CN101775359A

CN101775359A - 一种直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂制备及其应用方法

Info

Publication number: CN101775359A
Application number: CN200910013635A
Authority: CN
Inventors: 刘相梅; 祝捷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-14

Abstract

本发明公开了一种直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂制备及其应用方法。此专用微生物复合菌剂为液态或固态，由腊状芽孢杆、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、球状芽孢杆菌、产芽孢梭菌、丙酮丁酸梭菌、巴氏梭菌、拜氏梭菌、热纤梭菌、绿色木霉、瑞氏木霉、黑曲霉中的一株或几株，经发酵培养后，组合复配而成。同时，利用此专用微生物复合菌剂作为接种菌剂，提供对农作物秸秆进行分解处理，加快发酵产沼气的应用方法；经微生物菌剂处理后的农作物秸秆发酵速度快、产沼气量大，其处理成本低，且无二次污染，在无任何禽、畜粪便的条件下也能发酵产生沼气，适用范围十分广泛。

Description

一种直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂制备及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂制备及其应用方法，特别是对纤维素类农作物秸秆分解的微生物菌剂的制备；以及利用此专用复合菌剂作为接种菌剂，提供对农作物秸秆进行分解处理，加快发酵产沼气的应用方法。同时也可以用于对其它有机固体废物进行生物处理产沼气。

背景技术

为了改善农村生态环境，提高农民的生活质量，国家大力推广清洁能源-沼气的生产和利用。目前，我国农村主要是利用畜、禽粪便产沼气，据统计，由于各农户养殖畜、禽数量不均，在不同季节农户养殖数量差异较大，因此利用农作物秸秆作为发酵原料产沼气，发酵产沼气后的残渣、沼液又是很好的有机肥，此方法值得大力推广。但直接将农作物秸秆为原料发酵产沼气，会经常导致产沼气慢、产气量少、产气率低，有时还会出现发酵物料偏酸等现象，所以推广受到一定的限制。

目前，微生物复合菌剂的制备仍局限于微生物菌肥等的生产，尚没有专用的分解农作物秸秆进行发酵产沼气的高效环保的微生物复合菌剂的制备。当前，农作物秸秆处理方法主要有物理法、化学法。物理法主要有机械搅拌法、气爆法；化学法主要用碱处理，用碱量较大，用水量也大；以上各种技术均存在能耗较大，成本较高，农村适用性差且造成环境污染等缺点。因此，利用专用微生物复合菌剂对农作物秸秆进行生物法分解处理发酵产沼气，将大有可为。

沼气发酵的生物学过程由多菌种联合作用，可分为三个阶段，即水解阶段、产酸阶段、产气阶段。在农作物秸秆发酵产沼气过程中，纤维素类物质分解是关键，纤维素的破坏意味着复杂的有机物水解成相应的单体和无形体物质产生，这是最重要的物理性状变化。因此，根据微生物菌株的特性和沼气发酵过程原理，研究、制备专用的高效环保微生物复合接种菌剂，同时提供利用微生物复合菌剂加速富含纤维素农作物秸秆进行分解的处理方法，有利于沼气发酵过程水解阶段进行，并加快产酸阶段和产气阶段实施，缩短产沼气时间，增加沼气产量，是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提出一种直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂的制备，同时提供利用此微生物复合菌剂分解农作物秸杆进行处理发酵产沼气的应用方法；它有效地克服了现有技术中发酵不好而影响沼气产量、产率的缺陷，经微生物菌剂处理后的农作物秸杆发酵速度快和产沼气量大，使初始产气时间缩短50％以上，沼气产量提高30％以上；能使所有玉米秆、稻草、麦秆等农作物秸秆作为沼气发酵的原料，与现有其它处理方法相比，其处理成本低，在农家院、田地、沼气池旁边均可进行处理，且无二次污染；秸秆处理后即可入沼气池发酵产生沼气，在无任何禽、畜粪便的条件下也能产生沼气，适用范围十分广泛。

本发明通过如下技术措施实现：

本发明专用微生物复合菌剂使用的细菌、真菌菌种由下述15种菌中的7-15种中的全部或其中部分组成。

菌种中文名称菌种拉丁学名：

1腊状芽孢杆Bacillus cereus

2枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis

3地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis

4巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium

5胶冻样芽孢杆菌Bacillus mucilaginosus

6环状芽孢杆菌Bacillus circulans

7球状芽孢杆菌Bacillus sphaericus

8产芽孢梭菌Clostridium sporogenes

9丙酮丁酸梭菌Clostridium acetobutylicum

10巴氏梭菌Clostridium pasteurianum

11拜氏梭菌Clostridium beijerinckii

12热纤梭菌Clostridium thermocellum

13绿色木霉Trichoderma viride

14瑞氏木霉Trichoderma pseudokoningii

15黑曲霉Aspergillus niger

为方便说明，上述15种菌在本申请中用其序号表示，如1号菌为腊状芽孢杆菌，2号菌即为枯草芽孢杆菌，以此类推。上述菌种可以自行分离鉴定或直接由菌种保藏单位购买使用。以上菌株共同点是细菌能够产生芽孢，真菌为高活性中温、嗜温纤维素降解菌；以上菌株经筛选、活化、复壮、诱变，其纤维素降解活力提高50％以上。以上15种菌在本发明中将会被全部或部分组合使用，制备为产品。本发明保证产品有良好的储存、施用可靠性。

微生物菌剂的制备方法为：将各细菌单独或组合进行固体或液体发酵培养，培养基为通用产芽孢培养基或一般利于细菌生长、产芽孢培养基；将各真菌单独或组合进行固体或液体发酵培养，培养基为通用真菌培养基。现将固体和液体菌剂的制备方法说明如下：

一、固体和液体菌剂的制备方法

1、固体菌剂的制备方法

细菌菌种发酵培养，产生细菌芽孢

1-7号菌种分别或组合后，采用通用的产芽孢培养基和培养条件，如葡萄糖肉汤培养基等，进行发酵培养，以产生芽孢的高峰条件确定终止发酵(此时孢子浓度一般在1×10⁹-4×10¹⁰个/ml)；8-12号菌种分别或组合后，采用通用的厌氧细菌产芽孢培养基和厌氧培养条件，如庖肉培养基等，进行发酵培养，以产生芽孢的高峰条件确定终止发酵(此时孢子浓度一般在1×10⁹-4×10¹⁰个/ml)。

发酵后收集细菌芽孢和制备芽孢干粉

按照常规通用的方法，上述菌种发酵结束后，进行芽孢孢子收集、制粉。加吸附剂过滤等方法收集细菌芽孢孢子，采用70℃以下风干、喷雾干燥，干燥后制成孢子粉，配合适当吸附剂、稀释填料成制剂，测定有效孢子浓度。吸附剂为硅藻土、轻质碳酸钙、草碳、电厂灰等公众知道物质。

真菌菌种固体发酵培养

13-15中的一株或几株中温、嗜温纤维素降解真菌，分别或组合接种于固态发酵专用培养基中按常规方法进行培养，得到固态发酵菌剂(含菌量为＞109cfu/g)；固态发酵专用培养基由锯末、米糠、麸皮、无机盐复配。

配制微生物菌剂及包装

根据细菌芽孢浓度和真菌浓度要求，产品按1∶1配制；在保证配制的产品含水量低于10％，污染杂菌少于5％时，可进行产品最终包装。

2、液体菌剂的制备方法

细菌菌种发酵培养，产生细菌芽孢

1-7号菌种分别或组合后，采用通用的产芽孢培养基和培养条件，如葡萄糖肉汤培养基等，进行发酵培养，以产生芽孢的高峰条件确定终止发酵(此时孢子浓度一般在1×10⁹-4×10¹⁰个/ml)；8-12号菌种分别或组合后，采用通用的厌氧细菌产芽孢培养基和厌氧培养条件，如庖肉培养基等，进行发酵培养，以产生抱子的高峰条件确定终止发酵(此时孢子浓度一般在1×10⁹-4×10¹⁰个/ml)。

真菌菌种液体发酵培养

13-15中的一株或几株中温、嗜温纤维素降解真菌，分别或组合接种于液态发酵专用培养基中，按常规方法进行培养，得到液态发酵菌剂(含菌量为＞10⁹cfu/ml)。液态发酵专用培养基由豆浆，葡萄糖加水配制。

配制微生物液体菌剂产品

根据各细菌芽孢浓度和制剂浓度要求，用上述孢子液加保护剂和无菌水与真菌发酵培养液，按1∶1灌装配制成液体产品。

二、利用专用微生物复合菌剂对农作物秸秆进行分解处理发酵产沼气的应用方法

本发明采用复合菌剂对农作物秸秆进行分解处理发酵产沼气，处理后的秸秆内部结构发生变化，秸秆变柔软、疏松，所以将其作为产沼气的原料，可使秸秆利于厌氧微生物降解利用，使初始产气时间缩短50％以上，沼气产量提高30％以上。因其所用复合菌剂的细菌、真菌中，含有嗜热、中温纤维素降解菌，故利用各菌的协同作用，可在无任何禽、畜粪便的条件下全部使用秸秆发酵产生沼气。

利用专用微生物复合菌剂对秸秆进行分解处理方法为：先将农作物秸杆原料破碎，加水润湿，然后向润湿后的秸杆加入适量尿素水或碳氨或木薯粉、糟粕渣等农用氮肥作为氮源补充，同时加入专用微生物复合菌剂，拌匀，进行堆沤等方式处理，堆沤温度不低于50℃维持3天以上，然后将经专用微生物复合菌剂处理后的农作物秸杆入沼气池，适量加入沼气发酵接种物和专用催化剂，密闭厌氧发酵产沼气。将发酵物料的总固体浓度调整到15-50％，进行厌氧干式发酵产沼气；将发酵物料的总固体浓度调整到15％以下，进行厌氧湿式发酵产沼气。

具体实施方式

实施例一、专用微生物固体菌剂制备

细菌菌种发酵培养

将1-7号菌种分别按常规方法进行复壮、紫外诱变(以上技术为本领域专业人员公知)，分别单独采用下述条件发酵培养：培养基为细菌营养肉汤培养基，购自青岛海博生物技术公司，按说明书配制成10L，PH7.2，装入18升全自动发酵罐；培养条件为：培养温度30℃；搅拌速度200转/分钟；无菌空气通气量1∶1；培养时间24小时；发酵结束时芽孢浓度＞1×10⁹个/ml。

8-12号菌种分别单独采用下述条件发酵培养：培养基为细菌厌氧庖肉培养基，购自青岛海博生物技术公司，按说明书配制成10L，PH7.2，装入18升全自动发酵罐；培养条件为：培养温度30℃；搅拌速度200转/分钟：无菌氮气通气量0.7∶1；培养时间20小时；培养结束时芽孢浓度均为＞2×10⁹个/ml。

发酵后细菌芽孢收集和制备芽孢干粉

上述菌种发酵结束后加硅藻土采用离心过滤，收集芽孢菌体；60℃热风干燥后制成300目，调菌体芽孢浓度为1×10¹⁰个/g，按等量比例配制细菌固态微生物菌剂。真菌菌种发酵培养

13-15号菌种分别单独采用下述条件发酵培养：将13-15号的绿色木霉、瑞氏木霉、黑曲霉各一株按常规方法进行复壮、紫外诱变(以上技术为本领域专业人员公知)，分别单独采用下述条件发酵培养：分别单独接种(接种量为10％)于固态发酵专用培养基中，在32℃下培养48小时，得到固态型真菌发酵菌剂。固态发酵专用培养基具体配方为：锯末4kg，米糠1kg，麸皮1kg，(NH₄)₂SO₄5g，KH₂PO₄2.5g，加水至含水量达50％，PH 7.0。上述真菌固态菌剂为黄色，松软，含菌量＞含菌量为＞10⁹cfu/g。

微生物复合菌剂复配与包装

上述细菌、真菌固态微生物菌剂，按1∶1比例复配，检测后上述含水量低于10％，污染杂菌少于5％时，进行产品最终包装；包装为500g/袋。

实施例二、微生物液体菌剂的制备方法

细菌菌种发酵培养

将1-7号菌种分别按常规方法进行复壮、紫外诱变(以上技术为本领域专业人员公知)，分别单独采用下述条件发酵培养：培养基为细菌营养肉汤培养基，购自青岛海博生物技术公司，按说明书配制成10L，PH7.2，装入16升全自动发酵罐；培养条件为：培养温度30℃；搅拌速度200转/分钟；无菌空气通气量1∶1；培养时间在24小时；发酵结束时芽孢浓度＞1×10⁹个/ml。

8-12菌种分别单独采用下述发酵培养条件：培养基为细菌厌氧庖肉培养基，购自青岛海博生物技术公司，按说明书配制成10L，PH7.2，装入16升全自动发酵罐；培养条件为：培养温度30℃；搅拌速度200转/分钟：无菌氮气通气量0.7∶1；培养时间20小时；培养结束时芽孢浓度均为＞2×10⁹个/ml。

真菌菌种发酵培养

13-15号菌种分别单独采用下述条件发酵培养：将13-15号的绿色木霉、瑞氏木霉、黑曲霉各一株按常规方法进行复壮、紫外诱变(以上技术为本领域专业人员公知)，分别单独采用下述条件发酵培养：分别单独接种(接种量为10％)于液体发酵专用培养基10L中，在32℃下培养64小时；液态发酵专用培养基配方：质量/体积百分比浓度为80％的豆浆，葡萄糖20g，加水至10L，pH 7.0。

微生物菌剂复配与包装

根据各芽孢浓度和制剂浓度要求，用上述芽孢液加保护剂和无菌水与真菌菌种发酵培养液体按1∶1灌装配制成液体产品；包装为500ml/瓶。

实施例三、利用专用微生物复合菌剂(固态)对农作物秸秆进行分解处理发酵产沼气的应用方法

应用选择8立方使用过沼气池进行。

1、切碎或粗粉碎：将玉米等秆茎较粗的秸秆用多功能机粉碎，稻草等秆茎较细软的秸秆用铡草机切短或粉碎到6cm以下，按沼气池每立方米池容需秸秆50kg计，粉碎400kg玉米秸秆。

2、秸秆润湿、接种：用2.5kg尿素兑180kg水制成尿素水，均匀地撒在秸杆堆上，发酵物堆的含水量要求达到60-70％(水分判断方法：手抓一把物料见水不滴水，落地即散为宜)；等到尿素水浸透后，上面加盖透气性覆盖物，自然放置24小时，然后按每50kg秸秆加1kg专用微生物复合菌剂用量，均匀地撒在已堆好的秸杆中，做到边翻边撒。

3、堆沤：将秸秆堆成条状堆垛，1.5m宽、1m高(可视气温高低调整)，在堆垛四周及项部间隔50cm扎孔若干，严禁拍打压实。

4、处理标准：接种完，用薄膜将堆垛四周及项部盖上，底部留缝隙通气，避光避雨。通常，堆垛内温度达到50℃以上维持3天，秸秆上有一层白色菌丝时，大部分秸秆颜色由发黄到发软再到发黑或褐色时，一拉即断，便可投入沼气池内发酵。

5、加温热水，并适量加入专用催化剂，使沼气池内固性物含量为25％左右。

6、封池2天，排放2天废气后即可试火，产沼气量提高30％以上。

实施例四、利用专用微生物复合菌剂(液体)对农作物秸秆进行分解处理发酵产沼气的应用方法

应用选择8立方新建沼气池进行。

2、秸秆润湿、接种：用2.5kg尿素兑180kg水制成尿素水，均匀地撒在秸杆堆上，发酵物堆的含水量要求达到60-70％(水分判断方法：手抓一把物料见水不滴水，落地即散为宜)；等到尿素水浸透后，上面加盖透气性覆盖物，自然放置24小时，然后按每50kg秸秆加1kg专用微生物复合菌剂(液体)用量，稀释后均匀地撒在已堆好的秸杆中，做到边翻边喷。

5、加温热水，并加入1立方湿猪粪及适量专用催化剂，，使沼气池内固性物含量为10％左右。

Claims

1.一种直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂制备及其应用方法，其特征在于：直接分解秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂，由能够降解纤维素、半纤维素、木质素的产生芽孢的细菌，包括腊状芽孢杆(Bacillus cereus)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、胶冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)、环状芽孢杆菌(Bacillus circulans)、球状芽孢杆菌(Bacillus sphaericus)、产芽孢梭菌(Clostridium sporogenes)、丙酮丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)、巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)、拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)、热纤梭菌(Clostridium thermocellum)、中的一株或几株；由能够降解纤维素、半纤维素、木质素的中温、嗜温真菌，包括绿色木霉(Trichodermaviride)、瑞氏木霉(Trichoderma pseudokoningii)、黑曲霉(Aspergillus niger)中的一株或几株，经发酵培养后，组合复配而成；同时提供利用此专用微生物复合菌剂对农作物秸秆进行分解处理，加快发酵产沼气的应用方法。

2.根据权利要求1所述的直接分解农作物秸秆发酵产沼气的专用微生物复合菌剂，其特征在于所述专用微生物复合菌剂为液态或固态。

3.根据权利要求1或2所述的专用微生物复合菌剂，其特征在于所述液态菌剂制备方式为：细菌中的一株或几株菌单独或组合接种于液态发酵专用培养基中有氧或厌氧培养，好氧菌培养通无菌空气，厌氧菌培养通无菌氮气，得到液态发酵菌剂；真菌中的一株或几株中温、嗜温纤维素降解菌单独或组合接种于液态发酵专用培养基中有氧培养，得到液态发酵菌剂；将上述菌剂按1∶1混合复配包装。

4.根据权利要求1或2所述的专用微生物复合菌剂，其特征在于所述固态菌剂制备方式为：细菌中的一株或几株菌单独或组合接种于液态发酵专用培养基中，培养后加吸附剂经离心或板框过滤收集芽孢和菌体，采用70℃以下的风干或喷雾干燥，配合适当吸附剂和稀释填料制成粉剂；真菌中的一株或几株中温、嗜温纤维素降解菌，单独或组合接种于固态发酵专用培养基中培养，得到固态型发酵菌剂；将上述菌剂按1∶1混合复配包装。

5.根据权利要求1所述的利用专用微生物复合菌剂分解农作物秸秆加快发酵产沼气的应用方法，其特征在于分解秸杆发酵产沼气的应用方法为：先将农作物秸杆原料破碎，加水润湿，加入专用微生物菌剂，适量加尿素水或碳氨或其他农用氮肥，拌匀，进行堆沤等方式处理，堆沤温度不低于50℃维持3天以上，然后将经专用微生物菌剂处理后的农作物秸杆入沼气池，适量加入沼气发酵接种物或专用催化剂，密闭厌氧发酵产沼气。

6.根据权利要求1或5所述的分解秸杆发酵产沼气的应用方法，其特征在于所述的经专用微生物菌剂处理后的农作物秸杆入沼气池秸秆入沼气池后，可以将发酵物料的总固体浓度调整为15-50％，进行干式厌氧发酵产沼气；也可以将发酵物料的总固体浓度调整为15％以下，进行湿式厌氧发酵产沼气。