两次添加不同促腐发酵剂的垃圾堆肥法及其促腐发酵剂

摘要

本发明公开了一种在堆料的不同堆制阶段两次添加不同促腐发酵剂的垃圾堆肥法及其促腐发酵剂，该两种促腐发酵剂都是将不同菌种的单一发酵液按一定比例混合而制成的复合酶液体系。在堆肥开始时添加促腐发酵剂A，以加速果胶、脂类、蛋白质等易降解物的分解，并初步破坏木质纤维结构、促成部分木质纤维素类难降解物的降解。在堆肥降温阶段的中后期添加促腐发酵剂B，进一步加强对木质纤维素等难降解有机物的降解作用，促进堆料的深度腐熟。通过添加促腐发酵剂，加快、加强了堆料的降解，使得堆料更好地转化成易利用的营养成分，利于土著微生物的生长繁殖，促进土著微生物降解作用的加强，有效地加快堆肥腐熟进程，提高堆肥品质。

说明书

技术领域

本发明属于固体废物的堆肥化处理，具体涉及利用两种不同功能的促腐发酵剂促进城市生活垃圾堆肥腐熟的垃圾堆肥法及其促腐发酵剂。

背景技术

传统好氧堆肥处理是依靠垃圾中含有的各类微生物群体在堆肥过程中的交替作用，从分解水溶性有机物开始，到逐渐降解难分解和抗分解的有机物，并最终形成腐殖质类物质的生物化学过程。但往往由于堆料中土著微生物活性较弱、降解能力较低及城市垃圾常含有大量木质素类生物难降解物质，致使堆制时间长且肥效低。目前，为提高堆肥过程的效率和堆肥成品的质量，通常是针对堆料中某些难降解成分开发相应的降解菌剂或单一酶制剂，通过接种各类菌剂或酶制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。涉及较多的为单一高效菌种、微生物复合菌剂和单一酶制剂的制备及接种。但由于土著微生物往往对有着复杂组分的堆料有较好的适应性，接种的外源微生物不能有效的与土著微生物竞争，甚至可能与土著微生物产生拮抗作用，且菌剂不易与堆料混合均匀，这都使得利用接种菌剂改进堆肥过程的方法不能广泛适用。

由于在堆肥过程中对堆料降解起促进作用的主要是微生物所产的各类降解酶，一般是借助这些生物酶先将堆料中的有机质转化成微生物所需的营养物质再由微生物吸收利用；且酶液较固态菌剂更易与堆料混匀，故应用酶制剂促进堆肥化过程有其优势。但是添加单一酶制剂往往只利于堆料中某一类物质的降解，却不能促进堆料中各物质的腐解，使得此方法的应用也存在较大的局限性。基于以上问题的存在，需要根据堆肥过程不同阶段的需要制备相应的含多类酶的复合发酵液，同时也需要根据各类酶系的最适反应条件确定其最佳的应用于堆肥化处理的方法，以便更高效的实现生活垃圾堆肥化处理和综合利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种在垃圾堆肥化的不同阶段分别添加不同促腐发酵剂，既充分发挥土著微生物的降解作用，又利用两种不同功能的促腐发酵剂中富含的各类降解酶促成堆料中易降解物质的彻底分解，并大大增强了纤维素、半纤维素和木质素成分的有效降解，达到有效提高堆肥效率和改善堆肥质量的两次添加不同促腐发酵剂的垃圾堆肥法及其促腐发酵剂。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

本发明的两次添加不同促腐发酵剂的垃圾堆肥方法，其特征在于，在经分选、破碎的生活垃圾中，将促腐发酵剂A按堆肥原料重量的1～1.5％直接添加，充分混匀并调整堆料含水率后进行堆制发酵，待进入堆肥降温阶段，再按0.8～1.2％的重量比添加促腐发酵剂B，均匀混合后继续发酵；所述促腐发酵剂A是由黑曲霉(Aspergillus niger)、铜绿假单胞菌(Psedomanas aeruginosa)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)分别单独培养形成的四种发酵液经滤去菌体和固态基质后混合配制而成；所述促腐发酵剂B则是由绿色木霉(Trichoderma viride)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)分别单独培养形成的两种发酵液经滤去菌体和固态基质后混合配制而成。

为实施上述方法的促腐发酵剂A，其特征在于，它是由黑曲霉(Aspergillus niger)、铜绿假单胞菌(Psedomanas aeruginosa)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)分别单独培养形成的四种发酵液经滤去菌体和固态基质后按以下重量配比混合配制而成：

黑曲霉发酵液                40～50％

铜绿假单胞菌发酵液          15～25％

枯草芽孢杆菌发酵液          20～25％

黄孢原毛平革菌发酵液        15～20％。

为实施上述方法的促腐发酵剂B，其特征在于，它是由绿色木霉(Trichodermaviride)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)分别单独培养形成的两种发酵液经滤去菌体和固态基质后按以下重量配比混合配制而成：

绿色木霉发酵液            40～45％

黄孢原毛平革菌发酵液      55～60％。

本发明在不阻碍土著微生物充分发挥作用的同时，辅以促腐发酵剂A促进果胶、脂类、蛋白质等易降解物的分解，并初步破坏木质纤维结构，促成部分木质纤维素类难降解物在一次发酵阶段的初期降解；于堆肥降温阶段再添加促腐发酵剂B，促进木质纤维素类物质的深度腐熟。本发明的堆肥法成本较低，操作简单，既充分发挥了土著微生物的降解作用，又利用两种不同功能的促腐发酵剂中富含的各类降解酶促成堆料中易降解物质的彻底分解，并大大增强了纤维素、半纤维素和木质素成分的有效降解，从而提高了堆肥的效率，缩短了堆肥腐熟的时间，促进了堆肥的深度腐熟。

附图说明

图1为本发明的两次添加法与对照样的温度变化图；

图2为本发明的两次添加法与对照样的种子发芽率变化图。

具体实施方式

本发明采用的黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，购自中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏号为AF96007。菌种转接保藏在土豆蔗糖培养基上。

本发明的两种促腐发酵剂的组分及配方如下：

促腐发酵剂A：

促腐发酵剂A的制备通过以下两个步骤：

1、种子培养：将纯化培养的黑曲霉、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌和购得的黄孢原毛平革菌分别从保藏的斜面培养基上刮取，并分别接种至查氏培养基、麦康培养基、营养肉汁培养基和土豆蔗糖培养基，每个500ml的三角瓶中装培养基100ml，培养温度32～37℃，摇床转速150～180rpm，培养24～60h。

2、发酵产酶培养：将上述种子培养液分别以4～6％(重量比)的接种量接种至各自的发酵培养基中。

黑曲霉，铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌的发酵培养基配方包含(重量比)：稻草粉2～3％，糖蜜0.5～1％，豆饼粉2～3％，麸皮1％，NaCl 0.3％；发酵罐的培养条件为温度28～35℃，搅拌速度400～500rpm，通气量0.8～1.0vvm，培养3～5d。黄孢原毛平革菌专用的发酵产酶培养液成分包含(重量比)：蔗糖10g·l^-1，酒石酸铵0.37g·l^-1，NaCl 0.1g·l^-1，KH₂PO₄ 1.5g·l^-1，MgSO₄·7H₂O 0.5g·l^-1，MnSO₄·H₂O 0.035g·l^-1，VB₁ 0.1mg·l^-1；发酵罐的培养条件为温度30～35℃，搅拌速度160～200rpm，通气量0.6～0.8vvm，培养4d。之后将各发酵液经过滤除去菌体和固体基质后，分别取滤液(粗酶液)按比例混合，即可得促腐发酵剂A。

各发酵液经滤去菌体和固态基质后的混合比例(重量百分比)为：

黑曲霉发酵液          40～50％；

铜绿假单胞菌发酵液    15～25％；

枯草芽孢杆菌发酵液    20～25％；

黄孢原毛平革菌发酵液    15～20％。

上述促腐发酵剂A是在堆肥的初始阶段进行添加的。在此阶段添加该富含果胶酶、脂类降解酶、解蛋白酶的促腐发酵剂，既不对土著微生物的生长造成负面影响，又能通过该发酵剂中复合酶系的腐解作用加速果胶、脂类、蛋白质等易降解物的分解；此外，该促腐发酵剂A所含的纤维素降解酶及木质素降解酶作用于堆料中木质纤维素成分，使得纤维素、半纤维素和木质素分子在堆肥初期阶段就得以初步分解，这便破坏了其形成的复杂的网状大分子结构的屏蔽作用，从而加快好氧堆肥的进程。另一方面，由这些有机物分解而转化成的较易利用的简单糖类又可以作为堆料中土著微生物的营养物质，利于土著微生物的生长繁殖，加强了土著微生物的腐解能力，从而进一步促进了堆料的降解、堆温的显著上升，堆肥效率得以提高。

促腐发酵剂B：

促腐发酵剂B的制备通过以下两个步骤：

1、种子培养：将纯化培养的绿色木霉和购得的黄孢原毛平革菌分别从保藏的斜面培养基上刮取，并分别接种至查氏培养基与土豆蔗糖培养基，每个500ml的三角瓶中装培养基100ml，培养温度37℃，摇床转速150～180rpm，培养48～60h。

2、发酵产酶培养：将上述种子培养液分别以4～6％(重量比)的接种量接种至各自的发酵培养基中。

绿色木霉的发酵培养基配方包含(重量比)：稻草粉2～3％，糖蜜0.5～1％，豆饼粉2～3％，麸皮1％，NaCl 0.3％；发酵罐的培养条件为温度30℃，搅拌速度400～500rpm，通气量0.8～1.0vvm，培养3～5d。黄孢原毛平革菌专用的发酵产酶培养液成分包含(重量比)：蔗糖10g·l^-1，酒石酸铵0.37g·l^-1，NaCl 0.1g·l^-1，KH₂PO₄ 1.5g·l^-1，MgSO₄·7H₂O 0.5g·l^-1，MnSO₄·H₂O 0.035g·l^-1，VB₁ 0.1mg·l^-1；发酵罐的培养条件为温度30～35℃，搅拌速度160～200rpm，通气量0.6～0.8vvm培养4d。之后将各发酵液经过滤除去菌体和固体基质后，分别取滤液(粗酶液)按比例混合，即可得促腐发酵剂B。

各发酵液经滤去菌体和固态基质后的混合比例(重量百分比)为：

绿色木霉发酵液          40～45％；

黄孢原毛平革菌发酵液    55～60％。

上述促腐发酵剂B是在堆肥过程刚进入降温阶段时进行添加的。在堆肥初期，促腐发酵剂A所含的少量木质纤维素酶已使得木素-碳水化合物复合体的结构初步破坏和分解，但由于堆肥过程要经过高温阶段，这可能会导致部分半纤维素酶、纤维素酶、尤其是木质素降解酶失活。考虑到木质素降解酶系在降解木质素类难降解物质中起着至关重要的作用，且该酶系的最适宜反应温度偏低；同时，鉴于补充一定量的纤维素酶与木质素降解酶协同作用，可使堆料中的木质纤维素成分得到更彻底的分解，促进物料的深度腐熟。因此选择在堆肥过程刚进入降温阶段时添加富含木质纤维素酶的促腐发酵剂B，以更好地发挥木质纤维素降解酶系的作用，提高其对木质纤维素类物质的降解率。

实施例：

促腐发酵剂A的制备通过以下两个步骤：

1、种子培养：将纯化培养的黑曲霉，铜绿假单胞菌，枯草芽孢杆菌和购得的黄孢原毛平革菌分别从保藏的斜面培养基上刮取，并分别接种至查氏培养基、麦康培养基、营养肉汁培养基和土豆蔗糖培养基，每个500ml的三角瓶中装培养基100ml，培养温度35℃，摇床转速165rpm，培养48h。

2、发酵产酶培养：将上述种子培养液分别以4％(重量比)的接种量接种至各自的发酵培养基中。

黑曲霉，铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌的发酵培养基配方为(重量比)：稻草粉2.5％，糖蜜0.5％，豆饼粉2％，麸皮1％，NaCl 0.3％，水93.7％；发酵罐的培养条件为温度30℃，搅拌速度420rpm，通气量0.8vvm，培养3d。黄孢原毛平革菌专用的发酵产酶培养液成分为(重量比)：蔗糖10g·l^-1，酒石酸铵0.37g·l^-1，NaCl 0.1g·l^-1，KH₂PO₄ 1.5g·l^-1，MgSO₄·7H₂O 0.5g·l^-1，MnSO₄·H₂O 0.035g·l^-1，VB₁ 0.1mg·l^-1，余量为水；发酵罐的培养条件为温度30℃，搅拌速度160rpm，通气量0.7vvm，培养4d。之后将各发酵液经过滤除去菌体和固体基质后，分别取滤液(粗酶液)按下述比例(重量比)混合：黑曲霉发酵液43％，铜绿假单胞菌发酵液20％，枯草芽孢杆菌发酵液20％，黄孢原毛平革菌发酵液17％，即可得促腐发酵剂A。

促腐发酵剂B的制备通过以下两个步骤：

1、种子培养：将纯化培养的绿色木霉和购得的黄孢原毛平革菌分别从保藏的斜面培养基上刮取，并分别接种至查氏培养基与土豆蔗糖培养基，每个500ml的三角瓶中装培养基100ml，培养温度37℃，摇床转速160rpm，培养50h。

2、发酵产酶培养：将上述种子培养液分别以4％(重量比)的接种量接种至各自的发酵培养基中。

绿色木霉的发酵培养基配方为(重量比)：稻草粉2.5％，糖蜜0.5％，豆饼粉2％，麸皮1％，NaCl 0.3％，水93.7％；发酵罐的培养条件为温度30℃，搅拌速度420rpm，通气量0.8vvm，培养3d。黄孢原毛平革菌专用的发酵产酶培养液成分为(重量比)：蔗糖10g·l^-1，酒石酸铵0.37g·l^-1，NaCl 0.1g·l^-1，KH₂PO₄ 1.5g·l^-1，MgSO₄·7H₂O 0.5g·l^-1，MnSO₄·H₂O 0.035g·l^-1，VB₁ 0.1mg·l^-1，余量为水；发酵罐的培养条件为温度30℃，搅拌速度160rpm，通气量0.7vvm，培养4d。之后将各发酵液经过滤除去菌体和固体基质后，分别取滤液(粗酶液)按下述比例(重量比)混合：绿色木霉发酵液42％，黄孢原毛平革菌发酵液58％，即可得促腐发酵剂B。

取某小区的生活垃圾，分选出其中的金属、废电池、塑料、玻璃、砖瓦、织物、大块竹木等。剩余可堆肥的物料用粉碎机粉碎，即得堆料，该堆料的含水率为60％，有机物含量为60％。

将促腐发酵剂A按堆料重量比的1.2％添加到堆料中，充分混匀后，堆成条垛发酵。监测堆料的温度，待堆料温度降至40～45℃(本实施例为45℃)后，将促腐发酵剂B按堆料重量比的0.8％添加到堆料中，充分混匀后，继续发酵。堆垛每天翻堆1次，强制通风，堆料共堆置30天。堆料温度于20～25天便逐渐稳定下来，堆肥颜色也变为黑褐色。

对比实例：原料来源与预处理和以上所述相同。堆置的过程中不添加其它物质，按常规的静态条垛堆肥方法堆置。

两种不同堆肥方法的效果对比如图1、图2和表1所示。

采用本发明的新方法，使得堆料温度在高温阶段与传统堆肥过程相比可以持续更长的时间，同时促腐发酵剂所含的复合酶系可以加速堆料物质降解，其中纤维素降解率比对照样高了20.1％，木质素降解率比对照样高了17.1％。此外，使用本发明堆肥法的堆肥的种子发芽率较高，堆肥腐熟提前了约7～13天。可见本发明两次添加不同促腐发酵剂的堆肥法，即在垃圾堆肥化的不同阶段分别添加不同促腐发酵剂的垃圾堆肥方法，可以大大提高堆料的降解率，缩短堆肥时间，改善堆肥质量，是一种有效的垃圾堆肥新技术。

表1  两次添加法(本发明)和传统堆肥法(对照)的堆肥过程中几种有机物的总降解率

   有机物  一次发酵结束时(％)   二次发酵结束后(％)   处理  对照  处理  对照  果胶  半纤维素  纤维素  木质素  47.6  22.3  18.9  13.4  39.1  15.2  10.5  7.3  71.3  68.4  63.0  40.7  52.7  43.5  42.9  23.6。