CN115536445A - 厨余垃圾制备液态有机基肥的方法、液态有机基肥及液态有机肥 - Google Patents

厨余垃圾制备液态有机基肥的方法、液态有机基肥及液态有机肥 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种厨余垃圾制备液态有机基肥的方法、液态有机基肥及液态有机肥，属于液体肥及厨余废弃物资源化利用技术领域。该方法通过对尾菜混合物含量高的厨余垃圾依次进行酶解工艺和发酵工艺，利用特定的好氧酶制剂形成的酶解浆液可以通过特定的复合微生物制剂进行二次发酵形成作物容易吸收的液体有机基肥，并可以通过添加其他元素形成具有专用性的液体肥料。该方法工艺简单、占地面积小、酶解发酵高效且彻底，原材料易得，适用于工业化生产，所得有机基肥和有机肥肥料效果好，液体剂型受欢迎程度高，且可调试为适用不同作物的特种肥料。

Description

厨余垃圾制备液态有机基肥的方法、液态有机基肥及液态有 机肥
技术领域
本发明涉及一种液态有机肥料及其制备方法，具体涉及一种厨余垃圾制备液态有机基肥的方法、液态有机基肥及液态有机肥，属于液体肥及厨余废弃物资源化利用技术领域。
背景技术
现有技术中厨余垃圾在进行处理时，最常用的处理方式进行堆肥发酵。该处理方式能够在一定程度上对厨余垃圾进行资源再利用，但同时也存在较多的缺点：如占地面积大、发酵时间长(堆肥一般是15-30天)且不彻底(尤其是高盐高油的环境发酵程度是个重要限制)、无害化程度不易达标(堆肥发酵和翻抛发酵有死角)、肥料效果体现不完全、固体剂型肥料受欢迎程度不高等，均会造成这种处理方式及由该处理方式产生的固体肥料市场接受度不高的问题。因此，针对上述技术问题，现有市场上需要一种占地面积小且发酵效率高的处理方式对厨余垃圾进行资源再利用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种厨余垃圾制备液态有机基肥的方法、液态有机基肥及液态有机肥，该方法通过对尾菜混合物含量高的厨余垃圾依次进行酶解工艺和发酵工艺，酶解浆液可以通过微生物二次发酵形成作物容易吸收的液体有机基肥，并可以通过添加其他元素形成具有专用性的液体肥料。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，该方法包括下述步骤：
破碎稀释：将经分拣后的厨余垃圾破碎研磨成原始浆液，然后补充水分进行稀释，转入酶解罐中，得到稀释浆液。
进一步的，该步骤中厨余垃圾经分拣后的尾菜混合物含量至少为80wt.％，更优为该厨余垃圾经分拣后为尾菜混合物含量达到至少90wt.％的餐厨垃圾。在进行分拣时，需要将骨头、硬壳、餐盒、筷子、塑料袋等不易降解或不易破碎的物质分拣去除。
且，进一步的，该步骤中经分拣后的厨余垃圾经破碎研磨成细度低于50目的原始浆液，并按照料水质量比为1：(1.2-1.5)补充水分进行稀释。
酶解：向酶解罐内的稀释浆液中投入好氧酶制剂，于40-50℃的酶解温度下进行酶解2-3h得到酶解浆液，且酶解过程中持续搅拌并通氧，通气量为0.5-1.0m3/min。
进一步的，酶解步骤中，好氧酶制剂由果胶酶和纤维素酶按照重量比为(3-5):(7-5)混合形成，且果胶酶和纤维素酶的酶活性单位为8000U/g-10000U/g。且，更进一步的，好氧酶制剂的添加量为1-3kg/吨原始浆液。此外，通过该酶解步骤得到的酶解浆液的pH值为5.5-6.0，偏酸性。
酶解步骤的主要目的在于：温性破除细胞壁，引起内容物释放，从而为后续微生物发酵提供原材料。该步骤中，由于处理的厨余垃圾是经分拣后尾菜混合物含量较高的餐厨垃圾，因此酶解的标的物主要是果胶和纤维素类物质，而含有的脂肪类物质和蛋白质类物质的比例很低，因此好氧酶制剂选择由果胶酶和纤维素酶按照特定比例组合而成。其中果胶酶主要用于分解果胶，可以有效的降低厨余垃圾稀释浆液的粘度，并能够迅速澄清，从而为后续微生物发酵创造有利条件；其中纤维素酶主要用于分解厨余垃圾中的纤维素、半纤维素和部分木质素。该酶解步骤中最重要的就是果胶酶和纤维素酶按照本申请所限定比例混合使用，如厨余垃圾中的水果和蔬菜仅用果胶酶浸解时，只会形成结构松散的悬浮物；而果胶酶和纤维素酶配合使用时，两者之间会产生协同效应，能够初步达到迅速分解，提升分解效率的同时能够使水果和蔬菜基本实现绝大部分的液化，从而为后续微生物发酵创造良好的条件。
二次发酵：向酶解罐中的酶解浆液中添加占该酶解浆液总质量35-40wt.％的糖类物质并加热进行无害化处理得到预处理浆料，待预处理浆料自然冷却至25-30℃后添加复合微生物制剂，先进行好氧发酵后，再转移到储液罐中密封静置进行厌氧发酵，得到发酵液。
进一步的，二次发酵步骤中，所使用复合微生物制剂由枯草芽孢杆菌(保藏编号为ACCC 01907)、植物乳杆菌(保藏编号为ACCC 03954)、解脂假丝酵母(保藏编号为ACCC20101)、酿酒酵母(保藏编号为ACCC 21184)按照体积比为(2-3):1:(0.5-0.8):(0.5-0.8)复配形成。且，更进一步的，所述复合微生物制剂的用量为占预处理浆料总质量的1-3wt.‰。上述四种微生物均购买自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)。
进一步的，二次发酵周期为先进行7-8天好氧阶段后再进行7-8天厌氧阶段，其中好氧阶段每天通风4-5次，每次5-10min无菌空气；其中厌氧阶段为密封静置即可。
进一步的，二次发酵步骤中，所添加的糖类物质为赤砂糖、糖蜜等物质，其能够为复合微生物制剂在发酵过程中提供能量；此外该步骤中进行无害化处理的温度为100℃，该处理能够将糖类物质中所含有的有害成分失活，避免该有害成分对后续的发酵产生影响，同时能够使赤砂糖等粉状糖类物质融化，以便更有效的为复合微生物提供能源保证。
二次发酵步骤中，复合微生物制剂的复配用种类及用量的选择，是根据酶解步骤所得的酶解浆液成分的特点(pH为5.5-6.0，偏酸性)进行选择的；所采用的发酵工艺为液体发酵，且前期为好氧发酵阶段，后期为厌氧发酵阶段。该发酵步骤所采用的复合微生物制剂中，枯草芽孢杆菌为兼性好氧菌，植物乳杆菌、解脂假丝酵母、酿酒酵母均为兼性厌氧菌。酶解浆液中的主要成分是酶解剩余的纤维素，前期好氧阶段中枯草芽孢杆菌需要强烈生长，并需要能够在本申请限定的发酵环境下迅速形成优势菌，对纤维素类物质进行彻底分解，因此该菌种的添加量最大，同时枯草芽孢杆菌与其余三种微生物之间没有拮抗作用；后期好氧阶段中，其余三种微生物强烈生长，进行丰富的物质转化且浆液的pH会逐渐降低，使物料不易感染外界杂菌且物料性质趋于稳定，从而使商品性质稳定。此外，二次发酵步骤采用液体发酵工艺，其与现有技术中使用的固体发酵相比，存在发酵均匀无死角、发酵充分等优势。
基肥制备：以发酵液直接作为液态有机基肥；或，向发酵液中添加大量元素形成液态有机基肥。
本发明还公开了一种液态有机基肥，该液态有机基肥是由上述方法制备得到的，该液态有机基肥可作为各种液态肥的基肥使用。
本发明还公开了一种液态有机肥，该液态有机肥包括由上述方法制备得到的液态有机基肥、大量元素和中量元素。
本发明还公开了一种液态有机肥，该液态有机肥包括由上述方法制备得到的液态有机基肥、大量元素、中量元素和微量元素。
上述基肥制备步骤、液态有机肥中所指的大量元素、中量元素和微量元素均为本领域特指概念，也是本领域技术人员所熟知的技术手段。其中大量元素指氮、磷、钾元素中的至少一种；中量元素指钙、镁元素中的至少一种；微量元素指铜、铁、锰、锌、硼、钼中的至少一种。且各种元素的添加量可以按照NY/T1107-2020标准进行添加。
本发明还公开了一种用于尾菜混合物二次发酵的复合微生物制剂，该复合微生物制剂由枯草芽孢杆菌(保藏编号为ACCC 01907)、植物乳杆菌(保藏编号为ACCC 03954)、解脂假丝酵母(保藏编号为ACCC 20101)、酿酒酵母(保藏编号为ACCC 21184)按照体积比为(2-3):1:(0.5-0.8):(0.5-0.8)复配形成。且，上述四种微生物均购买自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)。
本发明的有益技术效果是：
1、本发明所述方法对尾菜混合物含量高的厨余垃圾依次进行酶解工艺和发酵工艺，先通过酶解阶段中快速好氧酶实现厨余垃圾的无害化，为后续的发酵工艺创造良好的发酵条件，并且处理效率高；再根据厨余垃圾和酶解浆液的特点，尽心针对性的微生物复配形成特定的微生物制剂，并使用该复合微生物制剂进行二次发酵，形成植物可直接吸收的小分子物质，如多肽类、氨基酸类等物质含量高；此外液体剂型更受市场欢迎，同时肥料效果优异。
2、本发明所述方法可以实现尾菜含量高的厨余垃圾的资源再利用，处理过程不会产生额外的残渣、废液；此外该处理方法所占用的场地面积小、方法步骤简单、酶解发酵高效且彻底，原材料易得，适用于工业化生产。
3、通过该方法制备得到的液体基肥，可以通过添加中微量元素，形成具有专用性的液体肥料，适用性广且可调节性高。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例和对比例，对本发明的技术方案作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述举例所采用的试剂和材料中，
果胶酶：酶活性为10000U/g，购自南宁东恒华道生物科技有限责任公司。
纤维素酶：酶活性为10000U/g，购自南宁东恒华道生物科技有限责任公司。
枯草芽孢杆菌(ACCC 01907)，购自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)。
植物乳杆菌(ACCC 03954)，购自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)。
解脂假丝酵母(ACCC 20101)，购自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)。
酿酒酵母(ACCC 21184)，购自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)。
具体实施例
液态有机基肥的制备：
分拣：将厨余垃圾进行分拣，去除其中骨头、硬壳、餐盒、筷子、塑料袋等不易降解或不易破碎的物质，形成尾菜混合物含量至少为80wt.％的餐厨垃圾。
破碎稀释：将经分拣后的厨余垃圾破碎研磨成细度低于50目的原始浆液，然后向1吨原始浆液中加水1.2吨，对原始浆液补充水分进行稀释后，转入3m3大小的酶解罐中，得到稀释浆液。
酶解：使用上述果胶酶1kg和纤维素酶1kg混合均匀，得到好氧酶制剂。向酶解罐内的稀释浆液中投入上述好氧酶制剂进行加温酶解(好氧酶制剂的添加量为2kg/吨原始浆液)，于45℃的酶解温度下持续进行酶解3h得到酶解浆液，且酶解过程中持续搅拌并通氧，通气量为1.0m3/min。
二次发酵：使用枯草芽孢杆菌2kg、植物乳杆菌1kg、解脂假丝酵母0.5kg、酿酒酵母0.5kg混合复配形成复合微生物制剂。向酶解罐中的酶解浆液中添加占该酶解浆液总质量35wt.％的赤砂糖，并用电加热至100℃持续20min进行无害化处理得到预处理浆料，待预处理浆料自然冷却或使用循环水冷却至30℃后添加上述复合微生物制剂，先进行7天好氧发酵(每24h搅拌通气4次，每次5min，使用无菌空气)后，再用泵将物料全部转移到储液罐中密封静置7天进行厌氧发酵，得到发酵液。
基肥制备：以发酵液直接作为液态有机基肥。
对比例
液态有机基肥的制备：不同之处在于完成酶解步骤后，不再进行二次发酵，直接以酶解浆液作为液体有机基肥。
对上述制备得到的两种液体有机基肥的肥料指标进行检测，检测标准均采用NY/T525-2021；对两种基肥的有效活菌数进行检测，检测标准采用GB4789.2-2016；上述肥料指标和有效活菌数检测结果参见下述表1。此外，还对两种基肥的重金属(砷、汞、铅、镉、铬)含量进行检测，检测结果均符合国家有机肥对于重金属的限定标准(检测标准采用GB/T23349-2020)；同时，对两种基肥的常见农残指标进行检测，经检测均符合食品安全。
表1实施例和对比例肥料指标及有效活菌数检测结果
Figure BDA0003835864050000061
表1结果表明，使用本发明所述方法先进行酶解再使用特定的微生物制剂进行二次发酵后，氮、磷、钾含量的改善并不显著(其提高率低于有机质的提高率)，但有机质含量会大大提升，同时有效活菌数也从0上升到接近3万CFU/mL。这是因为采用微生物制剂进行二次发酵处理与仅采用酶解方式进行处理的最大区别在于反应底物是完全不同的，发酵过程能够使有机质得到充分的释放。
液体基肥田间应用试验
田间施用作物对象为：番茄。
处理1为空白样：使用与下述液体有机基肥等量的清水对作物进行喷施。
处理2为使用具体实施例中的液体有机基肥，使用量为2L/亩，方式为喷施。
处理3为使用对比例中的液体有机基肥，使用量为2L/亩，方式为喷施。
上述三种处理方式对番茄生长的影响如下表2所示。
表2不同处理方式对番茄生长的影响结果
Figure BDA0003835864050000071
表2结果表明，与不使用任何液体基肥的空白实验(处理编号1)相比，施用仅采用酶解处理的液体基肥(处理编号3)和施用经酶解+发酵处理的液体基肥(处理编号2)，均能够改善番茄的产量并提升番茄的品质，如前者增产1.5％，后者增产7.8％；同时与空白实验相比，两种处理方式的单果重量和单果数量均有所提升。此外，表2中还表明，施用采用酶解处理的液体基肥(处理编号3)和施用经酶解+发酵处理的液体基肥(处理编号2)相比，其对番茄的生长改善情况不如施用本申请所述液体基肥的情况，如采用处理编号3时比采用处理编号2时产量能提高6.2％，同时单果重量和单株果数也均有不同程度的提高。这是因为先进行酶解再进行二次发酵，果胶酶和纤维素酶酶解产生的物质能够作为二次发酵的物料，能够使二次发酵中有机质得到充分的释放；同时，使用微生物制剂进行二次发酵时，微生物活体本身(即有效活菌)对于作物的生长也大有裨益，其对肥料效果的提升也有直接影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，其特征在于，包括下述步骤：
破碎稀释：将经分拣后的厨余垃圾破碎研磨成原始浆液，然后补充水分进行稀释，转入酶解罐中，得到稀释浆液；
酶解：向酶解罐内的稀释浆液中投入好氧酶制剂，于40-50℃的酶解温度下进行酶解2-3h得到酶解浆液，且酶解过程中持续搅拌并通氧气，通气量为0.5-1.0m3/min；
二次发酵：向酶解罐中的酶解浆液中添加占该酶解浆液总质量35-40wt.％的糖类物质并加热进行无害化处理得到预处理浆料，待预处理浆料自然冷却至25-30℃后添加复合微生物制剂，先进行好氧发酵后，再转移到储液罐中密封静置进行厌氧发酵，得到发酵液；
基肥制备：以发酵液直接作为液态有机基肥；或，向发酵液中添加大量元素形成液态有机基肥。
2.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，其特征在于：破碎稀释步骤中，经分拣后的厨余垃圾经破碎研磨成细度低于50目的原始浆液，按照料水质量比为1：(1.2-1.5)补充水分进行稀释。
3.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，其特征在于：酶解步骤中，好氧酶制剂由果胶酶和纤维素酶按照重量比为(3-5):(7-5)混合形成，且果胶酶和纤维素酶的酶活性单位为8000U/g-10000U/g。
4.根据权利要求3所述的厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，其特征在于：所述好氧酶制剂的添加量为1-3kg/吨原始浆液。
5.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，其特征在于：二次发酵步骤中，所使用复合微生物制剂由枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、解脂假丝酵母、酿酒酵母按照体积比为(2-3):1:(0.5-0.8):(0.5-0.8)复配形成。
6.根据权利要求5所述的厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，其特征在于：所述复合微生物制剂的用量为占预处理浆料总质量的1-3wt.‰。
7.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，其特征在于：二次发酵周期为先进行7-8天好氧阶段后再进行7-8天厌氧阶段，所述好氧阶段每天通风4-5次，每次5-10min无菌空气。
8.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备液态有机基肥的方法，其特征在于：厨余垃圾经分拣后的尾菜混合物含量至少为80wt.％。
9.一种液态有机基肥，其特征在于：由权利要求1至8中任一项所述方法制备得到。
10.一种液态有机肥，其特征在于：
包括由权利要求1至8中任一项所述方法制备得到的液态有机基肥、大量元素、中量元素；或
包括由权利要求1至8中任一项所述方法制备得到的液态有机基肥和大量元素、重量元素和微量元素。
11.一种用于尾菜混合物二次发酵的复合微生物制剂，该复合微生物制剂由枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、解脂假丝酵母、酿酒酵母按照体积比为(2-3):1:(0.5-0.8):(0.5-0.8)复配形成。
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