CN1654644A - 固定化白腐菌剂及其在垃圾堆肥化中的应用 - Google Patents

固定化白腐菌剂及其在垃圾堆肥化中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用微生物固定化技术处理城市生活垃圾。发明采用植物材料玉米芯作固定化载体，将游离白腐菌制成固定化菌剂，再将固定化白腐菌接入增活培养基中富集培养4～6天，滤去培养液，制成固定化菌剂；固定化菌剂用于垃圾处理时，在堆肥物料的温度降至40℃左右时接种固定化菌剂，并调整堆料含水率，控制通风量，及时翻堆待腐熟即可。本发明利用白腐菌较强的产木质素降解酶的能力和对重金属的强吸附、固定能力，又采用固定化技术降低了堆肥成品中Pb、Cd等有毒金属的迁移性及其总量，因此既提高堆肥效率和腐热程度，又降低了施用堆肥对土壤及农作物带来的潜在危害，大大提高堆肥品质。

Description

固定化白腐菌剂及其在垃圾堆肥化中的应用
技术领域：
本发明涉及固体废物的堆肥化处理，具体涉及利用微生物固定化技术处理城市生活垃圾。
背景技术：
传统堆肥法是利用堆料中土著微生物分解垃圾中有机物，但往往由于土著微生物活性较弱、降解能力较低，城市垃圾常含有大量木质素类生物难降解物质，以致使堆制时间长且肥效低。而垃圾堆制效果不佳、堆肥成品腐熟程度不够以及施用堆肥导致重金属积累这一潜在危害，都是现今堆肥技术大规模发展的限制因素。目前国内针对堆肥工艺的优化做了大量研究，且投入了大量人力物力开发研制人工接种剂，通过接种各类菌剂人为地促进可生物降解的复杂有机物降解为细胞可吸收利用的小分子物质及腐殖质，从而提高堆肥过程的效率和堆肥成品的质量。专利技术涉及较多的为单一高效菌种、微生物复合菌剂的制备及接种。
以往接种外源微生物堆制处理垃圾的方法中，针对木质素这种最难降解物的研究较少，特别是其不能减少堆肥中重金属总量，仅在堆制过程中重金属存在形态有所变化。目前，白腐菌因其广谱性、非专一性，且于固、液两种体系下均能良好生长，而越来越受到人们的关注。白腐菌降解木质素能力强，能对多种异生有机污染物进行生物降解，并能有效吸附重金属离子，且对环境没有毒害作用。因此，可用于堆肥过程中以降解有机物和去除重金属。
但白腐菌的木质素降解酶系统存在于细胞外环境，为提高反应体系效率常用的搅拌及充氧措施所产生的机械剪切力会使酶的结构和活性遭受破坏及影响，从而影响白腐菌对木质素等的降解作用。同时，虽然白腐菌能有效吸附重金属，但无法有效地将游离白腐菌与堆料分离，使得堆制后重金属总量不能明显降低。因此，如何使白腐菌对木质素的降解酶活不受反应体系中机械剪切力的影响，以及使吸附重金属的白腐菌与堆料分离，这是利用白腐菌高效处理生活垃圾亟待解决的问题。
发明内容：
本发明旨在提供一种固定化白腐菌剂处理垃圾，以解决垃圾堆肥化处理过程中存在的上述问题。
本发明是通过以下技术方案实现上述发明目的的。
在白腐菌接入的土豆蔗糖液体培养基中按20～30％的体积比加入作为白腐菌载体的玉米芯小块，37℃静置培养2～5天后，振荡培养一天，再将紧密缠有白腐菌菌丝体的玉米芯块以5～7％的接种量移接入增活培养基中，在通气条件下，于30℃静置培养4～6天，滤去培养液，制成固定化白腐菌剂；该菌剂用于垃圾堆肥处理时，经分选、破碎的生活垃圾调整含水率、有机物含量与碳氮比后，在堆肥反应装置中间歇供氧堆制，待反应装置中堆料降温至35～40℃时，按5～10％的重量比接种固定化白腐菌剂，均匀混和，调整堆肥含水率在65～75％，通风量控制在0.3～0.5m3/d·kg，每2天翻堆一次，10～15天腐熟后，拣出玉米芯块，自然风干，经筛分与磨碎成优质堆肥。
下面结合附图进一步详述本发明。
附图说明：
图1固定化白腐菌剂堆肥法与白腐菌堆肥法的堆肥温度变化图；
图2固定化白腐菌剂堆肥法与白腐菌堆肥法的木质素含量变化图。
本发明的固定化白腐菌剂，采用黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，购自中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏号为BKMF-1767。菌种转接保藏在土豆蔗糖培养基上。
白腐菌的固定化：从斜面培养基上刮取菌种，接种到土豆蔗糖液体培养基中，同时加入20～30％体积比的1cm3的玉米芯块，于37℃静置培养2～5d，待大部分菌较好地固定在玉米芯的空隙中，再振荡培养1d，使菌丝较紧密地缠绕玉米芯。土豆蔗糖液体培养基成份为：马铃薯汁1000mL，蔗糖(或葡萄糖)20g，pH自然。其中马铃薯汁的制备为：取去皮的马铃薯200.0g，切成小块，于锅中加水1000mL煮沸半小时，用双层纱布过滤，取其滤液，并加水补足1000mL。
固定化白腐菌的增活：将上述固定化菌以5～7％的接种量接入增活培养基中，于30℃静置扩培4～6d，并通过一连有小型鼓风机的导管进行通氧，待玉米芯空隙中菌体生长旺盛、菌丝附着牢固为宜。滤去培养液，制成固定化菌剂，菌剂可以直接用应于堆肥化接种。增活培养基成分为：蔗糖0.6g·L-1，酒石酸铵1.2g·L-1，NaCl0.1g·L-1，KH2PO41.5g·L-1，MgSO4·7H2O0.5g·L-1，MnSO4·H2O0.035g·L-1，VB10.1mg·L-1。
固定化白腐菌剂是采用植物废料玉米芯为载体，既有效地实现了废物资源化、节省了载体成本，又为微生物提供了一定营养物质、保证了接种菌的良好生长。同时经增活培养基的扩培、增活作用，可使接种用的固定化白腐菌活性较强，能更有效地降解木质素类难降解物，促进堆肥的最终腐熟；且由于菌丝旺盛紧密，能更有效地吸附重金属，改善堆肥成品质量。
垃圾堆肥化的工艺过程如下：
1.取新鲜垃圾，拣出其中的玻璃、塑料、石块、电池、金属物件等。初步破碎至粒径范围达15～40mm。调整含水率为50～60％，有机物含量50～60％，C/N比25～35∶1。
2.将经过上述处理的垃圾装入堆肥反应装置进行堆制，采用间歇式供氧方式，通风量控制在0.5～0.7m3/(d·kg)，并观测堆制过程中的温度变化。
3.待堆肥化经过高温阶段进入降温阶段，堆温降至35～40℃左右时，再按5～10％的比例(重量比)接种固定化白腐菌剂，均匀混匀后继续发酵。这样由于堆料经过升温阶段和高温阶段后土著微生物中许多低温及中温菌被杀死或者活性降低，使得堆料中微生物种群相对较为简单，从而可减小土著微生物对接种的固定化白腐菌的抑制作用，缩短外源微生物适应堆制环境的时间。
同时，调整堆料含水率至65～75％，以提供适宜固定化白腐菌保持活性、加快菌丝生长所需的基质含水率，使得添加的菌剂能更快地成为堆料中的优势群落，大大增强了堆料中木质纤维素等难降解物质的分解，促进堆肥的深度腐熟，并利于固定化菌有效地吸附重金属离子(如Pb、Cd等)，降低堆肥中重金属的生物有效性。此外，基于堆肥化降温阶段中微生物耗氧量有所降低，堆温下降较快，为了较好地保证温度不降至过低而影响了接种菌的活性，且从节约运行成本出发，将通气量减小至0.3～0.5m3/(d·kg)，并每2d翻堆一次，以保证固定化白腐菌与各层堆料的充分接触。
4.堆料经接种固定化白腐菌进一步发酵腐熟后，拣出附着白腐菌的玉米芯块，堆肥需经自然风干，通过再次筛分与磨碎即得最终成品。
此方法在堆肥初期充分利用了土著微生物的积极作用，在后续堆肥过程中接种由植物废料玉米芯作为载体的固定化白腐菌，并通过适当调整堆制发酵条件，使得接种菌很好地发挥其特定作用。本发明提高了堆肥效率，比白腐菌堆肥法缩短10d左右；且不仅仅使一般有机物得到降解，还使木质素类难降解物质都得到了高效分解，促进了堆肥的深度腐熟；并通过拣出吸附有重金属的固定化菌实现了堆肥成品中重金属总量的减少。整个堆制过程操作便利，工艺简单，投入成本低，实用性较强。
具体实施方式：
固定化处理：采集某工业区的新鲜生活垃圾20kg，拣去其中的玻璃、塑料、砖瓦、织物、废电池和金属等，得可堆制的垃圾9kg，破碎至15～40mm的粒径范围。垃圾含水率为60％，C/N比为25∶1，有机物含量为60％。将垃圾装入堆肥反应装置中，间歇式供氧，通风量控制在0.6m3/(d·kg)。固定化白腐菌剂按上述方法制成后，于上述增活培养基中30℃培养、增活4d，滤出，待堆温降至40℃左右(堆肥化进行7d)后，按5％的接种量(重量比)接种，充分混匀。在接种固定化白腐菌剂的同时，调整堆料含水率至70％，通风量降至0.3m3/d·kg，继续发酵，并每2d翻堆一次。接种后再发酵10～15天后，堆料温度趋于稳定，颜色呈黑褐色，且基本没有臭味，可视为腐熟。
对照：堆料来源、堆料性质参数及其预处理与上述固定化处理相同。采用常规的接种堆肥方法，在相同的堆肥反应装置中堆制，垃圾处理量相同，按重量比5％的接种量添加游离白腐菌和1cm3的玉米芯块的混合物，其中玉米芯在堆制过程中起膨松剂作用，整个堆制过程控制通风量0.6m3/(d·kg)，不在堆肥后期调节通风量。对照不经过固定化处理，但采用与固定化菌扩培增活相同的培养基，对游离白腐菌进行扩培增活后，再将玉米芯也按20％～30％的接种量与菌悬液混合，即得接种所用的混合物。
接种固定化白腐菌堆肥法与白腐菌堆肥法的堆制效果：堆肥温度变化见图1，木质素余量变化见图2，堆肥中重金属总量对比见表1。
通过两种堆肥方法堆制处理的效果作比较，可以发现采用本发明堆制处理得的堆肥中各重金属总量都有不同程度的降低，且在接种后的堆制过程中可看到木质素余量的显著下降，堆温的下降减慢甚至有回升的阶段。采用本发明堆肥化可以较长时间保持堆肥降温阶段的微生物活性，促进堆料的深度腐熟，提高堆肥的效率，比接种白腐菌的堆肥方法约提早7～12天收获到腐熟程度较高的堆肥成品，且成品品质好，含重金属少，施用存在的潜在危害小，是一种有效的生活垃圾堆肥化处理技术。
表1固定化白腐菌剂和白腐菌处理的垃圾堆制前后重金属总量表
重金属     堆制前(mg/kg)     堆制后(mg/kg)
    处理     对照     处理     对照
汞(Hg)镉(Cd)铬(Cr)铅(Pb)     0.432.0220.854.1     0.412.0819.754.5     0.32ND11.428.5     0.392.0018.854.6
注：ND表示未检测到。

Claims (2)

1、一种固定化白腐菌剂，其特征在于在白腐菌接入的土豆蔗糖液体培养基中按20～30％的体积比加入作为白腐菌载体的玉米芯小块，37℃静置培养2～5天后，振荡培养一天，再将紧密缠有白腐菌菌丝体的玉米芯块以5～7％的接种量移接入增活培养基中，在通气条件下，于30℃静置培养4～6天，滤去培养液，制成固定化白腐菌剂。
2、一种如权利要求1所述的固定化白腐菌剂在垃圾堆肥化中的应用，包括经分选、破碎的生活垃圾调整含水率、有机物含量与碳氮比后，在堆肥反应装置中间歇供氧堆制，本发明的特征在于待反应装置中堆料降温至35～40℃时，按5～10％的重量比接种固定化白腐菌剂，均匀混和，调整堆肥含水率在65～75％，通风量控制在0.3～0.5m3/d·kg，每2天翻堆一次，10～15天腐熟后，拣出玉米芯块，自然风干，经筛分与磨碎成优质堆肥。
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