申请日2018.11.27
公开(公告)日2019.02.26
IPC分类号C12N1/20; C05F15/00; C05F17/00; C12R1/07; C12R1/465; C12R1/01; C12R1/125; C12R1/10
摘要
本发明公开了一种污泥堆肥用复合菌剂的制备方法及其应用，将高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌分别单独培养后按菌液体积比例进行混合获得混合菌液，然后将所述混合菌液接种至发酵培养基中进行扩大培养，得到污泥堆肥用复合菌剂。本发明复合菌剂主要应用于高温污泥堆肥，发酵起温快、高温维持时间长，可缩短堆肥时间，堆料含水率下降，且生产成本低，环保无污染，性能优良高效，具有较好的经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种污泥堆肥用复合菌剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌分别单独培养后按菌液体积比例进行混合获得混合菌液，然后将所述混合菌液接种至发酵培养基中进行扩大培养，得到污泥堆肥用复合菌剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
混合时高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌液体积比为0.6-1.2：0.6-1.2：0.3-0.8：0.6-1.2：0.3-0.8。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
混合时高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌液体积比为0.8：0.8：0.5：0.8：0.5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g，蛋白胨5-10g，牛肉浸膏3-5g，NaCl 2-5g，KH2PO4 0.75-1.5g，MgSO4·7H2O 0.5-1g，K2HPO4 0.8-1g，维生素B110-15mg，马铃薯提取液1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述混合菌液接种至发酵培养基中的接种体积比为5%-15%。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于：
所述混合菌液接种至发酵培养基中进行扩大培养的培养温度为30-37℃，培养时间3-5d，搅拌速度为160-200rpm，通气量为1:1.5-2，搅拌间隔时间为2h，搅拌2min，当活菌数达到1×108CFU/mL以上时，即完成该复合菌剂的制备。
7.一种权利要求1-6中任一种方法制备的复合菌剂的应用方法，其特征在于包括如下步骤：
按1：500-600的质量比将复合菌剂以直接喷洒的方式接入堆料中，当堆料经过发酵升温后降温，最后温度与环境温度相同时，即完成污泥堆肥。
8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于：
污泥堆肥前，将堆料与辅料混拌均匀，调节含水率为50%-60%;所述辅料为秸秆、木屑、畜禽粪便、稻壳、城市垃圾中的两种或两种以上的混合物。
说明书
一种污泥堆肥用复合菌剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于微生物发酵技术领域，具体涉及一种污泥堆肥用复合菌剂的制备方法及其应用。
背景技术
随着我国城市化水平的不断加快，城市污水处理量不断提高，而处理污水时所产生的大量剩余污泥的处理已成为城市发展的主要问题。目前我国处理污泥所采用的方法主要有污泥脱水、干化焚烧、卫生填埋、堆肥等，其中污泥堆肥技术通常是与秸秆、木屑、粉煤灰、禽畜粪便等辅料混合后添加微生物菌剂进行好氧堆肥，是一种高效、绿色、无害化的污泥资源化处理方式。传统的污泥堆肥法主要是单纯利用堆料中土著微生物来进行自然发酵，但由于初期土著微生物量少，繁殖较慢，往往容易造成堆肥发酵周期长、肥效低、产生异味等问题。因此，研究者们开始使用向堆料中接种复合微生物菌剂来缩短发酵周期、促进堆肥快速腐熟和提高堆肥产品质量。
近年来微生物菌剂在污泥堆肥方面已有所应用，但仍存在这许多问题，如一些微生物效果单一、操作复杂，肥效效果不尽理想等问题导致较难广泛应用。因此，污泥堆肥复合菌剂的研究开发还需要不断探索与开发，以使污泥堆肥中木质纤维素快速降解，促使堆肥快速腐熟，缩短发酵周期，减少肥力损失从而达到更好的堆肥处理效果。
发明内容
本发明旨在提供一种污泥堆肥用复合菌剂的制备方法及其应用，本发明复合菌剂应用于污泥堆肥中，可使污泥堆料中木质纤维素快速降解，促使堆肥快速腐熟，缩短发酵周期，减少肥力损失从而达到更好的堆肥处理效果。
为了实现上述目标，本发明采取以下技术方案：
本发明污泥堆肥用复合菌剂的制备方法，是将中国工业和农业微生物菌种保藏管理中心(CICC和ACCC)保藏的高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis，CICC保藏，保藏编号24238，保藏日期2017年7月12日)、紫色变异链霉菌(Streptomyces violovariabilis，CICC保藏，保藏编号23630，保藏日期2008年11月21日)、嗜热脂肪地芽孢杆菌(Geobacillusthermophilus，ACCC保藏，保藏编号10253，保藏日期2009年6月13日)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis，ACCC保藏，保藏编号19742，保藏日期2012年9月8日)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis，ACCC保藏，保藏编号04312，保藏日期2015年7月24日)分别单独培养后按菌液体积比例进行混合获得混合菌液，然后将所述混合菌液接种至发酵培养基中进行扩大培养，得到污泥堆肥用复合菌剂。
混合时高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌液体积比为0.6-1.2：0.6-1.2：0.3-0.8：0.6-1.2：0.3-0.8。
优选体积比为：0.8：0.8：0.5：0.8：0.5。
所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g，蛋白胨5-10g，牛肉浸膏3-5g，NaCl 2-5g，KH2PO4 0.75-1.5g，MgSO4.7H2O 0.5-1g，K2HPO4 0.8-1g，维生素B1 10-15mg，马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
所述混合菌液接种至发酵培养基中的接种体积比为5%-15%，培养温度为30-37℃，培养时间3-5d，搅拌速度为160-200rpm，通气量为1:1.5-2，搅拌间隔时间为2h，搅拌2min，当活菌数达到1×108CFU/mL以上时，即完成该复合菌剂的制备。
所述高地芽孢杆菌菌液的制备过程包括如下步骤：挑取高地芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为24h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为36-48h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g，蛋白胨5g，牛肉浸膏3g，NaCl5g，琼脂15g，补充蒸馏水至1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g，蛋白胨5g，牛肉浸膏3g，NaCl 5g，补充蒸馏水至1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
所述紫色变异链霉菌菌液的制备过程包括如下步骤：挑取紫色变异链霉菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为24h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为36-48h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖20g，KH2PO4 3g，MgSO4.7H2O1.5g，维生素B1 20mg，琼脂15g，马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，pH=6，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖20g，KH2PO4 3g，MgSO4.7H2O1.5g，维生素B1 20mg，马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，pH=6，121℃灭菌30min后冷却使用。
所述嗜热脂肪地芽孢杆菌菌液的制备过程包括如下步骤：挑取嗜热脂肪地芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为48h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为48-72h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g，蛋白胨9g，牛肉浸膏5g，NaCl 2g，K2HPO4 1g，KH2PO4 0.75g，琼脂15g，补充蒸馏水至1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g，蛋白胨9g，牛肉浸膏5g，NaCl 5g，K2HPO4 1g，KH2PO4 0.75g，补充蒸馏水至1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
所述枯草芽孢杆菌菌液的制备过程包括如下步骤：挑取枯草芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为24h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为36-48h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5.0g，蛋白胨10g，牛肉浸膏1g，NaCl5g，琼脂15g，补充蒸馏水至1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g，蛋白胨10g，牛肉浸膏1g，NaCl 5g，补充蒸馏水至1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
所述地衣芽孢杆菌菌液的制备过程包括如下步骤：挑取地衣芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为24h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为36-48h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5.0g，蛋白胨10g，牛肉浸膏1g，NaCl5g，琼脂15g，补充蒸馏水至1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g，蛋白胨10g，牛肉浸膏1g，NaCl 5g，补充蒸馏水至1L，pH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
本发明制备的复合菌剂的应用方法，包括如下步骤：
按1：500-600的质量比将复合菌剂以直接喷洒的方式接入堆料中，当堆料经过发酵升温后降温，最后温度与环境温度相同时，即完成污泥堆肥。污泥堆肥前，将堆料与辅料混拌均匀，调节含水率为50%-60%，辅料为秸秆、木屑、畜禽粪便、稻壳、城市垃圾中的两种或两种以上的混合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明主要应用于高温污泥堆肥，发酵起温快、高温维持时间长，可缩短堆肥时间，堆料含水率下降，且生产成本低，环保无污染，性能优良高效，具有较好的经济效益和社会效益。具体如下所述：
1、所选用的高地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌均可产生蛋白酶、淀粉酶、杆菌素等酶类促进堆料中木质纤维素快速降解，其发酵产物可以促进根系生长，同时地衣芽孢杆菌能促进复合菌剂中紫色变异链霉菌的生长繁殖;紫色变异链霉菌和嗜热脂肪地芽孢杆菌具有解磷解钾、活化污泥中硅、钙、镁元素作用、可提高作物抗逆性，且嗜热脂肪地芽孢杆菌可分泌多种酶及植物生长激素，菌体死亡后游离出钾、磷也可被植物吸收。
2、所选用的微生物为复合菌剂，具有较强的组合和协同能力，互不排斥，在堆肥中互相协调，发酵起温快、高温维持时间长。使用时不需要复杂工艺，直接投放，使用方便。
3、本发明制备的复合菌剂不仅仅限用于污泥堆肥，还可以用于畜禽粪便、农业废弃物、厨房垃圾等堆肥。
具体实施方式
本发明使用中国工业和农业微生物菌种保藏管理中心(CICC和ACCC)保藏的高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis，CICC保藏，编号24238)、紫色变异链霉菌(Streptomycesviolovariabilis，CICC保藏，编号23630)、嗜热脂肪地芽孢杆菌(Geobacillusthermophilus，ACCC保藏，编号10253)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis，ACCC保藏，编号19742)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis，ACCC保藏，编号04312)，经单独培养后按菌液体积比例进行混合接种至发酵培养基中进行扩大培养得到用于污泥堆肥的复合菌剂。
所述复合菌剂中各菌种的制备方法如下：
(1)所述高地芽孢杆菌菌液的制备为：挑取高地芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为24h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为36-48h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨5g、牛肉浸膏3g、NaCl 5g、琼脂15g、补充蒸馏水至1L，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨5g、牛肉浸膏3g、NaCl 5g，补充蒸馏水至1L，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
(2)所述紫色变异链霉菌菌液的制备为：挑取紫色变异链霉菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为24h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为36-48h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖20g、KH2PO4 3g、MgSO4.7H2O 1.5g、维生素B1 20mg、琼脂15g、马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，PH=6，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖20g、KH2PO4 3g、MgSO4.7H2O 1.5g、维生素B1 20mg、马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，PH=6，121℃灭菌30min后冷却使用。
(3)所述嗜热脂肪地芽孢杆菌菌液的制备为：挑取嗜热脂肪地芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为48h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为48-72h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨9g、牛肉浸膏5g、NaCl2g、K2HPO4 1g、KH2PO4 0.75g、琼脂15g、补充蒸馏水至1L，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨9g、牛肉浸膏5g、NaCl 5g、K2HPO4 1g、KH2PO4 0.75g，补充蒸馏水至1L，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
(4)所述枯草芽孢杆菌菌液的制备为：挑取枯草芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为24h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为36-48h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5.0g、蛋白胨10g、牛肉浸膏1g、NaCl 5g、琼脂15g、补充蒸馏水至1L，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨10g、牛肉浸膏1g、NaCl 5g，补充蒸馏水至1L，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
(5)所述地衣芽孢杆菌菌液的制备为：挑取地衣芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养中，置于培养基中培养，培养温度为37℃，培养时间为24h，待其斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为36-48h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成;所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5.0g、蛋白胨10g、牛肉浸膏1g、NaCl 5g、琼脂15g、补充蒸馏水至1L，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用;所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨10g、牛肉浸膏1g、NaCl 5g，补充蒸馏水至1L，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
以下是本发明产品复合菌剂的制备实例：
实施例1：
将高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌液按体积比为0.5：0.5：0.2：0.5：0.2混合后，以高温灭菌后的发酵培养基体积比8%接种，35℃发酵培养5d，当活菌数达到1×108CFU/mL以上时，即培养完成。所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g、蛋白胨5-10g、牛肉浸膏3-5g、NaCl2-5g、KH2PO4 0.75-1.5g、MgSO4.7H2O 0.5-1g、K2HPO4 0.8-1g、维生素B1 10-15mg、马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
实施例2：
将高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌液按体积比为0.8：0.8：0.5：0.8：0.5混合后，以高温灭菌后的发酵培养基体积比10%接种，35℃发酵培养5d，当活菌数达到1×108CFU/mL以上时，即培养完成。所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g、蛋白胨5-10g、牛肉浸膏3-5g、NaCl2-5g、KH2PO4 0.75-1.5g、MgSO4.7H2O 0.5-1g、K2HPO4 0.8-1g、维生素B1 10-15mg、马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
此实施例为最优实施例。
实施例3：
将高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌液按体积比为1：1：0.8：1：0.8混合后，以高温灭菌后的发酵培养基体积比12%接种，35℃发酵培养5d，当活菌数达到1×108CFU/mL以上时，即培养完成。所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g、蛋白胨5-10g、牛肉浸膏3-5g、NaCl 2-5g、KH2PO4 0.75-1.5g、MgSO4.7H2O 0.5-1g、K2HPO4 0.8-1g、维生素B1 10-15mg、马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
实施例4：
将高地芽孢杆菌、紫色变异链霉菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌液按体积比为0.6：0.6：0.4：0.5：0.4混合后，以高温灭菌后的发酵培养基体积比12%接种，35℃发酵培养5d，当活菌数达到1×108CFU/mL以上时，即培养完成。所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g、蛋白胨5-10g、牛肉浸膏3-5g、NaCl2-5g、KH2PO4 0.75-1.5g、MgSO4.7H2O 0.5-1g、K2HPO4 0.8-1g、维生素B1 10-15mg、马铃薯提取液1L(取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1L)，PH=7，121℃灭菌30min后冷却使用。
上述实施例制备的复合菌剂在污泥堆肥张的使用情况：
按上述实施例1-4制备得到的复合菌剂，以直接喷洒的方式按1：500-600接入堆料中，当堆体经过发酵升温后降温，最后温度与环境温度相同时，即完成污泥堆肥。污泥堆肥前与辅料混拌均匀，调节污泥含水率为50%-60%，辅料为秸秆、木屑、畜禽粪便、稻壳、城市垃圾中的两种或两种以上混合物。经过与未接种复合菌剂的污泥堆肥对比，堆料到达高温期的时间提前5-7天，堆肥周期缩短了12-16天，堆体含水率下降28-32%，堆体臭气排放减少，堆料中总含氮量提高20-25%，污泥堆肥的效率得到提高。
