專利名稱：固定化白腐菌劑及其在垃圾堆肥化中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體廢物的堆肥化處理，具體涉及利用微生物固定化技術(shù)處理城市生活垃圾。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)堆肥法是利用堆料中土著微生物分解垃圾中有機物，但往往由于土著微生物活性較弱、降解能力較低，城市垃圾常含有大量木質(zhì)素類生物難降解物質(zhì)，以致使堆制時間長且肥效低。而垃圾堆制效果不佳、堆肥成品腐熟程度不夠以及施用堆肥導(dǎo)致重金屬積累這一潛在危害，都是現(xiàn)今堆肥技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的限制因素。目前國內(nèi)針對堆肥工藝的優(yōu)化做了大量研究，且投入了大量人力物力開發(fā)研制人工接種劑，通過接種各類菌劑人為地促進可生物降解的復(fù)雜有機物降解為細胞可吸收利用的小分子物質(zhì)及腐殖質(zhì)，從而提高堆肥過程的效率和堆肥成品的質(zhì)量。專利技術(shù)涉及較多的為單一高效菌種、微生物復(fù)合菌劑的制備及接種。
以往接種外源微生物堆制處理垃圾的方法中，針對木質(zhì)素這種最難降解物的研究較少，特別是其不能減少堆肥中重金屬總量，僅在堆制過程中重金屬存在形態(tài)有所變化。目前，白腐菌因其廣譜性、非專一性，且于固、液兩種體系下均能良好生長，而越來越受到人們的關(guān)注。白腐菌降解木質(zhì)素能力強，能對多種異生有機污染物進行生物降解，并能有效吸附重金屬離子，且對環(huán)境沒有毒害作用。因此，可用于堆肥過程中以降解有機物和去除重金屬。
但白腐菌的木質(zhì)素降解酶系統(tǒng)存在于細胞外環(huán)境，為提高反應(yīng)體系效率常用的攪拌及充氧措施所產(chǎn)生的機械剪切力會使酶的結(jié)構(gòu)和活性遭受破壞及影響，從而影響白腐菌對木質(zhì)素等的降解作用。同時，雖然白腐菌能有效吸附重金屬，但無法有效地將游離白腐菌與堆料分離，使得堆制后重金屬總量不能明顯降低。因此，如何使白腐菌對木質(zhì)素的降解酶活不受反應(yīng)體系中機械剪切力的影響，以及使吸附重金屬的白腐菌與堆料分離，這是利用白腐菌高效處理生活垃圾亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種固定化白腐菌劑處理垃圾，以解決垃圾堆肥化處理過程中存在的上述問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述發(fā)明目的的。
在白腐菌接入的土豆蔗糖液體培養(yǎng)基中按20～30％的體積比加入作為白腐菌載體的玉米芯小塊，37℃靜置培養(yǎng)2～5天后，振蕩培養(yǎng)一天，再將緊密纏有白腐菌菌絲體的玉米芯塊以5～7％的接種量移接入增活培養(yǎng)基中，在通氣條件下，于30℃靜置培養(yǎng)4～6天，濾去培養(yǎng)液，制成固定化白腐菌劑；該菌劑用于垃圾堆肥處理時，經(jīng)分選、破碎的生活垃圾調(diào)整含水率、有機物含量與碳氮比后，在堆肥反應(yīng)裝置中間歇供氧堆制，待反應(yīng)裝置中堆料降溫至35～40℃時，按5～10％的重量比接種固定化白腐菌劑，均勻混和，調(diào)整堆肥含水率在65～75％，通風量控制在0.3～0.5m3/d·kg，每2天翻堆一次，10～15天腐熟后，揀出玉米芯塊，自然風干，經(jīng)篩分與磨碎成優(yōu)質(zhì)堆肥。
下面結(jié)合附圖進一步詳述本發(fā)明。


圖1固定化白腐菌劑堆肥法與白腐菌堆肥法的堆肥溫度變化圖；圖2固定化白腐菌劑堆肥法與白腐菌堆肥法的木質(zhì)素含量變化圖。
本發(fā)明的固定化白腐菌劑，采用黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，購自中國典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC)，保藏號為BKMF-1767。菌種轉(zhuǎn)接保藏在土豆蔗糖培養(yǎng)基上。
白腐菌的固定化從斜面培養(yǎng)基上刮取菌種，接種到土豆蔗糖液體培養(yǎng)基中，同時加入20～30％體積比的1cm3的玉米芯塊，于37℃靜置培養(yǎng)2～5d，待大部分菌較好地固定在玉米芯的空隙中，再振蕩培養(yǎng)1d，使菌絲較緊密地纏繞玉米芯。土豆蔗糖液體培養(yǎng)基成份為馬鈴薯汁1000mL，蔗糖(或葡萄糖)20g，pH自然。其中馬鈴薯汁的制備為取去皮的馬鈴薯200.0g，切成小塊，于鍋中加水1000mL煮沸半小時，用雙層紗布過濾，取其濾液，并加水補足1000mL。
固定化白腐菌的增活將上述固定化菌以5～7％的接種量接入增活培養(yǎng)基中，于30℃靜置擴培4～6d，并通過一連有小型鼓風機的導(dǎo)管進行通氧，待玉米芯空隙中菌體生長旺盛、菌絲附著牢固為宜。濾去培養(yǎng)液，制成固定化菌劑，菌劑可以直接用應(yīng)于堆肥化接種。增活培養(yǎng)基成分為蔗糖0.6g·L-1，酒石酸銨1.2g·L-1，NaCl0.1g·L-1，KH2PO41.5g·L-1，MgSO4·7H2O0.5g·L-1，MnSO4·H2O0.035g·L-1，VB10.1mg·L-1。
固定化白腐菌劑是采用植物廢料玉米芯為載體，既有效地實現(xiàn)了廢物資源化、節(jié)省了載體成本，又為微生物提供了一定營養(yǎng)物質(zhì)、保證了接種菌的良好生長。同時經(jīng)增活培養(yǎng)基的擴培、增活作用，可使接種用的固定化白腐菌活性較強，能更有效地降解木質(zhì)素類難降解物，促進堆肥的最終腐熟；且由于菌絲旺盛緊密，能更有效地吸附重金屬，改善堆肥成品質(zhì)量。
垃圾堆肥化的工藝過程如下
1.取新鮮垃圾，揀出其中的玻璃、塑料、石塊、電池、金屬物件等。初步破碎至粒徑范圍達15～40mm。調(diào)整含水率為50～60％，有機物含量50～60％，C/N比25～35∶1。
2.將經(jīng)過上述處理的垃圾裝入堆肥反應(yīng)裝置進行堆制，采用間歇式供氧方式，通風量控制在0.5～0.7m3/(d·kg)，并觀測堆制過程中的溫度變化。
3.待堆肥化經(jīng)過高溫階段進入降溫階段，堆溫降至35～40℃左右時，再按5～10％的比例(重量比)接種固定化白腐菌劑，均勻混勻后繼續(xù)發(fā)酵。這樣由于堆料經(jīng)過升溫階段和高溫階段后土著微生物中許多低溫及中溫菌被殺死或者活性降低，使得堆料中微生物種群相對較為簡單，從而可減小土著微生物對接種的固定化白腐菌的抑制作用，縮短外源微生物適應(yīng)堆制環(huán)境的時間。
同時，調(diào)整堆料含水率至65～75％，以提供適宜固定化白腐菌保持活性、加快菌絲生長所需的基質(zhì)含水率，使得添加的菌劑能更快地成為堆料中的優(yōu)勢群落，大大增強了堆料中木質(zhì)纖維素等難降解物質(zhì)的分解，促進堆肥的深度腐熟，并利于固定化菌有效地吸附重金屬離子(如Pb、Cd等)，降低堆肥中重金屬的生物有效性。此外，基于堆肥化降溫階段中微生物耗氧量有所降低，堆溫下降較快，為了較好地保證溫度不降至過低而影響了接種菌的活性，且從節(jié)約運行成本出發(fā)，將通氣量減小至0.3～0.5m3/(d·kg)，并每2d翻堆一次，以保證固定化白腐菌與各層堆料的充分接觸。
4.堆料經(jīng)接種固定化白腐菌進一步發(fā)酵腐熟后，揀出附著白腐菌的玉米芯塊，堆肥需經(jīng)自然風干，通過再次篩分與磨碎即得最終成品。
此方法在堆肥初期充分利用了土著微生物的積極作用，在后續(xù)堆肥過程中接種由植物廢料玉米芯作為載體的固定化白腐菌，并通過適當調(diào)整堆制發(fā)酵條件，使得接種菌很好地發(fā)揮其特定作用。本發(fā)明提高了堆肥效率，比白腐菌堆肥法縮短10d左右；且不僅僅使一般有機物得到降解，還使木質(zhì)素類難降解物質(zhì)都得到了高效分解，促進了堆肥的深度腐熟；并通過揀出吸附有重金屬的固定化菌實現(xiàn)了堆肥成品中重金屬總量的減少。整個堆制過程操作便利，工藝簡單，投入成本低，實用性較強。
具體實施例方式固定化處理采集某工業(yè)區(qū)的新鮮生活垃圾20kg，揀去其中的玻璃、塑料、磚瓦、織物、廢電池和金屬等，得可堆制的垃圾9kg，破碎至15～40mm的粒徑范圍。垃圾含水率為60％，C/N比為25∶1，有機物含量為60％。將垃圾裝入堆肥反應(yīng)裝置中，間歇式供氧，通風量控制在0.6m3/(d·kg)。固定化白腐菌劑按上述方法制成后，于上述增活培養(yǎng)基中30℃培養(yǎng)、增活4d，濾出，待堆溫降至40℃左右(堆肥化進行7d)后，按5％的接種量(重量比)接種，充分混勻。在接種固定化白腐菌劑的同時，調(diào)整堆料含水率至70％，通風量降至0.3m3/d·kg，繼續(xù)發(fā)酵，并每2d翻堆一次。接種后再發(fā)酵10～15天后，堆料溫度趨于穩(wěn)定，顏色呈黑褐色，且基本沒有臭味，可視為腐熟。
對照堆料來源、堆料性質(zhì)參數(shù)及其預(yù)處理與上述固定化處理相同。采用常規(guī)的接種堆肥方法，在相同的堆肥反應(yīng)裝置中堆制，垃圾處理量相同，按重量比5％的接種量添加游離白腐菌和1cm3的玉米芯塊的混合物，其中玉米芯在堆制過程中起膨松劑作用，整個堆制過程控制通風量0.6m3/(d·kg)，不在堆肥后期調(diào)節(jié)通風量。對照不經(jīng)過固定化處理，但采用與固定化菌擴培增活相同的培養(yǎng)基，對游離白腐菌進行擴培增活后，再將玉米芯也按20％～30％的接種量與菌懸液混合，即得接種所用的混合物。
接種固定化白腐菌堆肥法與白腐菌堆肥法的堆制效果堆肥溫度變化見圖1，木質(zhì)素余量變化見圖2，堆肥中重金屬總量對比見表1。
通過兩種堆肥方法堆制處理的效果作比較，可以發(fā)現(xiàn)采用本發(fā)明堆制處理得的堆肥中各重金屬總量都有不同程度的降低，且在接種后的堆制過程中可看到木質(zhì)素余量的顯著下降，堆溫的下降減慢甚至有回升的階段。采用本發(fā)明堆肥化可以較長時間保持堆肥降溫階段的微生物活性，促進堆料的深度腐熟，提高堆肥的效率，比接種白腐菌的堆肥方法約提早7～12天收獲到腐熟程度較高的堆肥成品，且成品品質(zhì)好，含重金屬少，施用存在的潛在危害小，是一種有效的生活垃圾堆肥化處理技術(shù)。
表1固定化白腐菌劑和白腐菌處理的垃圾堆制前后重金屬總量表

注ND表示未檢測到。
權(quán)利要求
1.一種固定化白腐菌劑，其特征在于在白腐菌接入的土豆蔗糖液體培養(yǎng)基中按20～30％的體積比加入作為白腐菌載體的玉米芯小塊，37℃靜置培養(yǎng)2～5天后，振蕩培養(yǎng)一天，再將緊密纏有白腐菌菌絲體的玉米芯塊以5～7％的接種量移接入增活培養(yǎng)基中，在通氣條件下，于30℃靜置培養(yǎng)4～6天，濾去培養(yǎng)液，制成固定化白腐菌劑。
2.一種如權(quán)利要求1所述的固定化白腐菌劑在垃圾堆肥化中的應(yīng)用，包括經(jīng)分選、破碎的生活垃圾調(diào)整含水率、有機物含量與碳氮比后，在堆肥反應(yīng)裝置中間歇供氧堆制，本發(fā)明的特征在于待反應(yīng)裝置中堆料降溫至35～40℃時，按5～10％的重量比接種固定化白腐菌劑，均勻混和，調(diào)整堆肥含水率在65～75％，通風量控制在0.3～0.5m3/d·kg，每2天翻堆一次，10～15天腐熟后，揀出玉米芯塊，自然風干，經(jīng)篩分與磨碎成優(yōu)質(zhì)堆肥。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用微生物固定化技術(shù)處理城市生活垃圾。發(fā)明采用植物材料玉米芯作固定化載體，將游離白腐菌制成固定化菌劑，再將固定化白腐菌接入增活培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)4～6天，濾去培養(yǎng)液，制成固定化菌劑；固定化菌劑用于垃圾處理時，在堆肥物料的溫度降至40℃左右時接種固定化菌劑，并調(diào)整堆料含水率，控制通風量，及時翻堆待腐熟即可。本發(fā)明利用白腐菌較強的產(chǎn)木質(zhì)素降解酶的能力和對重金屬的強吸附、固定能力，又采用固定化技術(shù)降低了堆肥成品中Pb、Cd等有毒金屬的遷移性及其總量，因此既提高堆肥效率和腐熱程度，又降低了施用堆肥對土壤及農(nóng)作物帶來的潛在危害，大大提高堆肥品質(zhì)。
文檔編號C05F17/00GK1654644SQ200510031158
公開日2005年8月17日 申請日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日
發(fā)明者黃丹蓮, 曾光明, 黃國和, 蔣曉云 申請人:湖南大學(xué)