CN113444657A - 一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂及其制备和应用 - Google Patents

一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂，所述固态微生物复合菌剂由高地芽孢杆菌、粪产碱杆菌、辣椒赖氨酸芽孢杆菌、贝勒斯芽孢杆菌、水生产碱杆菌、普罗威登斯菌、副蕈状芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌及其液体培养基和麸皮组成。本发明中的固态微生物复合菌剂可缩短餐厨垃圾堆肥升温时间，延长高温期时间，使堆肥较快达到腐熟和无害化标准，促进腐殖质的缩合和芳构化。此外，还显著提高了餐厨垃圾堆肥过程中有益菌芽孢杆菌的丰度。

Description

一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂及其制备 和应用
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化技术领域，涉及一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂及其制备和应用。
背景技术
每天我国餐厨垃圾产生量可达30万吨，随着垃圾分类政策的进一步推行，集中收运的餐厨垃圾迫切需要合适的技术手段处理处置。此外，餐厨垃圾具有高含水率、高有机质的特点，极易腐败变质滋生病原微生物。好氧生物发酵能够有效促进大分子有机物质的降解和腐殖质类物质的形成，是实现餐厨垃圾高效资源化利用的有效途径。
传统好氧堆肥周期较长，有机质含量高的餐厨垃圾特别是纤维素类物质分解不够彻底，腐殖化程度不高等特点制约了其发展。为了提升大分子有机质降解效率，缩短堆肥周期，需要合理的措施改进传统堆肥工艺。经研究表明，接种外源微生物可有效加速易腐有机固废的好氧堆肥进程，不仅可以减少堆体氮素损失、提升微生物活性，还可以缩短发酵周期，提升堆肥最终产品质量，促进腐熟进程。目前涉及的堆肥微生物菌剂多针对于粪便，秸秆，园林垃圾等对象，基于微生物菌剂的选择性和降解有机质的不稳定性，促进餐厨垃圾好氧堆肥的微生物菌剂的研究势在必行。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的微生物复合菌剂及其制备和应用。
为实现上述目的，本发明提供了一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的微生物复合菌剂，所述微生物复合菌剂包含液态微生物复合菌剂和麸皮。
其中，所述液态微生物复合菌剂包含Luria-Bertani培养基和接种菌体。
所述Luria-Bertani培养基中蛋白胨，酵母粉，氯化钠的含量分别为10g/L，5g/L，10g/L。
所述接种菌体包含高地芽孢杆菌Bacillus altitudinis、粪产碱杆菌Alcaligenesfaecalis、辣椒赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus capsici、贝勒斯芽孢杆菌Bacillus velezensis、水生产碱杆菌Alcaligenes aquatilis、普罗威登斯菌Providenciavermicola、副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides、地衣芽孢杆菌Bacilluslicheniformis和苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis。本发明中的复合菌剂同时包含上述所有菌体。
进一步地，所述促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂中的液态微生物复合菌剂和麸皮的质量比为(2-5)：(1-2)；优选地，为1：1。
进一步地，所述麸皮用作保护剂和载体。
进一步地，所述高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)、粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)、辣椒赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus capsici)、贝勒斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、水生产碱杆菌(Alcaligenes aquatilis)、普罗威登斯菌(Providencia vermicola)、副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)的有效活菌数均为10-100亿/g。
本发明还提供了一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一、液态微生物菌剂的制备方法：将高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)、粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)、辣椒赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus capsici)、贝勒斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、水生产碱杆菌(Alcaligenes aquatilis)、普罗威登斯菌(Providencia vermicola)、副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)分别接种于Luria-Bertani液体培养基中30-37℃下振荡发酵18-24小时后均匀混合；优选地，为在37℃下振荡发酵24小时。
步骤二、将步骤(1)得到的液态微生物菌剂和麸皮按照质量比(2-5)：(1-2)均匀混合后于30-37℃静置培养18-24小时得到促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂；优选地，将液态微生物菌剂和麸皮按照质量比1：1均匀混合后于37℃下静置培养24小时得到所述复合菌剂。
本发明还提供了所述促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂在促进餐厨垃圾好氧堆肥中的应用。
本发明还提供了一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂的使用方法，将促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂按照堆体质量1-5％的添加量播散在堆体表面，随后和堆体混合均匀，微生物即可与物料充分接触，发挥作用；优选地，所述添加量为5％。
与传统餐厨垃圾堆肥技术相比，本发明的优势在于：
本发明的添加固态微生物复合菌剂的堆体与不添加固态微生物复合菌剂的堆体相比，可缩短餐厨垃圾好氧堆肥升温时间(升温期时间缩短3天)，延长高温期时间(高温期时间延长5天)，促进了好氧堆肥过程，使堆肥周期更短，使堆肥较快达到腐熟和无害化标准，促进腐殖质的缩合和芳构化。
本发明的微生物复合菌剂发酵的餐厨垃圾有机肥pH为7.42，较传统堆肥组的pH7.84，更接近中性，更适合微生物的繁殖；且种子发芽指数达102.2％，显著高于传统堆肥组的82.56％。因此该有机肥品质好，腐熟、无害化程度高，植物毒性较小。
本发明的微生物复合菌剂发酵的餐厨垃圾有机肥富里酸含量变化不大，在3.616g/kg左右浮动，而胡敏酸含量提高了453.780％，为17.785g/kg；传统堆肥组富里酸在3.628左右浮动，胡敏酸含量提高395.87％，为14.580g/kg。添加菌剂组胡敏酸含量和胡敏酸/富里酸比显著高于传统堆肥组，表明大分子有机物降解速率加快、腐殖质芳构化和缩合程度高。
本发明的微生物复合菌剂发酵的餐厨垃圾有机肥的有益菌芽孢杆菌丰度提升速率加快，且显著提高，在第五天相对丰度即达到20％，显著高于传统餐厨垃圾堆肥的2.0％，第十天甚至达到98.0％以上，显著高于传统餐厨垃圾堆肥的10.0％。
附图说明
图1是本发明的微生物复合菌剂应用餐厨垃圾堆肥的温度变化图。
图2是本发明的微生物复合菌剂应用餐厨垃圾堆肥的pH变化图。
图3是本发明的微生物复合菌剂应用餐厨垃圾堆肥的E4/E6变化图。
图4是本发明的微生物复合菌剂应用餐厨垃圾堆肥的种子发芽指数变化图。
图5是本发明的微生物复合菌剂应用餐厨垃圾堆肥的腐殖酸含量变化图。
图6是本发明的微生物复合菌剂应用餐厨垃圾堆肥的微生物群落变化图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1制备固态微生物复合菌剂
将高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)、粪产碱杆菌(Alcaligenesfaecalis)、辣椒赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus capsici)、贝勒斯芽孢杆菌(Bacillusvelezensis)、水生产碱杆菌(Alcaligenes aquatilis)、普罗威登斯菌(Providenciavermicola)、副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)，地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)和苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)分别接种于Luria-Bertani液体培养基中37℃下振荡发酵约24小时后，将液体复合菌剂和麸皮按照质量比1:1均匀混合后于37℃培养箱静置培养24小时得到促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂。
实施例2利用固态微生物复合菌剂进行餐厨垃圾堆肥效果实验
将本发明实施例1中制备得到的固态微生物复合菌剂接种到餐厨垃圾和秸秆均匀混合的堆肥中，另设不添加菌剂对照和仅添加载体麸皮对照，共三个处理，分别记为：TB(微生物复合菌剂添加组)，CK(不添加菌剂对照组)和TW(添加载体麸皮对照组)。餐厨垃圾含水量约为80％，秸秆含水量约为2％；餐厨垃圾和秸秆湿重比按10:1进行混合；菌剂投加量为5％，人工翻堆，前两周频率为次/5d，后三周频率为次/3d。监测堆肥过程中的理化指标和微生物指标变化。此外，分析固态微生物菌剂对餐厨垃圾堆肥的影响。
1.对餐厨垃圾堆肥温度的影响
温度是好氧降解微生物活动的标志，也是表征堆肥是否腐熟的关键指标之一，由图1可知：添加固态微生物菌剂组(TB)温度在第4d可达50℃，并在第11d时达最高温度67.8℃，较空白组(CK)和仅添加载体麸皮组(TW)分别缩短了3d和1d。且高于50℃的高温阶段维持了25d，较空白组(CK)和仅添加麸皮组(TW)分别延长了5d和3d。表明添加高效复合菌剂有利于堆肥温度的上升。
2.对餐厨垃圾堆肥pH的影响
pH值是影响微生物生长的重要因素之一，微生物最适宜的pH值是中性或弱碱性。从图2可以看出：从第1天起，三组的pH均迅速上升，且在第7天达到峰值，CK、TW、TB的pH分别为7.84、7.63和7.42，之后缓慢下降，最终稳定在7.0-8.5之间。3个处理的pH值均满足微生物的生长条件，且有相同的变化趋势。但是堆肥结束时TB组pH更接近中性，表明其更适合微生物的繁殖，从而加快堆肥进程。
3.对餐厨垃圾堆肥E4/E6的影响
E4/E6值指堆肥过程中产生的腐殖酸类物质在465nm和665nm处特异吸收峰值的比值，是堆肥腐熟度的重要评价标准，其值越小表明腐熟度越高。由图3可见：CK、TW和TB三个组别在第一天时比值均为最高，分别为3.39、3.38和3.39，而后随着堆肥时间延长，三个处理的比值均呈下降趋势，35d后堆体的E4/E6分别为1.91，1.88和1.45。表明固态微生物菌剂能加快餐厨垃圾堆肥的腐熟。
4.对餐厨垃圾堆肥种子发芽指数的影响
种子发芽指数(GI)是检测堆肥无害化和腐熟程度的最佳指标之一，能够可靠、灵敏地反应堆肥产品对植物的毒性作用。当GI值大于80％时表明堆肥已完全达到腐熟状态。在堆肥第14d时，TW和TB已达到完全腐熟状态，此时堆肥种子发芽指数分别为95.21％、102.2％，显著高于CK组的68.47％。此外，CK在第28d时，堆肥才达到完全腐熟状态，种子发育指数为82.56％，仍显著低于TW和TB组，且TB组显著大于TW组，表明微生物菌剂能快速降低堆肥的植物毒性，加快堆体腐熟。
5.对餐厨垃圾堆肥腐殖酸含量的影响
腐植酸是有机质经微生物分解形成的黑褐色物质，可分为富里酸和胡敏酸。胡富比(胡敏酸和富里酸含量之比)越高，腐殖化程度越高。堆肥完成后。加菌组胡敏酸含量达17.785g/kg，相比较处理前提升了453.780％。表明接种复合微生物菌剂可以促进胡敏酸的形成。且该组胡富比最高，为4.918。说明接种复合微生物菌剂可以大大提高生物降解的腐殖化程度，加速堆肥的腐熟。
6.对餐厨垃圾堆肥微生物群落的影响
芽孢杆菌科(Bacillaceae)是好氧堆肥的重要菌科，因其具有耐高温特性，在温度的提升和高温的维持以及有机物的降解上扮演重要的作用。采用16S rRNA测序技术对堆肥过程中的微生物菌群进行实时检测，如图6所示，CK组和TW组的乳酸杆菌科在前10天丰度均较高，芽孢杆菌科均在堆肥第15天成为优势菌，而TB组的芽孢杆菌科在第10天即代替了乳酸杆菌科的位置，成为优势菌，说明添加复合微生物菌剂降低了乳酸杆菌科等酸化细菌的丰度，提高了堆肥中芽孢杆菌科的丰度，从而使堆肥高温期显著提前。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离本发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (10)

1.一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂，其特征在于，所述固态微生物复合菌剂包含液态微生物复合菌剂和麸皮。
2.根据权利要求1所述的促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂，其特征在于，所述液态微生物复合菌剂包含Luria-Bertani培养基和接种菌体。
3.根据权利要求2所述的促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂，其特征在于，所述Luria-Bertani培养基中蛋白胨，酵母粉，氯化钠的含量分别为10g/L，5g/L，10g/L；和/或，所述液态微生物复合菌剂中的接种菌体包含高地芽孢杆菌Bacillus altitudinis、粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis、辣椒赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus capsici、贝勒斯芽孢杆菌Bacillus velezensis、水生产碱杆菌Alcaligenes aquatilis、普罗威登斯菌Providencia vermicola、副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides、地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis和苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis。
4.根据权利要求3所述的促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂，其特征在于，所述高地芽孢杆菌Bacillus altitudinis、粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis、辣椒赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus capsici、贝勒斯芽孢杆菌Bacillus velezensis、水生产碱杆菌Alcaligenes aquatilis、普罗威登斯菌Providencia vermicola、副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides、地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis和苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis的有效活菌数均为10-100亿/g。
5.一种促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、液态微生物菌剂的制备方法：将高地芽孢杆菌Bacillus altitudinis、粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis、辣椒赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus capsici、贝勒斯芽孢杆菌Bacillus velezensis、水生产碱杆菌Alcaligenes aquatilis、普罗威登斯菌Providencia vermicola、副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides、地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis和苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis分别接种于Luria-Bertani液体培养基中30-37℃下振荡发酵18-24小时后混合，得到所述液态微生物菌剂；
步骤二：将所述步骤一制备的液态微生物菌剂和麸皮按照质量比(2-5)：(1-2)混合后，于30-37℃静置培养18-24小时得到所述促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述Luria-Bertani液体培养基中蛋白胨，酵母粉，氯化钠的含量分别为10g/L，5g/L，10g/L。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高地芽孢杆菌Bacillusaltitudinis、粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis、辣椒赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacilluscapsici、贝勒斯芽孢杆菌Bacillus velezensis、水生产碱杆菌Alcaligenes aquatilis、普罗威登斯菌Providencia vermicola、副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides、地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis和苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis的有效活菌数均为10-100亿/g。
8.根据权利要求5-7之任一项所述方法制备得到的促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂。
9.根据权利要求1-4、8之任一项所述的促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂在促进餐厨垃圾好氧堆肥中的应用。
10.一种根据权利要求1-4、8之任一项所述的促进餐厨垃圾好氧堆肥的固态微生物复合菌剂的使用方法，其特征在于，将所述固态微生物复合菌剂按照堆体质量1-5％的添加量播散在堆体表面，随后和堆体混合均匀。
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