本發明屬于應用生物技術領域，具體涉及一種用于生活垃圾厭氧產沼氣預處理的微生物菌劑及其制備方法。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高，產生的生活垃圾量越來越大，而且生活垃圾中的有機物質含量越來越高，國內一些大城市如北京、上海等地的生活垃圾中，其有機質的含量在60％以上，一般中小型城市的生活垃圾有機質含量也在50％以上，如果生活垃圾得不到妥善的處理，將會給自然環境帶來巨大的污染，生態遭到嚴重的破壞。如：生活垃圾產生的臭氣帶來大氣污染，產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，然而，填埋技術也存在如上一些問題，且填埋場需占用大量的地方，周邊環境惡化嚴重。生活垃圾堆肥及厭氧發酵產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濟效益，為此，國內也有許多生活垃圾厭氧產沼氣項目的建設及營運，但是，這些項目普遍存在以下問題：產沼率低。產沼率低的原因較多，其中比較重要的一個原因是：產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，物料干物質的降解率比較低。
可見，如何有效提高生活垃圾厭氧產沼氣量，具有重要意義。
技術實現要素：
針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種用于生活垃圾厭氧產沼氣預處理的微生物菌劑及其制備方法，可有效解決上述問題。
本發明采用的技術方案如下：
本發明第一目的提供一種用于生活垃圾厭氧產沼氣預處理的微生物菌劑，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。U/g為每克酶蛋白所具有的酶活力。
本發明第二目的為提供一種用于生活垃圾厭氧產沼氣預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液體培養基中，于28-45℃的條件下培養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，按照質量分數為10％～20％的接種量接種到液體發酵罐的培養基中發酵，其中，發酵條件控制為：溫度28～45℃，通氣量0.5～2L/min，攪拌轉速300～500rpm，裝料系數為75％，壓力0.05～0.15MPa，發酵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，固體發酵生產：
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基中進行固體發酵，其中，固體培養基水分為50～80％，培養溫度為28～40℃，培養時間為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沼氣預處理的微生物菌劑：
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。
優選的，第二步中，二級種子制備時所用的培養基組成為：2～5％質量分數的麩皮，1～2％質量分數的葡萄糖，其余為水。
優選的，第三步中所采用的固體培養基組成為：2～5％質量分數的豆粕、1～3％質量分數的葡萄糖、其余為麩皮和米糠的混合物。
優選的，對于所述麩皮和米糠的混合物，其質量比為：麩皮：米糠為4:6～7:3。
本發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的微生物，各組分微生物分別培養后，再按一定的比例混合，即制備得到生活垃圾產沼預處理微生物菌劑。
所選用的菌種特性及功能如下：
1)米曲霉：具有產酸性蛋白酶的功能，能夠催化生活垃圾中蛋白類物質水解成為多肽及氨基酸類物質。
2)中華米根霉：具有產淀粉酶、糖化酶等特點，能夠催化生活垃圾中的電粉類物質的水解生成葡萄類物質。
3)黑曲霉：同時具有產纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶的能力。能夠加速生活垃圾中的纖維素、淀粉、蛋白質的降解。
本發明提供的用于生活垃圾厭氧產沼氣預處理的微生物菌劑及其制備方法具有以下優點：
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快速降解，縮短發酵周期，提高厭氧產沼氣率，而且所采用的菌種都是環境友好型的微生物，不會對環境造成不利影響。
附圖說明
圖1為本發明提供的生活垃圾厭氧產沼氣預處理的微生物菌劑制備方法的流程圖。
具體實施方式
為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明提供一種用于生活垃圾厭氧產沼氣預處理的微生物菌劑，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沼氣預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液體培養基中，于28-45℃的條件下培養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，按照質量分數為10％～20％的接種量接種到液體發酵罐的培養基中發酵，其中，發酵條件控制為：溫度28～45℃，通氣量0.5～2L/min，攪拌轉速300～500rpm，裝料系數為75％，壓力0.05～0.15MPa，發酵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，固體發酵生產：
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基中進行固體發酵，其中，固體培養基水分為50～80％，培養溫度為28～40℃，培養時間為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沼氣預處理的微生物菌劑：
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。
與現有技術相比，本發明提供的用于生活垃圾厭氧產沼氣預處理的微生物菌劑及其制備方法具有以下優點：
1)工藝采用液態與固態相結合的工藝，克服了液態發酵工藝產生大量高COD、BOD廢水的問題，固態發酵的菌劑具有適應性強的特點，同時也賦予了產品保質期長的特點，產品保質期長達12個月。
2)菌劑的有效活菌數量高，每克產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，適應性強，能夠促進有機質快速降解，縮短發酵周期，提高厭氧產沼率，從而實現生活垃圾的減量化及資源化。而且所用的菌種都是環境友好型的微生物。
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，實現生活垃圾的無害化。
以下通過實施例對本發明做進一步的闡述
分別制備得到以下四種培養基，備用。
1、試管斜面培養基
PDA培養基：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,調節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基。
2、液體一級種子培養基：
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，調節pH至6.5，分裝于試管中，滅菌，制備得到液體一級種子培養基。
2、液體二級種子培養基：取質量分數為2-5％的麩皮，質量分數為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基。
4、固體發酵生產用的固體培養基：
取2～5％質量分數的豆粕、1～3％質量分數的葡萄糖、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液體培養基中。于35℃、200rpm的條件下培養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：
分別將第一步培養得到的中華米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437、黑曲霉CGMCC3.6469，按照質量分數為10％的接種量接種到液體發酵罐中發酵，發酵條件控制為：溫度35℃，通氣量為2L/min，攪拌轉速300rpm，裝料系數為75％，壓力0.1MPa發酵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，固體發酵生產：
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基中進行固體發酵，控制固體培養基水分在58％，培養溫度40℃，培養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沼氣預處理的微生物菌劑。
所獲得的預處理菌劑經檢測，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液體培養基中。于40℃、105rpm的條件下培養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：
分別將第一步培養得到的中華米根霉CGMCC3.5842、米曲霉CGMCC3.4437、黑曲霉CGMCC3.6469，按照質量分數為10％的接種量接種到液體發酵罐中發酵，發酵條件控制為：溫度40℃，通氣量控制為2.5L/min，攪拌轉速250rpm，裝料系數控制為75％，壓力0.15MPa，發酵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，固體發酵生產：
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基中進行固體發酵，控制固體培養基水分在85％，培養溫度在40℃，培養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沼氣預處理的微生物菌劑。
所獲得的預處理菌劑經檢測，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沼預處理微生物菌劑，用于生活垃圾厭氧產沼前段水解過程中。生活垃圾可降解有機質為20kg，添加預處理菌劑100g，在攪拌轉速為150rpm、溫度35℃、加水量40L的條件下進行生活垃圾可降解有機質的水解預處理實驗，同時進行不添加預處理菌劑對照實驗組(CK)，以干物質的降解率為評價指標，得到如下的試驗結果：
實驗表明，添加厭氧產沼預處理微生物菌劑的效果明顯，添加菌劑組干物質的降解率達到60％以上，而未添加菌劑對照組的干物質降解率只有30％左右，添加微生物菌劑的干物質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沼氣實驗，產沼氣率達到了72％。而未添加菌劑對照組時，其產沼氣率僅為40％。
將實施例二制備得到的生活垃圾厭氧產沼預處理微生物菌劑進行了同樣的實驗，實驗結果相似。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護范圍。