本發(fā)明屬于應(yīng)用生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，產(chǎn)生的生活垃圾量越來越大，而且生活垃圾中的有機物質(zhì)含量越來越高，國內(nèi)一些大城市如北京、上海等地的生活垃圾中，其有機質(zhì)的含量在60％以上，一般中小型城市的生活垃圾有機質(zhì)含量也在50％以上，如果生活垃圾得不到妥善的處理，將會給自然環(huán)境帶來巨大的污染，生態(tài)遭到嚴(yán)重的破壞。如：生活垃圾產(chǎn)生的臭氣帶來大氣污染，產(chǎn)生的滲濾液污染地下水，病菌大量繁殖傳播、惡化周邊土壤等。因此生活垃圾必須得到妥善的處理。
目前，生活垃圾主要采用填埋處理技術(shù)，然而，填埋技術(shù)也存在如上一些問題，且填埋場需占用大量的地方，周邊環(huán)境惡化嚴(yán)重。生活垃圾堆肥及厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣是生活垃圾減量化、無害化的有效途徑，并且能夠帶來一定的經(jīng)濟效益，為此，國內(nèi)也有許多生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣項目的建設(shè)及營運，但是，這些項目普遍存在以下問題：產(chǎn)沼率低。產(chǎn)沼率低的原因較多，其中比較重要的一個原因是：產(chǎn)沼氣工藝中前端酸化水解是采用的自然酸化水解，有機物料消耗處理不夠徹底，物料干物質(zhì)的降解率比較低。
可見，如何有效提高生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣量，具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑及其制備方法，可有效解決上述問題。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
本發(fā)明第一目的提供一種用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑，包括以下組份：中華米根霉、米曲霉和黑曲霉。
優(yōu)選的，各組份的重量配比為：
中華米根霉 30～70重量份
米曲霉 20～80重量份
黑曲霉 10～60重量份。
優(yōu)選的，各組份的重量配比為：
中華米根霉 50重量份
米曲霉 50重量份
黑曲霉 35重量份。
優(yōu)選的，每克微生物菌劑中有效活菌含量為3×108～2×109CFU；蛋白酶活性為500-1000U/g，糖化酶活性為100-200U/g，纖維素酶活性為50～100U/g。其中，CFU為菌落形成單位，全稱為Colony-Forming Units，指單位體積中的細菌群落總數(shù)。U/g為每克酶蛋白所具有的酶活力。
本發(fā)明第二目的為提供一種用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑的制備方法，包括以下步驟：
第一步，一級種子的制備：
分別稱取活化后的中華米根霉、米曲霉和黑曲霉；然后，分別將稱取到的中華米根霉、米曲霉和黑曲霉接種到PDA液體培養(yǎng)基中，于28-45℃的條件下培養(yǎng)4-6天，直到種子成熟，分別制備得到中華米根霉一級種子、米曲霉一級種子和黑曲霉一級種子；
第二步，二級種子的制備：
分別將第一步得到的中華米根霉一級種子、米曲霉一級種子和黑曲霉一級種子，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～20％的接種量接種到液體發(fā)酵罐的培養(yǎng)基中發(fā)酵，其中，發(fā)酵條件控制為：溫度28～45℃，通氣量0.5～2L/min，攪拌轉(zhuǎn)速300～500rpm，裝料系數(shù)為75％，壓力0.05～0.15MPa，發(fā)酵3～5天，分別制備得到中華米根霉二級種子、米曲霉二級種子和黑曲霉二級種子；
第三步，固體發(fā)酵生產(chǎn)：
分別將第二步得到的中華米根霉二級種子、米曲霉二級種子和黑曲霉二級種子接種于固體培養(yǎng)基中進行固體發(fā)酵，其中，固體培養(yǎng)基水分為50～80％，培養(yǎng)溫度為28～40℃，培養(yǎng)時間為4～6天，分別制備得到中華米根霉單一菌劑、米曲霉單一菌劑和黑曲霉單一菌劑；
第四步，菌劑復(fù)合：
分別將第三步得到的中華米根霉單一菌劑、米曲霉單一菌劑和黑曲霉單一菌劑，按照以下重量配比混合，制備得到用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑：
中華米根霉 30～70重量份
米曲霉 30～70重量份
黑曲霉 10～60重量份。
優(yōu)選的，第二步中，二級種子制備時所用的培養(yǎng)基組成為：2～5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的麩皮，1～2％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的葡萄糖，其余為水。
優(yōu)選的，第三步中所采用的固體培養(yǎng)基組成為：2～5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的豆粕、1～3％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的葡萄糖、其余為麩皮和米糠的混合物。
優(yōu)選的，對于所述麩皮和米糠的混合物，其質(zhì)量比為：麩皮：米糠為4:6～7:3。
本發(fā)明選育到了能夠快速度降解生活垃圾及廚余垃圾中的有機質(zhì)的微生物，各組分微生物分別培養(yǎng)后，再按一定的比例混合，即制備得到生活垃圾產(chǎn)沼預(yù)處理微生物菌劑。
所選用的菌種特性及功能如下：
1)米曲霉：具有產(chǎn)酸性蛋白酶的功能，能夠催化生活垃圾中蛋白類物質(zhì)水解成為多肽及氨基酸類物質(zhì)。
2)中華米根霉：具有產(chǎn)淀粉酶、糖化酶等特點，能夠催化生活垃圾中的電粉類物質(zhì)的水解生成葡萄類物質(zhì)。
3)黑曲霉：同時具有產(chǎn)纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶的能力。能夠加速生活垃圾中的纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)的降解。
本發(fā)明提供的用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑及其制備方法具有以下優(yōu)點：
制備得到的微生物菌劑富含纖維素酶、蛋白酶及糖化酶等各種酶類。該菌劑能夠加快生活垃圾、廚余垃圾中的有機質(zhì)快速降解，縮短發(fā)酵周期，提高厭氧產(chǎn)沼氣率，而且所采用的菌種都是環(huán)境友好型的微生物，不會對環(huán)境造成不利影響。
附圖說明
圖1為本發(fā)明提供的生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑制備方法的流程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑，包括以下組份：中華米根霉、米曲霉和黑曲霉。各組份的重量配比為：中華米根霉30～70重量份；米曲霉20～80重量份；黑曲霉10～60重量份。每克微生物菌劑中有效活菌含量為3×108～2×109CFU；蛋白酶活性為500-1000U/g，糖化酶活性為100-200U/g，纖維素酶活性為50～100U/g。
上述用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑的制備方法，包括以下步驟：第一步，一級種子的制備：
分別稱取活化后的中華米根霉、米曲霉和黑曲霉；然后，分別將稱取到的中華米根霉、米曲霉和黑曲霉接種到PDA液體培養(yǎng)基中，于28-45℃的條件下培養(yǎng)4-6天，直到種子成熟，分別制備得到中華米根霉一級種子、米曲霉一級種子和黑曲霉一級種子；
第二步，二級種子的制備：
分別將第一步得到的中華米根霉一級種子、米曲霉一級種子和黑曲霉一級種子，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～20％的接種量接種到液體發(fā)酵罐的培養(yǎng)基中發(fā)酵，其中，發(fā)酵條件控制為：溫度28～45℃，通氣量0.5～2L/min，攪拌轉(zhuǎn)速300～500rpm，裝料系數(shù)為75％，壓力0.05～0.15MPa，發(fā)酵3～5天，分別制備得到中華米根霉二級種子、米曲霉二級種子和黑曲霉二級種子；
第三步，固體發(fā)酵生產(chǎn)：
分別將第二步得到的中華米根霉二級種子、米曲霉二級種子和黑曲霉二級種子接種于固體培養(yǎng)基中進行固體發(fā)酵，其中，固體培養(yǎng)基水分為50～80％，培養(yǎng)溫度為28～40℃，培養(yǎng)時間為4～6天，分別制備得到中華米根霉單一菌劑、米曲霉單一菌劑和黑曲霉單一菌劑；
第四步，菌劑復(fù)合：
分別將第三步得到的中華米根霉單一菌劑、米曲霉單一菌劑和黑曲霉單一菌劑，按照以下重量配比混合，制備得到用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑：
中華米根霉 30～70重量份
米曲霉 30～70重量份
黑曲霉 10～60重量份。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑及其制備方法具有以下優(yōu)點：
1)工藝采用液態(tài)與固態(tài)相結(jié)合的工藝，克服了液態(tài)發(fā)酵工藝產(chǎn)生大量高COD、BOD廢水的問題，固態(tài)發(fā)酵的菌劑具有適應(yīng)性強的特點，同時也賦予了產(chǎn)品保質(zhì)期長的特點，產(chǎn)品保質(zhì)期長達12個月。
2)菌劑的有效活菌數(shù)量高，每克產(chǎn)品有效活菌最高可達2×109CFU，處理相同量的物料可以減少菌劑的投加量，從而大大的減小了運行成本。
3)微生物菌劑富含蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、纖維素酶等各種酶類，對物料的適應(yīng)性強，能夠適用于對生活垃圾、廚余垃圾、餐廚垃圾中的有機物料的降解。
4)菌種的生長速度快，適應(yīng)性強，能夠促進有機質(zhì)快速降解，縮短發(fā)酵周期，提高厭氧產(chǎn)沼率，從而實現(xiàn)生活垃圾的減量化及資源化。而且所用的菌種都是環(huán)境友好型的微生物。
5)所選的菌種具有抑制腐敗病菌生長繁殖的能力，從而減少生活垃圾的臭味，實現(xiàn)生活垃圾的無害化。
以下通過實施例對本發(fā)明做進一步的闡述
分別制備得到以下四種培養(yǎng)基，備用。
1、試管斜面培養(yǎng)基
PDA培養(yǎng)基：取去皮的馬鈴薯150g，切成小塊，添加1L自來水煮沸1h后過濾，收集濾液添加15g葡萄糖定容至1L,調(diào)節(jié)pH至6.5，添加20g瓊脂煮沸至瓊脂融化，分裝于試管中，滅菌，制備得到試管斜面培養(yǎng)基。
2、液體一級種子培養(yǎng)基：
取去皮的馬鈴薯150g，切成小塊，添加1L自來水煮沸1h后過濾，收集濾液添加15g葡萄糖定容至1L，調(diào)節(jié)pH至6.5，分裝于試管中，滅菌，制備得到液體一級種子培養(yǎng)基。
2、液體二級種子培養(yǎng)基：取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-5％的麩皮，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-2％的葡萄糖，其余為水，混合，滅菌，制備得到液體二級種子培養(yǎng)基。
4、固體發(fā)酵生產(chǎn)用的固體培養(yǎng)基：
取2～5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的豆粕、1～3％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的葡萄糖、其余為麩皮和米糠的混合物；其中，麩皮和米糠的混合物的質(zhì)量配比為：麩皮：米糠為4:6～7:3。滅菌備用。
使用上述四份備用的培養(yǎng)基，進行以下實施例：
實施例1：
第一步，一級種子的制備：
1)活化：
將4℃保藏的菌種進行斜面活化：分別將中華米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437和黑曲霉CGMCC3.6469接種于PDA斜面，于35℃的條件下進行活化，得到活化后的中華米根霉、米曲霉和黑曲霉。
2)分別從活化后的試管斜面上挑取活化的中華米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437和黑曲霉CGMCC3.6469，將活化后的中華米根霉、米曲霉和黑曲霉分別接種于PDA液體培養(yǎng)基中。于35℃、200rpm的條件下培養(yǎng)4天，分別制備得到中華米根霉一級種子、米曲霉一級種子和黑曲霉一級種子；
第二步，二級種子的制備：
分別將第一步培養(yǎng)得到的中華米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437、黑曲霉CGMCC3.6469，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的接種量接種到液體發(fā)酵罐中發(fā)酵，發(fā)酵條件控制為：溫度35℃，通氣量為2L/min，攪拌轉(zhuǎn)速300rpm，裝料系數(shù)為75％，壓力0.1MPa發(fā)酵4天，分別制備得到中華米根霉二級種子、米曲霉二級種子和黑曲霉二級種子；
第三步，固體發(fā)酵生產(chǎn)：
分別將第二步得到的中華米根霉二級種子、米曲霉二級種子和黑曲霉二級種子接種于固體培養(yǎng)基中進行固體發(fā)酵，控制固體培養(yǎng)基水分在58％，培養(yǎng)溫度40℃，培養(yǎng)5天，分別制備得到中華米根霉單一菌劑、米曲霉單一菌劑和黑曲霉單一菌劑；
第四步，菌劑復(fù)合：
分別將第三步得到的中華米根霉單一菌劑、米曲霉單一菌劑和黑曲霉單一菌劑，按照重量份為：中華米根霉20重量份、米曲霉30重量份、黑曲霉50重量份的比例進行混合，制備得到用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑。
所獲得的預(yù)處理菌劑經(jīng)檢測，每克該微生物菌劑中有效活菌含量在1.5×109CFU。蛋白酶活性為800U/g，糖化酶活性為162U/g，纖維素酶活性為88U/g。
實施例2
第一步，一級種子的制備：
1)活化：
將4℃保藏的菌種進行斜面活化：分別將中華米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437和黑曲霉CGMCC3.6469接種于PDA斜面，于37℃的條件下進行活化，得到活化后的中華米根霉、米曲霉和黑曲霉。
2)分別從活化后的試管斜面上挑取活化的中華米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437和黑曲霉CGMCC3.6469，將活化后的中華米根霉、米曲霉和黑曲霉分別接種于PDA液體培養(yǎng)基中。于40℃、105rpm的條件下培養(yǎng)4天，分別制備得到中華米根霉一級種子、米曲霉一級種子和黑曲霉一級種子。
第二步，二級種子的制備：
分別將第一步培養(yǎng)得到的中華米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437、黑曲霉CGMCC3.6469，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的接種量接種到液體發(fā)酵罐中發(fā)酵，發(fā)酵條件控制為：溫度40℃，通氣量控制為2.5L/min，攪拌轉(zhuǎn)速250rpm，裝料系數(shù)控制為75％，壓力0.15MPa，發(fā)酵4天，分別制備得到中華米根霉二級種子、米曲霉二級種子和黑曲霉二級種子；
第三步，固體發(fā)酵生產(chǎn)：
分別將第二步得到的中華米根霉二級種子、米曲霉二級種子和黑曲霉二級種子接種于固體培養(yǎng)基中進行固體發(fā)酵，控制固體培養(yǎng)基水分在85％，培養(yǎng)溫度在40℃，培養(yǎng)5天，分別制備得到中華米根霉單一菌劑、米曲霉單一菌劑和黑曲霉單一菌劑。
第四步，菌劑復(fù)合：
分別將第三步得到的中華米根霉單一菌劑、米曲霉單一菌劑和黑曲霉單一菌劑，按照重量份為：中華米根霉50重量份，米曲霉10重量份、黑曲霉40重量份的比例進行混合，制備得到用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼氣預(yù)處理的微生物菌劑。
所獲得的預(yù)處理菌劑經(jīng)檢測，每克該微生物菌劑中有效活菌含量在5×108CFU。蛋白酶活性為600U/g，糖化酶活性為106U/g，纖維素酶活性為150U/g。
檢驗例
將實施例一制備得到的生活垃圾厭氧產(chǎn)沼預(yù)處理微生物菌劑，用于生活垃圾厭氧產(chǎn)沼前段水解過程中。生活垃圾可降解有機質(zhì)為20kg，添加預(yù)處理菌劑100g，在攪拌轉(zhuǎn)速為150rpm、溫度35℃、加水量40L的條件下進行生活垃圾可降解有機質(zhì)的水解預(yù)處理實驗，同時進行不添加預(yù)處理菌劑對照實驗組(CK)，以干物質(zhì)的降解率為評價指標(biāo)，得到如下的試驗結(jié)果：
實驗表明，添加厭氧產(chǎn)沼預(yù)處理微生物菌劑的效果明顯，添加菌劑組干物質(zhì)的降解率達到60％以上，而未添加菌劑對照組的干物質(zhì)降解率只有30％左右，添加微生物菌劑的干物質(zhì)的降解率較未添加菌劑高出一倍。此外，實驗證明，添加微生物菌劑對物料進行厭氧產(chǎn)沼氣實驗，產(chǎn)沼氣率達到了72％。而未添加菌劑對照組時，其產(chǎn)沼氣率僅為40％。
將實施例二制備得到的生活垃圾厭氧產(chǎn)沼預(yù)處理微生物菌劑進行了同樣的實驗，實驗結(jié)果相似。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護范圍。