CN102786327B

CN102786327B - 利用阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥及其制备方法

Info

Publication number: CN102786327B
Application number: CN201210181091.4A
Authority: CN
Inventors: 李纪顺; 魏艳丽; 刘伟; 陈凯; 扈进冬; 杨合同
Original assignee: JINAN AGRI NEW FERTILIZER CO Ltd
Current assignee: Jinan Agri New Fertilizer Co., Ltd.; Sino-Japanese Friendship and Biotechnology Research Center, Shandong Academy of Sciences
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: CN102786327A

Abstract

本发明是一种利用阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥的方法，以阿维菌素发酵废渣为主要原料，秸秆和鸡粪等为辅助调配原料，进行好氧发酵，通过在好氧发酵过程中加入阿维菌素残留降解菌剂，在高温和通风好氧条件下，有利于加速对阿维菌素残留的降解。田间应用试验表明，应用本发明所述方法制备的生物有机肥，不仅可替代常规生物有机肥在农业生产中使用，而且具有明显的增产增收效果，达到阿维菌素废渣堆肥的无害化、资源化利用的目的。

Description

利用阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥及其制备方法

技术领域

本发明属于农业生物技术领域，涉及一种利用阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥及其制备方法。

背景技术

据统计，我国每年工、农业固体废物产生量达几十亿吨，危险废物产生量1000多万吨，对生态与环境安全构成威胁，已成为重要污染源。抗生素发酵废弃物污染已成为重中之重，残留的抗生素可造成产品药物残留，或环境微生物的耐药性，对人体健康造成潜在危害。另外，动物食入抗生素通过粪便、尿液等排入土壤或水域中，破坏环境的微生态平衡。未处理的抗生素药渣若以肥料形式施肥，将意味着残留抗生素直接排入土壤。由此可见，若不从根源上消除药渣中残留抗生素，药渣不论以何种方式再利用，都有可能将其残留的抗生素带入环境中。目前，国内外的研究主要集中在城市生活废水和工业废水中残留抗生素的治理，在有关药渣中残留抗生素降解技术的研究报道甚少。

阿维菌素发酵废渣的主要成分是微生物菌丝体，未代谢利用完的有机物、无机盐以及未提取完的抗生素等，均是准备生物有机肥的有用原料，但是，由于其中阿维菌素残留含量高达0.2%，无法直接应用，必须对其中的阿维菌素残留进行降解无害化处理后才能应用，否则就对土壤和作物造成二次污染。

好氧堆肥是农业有机废弃物资源化和无害化处理的常用方法，接种微生物菌剂也是常用的促进堆肥腐熟化进程的重要手段。但是单靠目前的好氧发酵处理方式，无法降解阿维菌素发酵废渣中的残留，因此，应用现有技术，无法利用阿维菌素发酵废渣生产出符合环保安全标准的要求的生物有机肥料。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种利用阿维菌素发酵废渣为主要原料，生产制备生物有机肥的方法，以阿维菌素发酵废渣为主要原料，秸秆和鸡粪等为辅助调配原料，进行好氧发酵，通过在好氧发酵过程中添加阿维菌素残留降解菌剂，加速对阿维菌素残留的降解，实现阿维菌素发酵废渣堆肥的生产和无害化资源化利用。

上述在好氧发酵过程中添加阿维菌素残留降解菌剂，是从阿维菌素发酵废渣中分离、筛选获得的嗜热脂肪芽孢杆菌菌株AZ11，经斜面培养、种子培养和生产发酵后，加工为固体菌剂，含菌数为30×10⁸cfu/g。所述菌株AZ11已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC）保藏, 名称为嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilus）AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119，保藏日期为2012年5月17日，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所（邮编：100101）。

上述在好氧发酵过程中加入的阿维菌素残留降解菌剂的用量，为原料阿维菌素发酵废渣以及秸秆、鸡粪总重量（干基）的1%。

本发明人经试验对比分析发现，阿维菌素残留降解菌剂的加入时间和加入次数均能对阿维菌素残留的降解效果带来明显的影响，经筛选优化确认，上述阿维菌素残留降解菌剂的加入次数需分为两次，第一次加入时间在堆料发酵温度达到40℃后，中间间隔四天后，再加第二次；每次加入量分别为0.5%。

这种采用分阶段加入阿维菌素残留降解菌剂的操作方式与好氧发酵工艺条件相结合，有利于加速对阿维菌素残留的降解和提高降解率，更有效的实现废渣堆肥的无害化资源化利用。

本发明的具体操作步骤和工艺条件如下：

（1）发酵堆料的原料组成：阿维菌素发酵废渣50±5%、秸秆40±4%和鸡粪10±1%，调整C/N值为26，有机质65% ，加水至堆料含水量在60%左右，搅拌均匀。（上述用量为重量%，以下同）。

（3）堆料高温发酵：待堆料升温到40℃后，第一次加入阿维菌素残留降解菌剂，中间间隔四天后，再加第二次，每次加入量分别为0.5%；

每3天用全自动发酵搅拌机翻堆一次，通过堆料底部的通风管（每根管间距1.2m）进行全自动通风控制，每12小时通风一次，每次通风1.5小时，每两小时测定一次堆料温度，接种降解菌剂后料温会在3-4天内升至60℃以上，持续至12天后温度逐渐降低，至24天温度降低至40℃以下，高温发酵过程结束；

（4）肥料制备：发酵至堆温保持在40℃以下，检测堆料中阿维菌素含量是否达到安全排放要求，按用量为原料总重量（干基）的1%接种巨大芽孢杆菌固体菌剂（含菌量30×10⁸cfu/g），用40-50℃暖风干燥至含水率在20%左右，混合均匀后送入挤压造粒机造粒、包装，即制得利用阿维菌素发酵废渣生产的生物有机肥。

本发明有效解决了畜禽粪便、秸秆、阿维菌素发酵废渣等固体废弃物难以彻底发酵和发酵废渣残留高难以资源化利用的问题，形成产品后无臭味、无污染、无二次发酵现象发生。向发酵废渣中加入阿维菌素降解菌剂，一方面将阿维菌素残留降解到安全使用标准，保证了发酵废渣的资源化利用；另一方面通过加入阿维菌素降解菌剂时机与好氧发酵工艺条件的优选和配合，使降解菌剂在高温、高湿和通风条件下对残留进行降解，加快了降解速度和提高了降解率，缩短了堆料的腐熟时间，耐高温菌株的接种也加速了堆肥的腐熟化，通过高温腐熟发酵，将病虫卵、大肠杆菌、病原菌等有害细菌杀死，保证了肥料的无害化。向高温发酵后的堆料中添加巨大芽孢杆菌固体菌剂，保证了生物有机肥中的生物活性。田间应用试验表明，应用本发明所述方法制备的生物有机肥，不仅可替代常规生物有机肥在农业生产中使用，而且具有明显的增产增收效果，达到阿维菌素废渣堆肥的资源化利用的目的。

附图说明

图1为堆温的变化趋势，需要24天完成腐熟过程，从图中可看出，3-15天期间内，堆温高于40℃；

图2为堆肥发酵过程中阿维菌素残留的降解趋势，从图中可看出，第八天后，阿维菌素残留量即明显降低，发酵结束后，残留量降至10.8mg/kg，降解率达98.7%。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。

实施例1. 阿维菌素降解菌剂制备

1）将阿维菌素降解菌AZ11斜面保存试管种子，接种至LB液体培养基中，40-45℃振荡培养至对数生长期；

2）将培养好的菌液以10%的接种量接种到10L种子发酵罐中，40-45℃培养至对数生长期，种子发酵罐的培养及配方为：玉米粉2%；豆饼粉1%；葡萄糖0.5%；K₂HPO₄ 0.4%；MgSO₄·7H₂O 0.02%；CaCO₃ 0.2%；pH 7.2-7.5；

3）将种子发酵罐的发酵液以10%的接种量接种到生产发酵罐中发酵生产，发酵生产中使用的培养基配方为：玉米粉3%；豆饼粉2%；CaCO₃0.5%；K₂HPO₄0.2%；ZnSO₄·5H₂O 0.05%；MgSO₄·7H₂O 0.05%；pH值7.2；

发酵生产工艺条件为：培养温度40—45℃，搅拌速度150r/min，罐压为0.04 —0.06Mpa，无菌空气通气量1:0.8-1，培养48小时菌数达到35×10⁸cfu/mL。

4）发酵完成后，发酵液可以直接稀释为液体菌剂或用草炭或硅藻土吸附，调整菌数为30×10⁸cfu/g，制成固体阿维菌素降解菌剂。

实施例2.阿维菌素发酵废渣生物有机肥制备

按照阿维菌素废渣50%、秸秆40%、鸡粪10%的重量比配制堆料组成，加水至含水量在60%，搅拌均匀；参考发酵场地大小，设堆长10.0米、宽8.0米，堆高1.5米；待堆温升到40℃后，将重量为原料总重量（干重）1%的降解菌剂平均分二次接种，中间间隔4天；每隔3天用全自动发酵搅拌机翻堆一次，每12小时通风1.5小时，发酵至24天，至堆温下降到40℃以下时，高温发酵过程结束，检测堆料里阿维菌素残留；此时发酵物料没有原料的腐朽气味，而具有发酵的香味；按总重量（干重）1%的用量，接种巨大芽孢杆菌固体菌剂（含菌量30×10⁸cfu/g），混合均匀后送入挤压造粒机造粒包装，40-50℃暖风干燥至含水率在20%，即得含巨大芽孢杆菌菌数在0.3×10⁸cfu/g以上的生物有机肥。上述巨大芽孢杆菌固体菌剂是由巨大芽孢杆菌AP25经常规发酵、加工方法制成的；该菌株已于2004年由本发明人在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏,保藏号为CGMCC No.1213。

实施例3本发明所述生物有机肥的制备工艺条件的筛选、优选试验

试验方法为变动一项工艺条件，固定其余条件（未必是最优点），进行发酵试验，通过测定阿维菌素废渣残留的降解率，评价优选工艺参数。

1）降解菌剂接种量的确定

待堆料温度自然升到40℃后，分别按0.1%、0.5%、1%接种量,接种降解菌剂，设不接菌对照，每3天用全自动发酵搅拌机翻堆一次，检测阿维菌素残留量，发酵至堆温在40℃以下。

结果表明，加入降解菌剂可明显提高堆料中阿维菌素的降解，发酵试验结束时，检测的对阿维菌素的降解率分别是50.8%、72.3%、81.5%。同时，还发现，加入降解菌剂可使堆料升温速度加快，发酵物料的最高温度增高，高温持续时间增长，其中菌剂1%接种量的降解效果最明显。

2）接种方式对堆料中阿维菌素降解的影响

待堆温升到40℃后，分别将1%的降解菌剂分一次、二次或三次接种（每次中间间隔4天）。每3天用全自动发酵搅拌机翻堆一次，每12h通风1.5小时，发酵至堆温保持在40℃以下。

结果显示，分次接种对阿维菌素的降解有一定的影响，从发酵第24天的检测结果来看，分两次接种，对阿维菌素的降解效果最好，堆料中阿维菌素的残留仅剩12.08mg/kg，整个发酵过程的降解率达到98.3%。

3）通风控制对阿维菌素发酵废渣腐熟的影响

待堆温升到40℃后，按1%的量接种降解菌剂，每隔3天用全自动发酵搅拌机翻堆一次，通过堆料底部通风管通风，设不同的通风间隔时间8h、12h、24h，每次通风1.5小时，以不通风处理为对照。发酵至堆温保持在40℃以下，每3天检测堆料中阿维菌素的残留量。

结果表明，通风可提高堆料的温度，间隔8h通风一次，堆温的提高幅度最大；但间隔8h通风，阿维菌素的降解率相对不好。发酵结束后测定，通风间隔时间8h、12h、24h阿维菌素的残留量依次为72.3mg/kg、42.18mg/kg、54.23mg/kg，综合考虑，选择每12h通风一次为好。

实施例4.本发明生物有机肥的田间应用试验

利用本发明研制的生物有机肥进行了萝卜和大葱等蔬菜作物的大田应用试验。试验采取随机区组设计，设3个肥料处理。处理1：本发明的生物有机肥100kg/亩+三元复合肥30kg/亩；处理2：鸡粪400kg/亩+三元复合肥30kg/亩；处理3为对照：灭活的生物有机肥100kg/亩+三元复合肥30kg/亩；施用方法为：全部的生物有机肥（或鸡粪）和40%的三元复合肥作为基肥，剩下60%的三元复合肥作为追肥。

萝卜试验结果为：与常规施肥相比，施用生物有机肥可提高萝卜产量，亩产增加20.2%。与对照相比，生物有机肥处理的萝卜样品中硝酸盐含量降低了12.0%，Vc含量增加了10.43%，总糖含量增加3.45%。说明施用本发明的生物有机肥可以有效降低萝卜根茎硝酸盐含量，增加维生素C和总糖的含量，从而改善其品质。根据萝卜产量，按市价计算成产值，扣除肥料成本，得出生物有机肥处理亩产值为7138.86元，比常规施肥每亩增加收益1184.57元。

大葱试验结果为：施用生物有机肥后可增加大葱葱白长度，比对照比增加6.51%；亩产量比常规施用鸡粪增加7.2%；而且可显著降低大葱中的葱蝇虫口数；施用有机肥的样品中硝酸盐含量与对照相比降低了14.68%，Vc含量与对照相比增加了172.62%，总糖含量比对照增加6.32%；根据大葱产量按市价计算成产值，扣除肥料成本，得出生物有机肥处理的小区，亩产值为3656元，比鸡粪对照每亩增加收益230.4元。

Claims

1. 利用阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥的方法，其特征在于以阿维菌素发酵废渣为主要原料，秸秆和鸡粪为辅助调配原料，进行好氧发酵，通过在好氧发酵过程中加入阿维菌素残留降解菌剂，加速对阿维菌素残留的降解；所述的阿维菌素残留降解菌剂，是从阿维菌素发酵废渣中分离、筛选获得的嗜热脂肪芽孢杆菌菌株AZ11，经斜面培养、种子培养和生产发酵后，加工为固体菌剂，含菌数为30×10⁸cfu/g；所述菌株AZ11已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通

微生物中心（CGMCC）保藏, 名称为嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilus）AZ11，保藏号为CGMCC NO.6119，保藏日期为2012年5月17日。

2. 如权利要求1所述的阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥的方法，其特征在于所述在好氧发酵过程中加入的阿维菌素残留降解菌剂为原料阿维菌素发酵废渣以及秸秆、鸡粪总重量的1%。

3.如权利要求1或2所述的阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥的方法，其特征在于所述在好氧发酵过程中加入阿维菌素残留降解菌剂的加入次数需分为两次，第一次加入时间在堆料发酵温度达到40℃后，中间间隔四天后，再加第二次；每次加入量分别为原料阿维菌素发酵废渣以及秸秆、鸡粪总重量的0.5%。

4. 如权利要求1或2所述的阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥的方法，其特征在于具体操作步骤和工艺条件如下：

（1）发酵堆料的原料组成：阿维菌素发酵废渣(50±5)%、秸秆(40±4)%和鸡粪(10±1)%，调整C/N值在26，有机质含量为原料总重量的(65±2)%,加水至堆料含水量在60%左右，搅拌均匀；

（2）堆料高温发酵：待堆料升温到40℃后，第一次加入阿维菌素残留降解菌剂，中间间隔四天后，再加第二次，每次加入量分别为原料阿维菌素发酵废渣以及秸秆、鸡粪总重量的0.5%；

每3天用全自动发酵搅拌机翻堆一次，通过堆料底部的通风管，进行全自动通风控制，每12小时通风一次，每次通风1.5小时，每两小时测定一次堆料温度，接种降解菌剂后，料温会在3-4天内升至60℃以上，持续至12天后温度逐渐降低，至24天温度降低至40℃以下，高温发酵过程结束；

（3）加工制备：发酵完成，堆温保持在40℃以下，检测堆料中阿维菌素含量是否达到安全排放要求，按原料总重量的1%接种含菌量为30×10⁸cfu/g巨大芽孢杆菌固体菌剂，用40-50℃暖风干燥至含水率在20%，混合均匀后送入挤压造粒机造粒、包装，即制得利用阿维菌素发酵废渣生产的生物有机肥。

5.如权利要求1或2所述的阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥的方法，其特征在于具体操作步骤和工艺条件如下：

按照阿维菌素废渣50%、秸秆40%、鸡粪10%的重量比配制堆料，加水至含水量在60%，搅拌均匀；设堆长10.0米、宽8.0米，堆高1.5米；待堆温升到40℃后，将重量为原料总重量1%的降解菌剂平均分二次接种，中间间隔4天；每隔3天用全自动发酵搅拌机翻堆一次，每12小时通风1.5小时，发酵至24天，至堆温下降到40℃以下时，按原料总重量1%的用量，接种含菌量30×10⁸cfu/g的巨大芽孢杆菌固体菌剂，混合均匀后，用40-50℃暖风干燥至含水率在20%，送入挤压造粒机造粒、包装，即制得利用阿维菌素发酵废渣生产的生物有机肥。

6. 如权利要求1所述的阿维菌素发酵废渣生产生物有机肥的方法所制备的生物有机肥，其特征在于可替代常规生物有机肥在农业生产中使用。