CN110918623A - 利用微生物发酵处理废弃物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微生物发酵领域，特别是指利用微生物发酵处理废弃物的方法。将人粪便与秸秆按比例混匀，加水于35‑40℃密封发酵10‑15天，得发酵初产物；将发酵初产物中的气体排空，振荡后静置10‑20min，收集上层悬浊液，过滤除杂，得组分A；热带假丝酵母菌J‑931、里氏木霉91‑3菌和林伯氏白色念球菌在分别经菌株活化、扩培后收集菌液，按比例混匀得组分B；向废弃物中加入组分A，再加水没过废弃物，35‑40℃密封发酵24‑48h，排气后加入磷酸缓冲液调pH至3‑5，搅拌混匀，再加入组分B，10‑15rpm搅拌至无大块废弃物，再经高温无害化处理，即完成处理。本发明通过组分A和组分B的配合实现快速高效降解废弃物的目的。
Description
技术领域
本发明属于微生物发酵领域，特别是指利用微生物发酵处理废弃物的方法。
背景技术
改革开放以来，我国农村经济取得了长足的发展。但由于传统粗放的农村经济发展模式根深蒂固的影响，农民对环境的认识还没有得到根本的转变，许多环境问题日趋严重，农村生态环境令人担忧。加之，广大农村无法与城市享受同等程度的关注，农业废弃物的垃圾处理问题更是得不到有效的解决，农村甚至成为城市垃圾的消化地，环境不断恶化，与***新农村建设提出的“村容整洁”目标相去甚远。
农业废弃物也称农业垃圾，按其成分，主要包括植物纤维性废弃物和畜禽粪便两大类，是农业生产和再生产链环中资源投入与产出物质和能量的差额，是资源利用中产出的物质能量流失份额。农业废弃物可分为:①农田和果园残留物，如秸秆、残株、杂草、落叶、果实外壳、藤蔓、树枝和其他废物；②牲畜和家禽粪便以及栏圈铺垫物等；③农产品加工废弃物；④人粪尿以及生活废弃物。
农产品加工产生的废弃物，大多也可以综合利用，如肉食加工工业的废弃物可用以生产皮革制品、肥皂、动物胶、生物药剂、羽绒、骨粉等。农田和果园有些残留物是生产皱褶纸板、软质纤维板和纸张的原材料，可用以制造纤维板、造纸以及进一步利用木质素、纤维素等制造化工产品。农业废弃物的利用，大有可为。
我国是一个农业大国，随着农业生产水平和农民生活水平的不断提高，对原来用作肥料和燃料的农业废弃物的利用越来越少，因此农业废弃物越来越多。我国已成为世界上农业废弃物产出量最大的国家，其中农作物秸秆年产量达5亿t (干质量)，可供青贮的茎叶等鲜料约10亿t，锯末、刨花等林业废弃物16 000万t，畜禽粪便排放量134亿t，城市垃圾7万t以上。随着工农业生产的迅速发展和人口的增加，这些废弃物以年均5%～10%的速度递增。这其中大部分废弃物被当作垃圾丢弃或排放到环境中，造成可利用资源的浪费和对生态环境的污染。
目前，农业部积极探索有效技术路径。针对五类不同农业废弃物特点，优化集成技术方案，探索有效利用路径。对于畜禽粪污，分类采取干湿分离或沼气转化等方式进行综合利用；对于病死畜禽，通过专业化无害化处理中心集中处理；对于农作物秸秆，采取肥料化、饲料化、燃料化、基料化、原料化等多种方式综合利用；对于废旧农膜及废弃农药包装物，探索基于市场机制的回收处理再利用机制。着力探索综合利用模式。综合考虑区域地型地貌、气候特点、产业现状、生产生活方式和市场需求等因素，按照环境问题相近、强化源头治理的原则，聚焦种养密集区，将治理重点布局在南方丘陵多雨区、南方平原水网区、北方平原区三个类型区。每个区域以种养大县为基点，自主选配、科学组合相应的区域综合治理模式。
因此，如何合理利用农业废弃物资源，真正实现农业废弃物变“废”为“宝”，对缓解我国资源和能源压力，保护生态环境，促进农业的可持续发展具有重大意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种利用微生物发酵处理废弃物的方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
利用微生物发酵处理废弃物的方法，步骤如下：
（1）将人粪便与秸秆按比例混匀，加水于35-40℃密封发酵10-15天，得发酵初产物；
（2）将发酵初产物中的气体排空，振荡后静置10-20min，收集上层悬浊液，过滤除杂，得组分A；
（3）热带假丝酵母菌J-931、里氏木霉91-3菌和林伯氏白色念球菌在分别经菌株活化、扩培后收集菌液，按比例混匀得组分B；
（4）向废弃物中加入组分A，再加水没过废弃物，35-40℃密封发酵24-48h，排气后加入磷酸缓冲液调pH至3-5，搅拌混匀，再加入组分B，10-15rpm搅拌至无大块废弃物，再经高温无害化处理，即完成处理。
所述步骤（1）中秸秆为3-5cm的玉米杆、麦秆或稻杆。
所述步骤（1）中人粪便与秸秆的质量比为（1-2）：（2-3），人粪便与秸秆的总体积与水的体积比为1：（5-6）。
所述步骤（2）中振荡条件为150-200rmp振荡6-8h。
所述步骤（2）悬浊液中菌过滤采用双层纱布进行过滤。
所述步骤（3）中热带假丝酵母菌J-931经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于6×108CFU/mL，里氏木霉91-3菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于5×108CFU/mL，林伯氏白色念球菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于5×109CFU/mL。
所述步骤（3）中热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液的体积比为（1-1.5）:（1-2）：（2-3）。
所述步骤（4）中废弃物、组分A和组分B的体积比为5:（0.5-0.8）：（0.5-0.65），磷酸缓冲液为pH8.0的磷酸钠缓冲溶液。
所述的方法处理的废弃物为畜牧业废弃物和/或农业废弃物。
本发明具有以下有益效果：本申请的微生物发酵方法处理后，大块的废弃物很快被分解掉，发明人猜测是由于，人粪便和秸秆中均含有大量的微生物族群，经组分A发酵后溶液的pH偏酸性，此时发酵液中的菌株含量明显降低，而加入酸性的热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液组成的组分B，在三个菌株的活跃下，继续对发酵液进行发酵处理，最终达到降解废弃物的效果。本发明通过组分A和组分B的配合实现快速高效降解废弃物的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
热带假丝酵母菌J-931、里氏木霉91-3菌和林伯氏白色念球菌（购自上海源叶生物科技有限公司）的菌株活化、扩培步骤如下：
1、采用酵母浸出粉胨葡萄糖培养基进行活化培养：该酵母浸出粉胨葡萄糖培养基包括：浓度为20g/L的葡萄糖、浓度为10g/L的酵母提取和浓度为20g/L的蛋白胨，将配好的该酵母浸出粉胨葡萄糖培养基经过10Pa灭菌15min后待用。将热带假丝酵母菌J-931接种于酵母浸出粉胨葡萄糖培养基中，活化条件为：30℃，摇床转速为180±20rpm。
发酵：将活化后的热带假丝酵母菌HY4-17-21按照1％的接种量接种至发酵培养基中，发酵培养基：浓度为20g/L的蔗糖、浓度为20g/L的酵母提取物、浓度为2g/L的硫酸铵、浓度为0.06g/L硫酸锌、浓度为0.5g/L的硫酸镁和浓度为0.05g/L的硫酸亚铁，将发酵培养基的pH值通过磷酸调至4，经过10Pa灭菌15min后待用。发酵条件为30℃/180rpm培养至热带假丝酵母菌J-931生长到对数期。
在判断热带假丝酵母菌HY4-17-21的生长曲线测定时，在不同的培养时间分别取200μL的发酵培养液，以发酵培养基作为空白对照，在562nm处测定OD值，当OD值为600时，则热带假丝酵母菌HY4-17-21生长至对数期。同时，使用菌种计数器对生长到对数期的菌株计数。
2、将里氏木霉91-3菌接种于添加了2wt％乳糖的马丁氏液体培养基中，于30℃，200rpm振荡培养48h，菌体生 长至生长旺盛期后，使用菌种计数器对生长到对数期的菌株计数。
3、将斜面保藏的林伯氏白色念球菌用接种环挑取2环至装有150mL一级种子培养基的1000ml三角瓶中，共接种4瓶。调节培养基pH为5.8，摇床转速190rev/min，在26℃下培养40h后，以10％的接种量接种至二级种子培养基中，在培养过程中，控制pH为5.8，温度为26℃，通气量为1.2vvm，搅拌转速280rev/min，连续培养40h，然后以6％的接种量接种至发酵培养基中，并控制发酵pH为5.8，温度为26℃，通气量1.0vvm，搅拌转速400rev/min发酵72h收获发酵液。一级、二级种子培养基的成分配比为：燕麦粉12.0g/L，酪蛋白胨3g/L，甘氨酸0.05g/L，乳酸0.2ml/L，调pH为5.8，加水至1升。发酵培养基的成分配比为：葡萄糖12.5g/L，酪蛋白胨12.5g/L， MgSO4·7H2O 0.2g/L，Na2HPO4 2.5g/L及K2HPO4 0.2g/L，另加入10mL一定组成的营养盐溶液，调pH为5.8。发酵液的单位酶活为10.3U/ml。使用菌种计数器对生长到对数期的菌株计数。
最后，热带假丝酵母菌J-931经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于6×108CFU/mL，里氏木霉91-3菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于5×108CFU/mL，林伯氏白色念球菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于5×109CFU/mL。
实施例1
利用微生物发酵处理废弃物的方法，工艺流程图见图1，具体步骤如下：
（1）将1kg人粪便与3kg 3-5cm的玉米杆、麦秆或稻杆按比例混匀，加5倍人粪便与秸秆总体积的水于35℃密封发酵10天，得发酵初产物；
（2）将发酵初产物中的气体排空，150rmp振荡8h后静置10min，收集上层悬浊液，用双层纱布进行过滤除杂，得组分A；
（3）热带假丝酵母菌J-931、里氏木霉91-3菌和林伯氏白色念球菌在分别经菌株活化、扩培后收集菌液，其中热带假丝酵母菌J-931经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于6.1×108CFU/mL，里氏木霉91-3菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于5.5×108CFU/mL，林伯氏白色念球菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于5.8×109CFU/mL。按热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液的体积比为1:1：2的比例混匀得组分B；
（4）向5L畜牧业废弃物中加入0.5L组分A，再加水没过废弃物，40℃密封发酵24h，排气后加入pH8.0的磷酸钠缓冲溶液调pH至3，搅拌混匀，再加入0.5L组分B，10rpm搅拌至无大块废弃物，再经高温无害化处理，即完成处理。
实施例2
利用微生物发酵处理废弃物的方法，步骤如下：
（1）将2kg人粪便与3kg3-5cm的玉米杆、麦秆或稻杆按比例混匀，加6倍人粪便与秸秆总体积的水于40℃密封发酵15天，得发酵初产物；
（2）将发酵初产物中的气体排空，200rmp振荡8h后静置20min，收集上层悬浊液，用双层纱布进行过滤除杂，得组分A；
（3）热带假丝酵母菌J-931、里氏木霉91-3菌和林伯氏白色念球菌在分别经菌株活化、扩培后收集菌液，其中热带假丝酵母菌J-931经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌6.8×108CFU/mL，里氏木霉91-3菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌5.9×108CFU/mL，林伯氏白色念球菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌5.9×109CFU/mL。按热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液的体积比为1.5: 2：3的比例混匀得组分B；
（4）向5L农业废弃物中加入1L0.8L组分A，35℃密封发酵48h，排气后加入pH8.0的磷酸钠缓冲溶液调pH至3-5，搅拌混匀，再加入0.65L组分B，15rpm搅拌至无大块废弃物，再经高温无害化处理，即完成处理。
实施例3
利用微生物发酵处理废弃物的方法，步骤如下：
（1）将1.5kg人粪便与2.5kg3-5cm的玉米杆、麦秆或稻杆按比例混匀，加5.5倍人粪便与秸秆总体积的水于358℃密封发酵13天，得发酵初产物；
（2）将发酵初产物中的气体排空，180rmp振荡7h后静置15min，收集上层悬浊液，用双层纱布进行过滤除杂，得组分A；
（3）热带假丝酵母菌J-931、里氏木霉91-3菌和林伯氏白色念球菌在分别经菌株活化、扩培后收集菌液，其中热带假丝酵母菌J-931经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌8×108CFU/mL，里氏木霉91-3菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌6×108CFU/mL，林伯氏白色念球菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌6.8×109CFU/mL。按热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液的体积比为1.3:1.5：2.8的比例混匀得组分B；
（4）向5L畜牧业废弃物中加入0.6L组分A，39℃密封发酵30h，排气后加入pH8.0的磷酸钠缓冲溶液调pH至4，搅拌混匀，再加入0.9L组分B，13rpm搅拌至无大块废弃物，再经高温无害化处理，即完成处理。
实施例4
利用微生物发酵处理废弃物的方法，步骤如下：
（1）将1.5kg人粪便与2.5kg 3-5cm的玉米杆、麦秆或稻杆按比例混匀，加5.5倍人粪便与秸秆总体积的水于37℃密封发酵13天，得发酵初产物；
（2）将发酵初产物中的气体排空，170rmp振荡7h后静置18min，收集上层悬浊液，用双层纱布进行过滤除杂，得组分A；
（3）热带假丝酵母菌J-931、里氏木霉91-3菌和林伯氏白色念球菌在分别经菌株活化、扩培后收集菌液，其中热带假丝酵母菌J-931经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌6.3×108CFU/mL，里氏木霉91-3菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌6.1×108CFU/mL，林伯氏白色念球菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌5.7×109CFU/mL。按热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液的体积比为1:2：3的比例混匀得组分B；
（4）向5L等质量比的畜牧业废弃物和农业废弃物中加入0.7L组分A，35-40℃密封发酵24-48h，排气后加入pH8.0的磷酸钠缓冲溶液调pH至3-5，搅拌混匀，再加入0.6L组分B，10-15rpm搅拌至无大块废弃物，再经高温无害化处理，即完成处理。
实施例5
利用微生物发酵处理废弃物的方法，步骤如下：
（1）将1.2kg人粪便与2.5kg -5cm的玉米杆、麦秆或稻杆按比例混匀，加6倍人粪便与秸秆总体积的水于38℃密封发酵14天，得发酵初产物；
（2）将发酵初产物中的气体排空，190rmp振荡7h后静置18 min，收集上层悬浊液，用双层纱布进行过滤除杂，得组分A；
（3）热带假丝酵母菌J-931、里氏木霉91-3菌和林伯氏白色念球菌在分别经菌株活化、扩培后收集菌液，其中热带假丝酵母菌J-931经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌6×108CFU/mL，里氏木霉91-3菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌7×108CFU/mL，林伯氏白色念球菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌6.8×109CFU/mL。按热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液的体积比为1.5:1：2的比例混匀得组分B；
（4）向5L农业废弃物中加入1L组分A，36℃密封发酵36h，排气后加入pH8.0的磷酸钠缓冲溶液调pH至5，搅拌混匀，再加入0.6L组分B，14rpm搅拌至无大块废弃物，再经高温无害化处理，即完成处理。
实施效果例
检测实施例1-5得到的废弃物处理产物的外观、气味、块状物量如下表：
由上表可知，经本申请的微生物发酵方法处理后，大块的废弃物很快被分解掉，发明人猜测是由于，人粪便和秸秆中均含有大量的微生物族群，经组分A发酵后溶液的pH偏酸性，此时发酵液中的菌株含量明显降低，而加入酸性的热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液组成的组分B，在三个菌株的活跃下，继续对发酵液进行发酵处理，最终达到降解废弃物的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.利用微生物发酵处理废弃物的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将人粪便与秸秆按比例混匀，加水于35-40℃密封发酵10-15天，得发酵初产物；
（2）将发酵初产物中的气体排空，振荡后静置10-20min，收集上层悬浊液，过滤除杂，得组分A；
（3）热带假丝酵母菌J-931、里氏木霉91-3菌和林伯氏白色念球菌在分别经菌株活化、扩培后收集菌液，按比例混匀得组分B；
（4）向废弃物中加入组分A，再加水没过废弃物，35-40℃密封发酵24-48h，排气后加入磷酸缓冲液调pH至3-5，搅拌混匀，再加入组分B，10-15rpm搅拌至无大块废弃物，再经高温无害化处理，即完成处理。
2.根据权利要求1所述的利用微生物发酵处理废弃物的方法，其特征在于：所述步骤（1）中秸秆为3-5cm的玉米杆、麦秆或稻杆。
3.根据权利要求2所述的利用微生物发酵处理废弃物的方法，其特征在于：所述步骤（1）中人粪便与秸秆的质量比为（1-2）：（2-3），人粪便与秸秆的总体积与水的体积比为1：（5-6）。
4.根据权利要求1所述的利用微生物发酵处理废弃物的方法，其特征在于：所述步骤（2）中振荡条件为150-200rmp振荡6-8h。
5.根据权利要求4所述的利用微生物发酵处理废弃物的方法，其特征在于：所述步骤（2）悬浊液中菌过滤采用双层纱布进行过滤。
6.根据权利要求1所述的利用微生物发酵处理废弃物的方法，其特征在于：所述步骤（3）中热带假丝酵母菌J-931经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于6×108CFU/mL，里氏木霉91-3菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于5×108CFU/mL，林伯氏白色念球菌经菌株活化、扩培后的菌液浓度为活菌大于5×109CFU/mL。
7.根据权利要求6所述的利用微生物发酵处理废弃物的方法，其特征在于：所述步骤（3）中热带假丝酵母菌J-931菌液、里氏木霉91-3菌菌液和林伯氏白色念球菌菌液的体积比为（1-1.5）:（1-2）：（2-3）。
8.根据权利要求1所述的利用微生物发酵处理废弃物的方法，其特征在于：所述步骤（4）中废弃物、组分A和组分B的体积比为5:（0.5-0.8）：（0.5-0.65），磷酸缓冲液为pH8.0的磷酸钠缓冲溶液。
9.权利要求1-8任一项所述的方法处理的废弃物为畜牧业废弃物和/或农业废弃物。
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