申请日2012.12.27
公开(公告)日2014.07.02
IPC分类号C05F7/00
摘要
本发明涉及一种剩余污泥资源化生产解淀粉芽孢杆菌生物有机肥的方法，属于微生物肥料和污泥资源化技术领域。该方法主要是以污水处理过程中产生的剩余污泥为主要培养基原料，采用液态发酵的方法生产解淀粉芽孢杆菌生物有机肥。生产工艺包括：(1)剩余污泥微波加热预处理，制备发酵培养基;(2)解淀粉芽孢杆菌液体种子制备;(3)向装有剩余污泥发酵培养基的发酵罐中接种液体种子，通无菌空气培养得到液态发酵产物;(4)发酵液与高质量有机肥载体混合，获得生物有机肥。该工艺生产的解淀粉芽孢杆菌生物有机肥，具有生产成本低、环境友好的特点，产品能明显改善土壤环境质量、提高作物产量和品质，而且能够防治多种植物病害。同时为污水处理过程中产生的大量剩余污泥找到有效的资源化利用方法，减少污染物排放。
权利要求书
1.一种利用剩余污泥生产解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)生物有机肥的方法，其特征在于，该方法是以污水处理过程中产生的剩余污泥为主要培养基原料发酵生产解淀粉芽孢杆菌生物有机肥，包括如下步骤：
(1)剩余污泥预处理：选取重金属含量不超过农用标准的生活污水处理厂或食品和发酵行业废水处理的剩余活性污泥为原料，将二沉池未经脱水处理的污泥与脱水污泥混合，调节至污泥浓度为30 g/L ～ 70 g/L;或用食品与发酵行业的高浓度有机废水与脱水污泥混合，配制成污泥浓度为30 g/L ～ 70 g/L;将搅拌均匀的污泥悬浊液输送到微波反应器中，微波加热至90℃～120℃，反应时间2-20分钟，停止加热后，自然冷却至室温，用草木灰调节pH至7.0～8.0，即得到剩余污泥 培养基;
(2)液体种子制备：向以上步骤得到的剩余污泥培养基中加入0.5%～1%玉米粉，115℃灭菌10～15分钟，自然冷却，得到液体种子培养基;将斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌，接种到体种子培养基中，28℃～37℃，120～200 转/分振荡培养24～48小时，得到液体种子;
(3)液态发酵：向装有预处理好的剩余污泥培养基发酵罐中接种体积比为2%～15%的液体种子，于25℃～35℃，通无菌空气培养12～48小时;培养好的发酵液经平板细菌计数，活菌数达到9×108 CFU/毫升以上;
(4)生物有机肥制备：以腐熟好的高质量有机肥为载体，按照发酵液∶有机肥为1∶5～20的重量比，将发酵液添加到有机肥中，充分混合均匀，通风干燥至含水量30%以下，得到固态生物有机肥，包装，存放在阴凉干燥处;或者将发酵液直接用作液态生物有机肥，灌装，2℃～6℃保存。
2.权利要求1中所述的解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，其特征在于，该菌株于于2012年10月15日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：CGMCC No. 6676。
说明书
剩余污泥资源化生产解淀粉芽孢杆菌生物有机肥
技术领域
本发明属于生物有机肥和剩余污泥资源化技术领域。
背景技术
在污水处理过程中，活性污泥法是应用最为广泛的技术之一，这一方法因其效率高、成本低、占地少的优点在水处理中发挥着非常重要的作用，但这一方法处理污水的过程中会产生大量的剩余污泥，通常占污水总量的0.5%～1.0%。在一个普通的二级污水处理厂中，污泥处理所需投资约占总投资的30%～40%，运行费用约占总运行费用的20%～50%。污泥消化后经脱水再进行填埋是国内大型污水处理厂中常用的处置方法。填埋处置较经济，但这种处置方式需要占用大量的土地、浪费污泥中可回收利用的资源，同时增加对地下水造成污染的潜在危险。我国城市生活污水每年的排放量两百多亿吨，污水处理厂的污泥产生量上亿吨，处理费用很高。
活性污泥中含有大量降解BOD物质的微生物菌体，有机质含量高，因此，剩余活性污泥的资源化利用技术的研究已成为当今世界各国十分关注的热点。如：中国专利(申请号：200310116142.6)公开了一种利用污水厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法与装置，该方法能利用或消耗掉部分活性污泥。中国专利(申请号：03113270.7)公开了一种利用活性污泥制备活性污泥碳的方法，该方法由烘干的活性污泥在200～700℃高温处理0.5～2小时制得的活性污泥炭，具有较好的活性炭性能。中国专利(申请号：200610112790.8)公开了一种利用超声波处理城镇污水污泥的减量化方法，并将微生物细胞破碎后进入液体中的有机质通过厌氧消化产沼气，再通过好氧消化使容易生物降解的有机质分解，最后通过膜分离回收腐殖酸。中国专利(申请号：200810034635.8)公开了一种微波催化水解污泥的方法，该方法需要加入有机碳化物和热载体，在微波频率为915 MHz，温度100-150℃条件下，微波催化水解污泥，达到无害化处理，获得有机肥、人造板等的原料。
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)以其具备产淀粉酶的潜力而得名。解淀粉芽孢杆菌在自然界中分布广泛，是一种重要的生防菌，它通过产生抗生素、抗菌蛋白或多肽等活性物质来抑制植物病原细菌、真菌、病毒、线虫，从而起到生物防治的作用;同时它也是一类重要的植物根际促生细菌，表现出对多种植物促进生长的作用。例如，Idriss等报道解淀粉芽孢杆菌FZB45菌株具有肌醇六磷酸酶(phytase)活性，可以在缺磷的条件下刺激植物生长(Microbiology, 2002, 148: 2097-2109)。申莉莉等报道解淀粉芽孢杆菌Ba33菌株可以促进烟草生产并且抑制烟草花叶病毒的增殖(吉林农业大学学报，2010，32：383~386)。李超等还报道了一株具有溶藻作用的解淀粉芽孢杆菌菌株DC1(环境科学学报，31: 1602-1608)。
中国发明专利(申请号：201010518034.1)中公开了一株解淀粉芽孢杆菌Lx-11菌株，保藏编号为CGMCC No. 3789，对水稻细菌性条斑病有良好的防治效果，培养该菌株采用的培养基为：大豆粉1%，豆饼粉2%，淀粉0.5%，酵母膏0.2%，玉米浆0.22%，氯化钠0.1%，碳酸氢钙0.18%。中国发明专利(申请号：200810231406.5)中公开了一株解淀粉芽孢杆菌YN-1菌株，保藏编号为CGMCC No. 2328，能有效防治苹果褐斑病、小麦纹枯病等真菌病害，并筛选出了成本低廉的工业用培养基，组成包括：葡萄糖8~12g/L，玉米粉10~16g/L，黄豆饼粉10~16g/L。中国发明专利(申请号：200910070709.8)中公开了一株解淀粉芽孢杆菌HN菌株，保藏编号为CGMCC No. 3261，能使养殖水体中的硝态氮、亚硝态氮、COD等含量明显降低，该菌株的培养采用肉汤培养基。中国发明专利(申请号：201010264520.5)中公开了一株植物内生解淀粉芽孢杆菌TF28菌株，保藏编号为CGMCC No. 4038，它能在植物体内定殖、繁殖和传导，可产生抗菌蛋白和脂肽类抗生素两种抗菌物质，具有防病促生作用，其液体培养基每1000mL由10g胰蛋白胨、5g酵母浸粉、10g NaCl配制而成。中国发明专利(申请号：200910273498.8)中公开了一株解淀粉芽孢杆菌EA19菌株，保藏编号为CCTCC M209316，对小麦根腐病菌、小麦根腐叶枯病菌、小麦全蚀病菌、小麦白绢病菌和小麦纹枯病菌均具有明显的抑菌活性，其发酵培养基组成：葡萄糖20克，牛肉膏8克，L-谷氨酸钠5克，MgSO4 0.5克，KCl 0.5克，KH2PO4 1克，FeSO4·6H2O 0.15毫克，MnSO4·H2O 5毫克，CuSO4·5H2O 0.16毫克，水1000毫升。中国发明专利(申请号：201110095116.4)中公开了一株解淀粉芽孢杆菌B-004菌株，保藏编号为CGMCC No. 4557，它对番茄采后早疫病菌具有明显拮抗效果，其培养基中，碳源可为可溶性淀粉、藕粉、葡萄糖、乳糖、海藻糖、蔗糖等，氮源可为蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、NH4NO3、NH4Cl、(NH4)2SO4等，其他营养源可为含钾、铁、锌、钠、锰、镁及钙之类的金属盐等。
综上所述，具有拮抗植物病害的解淀粉芽孢杆菌的菌株较多，其培养方法也各不相同，但是，未见利用剩余污泥培养解淀粉芽孢杆菌生产生物有机肥的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够资源化利用污水处理过程中产生的剩余活性污泥来生产解淀粉芽孢杆菌生物有机肥的方法。
本发明所使用的菌株是由发明人从水草根际土壤中分离筛选出来的一株高效促进植物生长、拮抗植物病原菌的解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)A3菌株，该菌株于2012年10月15日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：CGMCC No. 6676，保藏单位地址：北京市朝阳区大屯路，中国科学院微生物研究所，邮编：100101。
本发明所述的解淀粉芽孢杆菌生物有机肥的生产方法如下：
剩余污泥预处理：选取重金属含量不超过农用标准的生活污水处理厂或食品和发酵行业废水处理的剩余活性污泥为原料，将二沉池未经脱水处理的污泥与脱水污泥混合，调节至污泥浓度为30 g/L ～ 70 g/L;或用食品与发酵行业的高浓度有机废水与脱水污泥混合，配制成污泥浓度为30 g/L ～ 70 g/L;将搅拌均匀的污泥悬浊液输送到微波反应器中，微波加热至90℃～120℃，反应时间2-20分钟，停止加热后，自然冷却至室温，用草木灰调节pH至7.0～8.0，即得到剩余污泥培养基。
液体种子制备：向以上步骤得到的剩余污泥培养基中加入0.5%～1%玉米粉，115℃灭菌10～15分钟，自然冷却，得到液体种子培养基;将斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌，接种到体种子培养基中，28℃～37℃，120～200 转/分振荡培养24～48小时，得到液体种子。
液态发酵：向装有预处理好的剩余污泥培养基发酵罐中接种体积比为2%～15%的液体种子，于25℃～35℃，通无菌空气培养12～48小时;培养好的发酵液经平板细菌计数，活菌数达到9×108 CFU/毫升以上。
生物有机肥制备：以腐熟好的高质量有机肥为载体，按照发酵液∶有机肥为1∶5～20的重量比，将发酵液添加到有机肥中，充分混合均匀，通风干燥至含水量30%以下，得到固态生物有机肥，包装，存放在阴凉干燥处;或者将发酵液直接用作液态生物有机肥，灌装，2℃～6℃保存。
具体实施方式：
发明技术方案生产的解淀粉芽孢杆菌微生物菌剂能够促进作物对养分的吸收和利用，减少化肥的使用量，能有效防治多种真菌类植物病害，减少农药的使用量，从而提高农产品的品质，改善农田环境质量;而且生产成本低，有效地利用了废水，减少污染物排放。具体实施方式如下：
实施例1：生活污水处理产生的剩余污泥生产解淀粉芽孢杆菌生物有机肥
剩余污泥预处理：选取重金属含量不超过农用标准的生活污水处理厂的剩余活性污泥为原料，将二沉池未经脱水处理的污泥与脱水污泥混合，调节至污泥浓度为60 g/L;将搅拌均匀的污泥悬浊液输送到微波反应器中，微波加热至100℃，反应15分钟，停止加热后，自然冷却至室温，用草木灰调节pH至7.5，即得到剩余污泥培养基。
液体种子制备：向以上步骤得到的剩余污泥培养基中加入0.6%玉米粉，115℃灭菌10分钟，自然冷却，得到液体种子培养基;将斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌，接种到体种子培养基中，33℃，150转/分振荡培养30小时，得到液体种子。
液态发酵：向装有预处理好的剩余污泥培养基发酵罐中接种体积比为10%的液体种子，于33℃，通无菌空气培养20小时;培养好的发酵液经平板细菌计数，活菌数达到9×108 CFU/毫升以上。
生物有机肥制备：以腐熟好的高质量有机肥为载体，按照发酵液∶有机肥为1∶9的重量比，将发酵液添加到有机肥中，充分混合均匀，通风干燥至含水量30%以下，得到固态生物有机肥，包装，存放在阴凉干燥处;或者将发酵液直接用作液态生物有机肥，灌装，2-6℃保存。
实施例2：酿酒厂废水处理产生的剩余污泥生产解淀粉芽孢杆菌生物有机肥
剩余污泥预处理：选取重金属含量不超过农用标准的酿酒厂废水处理产生的剩余活性污泥为原料，将剩余污泥与酿酒废水混合，调节至污泥浓度为50 g/L;将搅拌均匀的污泥悬浊液输送到微波反应器中，微波加热至100℃，反应10分钟，停止加热后，自然冷却至室温，用草木灰调节pH至7.3，即得到剩余污泥培养基。
液体种子制备：向以上步骤得到的剩余污泥培养基中加入0.5%玉米粉，115℃灭菌10分钟，自然冷却，得到液体种子培养基;将斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌，接种到体种子培养基中，35℃，150转/分振荡培养30小时，得到液体种子。
液态发酵：向装有预处理好的剩余污泥培养基发酵罐中接种体积比为6%的液体种子，于35℃，通无菌空气培养18小时;培养好的发酵液经平板细菌计数，活菌数达到9×108CFU/毫升以上。
生物有机肥制备：以腐熟好的高质量有机肥为载体，按照发酵液∶有机肥为1∶11的重量比，将发酵液添加到有机肥中，充分混合均匀，通风干燥至含水量30%以下，得到固态生物有机肥，包装，存放在阴凉干燥处;或者将发酵液直接用作液态生物有机肥，灌装，2-6℃保存。
实施例3：解淀粉芽孢杆菌生物有机肥应用于蔬菜生产
采用蔬菜大棚小区实验，设置8个条件完全相同的实验小区，每个小区60 m2，2个小区为1组平行试验，共分成4组，种植小油菜，在油菜幼苗期，第1组2个小区不施肥作对照;第2组2个小区按照300公斤/亩的用量作为基肥施入土壤中，在油菜完全发芽后和3周后按照100公斤/亩的用量各追施解淀粉芽孢杆菌生物有机肥一次;第3组2个小区按照15公斤/亩的施肥量在油菜完全发芽后和3周后各施用尿素一次;第4组2个按照15公斤/亩的施肥量在油菜完全发芽后和3周后各施用尿素一次，并在每次施用尿素后1天按照200公斤/亩的施肥量追施生物有机肥一次，各小区相同的灌溉和管理方式。油菜生长5周后调查产量和品质。单独施用生物有机肥和单独施用尿素的油菜产量基本一致，都比不施肥的对照小区增产55%左右;两种肥料都施用比对照小区增产95%左右;油菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量以不施肥和单独施用微生物菌剂的最低，低于国家标准限量值，施用尿素后又施用微生物菌剂的也低于国家标准限量值，而单独施用尿素的油菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量都超标严重。表明该微生物菌剂既有良好的增产效果，又可以明显提高油菜的品质。
实施例4：解淀粉芽孢杆菌生物有机肥应用于防治土传病害
黄瓜猝倒病是由瓜果腐霉侵染引起的病害，出土不久的幼苗最易发生，子叶尚未凋萎之前即倒伏地面。采集多年种植黄瓜的温室大棚中的土壤，混合均匀，装入花盆中，设置2组花盆，每组10盆，至于15℃～20℃的温室中，保持较高湿度和较低的光照强度。第1组花盆直接播种黄瓜种子，每盆30粒，作为对照。第2组播种黄瓜种子前向土壤中拌入重量比为0.3%的解淀粉芽孢杆菌生物有机肥，然后每盆播种30粒种子。幼苗出土后统计总数，幼苗长出1片真叶后，统计倒伏苗总数。结果表明，对照幼苗倒伏率超过50%，而添加生物有机肥的实验组，幼苗倒伏率低于6%。
