一种有机废物高温好氧功能强化菌剂及其制备方法与应用

1.本发明涉及有机废物回收领域，特别涉及一种有机废物高温好氧功能强化菌剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.有机固体废物已成为我国生态环境、城市生活垃圾有机组分和农业面源污染的重要源头，解决有机废物资源化高效利用问题成为研究的热点与关键。有机固体废物指人们在生产活动中产生的丧失利用价值但被抛弃或放弃的固态的有机类物品和物质，包括农业有机废物(主要包括农作物秸秆藤蔓、畜禽粪便和水产废弃物等)、工业有机废物(主要包括有机废渣等)、城市有机垃圾(主要包括园林绿化废弃物、城市污泥、屠宰厂动物内含物、餐厨垃圾等)三大类。随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，有机固体废物主要有以下特点：有机固体废物种类多，产生量大；价值低，处理成本高，利用率低；含有大量的致病菌，可以传播疾病；不仅给城乡生态安全带来严重隐患，而且也会造成水体富营养化、土壤酸化及重金属污染等问题。
3.我国有机固体废物的利用方向主要有以下几种；分别为生态化、基质化、饲料化、材料化、肥料化以及能源化，其中资源利用率最高的为肥料化和能源化。处理有机固体废弃物的方法有生物处理法与非生物处理法。生物发酵、生物干化、好氧发酵、焚烧和填埋是餐厨垃圾的主要处理方法。针对传统生物处理方法的处理周期长、不稳定等不足，近几年高温好氧发酵在处理有机固体废物方面备受关注，高温好氧发酵是指在有氧条件下，利用嗜热好氧微生物在高温条件下来完成有机物的降解和转化。无论是厌氧发酵、传统好氧堆肥、高温好氧发酵等都离不开微生物，微生物是有机固体废物减量化过程中的工作主体，在处理有机废物的过程中起着主导作用。
4.现阶段，对有机废物高温好氧处理菌剂进行了一定的研究，也能够在市面上所购买相关菌剂，但在处理有机废物实际应用中，依然存在有机废物的降解速率较慢、菌株抗逆性差、减量化效果不明显等问题。
5.因此，开发有机废物高温好氧功能强化菌剂是提高有机废物处理效率的重要途径之一，也是减少有机废物累积量的重要手段，具有广阔的发展前景。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种有机废物高温好氧功能强化菌剂及其制备方法与应用，其目的是为了解决现有技术中上述问题。
7.为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种有机废物高温好氧功能强化菌剂及其制备方法与应用。
8.本发明公开了有机废物高温好氧功能强化菌剂的制备方法，将从不同环境中获取的微生物富集、筛分、一级培养、二级培养以及复配获得固体菌剂；
9.具体包括如下步骤：
10.s1：从不同菌源获取菌种，进行微生物富集，再接种到孟加拉红培养基、水解酪蛋白培养基、牛肉膏蛋白胨培养基以及lb培养基进行连续培养，进行生物发酵，并按照一定的比例进行复配获得复合菌液；
11.s2：将改性的膨润土、白炭黑进行烘干后，研磨过100目筛，获得菌剂载体粉末；
12.s3：将脱脂乳粉保护剂加入所述复合菌液中充分搅拌，并加入所述菌剂载体粉末搅拌均匀，并振荡吸附6h；
13.s4：抽滤吸附6h后的混合物进行固液分离获得滤渣，经真空冷冻干燥、研磨过筛获得有机废物高温好氧功能强化菌剂。
14.进一步的，所述孟加拉红培养基为：蛋白质5g，葡萄糖10g，磷酸二氢钾1g，硫酸镁0.5g，1/3000孟加拉红溶液100ml，用去离子水定容至1000ml，氯霉素0.1g，ph为7.5左右；所述水解酪蛋白培养基为：可溶性淀粉2.68g，水解酪蛋白3.57g，酵母浸提物5.15g，ph为7.5左右；所述牛肉膏蛋白胨培养基为：牛肉膏3.0g，蛋白胨10.0g，nacl 5.0g，用去离子水定容至1000ml，ph为7.5；所述lb培养基为：胰蛋白胨10g，酵母浸提物5g，氯化钠10g，ph为7.4。
15.进一步的，所述菌源来自云南热泉中的底泥与水样、农林有机废弃物好氧发酵高温期、城市有机废物好氧发酵高温期。根据不同种类的有机废弃物的组分特征筛分具有降解不同有机废物组分的高温好氧功能强化微生物菌剂，如农林有机废物中木质纤维素的降解、城市有机废物中餐厨垃圾油脂、蛋白质及大分子有机物的降解。
16.进一步的，所述孟加拉红培养基、水解酪蛋白培养基、牛肉膏蛋白胨培养基以及lb培养基在50-55℃进行连续培养，分别获得嗜热芽孢杆菌属、不动杆菌属、球菌属以及木质纤维素降解菌属；所述嗜热芽孢杆菌属、不动杆菌属、球菌属以及木质纤维素降解菌属按照5：3：1：1的比例进行复配。
17.进一步的，所述富集培养过程的温度为50-55℃；所述连续培养过程的温度为50-55℃，170-180rpm培养160-180h。
18.进一步的，所述菌剂载体的组分比例为改性膨润土：白碳黑＝3:1；所述复合菌液和菌剂载体粉末按照固液比1:1.5-2混合。采用改性膨润土与白碳黑按照一定的比例所混合作为微生物载体，并以脱脂乳粉保护剂对微生物进行保护，二者均匀搅拌后，放置一段时间使微生物载体充分吸附微生物并采取真空冷冻干燥的方法获得固体微生物复合菌剂，菌剂中微生物菌株存活率高且储存时间长，为有机废物减量化提供高效、快速的方法。
19.进一步的，所述固液分离采用板框压滤的方式进行，所述板框压滤时间为0.5h。
20.基于一个发明总的构思，本发明还提供一种如上述制备方法获得的有机废物高温好氧功能强化菌剂，所述菌剂中微生物及百分含量为：嗜热芽孢杆菌属40-50％、不动杆菌属15-20％、球菌属10-15％、木质纤维素降解菌属10-15％。
21.进一步的，所述菌剂的有效活菌数为8-9.5
×
109cfu/g。
22.本发明还提供一种超高温菌剂处理餐厨垃圾的应用，采用上述的有机废物高温好氧功能强化菌剂或上述制备方法获得的有机废物高温好氧功能强化菌剂与高温好氧发酵仓结合的方法处理餐厨垃圾。
23.本发明的上述方案有如下的有益效果：
24.(1)本发明的上述方案提供的高温好氧功能强化菌剂可以应用到农林有机废物处理以及城市有机废物的处理当中，在使用中，也可以使用现有的设备，有效的降解了有机废
物的含量，高效快速的使有机废物减量化，最终实现有机废物的资源化以及无害化。有效的克服现有的有机废物处理处置问题，具有重大的经济意义和环保意义，并且该菌剂制备方便，成本低廉，在实际应用中极大的降低有机废物处理成本，高效快速的实现有机废物的减量化，提高了有机废物的利用率。为有机废物减量化、资源化以及无害化提供新的处理思路以及处理技术，具有实际的经济意义与环保意义，以及具有广阔的发展前景
25.(2)本发明所述菌剂与其它有机废物处理菌剂不同，其具有耐高温、降解速率快、减量化效果明显等特点，能够使有机废物快速、高效的资源化利用，降低有机废弃物对环境的影响。
26.(3)本发明利用有机废物高温好氧功能强化菌剂作用与高温好氧发酵仓结合的工艺对餐厨垃圾快速减量化，提高了餐厨垃圾的处理效率与降低了餐厨垃圾处理的成本。
具体实施方式
27.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
28.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
29.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可以通过市场所购买得到或者可以通过现有方法制备得到。
30.本发明针对现有的问题，提供了一种有机废物高温好氧功能强化菌剂及其制备方法与应用。
31.在本发明实施例中，所述微生物菌种来源于云南热泉当中采取泥样与热泉水样、农林有机废弃物好氧发酵高温期以及城市有机废物好氧发酵高温期，并接种到孟加拉红培养基、水解酪蛋白培养基、牛肉膏蛋白胨培养基以及lb培养基中进行筛分、一级培养、二级培养以及复配获得具有降解有机物成分的高温好氧功能强化微生物菌剂。
32.在本发明实施例中，所述孟加拉红培养基为：蛋白质5g，葡萄糖10g，磷酸二氢钾1g，硫酸镁0.5g，1/3000孟加拉红溶液100ml，用去离子水定容至1000ml，氯霉素0.1g，ph为7.5左右；所述水解酪蛋白培养基为：可溶性淀粉2.68g，水解酪蛋白3.57g，酵母浸提物5.15g，ph为7.5左右；牛肉膏蛋白胨培养基为：牛肉膏3.0g，蛋白胨10.0g，nacl 5.0g，用去离子水定容至1000ml，ph为7.5；所述lb培养基为：胰蛋白胨10g，酵母浸提物5g，氯化钠10g，ph为7.4左右。
33.实施例
34.有机废物高温好氧功能强化菌剂，其由以下方法制备获得：
35.分别采取云南热泉中的底泥与水样、农林有机废弃物好氧发酵高温期、城市有机废物好氧发酵高温期作为菌种的来源。并用所述孟加拉红培养基、水解酪蛋白培养基、牛肉膏蛋白胨培养基以及lb培养基在50-55℃进行连续培养，分别获得降解有机物成分的微生物，嗜热芽孢杆菌属、不动杆菌属、球菌属以及木质纤维素降解菌属，并按照5：3：1：1的比例复配所得有机废物高温好氧功能强化菌剂。
36.将所改性的膨润土、白炭黑进行烘干并研磨过100目筛，获得菌剂载体粉末，将脱
脂乳粉3
‰
(w/v)保护剂加入到所复配的复合微生物菌剂中充分搅拌，并加入所述菌剂载体粉末搅拌均匀，并振动吸附6h。通过板框压滤使固液分离并将所获的滤渣经研磨过筛获得有机废物高温好氧功能强化菌剂。
37.所述菌剂中微生物剂百分含量为：嗜热芽孢杆菌属40-50％；不动杆菌属15-20％；球菌属10-15％；木质纤维素降解菌属10-15％。所述菌剂的有效活菌数为8-9.5
×
109cfu/g。
38.对比例
39.以深海环境中的淤泥与水样为菌剂来源，其它步骤与实施例相同，获得处理菌剂。所述菌剂的有效菌数为3.0-5.2
×
108cfu/g，微生物组成为：嗜热芽孢杆菌属30-40％；球菌属40-60％。
40.应用例1
41.收集来源不同的农林有机废物，将收集的农林废物分类并进行筛分等预处理，通过压榨、添加辅料等方式将整个体系的含水率调制55-60％，本次应用例1共设两个处理：空白组以及添加有机废物高温好氧功能强化菌剂实验组，整个体系的物料总重量为50kg。将预处理的有机废物投入到高温好氧发酵仓高温发酵仓(尺寸：长950mm、宽950mm、高1000mm)内，通过机械搅拌将整个体系搅拌均匀，然后在实验组中按照菌剂：物料＝1：1000的比例加入有机废物高温好氧功能强化菌剂，再通过充分机械搅拌将物料与菌剂混合均匀。本实施例1采用通过发酵仓外层紧密贴合的电池外加热的方式(外控温度：150℃-200℃)使整个发酵仓的物料温度控制在55℃-65℃之间，反应仓机械搅拌的频率设为正反搅拌2分钟间隔10min再正反搅拌2min并在搅拌的过程中利用风机的抽滤的方式使整个反应体系处于好氧状态，连续为期38h的发酵实验。分别在0、6、12、24、38h时取样，反应过程中使用温度探头采取五点法检测整个体系物料的实时温度。根据有机废物高温好氧功能强化菌剂的生长规律设置整个过程中取样的时间间隔进行定点取样，同理，每次取样采用五点取样法取样，在取样的过程中记录该取样点的温度、含水率(采用含水率检测仪检测实时含水率)等其它参数。
42.农林有机废物处理参数变化表
[0043][0044]
从以上的实验数据可以得出：添加有机废物高温好氧功能强化菌剂的实验组比空白组的含水率变化明显，添加菌剂的实验组最终的含水率为9％，实验组的温度升温明显做高到60℃，有机碳与木质纤维素的降解也比空白组有明显的区别。因此，添加有机废物高温好氧功能强化菌剂有利于农林有机废物成分的降解与高效、快速的使农林有机废物减量化。为农林有机废物处理提供新思路，新方法。有利于农林有机废物资源化、无害化以及减量化。
[0045]
应用例2
[0046]
分别从饭店、食堂、街头小吃等场所收集餐厨垃圾原料，通过筛分的方式将其中的塑料、纸巾和其它杂质筛除。并将所筛分后的餐厨垃圾通过压榨机。将其压滤，压滤的主要作用是将所筛分后餐厨垃圾中的骨料等物质破碎，并在该过程中去除部分水分、油类及少量盐分，压滤后最终获得含水率为55wt％-60wt％的餐厨垃圾尾渣。
[0047]
将预处理后的餐厨垃圾尾渣投入到高温好氧发酵仓内，通过机械搅拌将餐厨垃圾尾渣与锯木灰、稻谷壳或麦麸中的一种或几种辅料(含水率8％-10％)充分混合均匀，并调节整个反应体系的含水率为50％-60％，本实施例2共设2个处理：空白与添加有机废物高温好氧功能强化菌剂实验组，整个体系的物料总重量为50kg。通过机械搅拌将整个体系搅拌均匀，然后在实验组中按照菌剂：物料＝1：1000的比例加入有机废物高温好氧功能强化菌剂，再通过充分机械搅拌将物料与菌剂混合均匀。本实施例2采用通过发酵仓外层紧密贴合的电池外加热的方式(外控温度：150℃-200℃)使整个发酵仓的物料温度控制在55℃-65℃之间，反应仓机械搅拌的频率设为正反搅拌2分钟间隔10min再正反搅拌2min并在搅拌的过
程中利用风机的抽滤的方式使整个反应体系处于好氧状态，连续为期38h的发酵实验。分别在0、6、12、24、38h时取样，反应过程中使用温度探头采取五点法检测整个体系物料的实时温度。根据有机废物高温好氧功能强化菌剂的生长规律设置整个过程中取样的时间间隔进行定点取样，同理，每次取样采用五点取样法取样，在取样的过程中记录该取样点的温度、含水率(采用含水率检测仪检测实时含水率)等其它参数。
[0048]
城市有机废物-餐厨垃圾处理参数变化表
[0049][0050][0051]
从以上的实验数据可以得出：添加有机废物高温好氧功能强化菌剂的实验组比空白组的含水率变化明显，添加菌剂的实验组最终的含水率为10％，实验组的温度升温明显做高到59℃，有机碳、蛋白质、脂肪的降解也比空白组有明显的区别。因此，添加有机废物高温好氧功能强化菌剂有利于城市有机废物成分的降解与高效、快速的使城市有机废物减量化。为城市有机废物处理提供新思路，新方法。有利于城市有机废物资源化、无害化以及减量化。
[0052]
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。