农业废弃物生产环保酵素及其应用研究

我国是农业大国，生产过程中会产生大量的秸秆、果蔬废弃物等有机物废弃物。与秸秆等木质纤维素类不同的是：果蔬废弃物主要成分为糖类、纤维素和半纤维素，具有较高的生物可降解性，因此利用厌氧消化技术来处理果蔬废弃物与堆肥、填埋和焚烧等技术相比，具有成本低廉、减量明显、产生能源等优点。

       近年来有报道，将果蔬有机废弃物通过厌氧发酵制作具有高附加值的环保酵素（生态酶素）是处理有机废弃物的良好解决方案。

一、环保酵素及功能

（一）概念与成分

环保酵素又称垃圾酵素、生态酶素，是由泰国人员利用果蔬废料研制出的一种高附加值的生物制品，是在室温避光条件下，由新鲜果蔬废弃物、糖、水按照一定比例混合后储存在一个密封的容器中，经过微生物厌氧发酵3个月以上制得的含有特定生物活性成分的可利用有机液体。环保酵素一般颜色为黄色至暗褐色，具有芳香性或酸性气味，pH一般在3-4，大肠杆菌等有害微生物小于3CFU/(100mL)，生化需氧量和化学需氧量一般为88.6mg/L和178.0mg/L，低于灌溉水的标准，同时含有大量有机物、矿物盐、有机酸、活性酶及厌氧和兼氧微生物（如下图所示）。

（二）工艺与标准

微生物发酵过程容易受到植物源有机废弃物的成分和性状、原料配比、发酵温度、发酵周期、氧气含量、外源菌剂添加等因素的影响，因此环保酵素制作也会受到上述因素的影响。一般环保酵素的制作方法为：将新鲜果蔬废弃物进行适度破碎后，与糖和水按照3: 1: 10的比例混合储存于密封容器中，在室温避光条件下进行3个月以上的厌氧发酵，发酵过程中的第1个月要定期开盖放气，并不时搅拌，发酵完成后经过滤得到的上清液部分即为环保酵素。环保酵素制作过程中的微生物通常为有机垃圾自身存在的原生菌群，也可添加酵母菌来提高发酵效率，密封容器可为厌氧微生物提供一个无氧环境，糖的添加可是为发酵初期的微生物提供营养，促进其快速繁殖，发酵早期由于微生物活动会产生大量的气体，因此在第1个月需要定期打开容器排气。在酵素制作过程中，果蔬废弃物中的碳水化合物在微生物作用下分解成葡萄糖，葡萄糖进一步分解成丙酮酸，丙酮酸再分解成乙醛，乙醛在脱氢酶的作用下转化为乙醇和二氧化碳，乙醇再被转化为乙醛和水，乙醛最终转化为乙酸，最终形成的醋状液体，通常被称为生态酶液，有机物分解过程中会产生大量的臭氧和硝酸盐。

（三）装备与开发

环保酵素生产过程中主要涉及对果蔬废弃物进行清洗和破碎、为混合发酵液提供厌氧环境、对混合发酵液进行搅拌、发酵前期定期排气、酵素成品的过滤与分装等环节，因此需要围绕这些方面开展处理装置和装备的开发研究。

（四）功能与用途

在环保酵素生产过程中，有机物在发酵罐中分解会产生硝酸盐、臭氧和二氧化碳，硝酸盐进入土壤能够为植物提供养分，臭氧释放到环境中可减缓大气中的温室气体和重金属，环保酵素还可以通过吸收抽烟释放的污染物和机动车烟雾来净化空气。环保酵素是有机固体废物发酵生产的一类产品，可作为液体肥料和杀虫杀菌剂应用于农业生产，作为添加剂应用于日用生活清洁，作为催化剂应用于生活废水处理和污泥处理等方面。其含有的酒精、乙酸、生物碱、类黄酮、皂苷和单宁等物质，可作为消毒液和清洁剂应用于日用生活清洁，且按照与清水5: 40的比例配比使用效果较好。酵素液中的乙酸、还原糖、氨基酸、矿质元素、酶、有益微生物等物质作为营养物质和杀虫杀菌剂用于农业种植也取得良好效果。环保酵素中丰富的微生物能够减少植物对土壤重金属镉的吸收和积累，促进有机污染物降解，从而实现中低镉污染土壤的安全生产，并作为催化剂应用于生活废水处理、城市和工业污泥处理中。

二、环保酵素利用研究进展

（一）在水污染治理领域的应用

环保酵素自身含有大量的有益菌群能够去除废水中病原细菌，同时含有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶等多种水解酶类可有效促进废水中有机物分解，实现对污水的净化，其在生活污水、农产品加工废水、水产养殖废水、垃圾渗滤液废水等处理过程中具有良好的应用效果。

（二）在土壤环境治理领域的应用

环保酵素在修复重金属和有机物污染土壤，改善土壤结构功能等土壤环境治理领域均具有较好的效果。环保酵素可通过对土壤Cd的钝化，阻控植物对Cd的吸收和积累；环保酵素具有较高的生物催化酶活性，可应用于废旧机油污染土壤的修复；环保酵素含有大量的糖分、氨基酸等小分子组分，同时含有多种矿质盐营养元素，能够通过提升土壤矿质营养和微生物含量来改善土壤结构和功能。

（三）在固体废物治理领域的应用

环保酵素具有分解、分化、转化和催化等四大类功能，在工业污泥、生活污泥、养殖废弃物等固体废弃物治理和综合利用领域也具有较好的效果。环保酵素应用于畜禽废弃物堆肥中，能够提供大量的有益微生物，酵素液中含有的营养和有机酸还可为微生物提供营养，对提高堆肥发酵效率以及保存氮素营养有极大的促进作用。

（四）在农村环境保护领域的应用

环保酵素中含有大量的营养物质和有益微生物可以作为营养物质和杀虫杀菌剂用于农业种植，从而有效降低农业生产中化肥和农药的施用，从源头上防止农业面源污染的发生，保护农田生态环境。另外，环保酵素对农村黑臭水体中有机物质CODcr有较好的去除作用，对其他悬浮物、色度及气味等指标也有持续改善效果。