一种厨余垃圾生物干化菌种及其应用的制作方法

1.本技术涉及环境微生物技术领域，更具体地说，它涉及一种厨余垃圾生物干化菌种及其应用。


背景技术：

2.近年来，随着人们生活水平的不断提高，生活垃圾产生量逐年增加。
3.厨余垃圾一般指食品加工过程中产生的易腐有机垃圾，包括菜梗、菜叶、果皮、骨头和一些剩饭剩菜等。厨余垃圾含水率高、有机物含量高，非常容易腐败变质，是城市生活污染的主要来源。因此，如何对厨余垃圾进行资源化、减量化、无害化处理，是目前急需解决的重要问题。
4.现有厨余垃圾处理技术主要有（1）焚烧：将厨余垃圾与其他生活垃圾混合后进行焚烧发电，是解决上述问题的重要手段之一。但厨余垃圾含水率高达80％以上，低位热值低，燃烧性极差，无法直接进行焚烧处理。（2）填埋：是指将垃圾埋入地下，利用各类微生物将大分子充分降解为小分子。其处理成本低、技术简单。但是直接填埋资源利用率为零，并且会产生大量的渗滤液，释放恶臭气体与温室气体，造成严重的二次污染。（3）厌氧消化：目前厌氧消化技术的应用以厌氧发酵制沼气为主，其自动化程度高、容易控制恶臭气体散发、产品多样化、经济价值高。但其处理技术相对复杂，而且厌氧发酵产生的沼液和沼渣处理仍是一大难题。（4）好氧堆肥：在有氧条件下，利用微生物的作用，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质。其技术简单、便于推广、资源化利用率最高。但是由于堆肥占地面积大，过程中会产生渗滤液和恶臭气体，更重要的是，完整的堆肥过程投资费用较高，该技术经济效益不高。
5.生物干化是近几年来兴起的一种厨余垃圾处理技术，适用性强，可作为制备垃圾衍生燃料(rdf)或垃圾焚烧的预处理手段。目前，生物干化技术主要应用于污泥处理领域，在厨余垃圾处理上的研究主要集中于研发干化设备、优化调理剂种类、通风方式等工艺方面。现有技术中基本未出现使用微生物菌剂对厨余垃圾进行生物干化强化的研究。


技术实现要素：

6.为了降低厨余垃圾的含水率，提高其低位热值，本技术目的在于提供一种厨余垃圾生物干化菌种及其应用。
7.第一方面，本发明提供一种生物干化菌种，通过菌落和细胞形态、生理生化特征和16s rdna基因序列测定等数据综合分析，将该菌种鉴定为geobacillus thermoparaffinivorans，保藏于中国典型培养物保藏中心cctcc，菌种名称为geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1，保藏日期为2022年1月5日，保藏编号为cctcc no：m 2022011，保藏地址为中国.武汉.武汉大学。
8.一种geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1，其保藏编号为cctcc no：m 2022011。
9.通过采用上述技术方案，本技术发明的菌种耐高温，好氧发酵自产热能力强，在使用中能够降低厨余垃圾的含水率，特别是72h时，其应用后厨余垃圾原料生物干化的含水率为32.03%，低位热值升高，有利于后续焚烧发电或制备垃圾衍生燃料。
10.可选的，所述geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1含有如seq id no.1所示的基因序列。
11.可选的，所述geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1的最高生长温度为75 ℃。
12.通过采用上述技术方案，该菌种的最高生长温度达到75℃，能够快速启动生物干化过程，提高生物干化效率。
13.可选的，所述的geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1的最高盐耐受浓度为100 g/l氯化钠。
14.可选的，所述的geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1对厨余垃圾的生物干化率为50%以上。
15.第二方面，本技术提供一种液体菌剂，采用如下的技术方案：一种液体菌剂，包含geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1，所述液体菌剂中geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1的浓度至少为1
×
10
8 cfu/ml。
16.第三方面，本技术提供一种液体菌剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种液体菌剂的制备方法，包括以下步骤：将所述geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1接种于发酵培养基中进行扩大培养，培养结束后即得到液体菌剂。
17.第四方面，本技术提供一种固体菌剂，采用如下的技术方案：一种固体菌剂，所述固体菌剂包含载体与液体菌剂。
18.可选的，所述的载体为固相载体，所述固相载体包括可溶性淀粉、环糊精、木屑、稻壳、玉米秸秆中的一种或几种。
19.第五方面，本技术提供一种固体菌剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种固体菌剂的制备方法，包括以下步骤：将液体菌剂与载体按照质量比为（10-1）:（1-10）混合、干燥，即可得到固体菌剂。
20.通过采用上述技术方案，只需要将液体菌剂和载体按照一定比例进行简单的混合、干燥，即能够制得固体菌剂，该工艺流程简单易操作，且在生产过程中不会轻易受到外界环境因素干扰从而影响固体菌剂的使用效果。
21.第六方面，本技术提供geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1在厨余垃圾生物干化中的应用。
22.第七方面，本技术提供一种厨余垃圾生物干化方法，采用如下的技术方案：一种厨余垃圾生物干化方法，包括以下步骤：将固体菌剂加入至厨余垃圾原料中，所述固体菌剂的加入量为厨余垃圾原料质量比的0.1%-20%；将固体菌剂与厨余垃圾原料搅拌均匀后在通风好氧条件下进行生物干化。
23.通过采用上述技术方案，当固体菌剂的加入量为厨余垃圾原料质量比的0.1%-20%时，geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1对厨余垃圾原料的干化效果明显；当固体菌剂的加入量为厨余垃圾原料质量比低于0.1%时，本技术发明的菌种对厨余垃圾原料的干
化效果较差，当固体菌剂的加入量为厨余垃圾原料质量比高于20%时，本技术发明的菌种对厨余垃圾原料的干化效果接近于固体菌剂的加入量为厨余垃圾原料质量比的0.1%-20%时的干化效果，但是成本却更高。
24.可选的，在所述厨余垃圾原料中加入辅料，所述辅料包括木屑、稻壳、秸秆、园林垃圾等的一种或几种。
25.通过采用上述技术方案，在厨余垃圾原料中加入辅料，以调整厨余垃圾原料的含水率，使厨余垃圾原料的含水率从80%以上降低为65%左右，以便于菌种对厨余垃圾原料的进一步干化。
26.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术提供了一种生物干化菌种geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1，该菌种应用于厨余垃圾生物干化时，能够明显降低厨余垃圾的含水率，特别是在72h时，与不加入菌种相比，生物干化率提高了63.66%，可见，采用本技术的菌种可以有效降低厨余垃圾原料的含水率，提高生物干化效率，从而提高其低位热值，有利于进行后续的焚烧发电或制备垃圾衍生燃料。
27.2、本技术的菌种geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1，对生物干化原料适用广泛，不仅适用于厨余垃圾，而且适用于餐饮垃圾和果蔬垃圾，都能实现原料的高效生物干化处理和资源化利用，但是应用于厨余垃圾时效果能够达到最优。
28.3、本发明的生物干化方法，处理效率高、经济效益好以及操作方便。
附图说明
29.图1是本技术提供的菌种geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1的菌落形态图；图2是本技术提供的菌种geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1的系统进化树；图3是本技术提供的菌种geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1的温度变化情况；图4是本技术提供的菌种geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1对厨余垃圾生物干化过程的含水率变化情况。
具体实施方式
30.以下是本发明实施例所用到的培养基及其配方：分离纯化培养基：蛋白胨3 g/l、酵母提取物2 g/l、可溶性淀粉1 g/l、nacl 3 g/l、mgcl
2 0.125 g/l、cacl
2 0.5 g/l、feso4·
7h2o 0.01 g/l、微量元素溶液（na2moo
4 12 g/l、mncl
2 5 g/l、znso4·
7h2o 0.6 g/l、cuso4·
5h2o 0.15 g/l、cocl2·
6h2o 8 g/l、nicl2·
6h2o 0.2 g/l）100 μl/l，琼脂17 g/l，ph值调节为7-7.5。
31.种子培养基：蛋白胨3 g/l、酵母提取物2 g/l、可溶性淀粉1g/l、nacl 3 g/l、mgcl
2 0.125 g/l、cacl
2 0.5 g/l、feso4·
7h2o 0.01 g/l、微量元素溶液（na2moo
4 12 g/l、mncl
2 5 g/l、znso4·
7h2o 0.6 g/l、cuso4·
5h2o 0.15 g/l、cocl2·
6h2o 8 g/l、nicl2·
6h2o 0.2 g/l）100 μl/l，ph值调节为7-7.5。
32.发酵培养基：同种子培养基。
33.固体培养基：同分离纯化培养基。
34.以上培养基配制好后，均在121 ℃下高压蒸汽灭菌15 min，备用。
35.以下结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。
实施例
36.实施例1：生物干化菌的分离筛选及性能验证菌种分离纯化：试验样品采集自某厨余垃圾处理厂高温好氧发酵罐（温度为80℃），在试验样品加入无菌水混匀后，进行梯度稀释，将不同梯度的稀释液取200 μl涂布于分离纯化培养基平板上，于50 ℃恒温培养箱中培养36 h后，挑取形态大小不同的单菌落，划线纯化后编号保管，经初筛共得到34个菌株。
37.对初筛获得的菌株进行最高生长温度复筛，将菌株在固体培养基平板上划线，分别置于温度为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80 ℃的培养箱内，记录其生长情况，筛选最高生长温度为60 ℃以上的耐高温菌株，经复筛共得到11个菌株。
38.将复筛得到的菌株接种于种子培养基，50 ℃、180 r/min培养16 h，然后再以5%的接种量接入到同样的发酵培养基中扩大培养，在50 ℃、180 r/min培养16 h，即可得到菌株的液体菌剂。取240 ml液体菌剂，离心后用无菌生理盐水洗涤，重悬至5 ml，加入到1000 g厨余垃圾和200 g木屑辅料组成的混合物料中搅拌均匀，进行生物干化实验的好氧发酵，通风速率为0.4 l
·
kg-1
·
min-1
，过程中每12 h对物料搅拌一次，并取样测定物料含水率，利用公式（1）计算生物干化率。
39.生物干化率=（ω
0-ω1）/ω0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）公式（1）中，ω0为初始物料含水率，ω1为任一时刻物料含水率。
40.结果显示接种菌株gt-y1的厨余垃圾生物干化效果最为明显，在72 h时混合物料的含水率由66.47%降低至33.15%，即生物干化率为50.13%。
41.菌株的耐盐性能测定：用划线法将菌株gt-y1接种至不同nacl浓度（20-120 g/l）的固体培养基平板上，在50 ℃培养箱中好氧培养24 h，定期观察菌株的生长情况，结果发现菌株gt-y1在含100 g/l nacl固体培养基上生长良好，其菌落大小为2-3 mm，在含120 g/l nacl的固体培养基上不生长，表明菌株gt-y1生长良好的最高盐耐受浓度为100 g/l nacl。
42.菌株gt-y1的主要生物学特性为革兰氏阳性菌、杆状，菌落形态为白色、边缘不整齐、表面粗糙有褶皱，具体如图1所示。菌株gt-y1的最高耐受温度为75 ℃，高于75 ℃时不生长；最高盐耐受浓度为100 g/l nacl。
43.提取菌株gt-y1的基因组dna，并以此为模板，利用一对通用引物（27f，1492r）扩增菌株16s rdna。上游引物为27f（5
’‑
agagtttgatcctggctca-3’），下游引物为1492r（5
’‑
ggttaccttgttacg actt-3’）。
44.pcr反应体系（20 μl）如下：模板dna 0.5 μl，pcr taq mix 10 μl，上下游引物各0.6 μl，加ddh2o至反应体系为20 μl。
45.pcr程序：94 ℃预变性5 min，94 ℃变性30 s、55 ℃退火30 s、72 ℃延伸1 min 30 s，以上共循环30次，72 ℃延伸10 min，最后在4 ℃保存。
46.由上海杰李生物技术有限公司对该菌进行pcr产物的纯化和测序。所述菌株的16s rdna序列如seq id no.1所示，在ncbi提交16s rdna序列，通过软件与genbank进行同源性序列比对分析，应用mega 11软件构建该菌株系统进化树，参照图2。综合以上信息，鉴定菌株gt-y1为geobacillus thermoparaffinivorans，并将其命名为geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1。
47.实施例2：菌株gt-y1的液体菌剂制备液体菌剂的制备：将gt-y1纯菌种接种于试管种子培养基中，于50 ℃、180 r/min的恒温摇床中培养16 h，然后再以液体培养基体积的5%的接种量接入到发酵培养基中重复多级扩大培养，即可得到该菌株的液体菌剂，其中液体菌剂中geobacillus thermoparaffinivorans gt-y1的浓度为1
×
10
8 cfu/ml。
48.实施例3：菌株gt-y1的固体菌剂制备固体菌剂的制备：将液体菌剂与载体按照质量比为（10-1）:（1-10）混合，其中载体包括但不限于可溶性淀粉、环糊精、木屑、稻壳、玉米秸秆，本实施例载体选用木屑，并且将液体菌剂与木屑按照质量比为1:1混合，接着通过喷雾干燥至混合物含水率为10%以下，即可得到固体菌剂。
49.实施例4：菌株gt-y1对厨余垃圾生物干化效果厨余垃圾取自某单位食堂，其含水率为79.15%。厨余垃圾生物干化实验分对照组和实验组。实验组向厨余垃圾中加入gt-y1的固体菌剂，固体菌剂的添加量为厨余垃圾原料质量的0.1%-20%，为了确保实验干化效果明显，本实施例中固体菌剂的添加量定为厨余垃圾原料质量的20%；同时，对照组加入20%不含菌剂的辅料，其中辅料可以是木屑，也可以是稻壳、秸秆以及园林垃圾中的一种或多种，本实施例选用木屑作为辅料。对照组和实验组混合均匀后混合物料的含水率为67.36%，随后进行好氧生物干化，过程中需要通风、定期搅拌，以保证温度均匀且在好氧条件下进行。每12 h对物料温度和含水率进行测定，得到物料的温度和含水率变化图，具体参照图3和图4。
50.从图3中可以看出，实验组接入gt-y1菌剂后，物料温度一直高于对照组。实验组物料温度在60 h时达到了最高值，为75 ℃，而对照组物料温度虽然也在60 h达到最高值，但只有63 ℃。从图4中可以看出，实验组物料的含水率在72 h时达到了最小值32.03%，生物干化率为52.45%；而对照组的含水率在84 h时达到了最小值54.52%，生物干化率为19.06%即实验组比对照组的生物干化率提高了63.66%。由此可知，接入gt-y1可加快厨余垃圾的生物干化进程，显著提高厨余垃圾的生物干化效果。
51.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。