本發(fā)明屬于垃圾發(fā)酵處理工藝，尤其涉及一種農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵菌劑及其使用方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
農(nóng)村生活垃圾及其影響城市形象和文明建設(shè)，目前農(nóng)村生活垃圾的處理方法基本分為：掩埋、焚燒和堆積發(fā)酵。掩埋方法處理農(nóng)村生活垃圾需要消耗大量的空地，而且該方法屬于逃避性的解決方案，并沒有真正意義上的對農(nóng)村生活垃圾進(jìn)行分解處理，同時農(nóng)村生活垃圾中的重金屬污染物會再次造成土壤污染；焚燒可以有效的處理農(nóng)村生活垃圾，但是該方法不僅會生產(chǎn)大量的污染性煙氣和致癌產(chǎn)物二噁英，而且也造成農(nóng)村生活垃圾中可回收資源的損失，不符合我國可持續(xù)發(fā)展的需要。堆積發(fā)酵的方法是采用發(fā)酵菌劑對農(nóng)村生活垃圾進(jìn)行分解性處理，能夠?qū)⑵渲械挠袡C物最大限度循環(huán)利用，是目前農(nóng)村生活垃圾處理方法中適用性較強的一種。但是農(nóng)村生活垃圾在堆積發(fā)酵時存在如下弊端：1）發(fā)酵時間長達(dá)2-4個月，發(fā)酵期間會產(chǎn)生難聞的異味；2）農(nóng)村生活垃圾中本身存有多種雜菌、病原體和蚊蠅蟲卵，發(fā)酵過程中會造成病菌繁衍和蚊蟲滋生，對周邊的環(huán)境造成嚴(yán)重的不利影響；3）農(nóng)村生活垃圾使用的菌劑成本較高，導(dǎo)致堆積發(fā)酵的成本難以降低。
因此，如何解決上述弊端，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中公開了很多技術(shù)方案，多采用復(fù)配的菌劑提高發(fā)酵效率，同時利用短期發(fā)酵即得的高溫來滅殺病菌和蟲卵，如公開號為CN1724480A的專利文獻(xiàn)，通過采用垃圾滲透液定向馴化的菌劑來提高發(fā)酵效率，但是其制備方法復(fù)雜，這明顯導(dǎo)致菌劑成本提高；公開號為CN102765972A專利文獻(xiàn)，通過采用新型種類和組分的復(fù)配菌劑協(xié)同處理農(nóng)村生活垃圾，可以有效加快農(nóng)村生活垃圾的發(fā)酵效率；能夠起到同樣的效果的還有公開號為CN101993831A、CN101787350A等專利文獻(xiàn)，但是上述技術(shù)方案皆存在一個問題，即利用發(fā)酵時產(chǎn)生的高溫對蚊蟲、雜菌和病原體進(jìn)行滅殺，這種滅殺效果很難保持穩(wěn)定性，而且對農(nóng)村生活垃圾中的重金屬處理并不到位，所以其將農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵處理成堆肥后，該堆肥在使用過程中存在夾雜病菌和重金屬的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵菌劑及其使用方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的發(fā)酵菌劑可以加快農(nóng)村生活垃圾的發(fā)酵效率，同時對農(nóng)村生活垃圾中的重金屬進(jìn)行轉(zhuǎn)化并高效滅殺病菌。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵菌劑，所述菌劑主要由枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌、纖維素酶和蛋白酶配制而成。
優(yōu)選的，所述菌劑由如下質(zhì)量份原料制成：
枯草芽孢桿菌1-3份、地衣芽孢桿菌0.5-1.5份、酵母菌1-3份、側(cè)孢芽孢桿菌0.5-1.5份、纖維素酶0.2-1份和蛋白酶0.5-1.5份。
優(yōu)選的，所述菌劑由如下質(zhì)量份原料制成：枯草芽孢桿菌2份、地衣芽孢桿菌1份、酵母菌2份、側(cè)孢芽孢桿菌1份、纖維素酶0.5份和蛋白酶1份。
采用上述農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵菌劑處理農(nóng)村生活垃圾的方法，步驟如下：將農(nóng)村生活垃圾中的石塊、塑料、玻璃和金屬雜質(zhì)分揀后，將所述菌劑按照300-500g/t的質(zhì)量比并于有氧環(huán)境下接種至分揀后的農(nóng)村生活垃圾中處理10-16天即可。
優(yōu)選的，采用上述農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵菌劑處理農(nóng)村生活垃圾的方法，步驟如下：將農(nóng)村生活垃圾中的石塊、塑料、玻璃和金屬雜質(zhì)分揀后，將垃圾于130-160℃高溫下加熱2-3h后冷卻至室溫，然后將所述菌劑按照300-500g/t的質(zhì)量比并于有氧環(huán)境下接種至生活垃圾中處理22-24h即可。
現(xiàn)將農(nóng)村生活垃圾于130-160℃（優(yōu)選150℃）高溫下進(jìn)行微生物滅活，再配合菌劑對垃圾中原帶微生物的滅殺，可以最大限度地消除垃圾中的雜菌、病原體和蟲卵。
上述農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵菌劑制備生物有機肥方向的應(yīng)用。
經(jīng)過發(fā)明人的系統(tǒng)研究和歸納，發(fā)現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾中的組分質(zhì)量組成大致如下：
水分30%、衣帽被褥纖維類物質(zhì)10%、木質(zhì)類物質(zhì)10%、玻璃類物質(zhì)5%、橡膠皮革類物質(zhì)5%、塑料類物質(zhì)3%、金屬電池類物質(zhì)2%、紙質(zhì)類物質(zhì)3%，其他（如廢棄食物、動物殘體）2%、渣土30%，因此發(fā)明人根據(jù)上述問題的總結(jié)和歸納，進(jìn)行方向性的菌劑復(fù)配，得到本發(fā)明所述農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵菌劑的組分及配比。
枯草芽孢桿菌，是芽胞桿菌屬的一種，可利用蛋白質(zhì)、多種糖及淀粉進(jìn)行分解色氨酸形成吲哚，主要針對農(nóng)村生活垃圾中的糖類物質(zhì)包括纖維素、木質(zhì)素等纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解處理；且枯草芽孢桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物的表面存在生物膜，這種生物膜形成了隔離層，垃圾中的污染物想要滲透入空氣或土壤中，就必須先到需要到達(dá)并且穿過該隔離層，所以該隔離層的存在可以有效地對垃圾中的污染如中重金屬離子和其他有機污染物進(jìn)行吸附，防止其進(jìn)入土壤和空氣之中。而且隨著工業(yè)企業(yè)在農(nóng)村的發(fā)展，農(nóng)村農(nóng)活垃圾中也含有大量的環(huán)芳烴，環(huán)芳烴主要為原油污染以及工業(yè)或民用煤不完全燃燒生成。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌作為接種微生物，對菲與苯并芘等環(huán)芳烴都可進(jìn)行吸附和生物降解，其中菲和苯并芘在常溫生物降解作用下分別被消除了98wt%和85wt%。
地衣芽孢桿菌，其細(xì)胞形態(tài)和排列呈桿狀、單生，具有較強的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，可以有效促進(jìn)農(nóng)村生活垃圾中纖維素類、脂類物質(zhì)降解。地衣芽孢桿菌能產(chǎn)生多種抗菌物質(zhì)，對一些植物病原菌有較好的抑制作用。因此，將其抗菌物質(zhì)開發(fā)為生物農(nóng)藥。成為研究的熱點。從20世紀(jì)80年代開始，將地衣芽孢桿菌應(yīng)用于植物病害防治的研究已經(jīng)起步。
地衣芽孢桿菌所產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)主要是一些蛋白類抗菌物質(zhì)(幾丁質(zhì)酶、抗菌蛋白、多肽類)。國外還有報道指出，地衣芽孢桿菌可產(chǎn)生苯乙酸一類的抗菌物質(zhì)?？咕镔|(zhì)抑制植物病原菌的途徑有：作用于病原菌的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜；與膜相關(guān)的受體蛋白相互作用；作用于能量代謝系統(tǒng)；提高植物的抗病能力。
側(cè)孢芽孢桿菌屬于常規(guī)的肥料發(fā)酵菌種，屬于芽孢桿菌屬，革蘭氏染色陽性，可變?yōu)殛幮?，芽孢為橢圓形，側(cè)生、中生或近中生，孢囊膨大，游離芽孢一邊比另一邊厚（獨木舟形）。其分泌大量蝕幾丁質(zhì)酶，破壞真菌的細(xì)胞壁和線蟲卵壁，使得原生質(zhì)體外流失活造成死亡；對弧菌、大腸桿菌和桿狀病毒等有害細(xì)菌具有很強的抑制作用。
酵母菌為單細(xì)胞真菌，可在有氧環(huán)境下將糖類物質(zhì)分解為CO2和H2O。
纖維素酶為復(fù)合酶，針對農(nóng)村生活垃圾中的纖維素類物質(zhì)處理，并將其轉(zhuǎn)化成葡萄糖。
蛋白酶針對農(nóng)村生活垃圾中的蛋白質(zhì)類物質(zhì)處理，并將其轉(zhuǎn)化為氨基酸。
本發(fā)明所述農(nóng)村生活垃圾發(fā)酵菌劑在對農(nóng)村生活垃圾進(jìn)行發(fā)酵分解處理時，包括有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化、垃圾原帶微生物滅殺和重金屬轉(zhuǎn)化，具體的如下：
1）有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化
農(nóng)村生活垃圾中的有機質(zhì)在菌劑的作用下進(jìn)行復(fù)雜的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化包括兩個過程即：①有機質(zhì)的礦質(zhì)化過程，即把復(fù)雜的有機質(zhì)分解成為簡單的物質(zhì)，最后生成二氧化碳、水和礦質(zhì)養(yǎng)分等；②有機質(zhì)的腐殖化過程，即有機質(zhì)經(jīng)分解再合成，生成更復(fù)雜的腐殖質(zhì)。上述兩個過程是同時進(jìn)行的，但方向相反，在不同條件下，各自進(jìn)行的強度有明顯的差別。
①有機質(zhì)的礦化作用
不含氮有機物如多糖化合物（淀粉、纖維素、半纖維素）等首先在蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶的作用下水解成單糖。葡萄糖在通氣良
好的條件下被枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌等迅速分解，且不易積累酒精、醋酸和草酸等中間產(chǎn)物，最終形成CO2和H2O，同時放出大量熱能；
含氮有機物如蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿、腐殖質(zhì)等。除腐殖質(zhì)外，大部分都會被上述菌劑容易被分解。例如蛋白質(zhì)，在蛋白酶作用下，
逐級降解并產(chǎn)生各種氨基酸，再經(jīng)氨化作用、硝化作用而分別形成銨鹽、硝酸鹽等可以被植物吸收利用的氮化合物；
含磷有機物可以在地衣芽孢桿菌的作用下，形成磷酸，成為植物能夠吸收利用的磷化合物；
含硫有機物經(jīng)菌劑的作用生成硫化氫，硫化氫在通氣良好的條件下被枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌氧化成硫酸，并和生成的鹽基作用形成硫酸鹽，不僅消除了硫化氫的毒害，還成為植物能夠吸收的硫素養(yǎng)料。
脂類及芳香類有機物如單寧、樹臘等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分解較慢，其最終產(chǎn)物也是CO2和水：木質(zhì)素是含植物性原料（如樹皮、木屑等），其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且穩(wěn)定，含芳香核，并以多聚形式存在于植物組織中，但在通氣良好的條件下，通過酵母菌的作用下可以進(jìn)行分解，其芳香核可變?yōu)轷突衔?，屬于再合成腐殖質(zhì)的原料之一。
②有機質(zhì)的腐殖化過程
本發(fā)明所述菌劑對農(nóng)村生活垃圾中的有機質(zhì)進(jìn)行兩個階段的作用：第一階段，將有機殘體分解形成組成腐殖質(zhì)分子的原始材料，如多元酚、含氮有機物（氫基酸、肽）等；第二階段，先由菌劑分泌的多酚氧化酶將多酚氧化成醌，然后醌與氨基酸或肽縮合而成腐殖質(zhì)單體。腐殖質(zhì)單體再進(jìn)一步相互縮合成為大小不等的分子。
2）垃圾原帶微生物滅殺
本發(fā)明所述菌劑處理農(nóng)村生活垃圾時，除了利用發(fā)酵生成的高溫對垃圾原帶微生物進(jìn)行滅殺之外，菌劑中的枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌還可對垃圾原帶微生物起到競爭、抗生和溶菌三方面的滅殺作用。
①競爭滅殺，主要包括營養(yǎng)競爭和位點競爭。營養(yǎng)和空間位點的競爭是指存在于同一微小生物環(huán)境中的兩個或兩個以上微生物之間爭奪這一環(huán)境內(nèi)的空間、營養(yǎng)、氧氣等的現(xiàn)象。地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌等具有較強的競爭和定殖能力，從而搶占病原菌的侵染位點，消耗其周圍養(yǎng)分，同時地衣芽孢桿菌具有獨特的生物奪氧作用機制，能抑制致病菌的生長繁殖，從而阻止和干擾病原菌的擴大繁殖，起到滅殺作用；
②抗生滅殺，經(jīng)過發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌的菌株代謝產(chǎn)物中存在多種有效的抗菌物質(zhì)。這些抗菌物質(zhì)可以在低濃度下就能溶解病原菌孢子的細(xì)胞壁或細(xì)胞膜，致使細(xì)胞壁穿孔、畸形等現(xiàn)象從而抑制孢子萌發(fā)，對病原微生物的生長和代謝產(chǎn)生抑制作用，從而來影響病原微生物的生存和活動，進(jìn)而起到滅殺效果。
③溶菌滅殺，經(jīng)過發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌可以吸附在病原菌的菌絲上，并隨著菌絲生長而生長，而后產(chǎn)生溶菌物質(zhì)造成病原菌的原生質(zhì)泄露使得其菌絲體斷裂，進(jìn)而實現(xiàn)滅殺效果。
（三）重金屬的的轉(zhuǎn)化
農(nóng)村生活垃圾中往往含有重金屬，主要包括汞、鉻、鎘、鉛、砷等。本發(fā)明菌劑中的枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌可以在重金屬的生物轉(zhuǎn)化中起到重要作用，通過直接和間接的作用去除重金屬。如重金屬一汞，菌劑通過無機汞(Hg2+)的甲基化、無機汞(Hg2+)還原成HgO、甲基汞和其他有機汞化合物的裂解并還原成HgO三個步驟，能夠?qū)o機汞和有機汞轉(zhuǎn)化為單質(zhì)汞。本發(fā)明所述菌劑雖然無法直接降解重金屬，但通過對重金屬的轉(zhuǎn)化，可以有效減輕垃圾處理后產(chǎn)物的毒性。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：
1）經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)研和分析工作，發(fā)現(xiàn)了農(nóng)村生活垃圾的具體組成，并根據(jù)農(nóng)村生活垃圾的具體組成進(jìn)行多次時間，來確定菌劑復(fù)配的組分和用量，最終采用枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌、纖維素酶和蛋白酶組成的菌劑，使得垃圾的自然發(fā)酵時間為10-16天，垃圾加熱后的發(fā)酵時間為22-24h，大大提高農(nóng)村生活垃圾的分解效率和分解后產(chǎn)物的肥效。
2）本發(fā)明所述菌劑，在對農(nóng)村生活垃圾中的有機物進(jìn)行分解的同時對垃圾中的原帶微生物進(jìn)行競爭、抗生和溶菌作用，配合發(fā)酵的高溫對原帶微生物進(jìn)行高效滅殺，提高農(nóng)村生活垃圾處理后生成的腐殖質(zhì)品質(zhì)；
3）本發(fā)明所述菌劑，可以對農(nóng)村生活垃圾中的有機物進(jìn)行分解的同時將呈毒副狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化為低毒和無毒狀態(tài)，如將二價汞離子轉(zhuǎn)化為汞單質(zhì)、將六價鉻離子轉(zhuǎn)化為三價鉻離子等，提高農(nóng)村生活垃圾處理后生成的腐殖質(zhì)安全性。
附圖說明
圖1為效果例中處理組和對照組的發(fā)酵溫度變化曲線圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實施例1
按質(zhì)量配比取枯草芽孢桿菌1份、地衣芽孢桿菌0.5份、酵母菌1份、側(cè)孢芽孢桿菌0.5份、纖維素酶0.2份和蛋白酶0.5份。
將農(nóng)村生活垃圾中的石塊、塑料、玻璃和金屬雜質(zhì)分揀后，將所述菌劑按照300g/t的質(zhì)量比并于有氧環(huán)境下接種至分揀后的農(nóng)村生活垃圾中即可，其中每克菌劑中活菌數(shù)不低于200億。
實施例2
按質(zhì)量配比取枯草芽孢桿菌3份、地衣芽孢桿菌1.5份、酵母菌3份、側(cè)孢芽孢桿菌1.5份、纖維素酶1份和蛋白酶1.5份。
將農(nóng)村生活垃圾中的石塊、塑料、玻璃和金屬雜質(zhì)分揀后，將所述菌劑按照500g/t的質(zhì)量比并于有氧環(huán)境下接種至分揀后的農(nóng)村生活垃圾中即可，其中每克菌劑中活菌數(shù)不低于200億。
實施例3
按質(zhì)量配比取枯草芽孢桿菌2份、地衣芽孢桿菌1份、酵母菌2份、側(cè)孢芽孢桿菌1份、纖維素酶0.5份和蛋白酶1份。
將農(nóng)村生活垃圾中的石塊、塑料、玻璃和金屬雜質(zhì)分揀后，將所述菌劑按照400g/t的質(zhì)量比并于有氧環(huán)境下接種至分揀后的農(nóng)村生活垃圾中即可，其中每克菌劑中活菌數(shù)不低于200億。
效果例：
將同一垃圾場的農(nóng)村生活垃圾分揀出磚石、玻璃、塑料和金屬后，均分后作為處理組和對照組的處理物進(jìn)行發(fā)酵發(fā)酵處理。對照組為自然發(fā)酵處理，處理組在自然發(fā)酵第3天接種實施例3所述菌劑4kg并攪拌均勻繼續(xù)發(fā)酵。處理組和對照組在溫度環(huán)境為31-35℃的室外空地進(jìn)行發(fā)酵，每天翻堆3次進(jìn)行通風(fēng)，發(fā)酵期間天氣良好均為晴天。
1）發(fā)酵溫度和時間
每天用溫度計測量對照組和處理組的發(fā)酵物中心溫度并作記錄如圖1所示，處理組在發(fā)酵處理的第9天到達(dá)最高溫度68.5℃，并在后續(xù)發(fā)酵過程中溫度下降，基本在第16天完成發(fā)酵。對照組在發(fā)酵處理的第9天到達(dá)最高溫度56℃，但是后續(xù)發(fā)酵溫度不穩(wěn)定且在第16天時繼續(xù)保持發(fā)酵狀態(tài)。經(jīng)過統(tǒng)計，對照組約在發(fā)酵3個月后溫度降至室溫且實現(xiàn)完全發(fā)酵。所以實施例3所述菌劑可以極大程度提高農(nóng)村生活垃圾的發(fā)酵效率并縮短發(fā)酵時間。
2）發(fā)酵后產(chǎn)物的重金屬含量檢測
根據(jù)有機肥NY525-2012的國標(biāo)檢測標(biāo)準(zhǔn)，分別對處理組發(fā)酵16天后產(chǎn)物及對照組發(fā)酵3個月后的產(chǎn)物進(jìn)行重金屬檢測，結(jié)果如表1所示：表1
由表1可得，經(jīng)過實施例3所述菌劑處理后的農(nóng)村生活垃圾，其中的砷、汞、鉛、鎘和鉻的含量有大幅度下降，這是由于菌劑對重金屬離子進(jìn)行了轉(zhuǎn)化和固化的結(jié)果。
3）發(fā)酵后產(chǎn)物的中微生物含量檢測
選取最具代表性的糞大腸菌群數(shù)和蛔蟲卵含量兩個項目，分別對處理組發(fā)酵16天后產(chǎn)物及對照組發(fā)酵3個月后的產(chǎn)物進(jìn)行檢測，結(jié)果如表2所示：
由表2可得，經(jīng)過實施例3所述菌劑處理后的農(nóng)村生活垃圾，其中的蛔蟲卵死亡率大幅度提高和糞大腸菌群數(shù)大幅度下降，這是由于菌劑對農(nóng)村生活垃圾中的原帶微生物進(jìn)行高效滅殺的結(jié)果。