一种液体有机厨余垃圾处理和资源化利用的方法与流程

本发明属于资源再生技术领域，涉及一种厨余垃圾处理方法，具体涉及一种液体有机厨余垃圾处理和资源化利用的方法。

背景技术：

据统计我国目前人均每天产生有机厨余垃圾0.3公斤，14亿人每年产生1.5亿吨左右的有机厨余垃圾，家庭厨余垃圾占生活垃圾的比例在30％左右。随着人口增加和人们生活水平的提高，有机厨余垃圾产生量还将迅速增加，无害化处理和资源化利用有机厨余垃圾已经成为生态环境建设中的重要环节。

有机厨余垃圾是指厨余垃圾经过分筛，去除废餐具、塑料、纸巾以及大型骨头等垃圾后的厨余垃圾，它们主要来自餐桌残余(剩菜、剩饭等)和厨房、菜场残余(果皮、菜帮菜叶等)，其成分以蛋白质、淀粉、动植物脂肪、糖类、盐分为主。具备以下特点：一、成分复杂，大多含水、油、果皮、蔬菜、米面、鱼、肉等多种物质的混合物，营养元素丰富等；二、水分含量、有机物含量、盐分及油脂含量均高，容易腐烂发臭，物料臭味或异味严重；三、处理途径不能按工业废水处理，因为其有机物含量(cod)太高，没法使之降到向环境排放的标准(处理成本太高)，但如果不处理或随地弃置，将严重污染环境；四、具有资源化利用的价值，有机厨余废弃物不像其他垃圾，它不含有毒有害物质，其中唯一对植物生长不利的就是盐分(氯化钠)。发明人对稻田和菜园土壤施用液体有机厨余(每年每亩施用一吨，含干物量10％左右)，并进行了土壤剖面中氯化钠含量的检测，结果(图1)表明，不会增加稻田和菜园中任何土壤层次或地下水的氯化钠含量，反而，当季作物增产10-30％，而且明显改善作物品质和风味。

传统厨余处理工艺是先进行固液分离，固体部分直接烘干制成固体肥料，而数量巨大的液体部分采用厌氧-好氧生化处理后达标排放。由于厨余垃圾具有含水量高、酸性较强(ph3.5左右)、物料臭味或异味严重等特点，采用传统处理工艺不仅处理成本高昂，处理出来的肥料产品也达不到行业标准，导致企业处理环境差，无经济效益，绝大部分处理企业只能依靠政府补贴的形式来维持运转，否则就会半途夭折。处理企业的运行如果始终要靠政府补贴来维持，决不是一个长久之计。

近年来，液体有机厨余垃圾直接发酵处理工艺正在逐步替代固液分离烘干工艺，但是该工艺存在发酵时间长(一个月以上)、较难去除物料臭味或异味等问题，导致液体有机厨余直接发酵处理工艺效率不高、企业也是举步维艰。

技术实现要素：

本发明的目的是针对厨余垃圾处理工艺存在的问题，提供一种液体有机厨余垃圾处理和资源化利用的方法，该方法利用复合微生物快速处理液体有机厨余垃圾，既能缩短发酵时间，又能去除异味，其发酵产物还能促进作物生长。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种液体有机厨余垃圾处理和资源化利用的方法，包括：调节液体厨余垃圾的初始ph至5.0～8.2，接种保藏号为cgmccno.3309的烟曲霉(aspergillusfumigatus)njz5菌液、保藏号为cgmccno.3183的枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)njn-6菌液、保藏号为cgmccno.5808的解淀粉芽孢杆菌(bacillusamyloliquefaciens)sqr9菌液，接种功能菌后，每3～4个小时通入除菌空气4～8分钟，确保液体处于好氧发酵状态，发酵处理过程中控制液体厨余垃圾的温度不低于30℃，ph不小于5.0。

优选的，调节液体厨余垃圾的ph至6.0～7.5，发酵处理过程中控制液体厨余垃圾的初始ph不小于5.0。

本发明采用液氨或生石灰调节液体厨余垃圾的ph，从安全角度和成本角度考虑，优选为生石灰，同时生石灰中的钙，还能为微生物提供钙素营养。一般的，向分筛后的液体有机厨余垃圾加入0.3～0.4％(重量/体积，w/v)的生石灰，搅拌混匀6h，使液体厨余垃圾的ph值在6.0～7.0，每天定期监测ph，在处理过程期间如果液体厨余垃圾的ph小于5.0，再适量加入固体生石灰。

接种功能菌后，使液体有机厨余垃圾中烟曲霉njz5的干菌丝密度不低于50mg/l，枯草芽孢杆菌njn-6密度不低于6×10⁶cfu/ml、解淀粉芽孢杆菌sqr9密度不低于6×10⁶cfu/ml，搅拌混匀，让功能菌生长。

所述的烟曲霉njz5菌液的干菌丝密度不低于6.0g/l。所述的烟曲霉njz5菌液是由以下制备方法制得的，包括：

菌体活化：取出-80℃保藏的烟曲霉njz5孢子，用接种环接种到固体pda平板上，45℃培养48h，活化；其中，固体pda平板的配方为：马铃薯200g，葡萄糖20g，琼脂20g，加水至1000ml，自然ph。

孢子悬液制备：将活化的菌种接种到固体pda培养基中，45℃条件下培养3～4天，无菌条件下加入高温灭菌的0.9％nacl溶液，120rpm震荡约30min后，用两层无菌纱布过滤除去菌丝及孢子囊，制得孢子悬液；其中，固体pda培养基和nacl溶液的体积比为5:1；

培养：将孢子悬液接种至pda液体培养基，至终浓度为1x10⁷个/ml，于45℃、200rpm摇床振荡培养，即得干菌丝密度为10.0-12.0g/l的烟曲霉njz5菌液；其中，pda液体培养基的配方为：马铃薯200g，葡萄糖20g，加水至1000ml，自然ph。

所述的枯草芽孢杆菌njn-6菌液的密度为10¹⁰cfu/ml。所述的枯草芽孢杆菌njn-6菌液按照中国专利cn101659934a进行制备：将菌株njn-6接种到pda培养液进行发酵生产，发酵生产条件为：ph为6.0～7.0，培养温度30～35℃，搅拌速度为180～300转/分钟，获得密度为10¹⁰cfu/ml的枯草芽孢杆菌njn-6菌液；其中，pda培养液配制：以配制1l的量为例：200g土豆削皮后切成小块放到水里煮，沸腾后煮30min，经过四层医用纱布过滤后向滤液中加20g蔗糖，定容至1000ml，ph值调至7.2～7.4，121℃灭菌20min。

所述的解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液的密度为10¹⁰cfu/ml。所述的解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液按照中国专利申请cn101659934a进行制备：挑取sqr9单菌落于landy培养基中，在温度37℃、转速170rpm下培养12h得种子液；按1％的接种量将种子液转接到新鲜的landy培养基中，在温度37℃、转速170rpm下发酵培养12h，发酵结束后5700r/min离心7min，用无菌水重悬菌体，得到密度为10¹⁰cfu/ml的解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液。其中，landy培养基，1l培养基的配法为：1、葡萄糖40g，115℃灭菌30min。2、mgso4·7h2o0.5g；kh2po41g；kcl0.2g；mnso4·h2o10mg；feso4·7h2o5mg；cuso4·5h2o0.2mg；酵母粉1g；l-丙氨酸2mg；l-谷氨酸5g，用5m的naoh调制ph＝6.7，115℃灭菌30min；1、2分别灭菌后混合在一起。

优选的，按接种量2％(v/v)向调整ph后的液体有机厨余垃圾中加入烟曲霉njz5菌液；按接种量2％(v/v)向调整ph后的液体有机厨余垃圾中加入枯草芽孢杆菌njn-6菌液；按接种量2％(v/v)向调整ph后的液体有机厨余垃圾中加入解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液。

优选的，接种功能菌后，每3个小时通入除菌空气5分钟。所述的除菌空气是由空气经过除菌空气过滤器通入液体厨余垃圾，通常由一个空压泵(带有定时控制器)和除菌空气过滤器实现除菌空气的通入。

通常根据发酵液体温度是否升高来衡量液体中微生物分解有机物的快慢，当室温在15℃以下时，液体有机厨余的发酵温度不超过30℃；当室温在15-30℃时，液体有机厨余的发酵温度达到30-45℃；当室温大于30℃时，液体有机厨余的发酵温度达到50℃，表明处理罐中的功能微生物处于活跃的分解状态，处理效率比较高。

优选的，所述的液体有机厨余垃圾的温度为30℃～50℃。

所述的好氧发酵在敞开的容器中处理，调整ph值后接种三种功能菌，通气，好氧发酵处理第3天，液体厨余垃圾就没有臭味和异味。

所述的好氧发酵的时间为7～15天；优选为10天。经过好氧发酵处理后，有机厨余垃圾没有任何臭味和异味，发酵产物清亮，其中枯草芽孢杆菌密度达到10⁹cfu/ml，解淀粉芽孢杆菌密度达到10⁷cfu/ml，烟曲霉菌丝密度达到210.0mg/l，就能满足用于生产商品液体复合微生物肥料原料的要求。因此，作为本发明液体有机厨余垃圾处理和资源化利用的方法的进一步优选方案，好氧发酵得到的产物在制备液体复合微生物肥料的应用。

本发明的有益效果

本发明利用复合微生物快速处理液体有机厨余垃圾，能够将液体厨余垃圾中的物质全部分解，实现无害化利用的目标，使处理时间缩短至10天，处理10天后的液体有机厨余或直接施入农田土壤，增产提质效果明显，或制成商品液体复合微生物肥料，使之更具高附加值。

附图说明

图1为不同剖面土层土壤中氯化钠含量；其中，a:0-15厘米；b:15-70厘米；c:70-110厘米；1号、2号、3号、4号、10号为施用液体厨余垃圾的不同试验点水稻田土壤，5号、6号、11号为未施用液体厨余垃圾的水稻田；7号为施用液体厨余垃圾的大棚菜园土，8号为未施用液体厨余垃圾的大棚菜园土，9号为施用液体厨余垃圾的露天菜园土。

生物保藏信息

njz5，分类命名为烟曲霉(aspergillusfumigatus)，2009年9月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为：北京市朝阳区大屯路，中国科学院微生物研究所，保藏号为cgmccno.3309。

njn-6，分类命名为枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)，2009年7月9日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为：北京市朝阳区大屯路，中国科学院微生物研究所，保藏号为cgmccno.3183。

sqr9，分类命名为解淀粉芽孢杆菌(bacillusamyloliquefaciens)，2012年2月27日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏号为cgmccno.5808。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

烟曲霉njz5菌液的制备，包括：菌体活化：取出-80℃保藏的烟曲霉njz5孢子，用接种环接种到固体pda平板上，45℃培养48h，活化；孢子悬液制备：将活化的菌种接种到装有50ml固体pda培养基的250ml的三角瓶中，45℃条件下培养3～4天，无菌条件下加入10ml高温灭菌的0.9％nacl溶液，120rpm震荡约30min后，用两层无菌纱布过滤除去菌丝及孢子囊，制得孢子悬液；培养：用250ml三角瓶，装入50mlpda液体培养基，接入孢子悬液接至终浓度为1×10⁷个/ml，于45℃、200rpm摇床振荡培养24h，即得干菌丝密度为8.0g/l的烟曲霉njz5菌液。其中，固体pda平板的配方为：马铃薯200g，葡萄糖20g，琼脂20g，加水至1000ml，自然ph；pda液体培养基的配方为：马铃薯200g，葡萄糖20g，加水至1000ml，自然ph。

枯草芽孢杆菌njn-6菌液的制备：将菌株njn-6接种到pda培养液进行发酵生产，发酵生产条件为：ph为6.0～7.0，培养温度30～35℃，搅拌速度为180～300转/分钟，获得密度为10¹⁰cfu/ml的枯草芽孢杆菌njn-6菌液；其中，pda培养液配制：以配制1l的量为例：200g土豆削皮后切成小块放到水里煮，沸腾后煮30min，经过四层医用纱布过滤后向滤液中加20g蔗糖，定容至1000ml，ph值调至7.2～7.4，121℃灭菌20min。

解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液的制备：挑取sqr9单菌落于landy培养基中，在温度37℃、转速170rpm下培养12h得种子液；按1％的接种量将种子液转接到新鲜的landy培养基中，在温度37℃、转速170rpm下发酵培养12h，发酵结束后5700r/min离心7min，用无菌水重悬菌体，得到密度为10¹⁰cfu/ml的解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液。其中，landy培养基，1l培养基的配法为：1、葡萄糖40g，115℃灭菌30min。2、mgso4·7h2o0.5g；kh2po41g；kcl0.2g；mnso4·h2o10mg；feso4·7h2o5mg；cuso4·5h2o0.2mg；酵母粉1g；l-丙氨酸2mg；l-谷氨酸5g，用5m的naoh调制ph＝6.7，115℃灭菌30min；1、2分别灭菌后混合在一起。

实施例1

取8份液体有机厨余垃圾(下同)分别加入处理罐中，分别加入不同量的固体生石灰粉末(如表1)，搅拌混匀6小时，测定ph值。在室温32℃下，向调整ph后的液体有机厨余垃圾中接入烟曲霉njz5菌液(干菌丝密度为8.0g/l)、枯草芽孢杆菌njn-6菌液(密度为10¹⁰cfu/ml)、解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液(密度为10¹⁰cfu/ml)，每种功能菌的接种量均为2％(v/v)，接种功能菌后，每3个小时通入除菌空气5分钟，确保液体处于好氧发酵状态，处理7天。

根据三种功能菌的培养条件，分别将8份经发酵处理的液体厨余垃圾涂布到对应的平板上，观察菌株生长情况。烟曲霉培养条件：固体pda平板，培养温度为45℃；枯草芽孢杆菌培养条件：固体pda平板，培养温度为30～35℃；解淀粉芽孢杆菌培养条件：landy培养基，培养温度为37℃。

从表1可看出，添加生石灰粉末后搅拌6小时，随着中和液体有机厨余垃圾酸性的生石灰用量的增加，液体ph值也显著增加，当添加量达到0.4％(每1000升液体添加4kg生石灰)时，液体ph值达到6.38，此时烟曲霉生长达到最好，芽孢杆菌生长良好，当生石灰添加量为0.5％(ph为8.14)时，烟曲霉的生长状况已不如生石灰添加量为0.4％(ph为6.38)，而芽孢杆菌生长达到最好。因此，根据三种功能菌的生长情况和液体有机厨余垃圾干物含量的不同可确定生石灰用量选在3～5kg/1000l液体厨余垃圾为较佳，即调节液体厨余垃圾的初始ph在5.0～8.2为较佳；尤其是生石灰用量选在4kg/1000l液体厨余垃圾为最佳，即调节液体厨余垃圾的初始ph在6～7.5为最佳。

表1:不同生石灰用量^*1对液体有机厨余垃圾ph和三株菌生长^*2的影响

注：^*1：生石灰添加量为：重量(生石灰)/体积(液体厨余)×％。

^*2：“---”表示生长抑制率为70-100％(10个涂布平板重复中有1-3个平板长出菌来)，--”表示生长抑制率为30-70％(10个涂布平板重复中有3-7个平板长出菌来)，“-”表示生长抑制率为0-30％(10个涂布平板重复中有7-10个平板长出菌来)，“+”表示开始生长(10个涂布平板重复中有9-10个平板长出菌来)，“++”表示生长良好(10个涂布平板重复中每个平板都长出菌来)，“+++”表示生长最好(10个涂布平板重复中每个平板都长出菌来，而且菌的数量达到最多)。

实施例2

取9份液体有机厨余垃圾(同实施例1)分别加入处理罐中，按照0.4％的投加量加入固体生石灰粉末，搅拌混匀6小时。在室温32℃下，向调整ph后的液体有机厨余垃圾中接入烟曲霉njz5菌液(干菌丝密度为8.0g/l)、枯草芽孢杆菌njn-6菌液(密度为10¹⁰cfu/ml)、解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液(密度为10¹⁰cfu/ml)，每种功能菌的接种量均为2％(v/v)，接种功能菌后，按照表2，每3个小时通入除菌空气，确保液体处于好氧发酵状态，处理7天。

根据三种功能菌的培养条件，分别将9份经发酵处理的液体厨余垃圾涂布到对应的平板上，观察菌株生长情况。烟曲霉培养条件：固体pda平板，培养温度为45℃；枯草芽孢杆菌培养条件：固体pda平板，培养温度为30～35℃；解淀粉芽孢杆菌培养条件：landy培养基，培养温度为37℃。

由表2可知，处理罐中液体通气状况也显著影响三株功能菌的生长，在每3小时通气5分钟情况下，就能使三株菌的生长达到最好状态。

表2:通气时间对三株菌在液体有机厨余垃圾中的生长状态^*1

注：^*1：所有液体厨余垃圾均加入0.4％的生石灰后接种三种功能微生物。

“---”表示生长抑制率为70-100％(10个涂布平板重复中有1-3个平板长出菌来)，“--”表示生长抑制率为30-70％(10个涂布平板重复中有3-7个平板长出菌来)，“-”表示生长抑制率为0-30％(10个涂布平板重复中有7-10个平板长出菌来)，“+”表示开始生长(10个涂布平板重复中有9-10个平板长出菌来)，“++”表示生长良好(10个涂布平板重复中每个平板都长出菌来)，“+++”表示生长最好(10个涂布平板重复中每个平板都长出菌来，而且菌的数量达到最多)。

实施例3

在不同室温2℃、12℃、22℃、32℃下，取液体有机厨余垃圾(同实施例1)分别加入处理罐中，按照0.4％的投加量加入固体生石灰粉末，搅拌混匀6小时。向调整ph后的液体有机厨余垃圾中接入烟曲霉njz5菌液(干菌丝密度为8.0g/l)、枯草芽孢杆菌njn-6菌液(密度为10¹⁰cfu/ml)、解淀粉芽孢杆菌sqr9菌液(密度为10¹⁰cfu/ml)，每种功能菌的接种量均为2％(v/v)，接种功能菌后，每3个小时通入除菌空气5分钟，确保液体处于好氧发酵状态，每天定期监测ph，适量加入固体生石灰调节液体厨余垃圾的ph不小于5.0，处理10天，检测液体中菌密度。

通常根据发酵液体温度是否升高来衡量液体中微生物分解有机物的快慢，从表3可看出，在室温2℃(冬季)条件下，与不接种相比，接种功能微生物能使液体温度高6℃左右，能使最终液体菌的密度高出1-3倍，但均在同一个数量级范围内；在室温12℃(春季或深秋季)条件下，与不接种相比，接种功能微生物能使液体温度高8-9℃，能使最终液体菌的密度高出3倍或高出一个数量级；在室温22℃(初夏季或初秋季)条件下，与不接种相比，接种功能微生物能使液体温度高6-11℃，能使最终液体中菌的密度高出一个或两个数量级，并且发酵产物液体清亮；在室温32℃(盛夏季)条件下，与不接种相比，接种功能微生物能使液体温度高12-15℃，能使最终液体中菌的密度高出一个或两个数量级，即烟曲霉菌丝干重达到210.0mg/l，解淀粉芽孢杆菌数量达到9×10⁷cfu/ml，而枯草芽孢杆菌数量则高达4×10⁹cfu/ml，功能微生物菌种达到这些密度，同时发酵产物液体清亮，液体厨余经发酵处理后就变成了制造液体复合微生物肥料的上等原料。

上述结果表明在敞开的容器中进行液体有机厨余垃圾发酵时，最好能维持一定的室温(15℃以上)，即液体有机厨余的发酵温度在30℃以上，以便提高液体有机厨余垃圾的处理效率。

表3：罐体中液体温度与发酵结束后液体中三种功能菌密度^*

*：所有液体均加入0.4％的生石灰后接种三种功能微生物，处理过程中每3小时通入无菌空气5分钟。

对比例1

取6份液体有机厨余垃圾(同实施例1)分别加入处理罐中，记为处理1、处理2、处理3、处理4、处理5、处理6，按照0.4％的投加量加入固体生石灰粉末，搅拌混匀6小时。在室温32℃下，按照表4接种功能菌，每种功能菌的接种量均为2％(v/v)，接种功能菌后，每3个小时通入除菌空气5分钟，处理7天后，检测液体中菌密度。发现：液体厨余垃圾仍然分层(油脂浮在液体表层，其他悬浊液在油脂下层)，浑浊，散发着刺鼻的泔水油/泔水特有的异味；经相关检测表明单一功能菌或者是两两复配的功能菌的数量基本低于最初的相关添加量。处理10天后，液体厨余垃圾与处理7天后的无显著区别，仍然分层，浑浊，散发着更加刺鼻的泔水油/泔水特有的异味。说明添加单一功能菌或者是两两复配的功能菌后，液体厨余垃圾仍然没有被分解。

表4：罐体中接种不同功能菌及其生长情况