一种微生物菌剂-酶制剂复配物及其用于降解厨余垃圾的方法

摘要

本发明涉及一种微生物菌剂‑酶制剂复配物及其用于降解厨余垃圾的方法，其中降解厨余垃圾用微生物菌剂‑酶制剂复配物包括微生物菌剂和酶制剂，所述微生物菌剂包括芽孢杆菌属的混合微生物和木屑，所述酶制剂包括淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶，利用混合的微生物菌种发酵制备获得混合的微生物菌剂，与游离酶或固定化酶组合共同降解厨余垃圾。与现有技术相比，本发明所提供的微生物菌剂与酶制剂复配体系与同等条件下仅使用微生物菌体相比较，可以显著提高厨余垃圾的降解速度和降解率，厨余废弃物减量率达94％以上，而且可重复降解多批次厨余垃圾，具有较高的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及厨余垃圾降解领域，尤其是涉及一种降解厨余垃圾用微生物菌剂-酶制剂复配物及其制备方法和应用。

背景技术

有机垃圾一般包括秸杆树叶、果壳木屑、人畜粪便等农林和养殖废物，又包括厨余泔脚、食品废渣、下水道污泥等生产和生活垃圾。在各类城市垃圾中，有机垃圾因为来源广、产量大、成分复杂，又常常带有各种病原体，因此比一般的垃圾更难处理。以食物性垃圾为例，食物性垃圾包括城镇菜场垃圾、餐馆饮食业垃圾、家庭厨房垃圾和各种市场的瓜果皮等城镇垃圾,又可以称为食物垃圾。由于厨余垃圾容易发酵，变质，腐烂，不仅产生大量毒素，散发恶臭气体，还污染水体和大气，严重影响环境卫生，对人们的健康构成潜在威胁。因而，泔脚垃圾处理问题已严峻摆在了人们面前。

我国传统的厨余垃圾处理方式是直接送到养殖场喂养生猪，此种处理方式对环境存在着多种潜在的危害，极易导致疾病的传播。近年来禽流感，口蹄疫等传染性疾病大规模流行，人畜间的交叉感染已经对人类的健康，社会的稳定构成了极大的威胁。目前，上海、苏州等市相继制定了相关政策，明令禁止用泔脚喂养生猪。

现今城市生活垃圾的处理方法主要有卫生填埋、焚烧、堆肥。而这三种方法各有优缺点。卫生填埋的优点是处理量大，总成本较低，缺点是土地占有量大，且得考虑渗滤问题。焚烧可以在短时间内减量，回收能源，消灭各种病毒细菌，但它的初期投资大，运行成本高，还会造成大气污染。堆肥的优点是资源化程度高，但是垃圾成分复杂，工艺条件难以控制，且容易产生恶臭。我国对城市生活垃圾的处理主要是填埋，约占全部处理量的70％以上；其次是高温堆肥，约占20％以上；焚烧量甚微。因此，如何改善我国生活垃圾尤其是有机垃圾的处置方式是提高环境质量的重要一步。

一般的厨余垃圾资源丰富，包含了大量的糖类物质，蛋白质，脂肪等，不利于直接利用。但是有较高的生物可降解度。目前厨余垃圾的降解处理机在日本很是常见，如专利CN2894847Y公开的泔脚料处理机。他们对于厨余垃圾降解的研究很是成功，我国也引进了一些降解机器，不过核心的降解厨余垃圾的微生物主要还是靠进口。

近年来，我国也有一些企业自主研发了处理厨余垃圾的微生物菌种和方法，如CN107760616A公开的厨余垃圾降解的菌株筛选、专利CN102952759A公开的降解方法，不过降解的效果不是很好，厨余垃圾中的油脂含量较高，不能得到有效降解，目前的降解时间长，降解率低。

为了提高降解效率，需要新的微生物菌剂进行新的降解方式。前期报道的单纯使用混合微生物菌种降解厨余垃圾，降解速度较慢，周期长且降解率不高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降解厨余垃圾用微生物菌剂-酶制剂复配物及其制备方法和应用，利用混合的微生物菌种发酵制备获得混合的微生物菌剂，与游离酶或固定化酶组合共同降解厨余垃圾。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中降解厨余垃圾用微生物菌剂-酶制剂复配物，包括微生物菌剂和酶制剂，所述微生物菌剂包括芽孢杆菌属的混合微生物及木屑，所述酶制剂包括淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶。

进一步地，所述微生物菌剂与酶制剂的质量比为20:2～25:2。

进一步地，所述微生物菌剂包括质量比为4～6:1的芽孢杆菌属的混合微生物和木屑。

进一步地，所述淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶的质量比为：0.8～1.1：0.8～1.1：0.8～1.1：0.8～1.1。

进一步地，所述芽孢杆菌包括质量比为1:2的地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌。

进一步地，本发明上述的枯草芽孢杆菌为中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏编号为(CGMCC1.14985，CGMCC1.7417)、所述地衣芽孢杆菌为中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏，编号为(CGMCC1.813)。

本发明中上述微生物菌剂-酶制剂复配物的制备方法，包括以下步骤：将复合菌剂在培养基中发酵培养24～36小时，发酵温度为37度，然后将复合菌剂与木屑混合，风干后获得微生物菌剂，再加入酶制剂，制得微生物菌剂-酶制剂复配物。

进一步地，所述培养基为营养肉汤培养基。

进一步地，所述酶制剂为游离酶或固定化酶。

进一步地，所述酶制剂若为固定化酶时，先将酶制剂自吸附于木屑后，再加入戊二醛交联。

本发明中微生物菌剂-酶制剂复配物在降解厨余垃圾中的应用，包括以下步骤：将厨余垃圾倒入降解容器内，投入微生物菌剂与酶复配物，加水，使水含量为总质量的60％～70％之间，开始对厨余垃圾降解。

进一步地，所述厨余垃圾与微生物菌剂质量比为4:1～5:1。

进一步地，所述的微生物菌剂与酶制剂质量比为20:2～25:2。

进一步地，降解温度为50～60℃。

降解反应式如下：

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

1)本技术方案通过特定多种微生物和多种酶的复合，显著降低了降解时间，提高了降解速率，其中淀粉酶，蛋白酶，纤维素酶，脂肪酶先将厨余垃圾的大分子分解成小分子，微生物菌制剂再降解小分子物质可缩短降解时间。

2)本技术方案中的微生物菌体制剂与固定化酶可连续批次降解厨余垃圾，降低了成本，提高了微生物菌体制剂与酶的利用率。

附图说明

图1为本发明中实施例1的降解效果图；

图2为本发明中实施例2的降解效果图；

图3为本发明中实施例4的降解效果图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明利用混合菌种发酵所得的细胞制备微生物混合菌体制剂，与酶制剂复配组合共同降解厨余垃圾做进一步的阐述。针对实施例阐述，应理解，这些实施例仅用于说明本发明，不限制本发明的范围。

本发明中蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和脂肪酶制剂为山东隆科特酶制剂有限公司生产。

本发明所提供的微生物制剂和固定化酶组合降解厨余垃圾可以提高降解速率，增加降解批次，降低经济成本。其中淀粉酶、纤维素酶将食物先分解成小分子的糖类，蛋白酶将食物分解成小分子的氨基酸类，脂肪酶将油脂类食物分解成脂肪酸，小分子能够被微生物快速降解利于生长，从而提高降解速率。固定化酶可以回收利用，不仅增加了降解批次，还可以降低成本。

本发明中微生物混合菌体制剂的制备方法为：

微生物混合菌体制剂的制备：地衣芽孢杆菌CGMCC1.813，枯草芽孢杆菌CGMCC1.14985，枯草芽孢杆菌CGMCC1.7417按1：1：1的比例接种于种子液营养肉汤培养基中，37℃过夜混合培养。12h～14h后，再混匀接种于发酵液营养肉汤培养基中，37℃培养15h～18h。将发酵液倒入容器内，向内加入木屑，比例为4:1～6:1，混合后风干。

固定化酶的制备方法为：

以下实施例中均按照淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶的质量比为：1：1：1：1进行配比。

酶的固定化：将酶重悬于0.8％的生理盐水中，比例为1：5(m：V)，制成酶液，再将木屑和酶液按一定比例混合，置于180rpm恒温摇床上震摇吸附2～3h。加入体积分数约1～3％的戊二醛，在振荡器上振荡30min，并于4℃静置交联3h。

厨余垃圾降解方法为：

将厨余垃圾倒入降解反应器中，再加入木屑，木屑投入量为垃圾重量的50％～55％，将微生物混合菌体制剂与游离酶或固定化酶按照50～60：1的质量比例混合投入到降解反应器内，微生物混合菌体制剂投入量为垃圾重量的20～25％，50℃～60℃条件下降解，多次取样，记录数据。待厨余垃圾降解完毕后，可添加新一批次的厨余垃圾继续降解。其中，厨余垃圾降解率＝[(处理前总投料量－处理后剩余量)/投入泔脚总量]x100％。

实施例1

本实施例微生物混合菌体制剂的制备方法中，各类菌种的组分质量比为枯草芽孢杆菌CGMCC1.14985：枯草芽孢杆菌CGMCC1.7417：地衣芽孢杆菌CGMCC1.813＝1：1：1，接种于营养肉汤种子培养基中，37℃，250rpm，培养12h后，再按1％的接种量接种于营养肉汤发酵培养基中，37℃，250rpm，培养18h。将发酵液倒入容器内，向内加入木屑，比例为5：1(V：m)，混合后风干。

酶的固定化过程为，将酶粉按照质量比为重悬于0.8％的生理盐水中，比例为1：50(m：V)，制成酶液，再将木屑和酶液按1：4(m：V)比例混合，置于180rpm恒温摇床上震摇吸附3h。加入终浓度约2％的戊二醛，在振荡器上振荡30min后，于4℃静置交联3h。

降解过程为，将40g厨余垃圾倒入降解反应器中，再加入20g木屑和8g微生物混合菌体制剂，在50℃条件下降解。待第一批垃圾被降解完全时，继续添加第二批40.01g的垃圾，共降解24h。降解垃圾两批次，共降解43.88g，降解率达到54.85％，参见图1。

实施例2

将40g厨余垃圾倒入降解反应器中，再加入木屑，木屑投入量为垃圾重量的55％，将发酵30h而得的微生物制剂与游离酶按照12:1的比例混合投入到降解反应器内，微生物菌剂-酶制剂复配物投入量为垃圾重量的25％，50℃条件下降解，当第一批垃圾被降解完全时继续添加第二批40.03g的垃圾，共降解24h。降解垃圾两批次，共77.67g，降解率达到97.05％，参见图2。

实施例3

与实例4操作相似，不同的是，降解的温度改变成60℃，降解24h后，降解垃圾两批次，共70.5g，降解率达到87.52％。

实施例4

将40g厨余垃圾倒入降解反应器中，再加入木屑，木屑投入量为垃圾重量的53％，将发酵18h而得的微生物混合菌体制剂与固定化酶按照12:1的比例混合投入到降解反应器内，微生物-酶制剂复配物投入量为垃圾重量的25％。50℃条件下共降解24h，当一批次垃圾被降解完全时继续添加第二批(40g)、第三批(40.01g)和第四批(40.01g)垃圾进行降解。降解垃圾四批次，共151.58g，降解率达到94.73％，参见图3。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。