一種餐廚垃圾厭氧消化快速啟動和高效運行的菌劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有機廢棄物處理技術領域，具體涉及一種餐廚垃圾厭氧消化快速啟動 和高效運行的菌劑。 技術背景
[0002] 中國每年產生數量驚人的餐廚垃圾。據統計，僅2011年全國的餐廚垃圾產量為8 千萬噸以上（2012年中國統計年鑒)，而且呈逐年上漲的趨勢。餐廚垃圾容易酸腐并滋生病 原菌，會對環境和公共衛生造成危害，因此一個不容忽視的問題便是如何科學、妥善地處置 這些廢棄物。另一方面，餐廚垃圾含有豐富的蛋白質、淀粉等有機物，是一種良好的廢棄生 物質原料，可作為厭氧消化的理想原料。通過厭氧消化"變廢為寶"，不僅可以消除環境和公 共衛生隱患，更可以產生沼氣能等可再生能源，因此是生物質資源化利用的有效途徑。
[0003] 餐廚垃圾厭氧消化的高效穩定運行受多種因素影響，例如接種物性質、底物成分、 性質以及有機負荷或者過程控制（如溫度、發酵類型）等。特別受接種物影響，不同的厭氧 消化工程的啟動效率差異仍然較大，主要原因在于：餐廚垃圾成分復雜，各成分被降解轉化 為沼氣的條件、速率不同，所需的微生物也不相同，因此對發酵體系中的微生物菌群要求較 高。當前各沼氣工程所采用的接種物大部分依賴于脫水污泥、養殖糞污或其他發酵罐窖泥 來進行馴化和擴大培養，其中所包含的微生物菌群并不適合于餐廚垃圾的厭氧消化。接種 物的性質直接影響發酵的啟動，而實際上影響厭氧消化的是接種物中的微生物，這些微生 物對發酵因子如溫度、底物濃度等進行響應并決定發酵效率。最近日本學者通過調查有機 負荷對微生物群落的影響發現微生物的重構影響厭氧消化效率。這個結果揭示了微生物群 落對厭氧消化的重要性。目前已知有機底物通過厭氧消化轉化成甲烷的過程依賴特殊的厭 氧細菌和產甲烷古菌，正是由于這些微生物的協同作用才使得底物水解、酸化和產甲烷過 程順利進行，因此它們不可或缺。若能以功能性微生物構成復合菌劑，不僅可以進一步加速 啟動效率，而且可以通過逐級擴培的方式便可以實現接種物的大量供應，節省了資源成本。
[0004] 目前已有相關專利公開了通過構建微生物復合菌劑的策略來提高厭氧消化效率。 例如，專利"一種復合微生物菌劑及其應用"（授權公告號CN 101864362 B)將地衣芽孢桿 菌、惡臭假單胞菌、陰溝腸桿菌以及粗狀假絲酵母組合，可有效水解纖維素、蛋白質和脂肪 類。據報道，專利"一種復合菌劑及其應用"（CN 101864363 B)構建了含有大腸桿菌、木霉、 熒光假單胞菌、枯草芽孢桿菌的復合菌劑，提高了牛糞和秸桿產沼氣量，顯著降低了固廢含 量。然而，這些人工構建的復合微生物菌種多由好氧或兼性厭氧的細菌組成，其策略是在進 行厭氧消化之前利用功能微生物的水解活性將生物質底物進行水解并產生短鏈脂肪酸，以 供其后的產甲烷菌利用。盡管這樣的策略可以改善底物水解效率，但由于產沼氣是嚴格厭 氧過程，而這些復合微生物注重前期的水解產酸環節，較少考慮和厭氧產甲烷有機結合，因 此在實際操作中存在與產甲烷環節不兼容的問題，必須重新進行馴化培養。
[0005] 專利"一種利用功能菌改善污泥厭氧消化性能并同步擴培的方法"(授權公告號CN 103058478 B)公開了富集厭氧消化功能菌并進行同步擴培的方法，解決了上述專利存在的 "不兼容"弊端，據報道可顯著改善污泥的厭氧消化性能。但是該專利是專門針對污泥為原 料的厭氧消化過程，由于與餐廚垃圾性質差異較大，可能并不適合于以餐廚垃圾為原料的 厭氧產沼氣過程。同時，該專利只是采用微生物富集物，其微生物組成并未見報道。
[0006] 專利"一種用于沼氣發酵的復合菌劑"（ZL201010248279. 7)，包括纖維素擬桿菌、 巴氏芽孢梭菌、黑海甲烷袋狀菌和馬氏甲烷八疊球菌等微生物。專利"一種厭氧降解纖維素 產甲烷復合菌"（授權公開號CN101475926A)公開了一種分屬于兼性厭氧及嚴格厭氧的發 酵性細菌、產氫產乙酸細菌及產甲烷菌的13株菌的發酵液混合制備出的復合菌劑。公開號 為CN102559499A的"一種沼氣干發酵復合菌劑的制備方法"的專利申請公開了以纖維素分 解細菌、蛋白分解細菌、脂肪分解細菌、產氫產乙酸細菌、硫酸鹽還原菌和產甲烷古菌組成 的菌劑，用于以豬糞、雞糞、稻草或玉米秸桿為原料的沼氣干發酵。上述三個公開專利主要 針對纖維素類底物的沼氣發酵。而公開號為CN101705199A的"一種產甲烷復合菌劑及其制 備方法"的專利申請公開了由甲烷八疊球菌、甲酸甲烷桿菌、嗜樹甲烷短桿菌、延達爾甲烷 葉菌、肯氏鬃發甲烷菌組成的菌劑，該菌劑僅由產甲烷古菌組成，用時需額外進行底物水解 和酸化。以上公開專利均未提及用于餐廚垃圾為主要原料進行厭氧發酵的菌劑。
[0007] 而專利"一種用于餐廚垃圾厭氧發酵的復合菌劑"（授權公告號CN 103215213 A) 以產酸擬桿菌、長鏈脂肪酸互營單胞菌、索氏梭菌、聯合甲烷鬃毛菌、亨氏甲烷螺菌等5種 模式微生物構建了適用于餐廚垃圾厭氧消化的復合菌劑，可穩定發酵體系、促進產甲烷高 峰、提高產甲烷總量。然而，餐廚垃圾的成分性質差異非常大，僅依靠上述5種微生物不能 適應所有性質的餐廚原料。
[0008] 上述專利雖然可以不同程度的改善餐廚垃圾厭氧消化的狀況，但均未包含加速餐 廚垃圾厭氧消化的啟動過程的內容。而啟動過程是餐廚垃圾厭氧消化成敗的第一關鍵因 素，快速啟動可以縮短整個工程的投產周期，降低成產成本。更重要的是快速啟動還為餐廚 垃圾的高效厭氧消化奠定良好的基礎，有效地提高餐廚垃圾產氣效率，實現更好的經濟效 益。
[0009] 因此非常有必要充分考慮餐廚及厭氧消化微生物性質的復雜性，優化復合微生物 菌劑的創制策略，獲得可實現餐廚垃圾高效厭氧消化的菌劑。
【發明內容】
[0010] 針對現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種餐廚垃圾厭氧消化快速啟動和 高效運行的菌劑，該菌劑包括如下菌種： 亮黃梭狀芽孢桿菌DSM19732、嗜糖污水桿菌DSM22681、解蛋白糞熱桿菌DSM5265、 嗜熱厭氧繩菌DSM14523、速生棲熱分枝菌DSM8682、岸棲高溫桿菌DSM21630、互營單胞菌 DSM4212、熱自養甲烷熱桿菌DSM1053、嗜熱甲烷八疊球菌DSM1825、盧米尼馬賽產甲烷球菌 DSM25720、甲酸甲烷桿菌DSM3637。
[0011] 優選的，按菌液體積份數計，該菌劑中各菌種比例如下： 17-19份亮黃梭狀芽孢桿菌DSM19732、120-130份嗜糖污水桿菌DSM22681、85-93份 解蛋白糞熱桿菌DSM5265、23-25份嗜熱厭氧繩菌DSM14523、16-18份速生棲熱分枝菌 DSM8682、11-13份岸棲高溫桿菌DSM21630、127-141份互營單胞菌DSM4212、470-520份熱自 養甲烷熱桿菌DSM1053、190-210份嗜熱甲烷八疊球菌DSM1825、166-182份盧米尼馬賽產甲 烷球菌DSM25720、19-21份甲酸甲烷桿菌DSM3637。
[0012] 考慮到餐