生活垃圾高效降解功能复合菌剂及其应用 【技术领域】
本发明属于微生物菌剂范围，特别涉及一种生活垃圾高效降解功能复合菌剂的构建、制作及其在垃圾处理处置与资源化中的应用。
背景技术
随着人类物质生活水平的提高，城市数量和规模的不断增加，城市生活垃圾已成为严重的社会问题。据有关统计资料显示，我国垃圾年均增长率达到10％以上，成为世界上垃圾围城最严重的国家之一，迫切需要有效控制生活垃圾对环境的污染问题，亟需全面对城市生活垃圾进行有效的处理与处置。
垃圾卫生填埋处置方式自问世以来，由于具有技术可靠、工艺简单、管理方便以及投资省、运行费用低、适用范围广、对垃圾成分无严格要求、可作最终处置等一系列优点，在许多国家得到了广泛的应用，在我国垃圾填埋处置约占全部垃圾处理量的70％，而且在今后相当长时间内，卫生填埋将是我国生活垃圾处理与处置不可替代的主要手段。但现行传统垃圾卫生填埋处理处置技术仅把填埋场作为一个被动接受垃圾的系统，填埋垃圾的自然降解速度很慢，垃圾渗滤液处理困难，在封场后相当长一段时间内仍需要对填埋场进行维护和管理，存在占用大量土地，封场后维护监管期长，填埋场再用困难等弊端，不符合可持续发展战略等缺点。因此，改革传统填埋工艺，研究加速填埋场稳定化进程的相关技术，已经成为迫在眉睫的问题。
垃圾填埋场是一个复杂的生态系统，在其稳定化的过程中，进行着多种生物化学过程，而填埋场中微生物的生命活动是这些过程顺利进行的基础。填埋垃圾中含有许多缓慢降解的有机物，以填埋垃圾中纤维素为例，具有含量高(占植物干物质的40～60％)，生物降解缓慢等特点，而只依靠填埋垃圾中原有的土著微生物很难有效地将其分解，因此，向垃圾填埋体系中引入具有特定功能的外源优势微生物，以提高填埋场中有效微生物的种类及浓度，加速其中优势菌群的生长繁殖，改善原有生物处理体系的处理效果，加速填埋垃圾的稳定化进程，具有十分重要的现实意义。
本发明立足于回灌型生物反应器填埋场这一新型的垃圾填埋技术，提供一种加速填埋垃圾稳定化的微生物复合菌剂及制作方法，利用生物强化的手段改善填埋垃圾的微环境，加快填埋场中垃圾的生物降解，加速填埋场的稳定化进程，提高其处理效率，加速垃圾渗滤液中有机污染物的消减，降低其后续处理的难度，使生活垃圾的卫生填埋更加符合可持续发展战略。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种能加速生活垃圾降解过程的功能复合菌剂，为达到加速垃圾填埋场中生活垃圾快速降解的目的，提供一种加速生活垃圾降解的功能复合菌剂，微生物种群间具有良好的协同作用，不仅对生活垃圾中常见有机废弃物具有高效稳定的降解能力，而且对不同环境的适应性及抗污染能力强，菌剂可加速填埋垃圾的稳定化进程，还可应用于生活垃圾堆肥，提高发酵效率，缩短堆肥时间，降低处理成本。
为实现上述目标，本发明采用的技术方案为：
一种生活垃圾高效降解功能复合菌剂及其应用，菌剂由纤维素高效降解菌和垃圾渗滤液COD降解菌构成。纤维素高效降解菌：垃圾渗滤液COD降解菌(菌悬液的浊度OD600为0.8±0.1)按照体积分数＝1～5∶1(V/V)构成。所述纤维素高效降解菌由高产纤维素酶的芽孢杆菌Bacillus sp.，纤维单胞菌Cellulomonas sp.，木霉Trichoderma sp.，曲霉Aspergillus sp.按3∶3∶2∶2的比例组成；垃圾渗滤液COD降解菌由有效降解渗滤液中COD的假单胞菌Pseudonomas sp.，黄杆菌Flavobacterium sp.，不动杆菌Acinetobacter sp.按7∶2∶1的比例组成。
本发明的目的还在于提供一种生活垃圾高效降解功能复合菌剂的制作方法，其具体步骤为：
(1)菌种的活化：将上述菌种，采用不断增大垃圾渗滤液浓度的方法对菌种进行定向驯化，对驯化后的微生物进行的扩大培养，纤维素高效降解细菌接种于由垃圾渗滤液配制的牛肉膏蛋白胨培养基中混合培养，真菌接种于由垃圾渗滤液配制马铃薯培养基中混合培养；垃圾渗滤液COD降解菌接种于由垃圾渗滤液配制的牛肉膏蛋白胨培养基中混合培养，待微生物生长情况趋于稳定，即得到菌种的混培物。菌种活化过程采用垃圾渗滤液配制的压力培养基，可有效对微生物进行驯化，使菌种适应渗滤液的毒性，适应填埋场的环境，易于在填埋垃圾中生长。
(2)菌剂的制作：将上述纤维素高效降解菌德细菌和真菌的培养物混合，调节菌悬液地浊度OD600为0.8±0.1，同时调节垃圾渗滤液COD降解菌的混培物的浊度OD600为0.8±0.1，然后将纤维素高效降解菌与垃圾渗滤液COD降解菌的混培物按照体积分数1～5∶1(V/V)的比例混匀，即为生活垃圾高效降解功能复合菌剂。
本发明的目的还在于，探索一种生活垃圾高效降解功能复合菌剂的应用，采用如下的手段对生活垃圾进行处理。
在填埋初期，将所述生活垃圾高效降解功能复合菌剂按填埋垃圾按质量比为0.5～8.0％的比例，所述生活垃圾高效降解功能复合菌剂直接添加于好氧、准好氧、厌氧垃圾填埋场或者接种于垃圾堆肥进行动态发酵。
纤维素高效降解菌能加速填埋垃圾生物降解，垃圾渗滤液COD降解菌可有效降解垃圾渗滤液中难降解有机物，菌种间具有良好的协同作用，二者的协同作用可有效加速填埋垃圾的稳定化进程。本发明生活垃圾高效降解功能复合菌剂不仅对垃圾中常见有机废弃物具有高效稳定的降解能力，而且对不同环境的适应性及抗污染能力强，在有机废弃物处理与处置及资源化利用等方面具有广阔的应用前景。
附图说明如下：
图1好氧填埋垃圾渗滤液中COD的变化趋势曲线图
图2好氧填埋垃圾渗滤液量随时间的变化曲线图
图3不同时期好氧填埋垃圾中易水解物的变化曲线图
图4不同时期好氧填埋垃圾中纤维素含量的变化曲线图
具体实施方式：
实施例1生活垃圾高效降解功能复合菌剂应用于好氧垃圾填埋场
请参阅附图1、2、3、4。
实施例1按照以下步骤进行：
1.制作垃圾高效降解功能复合菌剂：
菌剂由纤维素高效降解菌和垃圾渗滤液COD降解菌构成。纤维素高效降解菌由高产纤维素酶的芽孢杆菌Bacillus sp.，纤维单胞菌Cellulomonas sp.，木霉Trichoderma sp.，曲霉Aspergillus sp.按3∶3∶2∶2的比例组成；垃圾渗滤液COD降解菌由有效降解渗滤液中COD的假单胞菌Pseudonomas sp.，黄杆菌Flavobacterium sp.，不动杆菌Acinetobacter sp.按7∶2∶1的比例组成。
采用不断增大垃圾渗滤液浓度的方法对上述菌种进行定向驯化，使菌种逐渐适应渗滤液的毒性；对驯化后的微生物进行的扩大培养，待各菌种生长情况稳定后，以纤维素高效降解菌：垃圾渗滤液COD降解菌(菌悬液OD600为0.8±0.1)为2∶1的比例混合即为生活垃圾高效降解功能复合菌剂，备用。
2.垃圾填埋：填埋垃圾中各成分的含量依据我国城市生活垃圾组分比例设计(垃圾成分见表1)，垃圾样品取自西南交通大学附近几个垃圾中转站的新鲜生活垃圾，混匀后填埋于模拟垃圾填埋场实验装置中，实验组按照生活垃圾高效降解功能复合菌剂与填埋垃圾质量比为2.0％的比例加入上述微生物菌剂，对照组添加微生物菌剂等体积的自来水，两组均采用曝气方式为填埋场供给氧气，同时定期进行垃圾渗滤液回灌，分别对实验组和对照组垃圾中的渗滤液产量、渗滤液COD及垃圾中易水解物和纤维素的百分含量进行监测，实验结果见附图1~4。
表1模拟填埋场垃圾组分含量
实验进行了210d，通过对比添加功能复合菌剂的实验组和对照组渗滤液水质和垃圾成分的变化及沉降高度的结果可以发现，实验初期由于生活垃圾中易于生物降解的有机物的快速降解，导致实验组和对照组所产生的渗滤液中COD均出现快速上升，随后逐渐下降，整个实验过程实验组的COD一直低于对照组，有利于后续渗滤液的处理；实验组的填埋垃圾中易水解物和纤维素的百分含量亦低于对照组；同时，整个填埋周期，实验组的沉降高度一直高于对照组，且实验组填埋垃圾的沉降在41d达到了其最终沉降高度的85.2％，而对照组在41d仅达到最终沉降高度的73.2％，到实验结束时沉降高度比对照组增加15.2％，垃圾的减量化明显；填埋210d的垃圾实物也说明实验结束时，实验组填埋垃圾中剩余的有机物质大大少于对照组，实验组中主要是塑料袋等不能生物降解的垃圾，而对照组垃圾除了塑料袋等外还含有大量的可腐垃圾，从颜色判断，实验组为黑色，而对照组略呈黄色，也说明实验组剩余垃圾的腐熟度更高。功能复合菌能不仅加速了填埋垃圾中易降解物的生物降解，还加快了填埋垃圾中木质素、纤维素等难降解物的生物降解过程，对填埋场中难降解有机垃圾利用比较彻底，从而加速垃圾填埋场的稳定化进程，使垃圾减量化更加明显，从而有效提高填埋场的利用效率；此外，功能复合菌还能有效去除垃圾渗滤液中有机污染物，降低渗滤液的有机负荷，从而降低渗滤液后续处理的难度。
实施例2生活垃圾高效降解功能复合菌剂应用于准好氧垃圾填埋
实施例2按照以下步骤进行：
1.垃圾高效降解功能复合菌剂的制作方法同实施例1。
2.垃圾填埋：填埋垃圾中各成分的含量依据我国城市生活垃圾组分比例设计(同实施例1)，垃圾样品取自几个垃圾中转站的新鲜生活垃圾，混匀后填埋于模拟垃圾填埋场实验装置中，实验组按照菌剂与填埋垃圾质量比为2.0％的比例添加上述微生物菌剂，采用自然通风的方式为准好氧垃圾填埋场供氧，分别对实验组和对照组垃圾中的渗滤液产量、渗滤液COD及沉降高度进行监测。
准好氧垃圾填埋的实验结果与好氧填埋方式具有类似的结果，整个实验中实验组所产生的垃圾渗滤液的量和COD负荷均低于对照组，其中有机物的降解速度快于对照组，沉降高度也大于对照组，说明微生物菌剂能降低垃圾渗滤液的有机负荷，加速准好氧垃圾填埋场的稳定化进程，提高填埋场的利用效率。
实施例3生活垃圾高效降解功能复合菌剂应用于厌氧垃圾填埋
实施例3按照以下步骤进行：
垃圾高效降解功能复合菌剂的制作同实施例1。填埋垃圾中各成分的含量依据我国城市生活垃圾组分比例设计(同实施例1)，垃圾样品取自几个垃圾中转站的新鲜生活垃圾，混匀后填埋于模拟垃圾填埋场实验装置中，实验组按照菌剂与填埋垃圾质量比为4.0％的比例添加上述微生物菌剂，采用厌氧填埋的方式，分别对实验组和对照组垃圾中的渗滤液产量、渗滤液COD及沉降高度进行监测，实验进行了450d。实验结果与好氧、准好氧填埋类似，整个实验中实验组所产生的垃圾渗滤液的量和COD负荷均低于对照组，其中有机物的降解速度快于对照组，至实验结束时，实验组比对照组沉降高度增加24.6％，说明微生物菌剂能加速厌氧垃圾填埋场的稳定化进程，提高填埋场的利用效率，降低垃圾渗滤液的后续处理难度。
实施例4生活垃圾好氧堆肥
实施例4按照以下步骤进行：
垃圾高效降解功能复合菌剂的制作同实施例1。堆肥垃圾样品取自西南交大附近垃圾中转站的新鲜城市生活垃圾，将其中的玻璃、金属、塑料等物质进行分选后，剩余可降解有机垃圾进行堆肥(堆肥垃圾初始C/N为30.5)，混匀后装入垃圾堆肥模拟实验装置中，实验组按照质量比为2.0％的比例添加上述微生物菌剂，采用曝气通风的方式供氧，并根据堆肥温度定期翻堆。同时监测垃圾的总有机碳(TOC)、总有机氮(TN)和堆体温度，以C/N表示腐熟度。结果显示，实验的环境温度为28℃，实验组经历了2d的中温期，迅速进入高温期，堆体温度升高到55℃以上并保持3d，并于第3d达62.3℃，符合国家堆肥卫生标准，而对照组到第6d才到达55.0℃，持续时间仅1d，实验组的高温期较对照组持续时间长，说明添加优势菌种的实验组中微生物利用堆肥垃圾的效率高，微生物对垃圾的生物降解作用更加强；C/N也表明，实验组率先由堆肥垃圾的初始C/N为30.5降至16.0，根据T值评价堆肥的腐熟度，当实验组的T值为0.53时，对照组T值为0.67，说明实验组提前腐熟；同时，从堆肥产品的表观判断，到实验结束时，实验组堆肥呈现黑褐色，松散，有泥土的芬芳，达到了表观腐熟，而对照组尚为黄褐色，含水率较高，未达到表观腐熟。高效微生物复合菌剂处理城市生活垃圾，可以提高垃圾发酵效率，缩短堆肥时间，降低处理成本。
实验中发现，在其它条件基本不变的情况下，纤维素高效降解菌：垃圾渗滤液COD降解菌(菌悬液的浊度OD600为0.8±0.1)按照体积分数＝1～5∶1(V/V)构成时，都能实现本发明的目的。
同样的，生活垃圾高效降解功能复合菌剂按填埋垃圾按质量比为0.5～8.0％的比例，都能达到本发明的目的，若考虑经济性的因素，取2.0～4.0％的比例较佳。