一种餐厨垃圾发酵的混合菌基复合酶、制备及快速堆肥方法

1.本发明涉及固体废弃物处理处置领域，特别是一种混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥的方法。


背景技术：

2.随着我国人口的增长和经济的快速发展，餐厨垃圾的产量急剧增加，处理处置形势日益严峻。目前，焚烧和填埋是餐厨垃圾的主要处置方式。然而，焚烧能耗高，易产生有毒有害气体，且焚烧灰需要填埋处置，而目前用于填埋的土地极其有限，所以焚烧和填埋并不是一种环境友好的餐厨垃圾处置方式。餐厨垃圾富含有机质和营养元素，能够用于能源和资源回收。在众多的餐厨垃圾资源化技术中，好氧堆肥因其简单、高效的工艺特点，清洁、环保的技术理念及对节能减排的突出贡献被认为是一种高效的餐厨垃圾资源化利用途径。然而，由于餐厨垃圾的成分极其复杂(包括油脂、淀粉、纤维素和蛋白质等)，传统的微生物好氧发酵技术对餐厨垃圾分解较慢，堆肥周期较长，一般长达30-60天，导致堆肥设备占地面积大，营养(有机质和氮)损失较多，且易产生二次污染。所以，一些创新的方法已经被开发用于提高餐厨垃圾堆肥效率。专利“一种高温餐厨垃圾堆肥的制备方法”(cn1940021a)，利用热葡萄糖苷土杆菌、嗜热淀粉芽孢杆菌、马西林芽孢杆菌、嗜热淀粉芽孢杆菌和波茨坦短芽孢杆菌组成的混合菌剂在高温条件下进行餐厨垃圾快速堆肥，提高堆肥效率。专利“一种餐厨垃圾好氧堆肥方法”(cn115010520a)，利用放线菌、酵母菌和霉菌组成的复合菌剂在高温条件下进行餐厨垃圾快速堆肥，提高堆肥效率。总之，目前的专利报道多采用混合菌剂来提高餐厨垃圾中复杂组分的分解效率，进而缩短堆肥周期。现有方法存在如下问题：1微生物筛选、培养和组合耗时且操作繁琐；2.微生物之间存在相互竞争，效率低；3.每次堆肥需要添加商业微生物，成本较高；4.微生物容易受到餐厨垃圾高盐和高油含量的抑制；5.堆肥周期长。
3.因此，提供一种低成本高效率的原位混菌基复合酶制备方法，并用于餐厨垃圾快速堆肥，极大地缩短餐厨垃圾堆肥周期成为本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明针对现有的餐厨垃圾堆肥技术存在发酵周期长、营养流失、成本高、易产生二次污染等问题，提供一种混菌基复合酶制备及其水解餐厨垃圾快速堆肥的方法，该方法制备的混菌基复合酶用于餐厨垃圾超快速堆肥，极大地缩短了堆肥周期，提了高有机肥质量，减少了二次污染。
5.本发明是通过下述技术方案来实现的。
6.本发明一方面，提供了一种混合菌基复合酶的制备方法，包括：
7.餐厨垃圾除杂，粉碎，灭菌；
8.在灭菌后的餐厨垃圾中接种aspergillus oryzae和aspergillus awamori混合菌液，在发酵温度下培养得到混合菌基复合酶。
9.优选的，将餐厨垃圾分拣后的部分餐厨垃圾粉碎至粒径2-5mm；将粉碎后的餐厨垃圾在115-125℃下灭菌10-25min。
10.优选的，向灭菌后餐厨垃圾中按照每克餐厨垃圾干重接种0.05-0.15ml混合比例的aspergillus oryzae和aspergillus awamori混合菌液，即每克干重的餐厨垃圾接种0.5-1.5
×
106个aspergillus oryzae和aspergillus awamori混合真菌孢子。
11.优选的，aspergillus oryzae和aspergillus awamori的混合比例为(1-2)：(2-1)。
12.优选的，复合酶发酵温度为25-35℃，氧气含量为21-60％,湿度为50％-80％,餐厨垃圾原始ph＝5.5，培养5-10天。
13.本发明另一方面，提供了一种上述方法制备的混合菌基复合酶。
14.本发明再一方面，提供了一种利用混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥的方法，按照干重质量比为(3-6)：100将混合菌基复合酶与餐厨垃圾混合，加热水解，在一定温度下进行堆肥，好氧发酵得到发酵产物。
15.优选的，水解反应时间为6-12h，水解温度为50-70℃，搅拌速度0-20转/min。
16.优选的，好氧发酵温度为50-60℃，发酵4-6天，搅拌次数为2-4次/天，转数为5-15转/min，每次搅拌时间为2-8min。
17.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
18.上述方案中，利用混合菌和餐厨垃圾为原料制备高活性复合酶，该复合酶同时富含淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶，能够实现组分复杂的餐厨垃圾快速降解，进而加速堆肥过程，克服了传统堆肥发酵周期长、营养损失大，易产生二次污染等问题。本发明制备的复合酶中淀粉酶活性不低于387u/g干重，纤维素酶活不低于10u/g,蛋白酶活性不低于17u/g干重；复合酶水解餐厨垃圾发酵制备有机肥，餐厨垃圾经复合酶水解后，其降解率不低于44.2％，有机肥中总有机质含量(以烘干基计)不低于35.7％，总养分(n+p2o5+k2o)的质量分数(以烘干基计)不低于5.6％，种子发芽指数不低于76％。
19.与传统的餐厨垃圾堆肥技术相比，该方法能够实现快速转化餐厨垃圾制备有机肥，发酵周期比传统堆肥周期缩短了80％，发酵周期短、处理成本低、无臭气产生和无营养损失，堆肥质量满足ny/t525-2021有机肥料行业标准，是一种非常有前景的餐厨垃圾堆肥技术。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
21.图1(a)-(c)为本发明堆肥的装置；
22.图2为本发明堆肥过程与传统堆肥过程的比较。
具体实施方式
23.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
24.如图1(a)-图1(c)所示，出示了本发明混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥的
方法采用的设备，包括装置本体侧壁的控制柜、排水口、排风口、进料口、观察镜和操作屏。
25.下面通过不同实施例来进一步说明本发明混合菌基复合酶制备。
26.包括以下步骤：
27.1)复合酶发酵底物制备：
28.将收集到的餐厨垃圾手动分拣，除去餐厨垃圾中的筷子、金属、陶瓷和塑料等杂质，将分拣后的餐厨垃圾粉碎至粒径为2-5mm；取粉碎后的部分餐厨垃圾100g(干重)平均放入5个500ml锥形瓶进行灭菌备用。灭菌温度和时间分别为115-125℃和10-25min。
29.2)混合菌基复合酶制备：
30.以质量比为5-15％的接种比例向上述灭菌后得到的餐厨垃圾中接种aspergillus oryzae和aspergillus awamori混合菌液，向餐厨垃圾中按照每克干重接种0.05-0.15ml的aspergillus oryzae和aspergillus awamori混合菌液,即每克干重的餐厨垃圾接种0.5-1.5
×
106个aspergillus oryzae和aspergillus awamori真菌孢子，aspergillus oryzae和aspergillus awamori的配比为(1-2)：(2-1)，而后放入培养箱中生产复合酶，培养时间为5-10天，培养温度25-35℃，氧气含量21-60％,湿度为50％-80％,餐厨垃圾原始的ph＝5.5，含水率为80％。
31.实施例1-11为复合酶制备实施例：
[0032][0033]
从以上实施例可以看出，所制备的混合菌基复合酶中淀粉酶活性不低于387(u/g干重)，纤维素酶活性不低于10(u/g干重)，蛋白酶活性不低于17(u/g干重)，本发明方法以餐厨垃圾为原料制备的复合酶具有较高的酶活性。
[0034]
本发明实施例进而提供了一种利用混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥的方法，包括以下步骤：
[0035]
1)复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥：
[0036]
按照质量比为(3-6)：100将复合酶与未灭菌的餐厨垃圾混合，将实施例2制备的复合酶100g(干重，即6860u的淀粉酶活、170u纤维素酶活和350u蛋白酶活)和分拣后未灭菌的餐厨垃圾2000g(干重)放入10l发酵罐中进行水解，加热，水解反应时间为6-12小时，水解温度为50-70℃，搅拌速度0-20转/min。
[0037]
实施例12-20和对比例1为复合酶水解餐厨垃圾实施例：
[0038][0039][0040]
从以上实施例可以看出，利用自制混合菌基复合酶水解餐厨垃圾，餐厨垃圾降解率不低于44.2％，本发明方法制备的混合菌基复合酶处理餐厨垃圾具有优良的水解效果。
[0041]
2)好氧堆肥：
[0042]
将实施例13水解后的餐厨垃圾继续进行好氧堆肥实验，堆肥温度为50-60℃，搅拌次数为2-4次/天，转数为5-15转/min，搅拌时间2-8min，堆肥反应时间为4-6天，得到发酵产物，即有机肥。
[0043]
实施例21-27为餐厨垃圾好氧堆肥实施例。
[0044][0045]
从以上实施例可以看出，餐厨垃圾经过混合菌基复合酶分解快速堆肥后，所制备的肥料中总有机质含量(以烘干基计)不低于35.7％，总养分(n+p2o5+k2o)的质量分数(以烘干基计)不低于5.6％，种子发芽指数不低于76％，均满足ny/t525-2021有机肥料行业标准。从图2本发明堆肥过程与传统堆肥过程的比较可以看出，利用本发明混合菌基复合酶快速分解餐厨垃圾，然后进行快速堆肥，极大地缩短了堆肥周期，本发明是一种非常有前景的餐厨垃圾资源化方法。
[0046]
对比例1
[0047]
将与实施例2同等酶活的商业淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶和分拣后未灭菌的餐厨垃圾2000g(干重)放入10l发酵罐中进行水解，水解时间为10小时，水解温度60℃，搅拌速度10
转/min。其余步骤同实施例13。最终得到餐厨垃圾的降解率为58.7％。
[0048]
从实施例和对比例1可以看出，相比于商业淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶，本发明研发的以餐厨垃圾为原料制备的混合菌基复合酶具有更好的餐厨垃圾分解效果，这是由于实施例中利用餐厨垃圾为原料自制的复合酶中除了包含686u/g的淀粉酶、17u/g的纤维素酶和35u/g的蛋白酶外，还包含葡萄糖淀粉酶和脂肪酶等，说明本发明自制的复合酶比商业酶更适合分解成分复杂的餐厨垃圾，且降低了预处理成本。
[0049]
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种餐厨垃圾发酵的混合菌基复合酶的制备方法，其特征在于，包括：餐厨垃圾除杂，粉碎，灭菌；在灭菌后的餐厨垃圾中接种aspergillus oryzae和aspergillus awamori混合菌液，在发酵温度下培养得到混合菌基复合酶。2.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾发酵的混合菌基复合酶的制备方法，其特征在于，将餐厨垃圾分拣后的部分餐厨垃圾粉碎至粒径2-5mm；将粉碎后的餐厨垃圾在115-125℃下灭菌10-25min。3.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾发酵的混合菌基复合酶的制备方法，其特征在于，向灭菌后餐厨垃圾中按照每克餐厨垃圾干重接种0.05-0.15ml混合比例的aspergillus oryzae和aspergillus awamori混合菌液，即每克干重的餐厨垃圾接种0.5-1.5
×
106个aspergillus oryzae和aspergillus awamori混合真菌孢子。4.根据权利要求3所述的一种餐厨垃圾发酵的混合菌基复合酶的制备方法，其特征在于，aspergillus oryzae和aspergillus awamori的混合比例为(1-2)：(2-1)。5.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾发酵的混合菌基复合酶的制备方法，其特征在于，复合酶发酵温度为25-35℃，氧气含量为21-60％,湿度为50％-80％,餐厨垃圾原始ph＝5.5，培养5-10天。6.一种权利要求1-5任一项所述方法制备的餐厨垃圾发酵的混合菌基复合酶。7.一种利用权利要求6所述的混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥的方法，其特征在于，按照干重质量比为(3-6)：100将混合菌基复合酶与餐厨垃圾混合，加热水解，在一定温度下进行堆肥，好氧发酵得到发酵产物。8.根据权利要求7所述的混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥的方法，其特征在于，水解反应时间为6-12h，水解温度为50-70℃，搅拌速度0-20转/min。9.根据权利要求7所述的混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥的方法，其特征在于，好氧发酵温度为50-60℃，发酵4-6天，搅拌次数为2-4次/天，转数为5-15转/min，每次搅拌时间为2-8min。10.根据权利要求9所述的混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥的方法，其特征在于，复合酶中淀粉酶活性不低于387u/g干重，纤维素酶活不低于10u/g,蛋白酶活性不低于17u/g干重；复合酶水解餐厨垃圾发酵制备有机肥，餐厨垃圾经复合酶水解后，其降解率不低于44.2％，有机肥中以烘干基计总有机质含量不低于35.7％，总养分(n+p2o5+k2o)的质量分数不低于5.6％，种子发芽指数不低于76％。

技术总结
本发明公开了一种餐厨垃圾发酵的混合菌基复合酶、制备及快速堆肥方法，餐厨垃圾除杂，粉碎，灭菌；在灭菌后的餐厨垃圾中接种Aspergillus oryzae和Aspergillus awamori混合菌液，在发酵温度下培养得到混合菌基复合酶。将混合菌基复合酶与餐厨垃圾混合，加热水解，在一定温度下进行堆肥，好氧发酵得到发酵产物。该方法制备的混菌基复合酶用于餐厨垃圾超快速堆肥，极大地缩短了堆肥周期，提了高有机肥质量，减少了二次污染。本发明利用混合菌基复合酶水解餐厨垃圾快速堆肥为餐厨垃圾资源化利用提供了一种有效的方法。源化利用提供了一种有效的方法。源化利用提供了一种有效的方法。


技术研发人员：马英群 张磊 程瀚涛 王一帆 吕祥博 李雯 高也寒 陈佳新
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/7