化利用的研究己引起了世界各国的普遍关注。其中好氧堆肥处理厨余垃圾有助于土壤固碳，和减少大气二氧化碳含量。并且随着我国化肥减量化政策的推广，生态农业的逐步兴起，大规模低成本的生物有机肥集约化生产技术成为了行业的焦点。
生物有机肥产品质量的好坏影响施用的效果，而产品质量的关键指标是产品的有效活菌数。生物有机肥的活菌数量决定于产品生产工艺，同时供微生物利用的有机质载体也是重要的决定因素。由于氨基酸分子质量小，可以被植株直接吸收，同时具有修复细胞创伤和缓慢有机肥养分的释放等特点，所以常常在堆肥原料中添加氨基酸材料以促进功能菌固态发酵和提高肥料品质。目前比较常用的氨基酸材料为菜粕，但由于其成本较高，用途较广，不是纯正意义上的废弃物，大量的研究中菜粕的添加量已经达到50％，虽肥料效果很好，但由于菜粕成本较高，导致该类生物有机肥虽具优异的效果，但大面积推广受到限制。因此，考虑开发更多的廉价蛋白源固体废弃物，作为生物有机肥生产中的外源添加氨基酸来代替部分菜粕，在确保生物有机肥品质的前提下大幅度降低肥料成本，将为生物有机肥产业快速发展提供保障。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种利用厨余垃圾制备生物有机肥的方法，利用羽毛作为氨基酸材料，通过生物降解的方法来提高厨余垃圾好氧发酵产生物有机肥的品质。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用厨余垃圾制备生物有机肥的方法，包括以下步骤：
(1)厨余垃圾预处理：调整厨余垃圾含水率在60％～80％，经破碎后使用；
(2)辅料准备：以秸秆和木屑为底物，其粉碎后作为辅料使用；优选地，粉碎后粒径大小在0.2-1cm；
(3)一次发酵：将步骤(1)得到的厨余垃圾和步骤(2)得到的辅料按比例混合，然后加入一定比例的腐熟菌剂，调节含水率在40～60％，开始发酵，7～10天，每天翻堆一次，保持温度在50℃～65℃；
(4)二次发酵：向经第一次发酵后的发酵物中，加入一定量的羽毛，然后接入一定量的羽毛降解菌剂，再次发酵7～10天，最终获得生物有机肥。
优选地，步骤(3)中，所述的厨余垃圾和辅料的质量比例为2～5:1。
步骤(3)中，所述的腐熟菌剂添加为厨余垃圾和辅料整体质量的1‰～5‰。在本发明的一个实施方式中，可以选用的腐熟菌剂为百益宝EM菌。
优选地，所述的羽毛为鸡毛、鸭毛、鹅毛、鸽毛中的任意一种或几种的组合。
所述的羽毛添加量为一次发酵物总质量的10～20％。
其中，所述生物有机肥的制备方法，其中羽毛降解菌剂按如下方法制备得到：
(1)将金黄杆菌(Flavobacterium tirrenicum)X-Y4接种到液体培养基中培养，所述液体培养基的配方为：蛋白胨10.0g/L，酵母粉5.0g/L，氯化钠10.0g/L；培养条件如下：温度为25～40℃、转速为150～300r/min、时间为24～36h；
(2)将步骤(1)得到的种子液，再分别接种到液体培养基中，在温度为37℃、转速为150～300r/min的条件下扩大培养24～48h，得到微生物的发酵液；
(3)将微生物的发酵液与或麦麸，按质量比为1:20～50混合，自然风干，得到羽毛降解菌剂。
优选地，其中羽毛降解菌剂的接种质量比为0.1-1％。
本发明进一步提出了上述制备方法得到的生物有机肥在缓解土壤盐渍化对作物的胁迫上的应用。
优选地，所述生物有机肥在土壤中的用量为100～300公斤/亩
有益效果：本发明通过将羽毛添加到厨余垃圾中，并利用羽毛降解菌金黄杆菌制备成的菌剂，将羽毛降解到氨基酸，利用氨基酸来补充厨余垃圾堆肥过程中的营养，提高微生物的活性，加快厨余垃圾腐殖化的程度，并且将角蛋白废弃物和厨余垃圾废弃物有机结合起来，通过高效的羽毛降解菌的来大量获取羽毛中的氨基酸，即可达到替代现有技术中菜粕堆肥的效果，大大降低了成本，最终的生物有机肥活性高，可以有效的提高作物生长，特别对于设施农业中盐渍化土壤有缓解盐胁迫作用，且本发明提供的生物有机肥的制备方法，生产工艺简单，生产效率高，能实现工业化大生产，具有良好的经济效应和社会效应。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
以下实施例中，金黄杆菌保藏号为CCTCC NO：M 2019286，该菌株的详细内容披露于专利号201910757813.8的申请中。
下述实施例中的羽毛降解菌剂按照如下制备过程制备得到：
(1)将金黄杆菌(保藏号为CCTCC NO：M 2019286)，接种到液体培养基中培养，所述液体培养基的配方为：蛋白胨10.0g/L，酵母粉5.0g/L，氯化钠10.0g/L、水1000ml。培养条件如下：温度为37℃、转速为250r/min、时间为48h；
(2)将步骤(1)得到的种子液，再分别接种到液体培养基中，在温度为37℃、转速为250r/min的条件下扩大培养48h，得到微生物的发酵液；
(3)将微生物的发酵液与米糠按质量比为1:30混合，自然风干，得到羽毛降解菌剂。
下述实施例中使用的腐熟菌剂为百益宝EM菌。
下述实施例中检测方法如下：
有机质测定：采用重铬酸钾容量法
有效活菌数：采用平板计数法
总N的测定：样品经硫酸-过氧化氢溶液消煮，转化为铵态氮。碱化后的氨用硼酸溶液吸收，以标准酸溶液滴定。
总P的测定：样品经硫酸-过氧化氢溶液消煮，在一定酸度下，待测磷酸根离子与偏钒酸和钼酸反应，从而来测定磷含量。
总K的测定：样品经硫酸-过氧化氢溶液消煮，用火焰光度法测定。
氨基酸测定：用茚三酮滴定法。
实施例1
本实施例的生物有机肥的方法包括以下步骤：
(1)收集经垃圾分类后的厨余垃圾，其含水率在80％，经破碎到12-60mm后使用；
(2)以秸秆为底物，其粉碎后粒径大小在0.5cm；
(3)一次发酵：将厨余垃圾和秸秆按质量比2:1混合，然后加入总质量1‰的腐熟菌剂(百益宝EM菌)，调节含水率在60％，开始发酵，7天，每天翻堆一次，保持温度在50℃以上；
(4)二次发酵：将经第一次发酵后的发酵物中，加入总质量10％的鸭毛，然后并接入总质量0.1％羽毛降解菌剂，再次发酵7天，最终获得生物有机肥。
实施例2
本实施例的生物有机肥的方法包括以下步骤：
(1)收集经垃圾分类后的厨余垃圾，其含水率在70％，经破碎到12-60mm后使用；
(2)以秸秆为底物，其粉碎后粒径大小在1cm；
(3)一次发酵：将厨余垃圾和秸秆按质量比3:1混合，然后加入总质量2‰的腐熟菌剂，调节含水率在50％，开始发酵7天，每天翻堆一次，保持温度在50℃以上；
(4)二次发酵：将经第一次发酵后的发酵物中，加入总质量15％的鸡毛，然后并接入总质量0.5％羽毛降解菌剂，再次发酵10天，最终获得生物有机肥。
实施例3
本实施例的生物有机肥的方法包括以下步骤：
(1)收集经垃圾分类后的厨余垃圾，其含水率在80％，经破碎到12-60mm后使用；
(2)以秸秆为底物，其粉碎后粒径大小在1cm；
(3)一次发酵：将厨余垃圾和秸秆按质量比5:1混合，然后加入总质量2‰的腐熟菌剂，调节含水率在40％，开始发酵9天，每天翻堆一次，保持温度在50℃以上；
(4)二次发酵：将经第一次发酵后的发酵物中，加入总质量20％的鸡毛，然后并接入总质量1％羽毛降解菌剂，再次发酵7天，最终获得生物有机肥。
对比例1
本实施例的生物有机肥的方法包括以下步骤：
(1)收集经垃圾分类后的厨余垃圾，其含水率在70％，经破碎到12-60mm后使用；
(2)以秸秆为底物，其粉碎后粒径大小在1cm；
(3)一次发酵：将厨余垃圾和秸秆按质量比3:1混合，然后加入总质量2‰的腐熟菌剂，调节含水率在50％，开始发酵7天，每天翻堆一次，保持温度在50℃以上。
(4)二次发酵：将经第一次发酵后的发酵物中，二次堆肥发酵10天，最终获得生物有机肥。
对比例2
本实施例的生物有机肥的方法包括以下步骤：
(1)收集经垃圾分类后的厨余垃圾，其含水率在70％，经破碎到12-60mm后使用；
(2)以秸秆为底物，其粉碎后粒径大小在1cm；
(3)一次发酵：将厨余垃圾和秸秆按质量比3:1混合，然后加入总质量2‰的腐熟菌剂，调节含水率在50％，开始发酵7天，每天翻堆一次，保持温度在50℃以上。
(4)二次发酵：将经第一次发酵后的发酵物中，加入总质量20％的鸡毛，再次堆肥10天，最终获得生物有机肥。
对比例3
本实施例的生物有机肥的方法包括以下步骤：
(1)收集经垃圾分类后的厨余垃圾，其含水率在70％，经破碎到12-60mm后使用；
(2)以秸秆为底物，其粉碎后粒径大小在1cm；
(3)一次发酵：将厨余垃圾和秸秆按质量比3:1混合，然后加入总质量2‰的腐熟菌剂，调节含水率在50％，开始发酵7天，每天翻堆一次，保持温度在50℃以上。
(4)二次发酵：将经第一次发酵后的发酵物中，加入总质量20％的经高温高压膨化后的羽毛粉，再次堆肥10天，最终获得生物有机肥。
表1不同实施例组生物有机肥特性
由结果看出，加入羽毛可以提高生物有机肥中的有效活菌数和氨基酸含量。而不加羽毛高效降解菌，羽毛在堆肥过程中降解速率不高，导致其最终的生物有机肥中氨基酸含量提升有限。而加入膨化羽毛后的生物有机肥，其在一定程度上也提高了肥料中有效活菌数和氨基酸含量，但由于高温高压会对羽毛中氨基酸造成一定程度破坏，使得其氨基酸含量从不加羽毛的0.5％，增加到3％。而加入羽毛，并施用高效降解菌，可以有效提高生物有机肥中氨基酸含量(大于8％)，这说明微生物可以更高效提取出羽毛的氨基酸，从而提高生物有机肥中活菌的生长，并且这些氨基酸中，脯氨酸纯度很高，其对缓解盐胁迫，促进植物生长，有着积极的作用。
实施例4：生物有机肥不同施加量对农作物产量的影响。
实验采用的花盆口径140mm，高115mm，每盆装土650g，将肥料与正常土壤拌匀装盆，放入适量的水使土壤完全浸湿。将种子浸泡于纯水中过夜(4℃)，挑选饱满一致的种子于塑料盆中，每盆播种约5颗，分散距离均匀，在温室内培养至发芽，发芽后间苗至2棵，共培养30d。以黒叶葵扇白菜为实验对象，其中：
对照组1：200公斤/亩对比例1生物有机肥
实验组1：100公斤/亩实施例2生物有机肥
实验组2：200公斤/亩实施例2生物有机肥
实验组3：300公斤/亩实施例2生物有机肥
各处理组，在植物生长的第30天收获，将植物沿根剪下，用水洗净，测量生物量。
表2.生物有机肥不同施加量对小白菜特性与产量影响
| 实验组 | 小白菜株高(cm) | 小白菜鲜重(g/盆) | 与对照组相比增产 |
| 对照组 | 18.3±0.3 | 25.6±0.2 | - |
| 实验组1 | 21.1±0.2 | 30.2±0.3 | 15.8％ |
| 实验组2 | 23.9±0.1 | 33.75±0.1 | 30.6％ |
| 实验组3 | 23.2±0.2 | 32.9±0.2 | 26.7％ |
由表2可知，施加不同施加量的羽毛降解产物可以不同程度提高小白菜株高与鲜重，施200公斤/亩实施例2生物有机肥与不利用羽毛氨基酸生物有机肥对比增产30.6％，施100公斤/亩生物有机肥可以增产15.8％以及施300公斤/亩生物有机肥可以增肥26.7％，说明本发明生物有机肥对小白菜的生长具有促进作用，要好于对照组的。
实施例5：生物有机肥可以缓解盐渍化土壤对小白菜的胁迫作用。
实验采用的花盆口径140mm，高115mm，每盆装土650g，将肥料与盐渍化土壤(pH7.2,有机质19.6g/kg，含盐总量在0.4％)拌匀装盆，放入适量的水使土壤完全浸湿。将种子浸泡于纯水中过夜(4℃)，其发芽率都在90％以上，挑选饱满一致的种子于塑料盆中，每盆播种约5颗，分散距离均匀，在温室内培养至发芽，发芽后间苗至2棵，共培养30d。以黒叶葵扇白菜为实验对象，其中：
对比例1：盐渍化土壤+对比例1肥料
对比例2：盐渍化土壤+对比例2肥料
对比例3：盐渍化土壤+对比例3肥料
实验组1：盐渍化土壤+100公斤/亩实施例2生物有机肥
实验组2：盐渍化土壤+200公斤/亩实施例2生物有机肥
各处理组，在植物生长的第30天收获，将植物沿根剪下，用水洗净，测量生物量，土壤测定其pH和有机质。
表3生物有机肥对盐渍化土壤以及小白菜特性与产量影响
由表3可知，施加本发明生物有机肥在盐渍化土壤中明显提高小白菜株高与鲜重，施100公斤/亩生物有机肥与对照组1比增产48.3％，200公斤/亩生物有机肥可以增产67.7％，要好于不加羽毛或添加膨化羽毛的生物有机肥，并且由于微生物提取羽毛氨基酸效率高，使得其可以有效中和土壤pH，并且在一定程度上提高土壤中有机质含量。
表4生物有机肥对小白菜品质的影响
丙二醛间接反映植物在恶劣的外界环境下，细胞被破坏的程度，绿叶植物衰亡的标志之一。由表4可知，实验组1和实验组2丙二醛含量要低于对比例，说明本发明生物有机肥可有效降低植物细胞的损伤。植物中可溶性固定物和可溶性蛋白是评估果蔬品质的重要指标。表4可知，实验组1和实验组2的可溶性固定物分别比对比例1高出46.5％和69.7％，可溶性蛋白比对比例1高出35.7％和49.1％。说明羽毛经微生物降解后的氨基酸，加入到堆肥过程中，有利于提高小白菜的营养和可食用性，并且VC的含量也增幅最大的。进一步对可溶性糖进行了测定，发现微生物降解羽毛产氨基酸，在生物有机肥中，会提高可溶性糖的含量，而可溶性糖的累计量与植物抗逆性有关，参与调节植物渗透，从而起来增强作物抗逆性的目的。
本发明提供了一种厨余垃圾制备生物有机肥的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种利用厨余垃圾制备生物有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）厨余垃圾预处理：调整厨余垃圾含水率在60%～80%，经破碎后使用；
（2）辅料准备：以秸秆和木屑为底物，其粉碎后作为辅料使用；
（3）一次发酵：将步骤（1）得到的厨余垃圾和步骤（2）得到的辅料按比例混合，然后加入一定比例的腐熟菌剂，调节含水率在40～60%，开始发酵，7～10天，每天翻堆一次，保持温度在50℃～65℃；
(4) 二次发酵：向经第一次发酵后的发酵物中，加入一定量的羽毛，然后接入一定量的羽毛降解菌剂，再次发酵7～10天，最终获得生物有机肥。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的厨余垃圾和辅料的质量比为2～5 :1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的腐熟菌剂添加量为厨余垃圾和辅料整体质量的1‰～5‰。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的羽毛为鸡毛、鸭毛、鹅毛、鸽毛中的任意一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的羽毛添加量为一次发酵物总质量的10～20%。
6.根据权利要求1所述生物有机肥的制备方法，其特征在于，所述羽毛降解菌剂按如下方法制备得到：
(1) 将金黄杆菌(Flavobacterium tirrenicum) X-Y4接种到液体培养基中培养，所述液体培养基的配方为：蛋白胨10.0g/L，酵母粉5.0g/L，氯化钠10.0g/L；培养条件如下：温度为25～40℃、转速为150～300 r/min、时间为24～36h；
(2) 将步骤(1)得到的种子液，再分别接种到液体培养基中，在温度为37℃、转速为150～300 r/min的条件下扩大培养24～48 h，得到微生物的发酵液；
(3) 将微生物的发酵液与米糠或麦麸按质量比为1：20～50混合，自然风干，得到羽毛降解菌剂。
7.根据权利要求1所述制备方法，其中羽毛降解菌剂的接种质量比为0.1-1%。
8.权利要求1所述的制备方法得到的生物有机肥在缓解土壤盐渍化对作物的胁迫上的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述生物有机肥在土壤中的用量为100~300公斤/亩。
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