CN103833426A - 一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法。本发明通过向城市污泥中加入醋酸和腐烂的柑橘，之后再用超声波处理，有效的除去了城市污泥中的重金属，为蔬菜的安全食用提供保障。且本发明使用腐烂后的柑橘，起到了变废为宝的效果，在去除重金属的同时，解决了柑橘腐烂后污染环境的问题。通过采取添加有大豆提取物的发酵剂进行发酵，大大降低了小麦秸秆和城市污泥发酵的升温和发酵时间，提高了发酵基质对发酵剂的吸收利用，丰富了发酵后的营养成分，同时也提高了工作效率。大豆提取物先用超声波处理再与复合液混合，使得复合液中的成分与大豆提取物融合均匀，提高了城市污泥和秸秆对发酵剂的吸收利用率。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法。
背景技术
城市污水厂脱水污泥是城市污水厂处理废水所产生的固态废弃物。随着我国在建污水厂数目的增加，污泥产量仍会增加。城市污泥中含大量有机质及N、P和K等植物所需营养元素，堆肥处理后用作蔬菜基质是实现此类固体废弃物减量化，无害化和资源化的有效途径。
但是城市污泥中含有重金属，不利于蔬菜生长，且通常采用强制通风好氧静态堆肥法一次发酵基本需要30天时间，对于处理数量巨大的此类废弃物存在发酵时间长、发酵不彻底的缺点。因此针对这一问题探索一条经济、有效的快速腐熟处理方法，为该类城市脱水污泥快速腐熟后作为冬季蔬菜的生长基质提供理论和技术支持迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的空白，提供一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法，不仅有效解决了城市污泥的问题，而且为冬季蔬菜的生长提供了一种高效的营养基质。
本发明所采用的技术方案是：一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法，包括以下步骤：
步骤一、向城市污泥中加入摩尔浓度为0.7mol/L的醋酸和腐烂的柑橘，搅拌均匀后用频率为20kHz的超声波处理25min，风干后制得基质Ⅰ，每升城市污泥中加入的醋酸和柑橘的质量分别为32g、34g；
步骤二、将小麦秸秆和风干后的基质Ⅰ粉碎，并分别用孔径为1-2mm的筛网过滤，将过滤后的小麦秸秆和基质Ⅰ按照4:1的质量比混合，搅拌均匀后制得基质Ⅱ，备用；
步骤三、向基质Ⅱ中加水，使基质Ⅱ中水的质量百分比浓度为68-72%，之后向基质Ⅱ中加入微生物发酵剂，且基质Ⅱ与微生物发酵剂的比为5:1，其中混合基质Ⅰ的单位为m3，微生物发酵剂的单位为kg，搅拌均匀后制得基质Ⅲ，将基质Ⅲ放入温度为30℃的环境中，备用；
所述微生物发酵剂由大豆提取物、枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌、纤维素酶、蛋白酶和磷酸化酶制成，且制备发酵剂所需的各原料重量份数分别为大豆提取物20-25份，枯草芽孢杆菌1-2份、硅酸盐细菌3-4份、绿色木霉2-4份、乳酸乳球菌8-12份、放线菌2-4份、胶质芽孢杆菌1-2份、稻黄杆菌2份、酵母菌3-6份、圆褐固氮菌10-13份、纤维素酶8-12份、蛋白酶8-12份和磷酸化酶5-6份；
步骤四、将基质Ⅲ转入发酵室内发酵25天后取出即制得产品。
步骤四所述发酵的1-10天发酵室内通风强度为40L/min·m3，16-25天发酵室内通风强度为20L/min·m3；
步骤三所述微生物发酵剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一、大豆提取物的制备
（1）、将大豆洗净后晾干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得大豆粉，备用；
（2）、将大豆粉加入pH为5.2、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，搅拌均匀后制得混合液Ⅰ，每克大豆粉对应的磷酸缓冲液体积为10mL；
（3）、将步骤（2）制得的混合液Ⅰ放入转速为6000r/min的离心机中离心30min，之后将沉淀溶于pH为6.5、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，然后转入转速为4000r/min的离心机中离心15min，收集上清液，制得大豆提取物，备用；
步骤二、按照所述各组分的重量份数称取各组分；
步骤三、将枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌搅拌均匀后，逐步加入蛋白酶、磷酸化酶和纤维素酶，制得复合液；
步骤四、将大豆提取物放入频率为20kHz的超声波中处理20min，且每处理3min停止15s，之后向大豆提取物中加入步骤三制得的复合液，搅拌均匀即可。
本发明中的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）菌种保藏号为CICC20632；绿色木霉（Trichoderma viride）菌种保藏号为CICC40202；乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）菌种保藏号为CICC23610；放线菌（Dactylosporangium sp.）菌种保藏号为ACCC40661；圆褐固氮菌（Azotobacter chrooccum）菌种保藏号为ACCC10098；胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）菌种保藏号为ACCC02983；稻黄杆菌（Flavobacterium oryzae）菌种保藏号为CGMCC1.1585；酵母菌（Saccharomyces sp.）菌种保藏号为CCTCC AY 91003；以上菌种均购自北京北纳创联生物技术研究院。
有益效果
一、本发明通过向城市污泥中加入醋酸和腐烂的柑橘，之后再用超声波处理，有效的除去了城市污泥中的重金属，为蔬菜的安全食用提供保障。且本发明使用腐烂后的柑橘，起到了变废为宝的效果，在去除重金属的同时，解决了柑橘腐烂后污染环境的问题。
二、本发明通过采取添加有大豆提取物的发酵剂进行发酵，大大降低了小麦秸秆和城市污泥发酵的升温和发酵时间，提高了发酵基质对发酵剂的吸收利用，丰富了发酵后的营养成分，同时也提高了工作效率。
三、本发明中的大豆提取物先用超声波处理再与复合液混合，使得复合液中的成分与大豆提取物融合均匀，提高了城市污泥和秸秆对发酵剂的吸收利用率，使得城市污泥和秸秆发酵更彻底。此外，本发明在用超声波处理时间歇停顿，避免了超声波对大豆提取物内成分的损伤。
四、本发明通过在发酵的1-10天发酵室内通风强度为40L/min·m3，16-25天发酵室内通风强度为20L/min·m3，使得本发明的高温阶段可达到60℃并维持5~6天，可以杀死基质中的病虫害。
五、本发明的制备工艺简单，通过与多种微生物、酶结合使用，能够分解出城市污泥的多种营养物质，取得了变废为宝的效果，利于城市美化的同时，为植物的生长提供了营养基质。
具体实施方式
一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法，包括以下步骤：
步骤一、向城市污泥中加入摩尔浓度为0.7mol/L的醋酸和腐烂的柑橘，搅拌均匀后用频率为20kHz的超声波处理25min，风干后制得基质Ⅰ，每升城市污泥中加入的醋酸和柑橘的质量分别为32g、34g；
步骤二、将小麦秸秆和风干后的基质Ⅰ粉碎，并分别用孔径为1-2mm的筛网过滤，将过滤后的小麦秸秆和基质Ⅰ按照4:1的质量比混合，搅拌均匀后制得基质Ⅱ，备用；
步骤三、向基质Ⅱ中加水，使基质Ⅱ中水的质量百分比浓度为68-72%，之后向基质Ⅱ中加入微生物发酵剂，且基质Ⅱ与微生物发酵剂的比为5:1，其中混合基质Ⅰ的单位为m3，微生物发酵剂的单位为kg，搅拌均匀后制得基质Ⅲ，将基质Ⅲ放入温度为30℃的环境中，备用；
所述微生物发酵剂由大豆提取物、枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌、纤维素酶、蛋白酶和磷酸化酶制成，且制备发酵剂所需的各原料重量份数分别为大豆提取物20-25份，枯草芽孢杆菌1-2份、硅酸盐细菌3-4份、绿色木霉2-4份、乳酸乳球菌8-12份、放线菌2-4份、胶质芽孢杆菌1-2份、稻黄杆菌2份、酵母菌3-6份、圆褐固氮菌10-13份、纤维素酶8-12份、蛋白酶8-12份和磷酸化酶5-6份；
步骤四、将基质Ⅲ转入发酵室内发酵25天后取出即制得产品。且发酵的1-10天发酵室内通风强度为40L/min·m3，16-25天发酵室内通风强度为20L/min·m3；
步骤三所述微生物发酵剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一、大豆提取物的制备
（1）、将大豆洗净后晾干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得大豆粉，备用；
（2）、将大豆粉加入pH为5.2、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，搅拌均匀后制得混合液Ⅰ，每克大豆粉对应的磷酸缓冲液体积为10mL；
（3）、将步骤（2）制得的混合液Ⅰ放入转速为6000r/min的离心机中离心30min，之后将沉淀溶于pH为6.5、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，然后转入转速为4000r/min的离心机中离心15min，收集上清液，制得大豆提取物，备用；
步骤二、按照所述各组分的重量份数称取各组分；
步骤三、将枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌搅拌均匀后，逐步加入蛋白酶、磷酸化酶和纤维素酶，制得复合液；
步骤四、将大豆提取物放入频率为20kHz的超声波中处理20min，且每处理3min停止15s，之后向大豆提取物中加入步骤三制得的复合液，搅拌均匀即可。
实施例1
一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法，包括以下步骤：
步骤一、向城市污泥中加入摩尔浓度为0.7mol/L的醋酸和腐烂的柑橘，搅拌均匀后用频率为20kHz的超声波处理25min，风干后制得基质Ⅰ，每升城市污泥中加入的醋酸和柑橘的质量分别为32g、34g；
步骤二、将小麦秸秆和风干后的基质Ⅰ粉碎，并分别用孔径为1-2mm的筛网过滤，将过滤后的小麦秸秆和基质Ⅰ按照4:1的质量比混合，搅拌均匀后制得基质Ⅱ，备用；
步骤三、向基质Ⅱ中加水，使基质Ⅱ中水的质量百分比浓度为68-72%，之后向基质Ⅱ中加入微生物发酵剂，且基质Ⅱ与微生物发酵剂的比为5:1，其中混合基质Ⅰ的单位为m3，微生物发酵剂的单位为kg，搅拌均匀后制得基质Ⅲ，将基质Ⅲ放入温度为30℃的环境中，备用；
所述微生物发酵剂由大豆提取物、枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌、纤维素酶、蛋白酶和磷酸化酶制成，且制备发酵剂所需的各原料重量份数分别为大豆提取物20份，枯草芽孢杆菌1份、硅酸盐细菌3份、绿色木霉2份、乳酸乳球菌8份、放线菌2份、胶质芽孢杆菌1份、稻黄杆菌2份、酵母菌3份、圆褐固氮菌10份、纤维素酶8份、蛋白酶8份和磷酸化酶5份；
步骤四、将基质Ⅲ转入发酵室内发酵25天后取出即制得产品。且发酵的1-10天发酵室内通风强度为40L/min·m3，16-25天发酵室内通风强度为20L/min·m3；
步骤三所述微生物发酵剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一、大豆提取物的制备
（1）、将大豆洗净后晾干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得大豆粉，备用；
（2）、将大豆粉加入pH为5.2、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，搅拌均匀后制得混合液Ⅰ，每克大豆粉对应的磷酸缓冲液体积为10mL；
（3）、将步骤（2）制得的混合液Ⅰ放入转速为6000r/min的离心机中离心30min，之后将沉淀溶于pH为6.5、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，然后转入转速为4000r/min的离心机中离心15min，收集上清液，制得大豆提取物，备用；
步骤二、按照所述各组分的重量份数称取各组分；
步骤三、将枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌搅拌均匀后，逐步加入蛋白酶、磷酸化酶和纤维素酶，制得复合液；
步骤四、将大豆提取物放入频率为20kHz的超声波中处理20min，且每处理3min停止15s，之后向大豆提取物中加入步骤三制得的复合液，搅拌均匀即可。
结果测试：利用上述方法进行腐熟后的基质颜色呈黑褐色，水分含量48%，基质的C/N比降低到12.5。60℃高温阶段可以维持6天，T=（C/N终）/(C/N始) T<0.6。速效氮磷钾含量分别为0.69mg/kg， 839.15mg/kg，3592.51mg/kg。该速效养分含量完全可以满足植物生长的需要。
实施例2
一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法，包括以下步骤：
步骤一、向城市污泥中加入摩尔浓度为0.7mol/L的醋酸和腐烂的柑橘，搅拌均匀后用频率为20kHz的超声波处理25min，风干后制得基质Ⅰ，每升城市污泥中加入的醋酸和柑橘的质量分别为32g、34g；
步骤二、将小麦秸秆和风干后的基质Ⅰ粉碎，并分别用孔径为2mm的筛网过滤，将过滤后的小麦秸秆和基质Ⅰ按照4:1的质量比混合，搅拌均匀后制得基质Ⅱ，备用；
步骤三、向基质Ⅱ中加水，使基质Ⅱ中水的质量百分比浓度为68-72%，之后向基质Ⅱ中加入微生物发酵剂，且基质Ⅱ与微生物发酵剂的比为5:1，其中混合基质Ⅰ的单位为m3，微生物发酵剂的单位为kg，搅拌均匀后制得基质Ⅲ，将基质Ⅲ放入温度为30℃的环境中，备用；
所述微生物发酵剂由大豆提取物、枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌、纤维素酶、蛋白酶和磷酸化酶制成，且制备发酵剂所需的各原料重量份数分别为大豆提取物25份，枯草芽孢杆菌2份、硅酸盐细菌4份、绿色木霉4份、乳酸乳球菌12份、放线菌4份、胶质芽孢杆菌2份、稻黄杆菌2份、酵母菌6份、圆褐固氮菌13份、纤维素酶12份、蛋白酶12份和磷酸化酶6份；
步骤四、将基质Ⅲ转入发酵室内发酵25天后取出即制得产品。且发酵的1-10天发酵室内通风强度为40L/min·m3，16-25天发酵室内通风强度为20L/min·m3；
步骤三所述微生物发酵剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一、大豆提取物的制备
（1）、将大豆洗净后晾干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得大豆粉，备用；
（2）、将大豆粉加入pH为5.2、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，搅拌均匀后制得混合液Ⅰ，每克大豆粉对应的磷酸缓冲液体积为10mL；
（3）、将步骤（2）制得的混合液Ⅰ放入转速为6000r/min的离心机中离心30min，之后将沉淀溶于pH为6.5、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，然后转入转速为4000r/min的离心机中离心15min，收集上清液，制得大豆提取物，备用；
步骤二、按照所述各组分的重量份数称取各组分；
步骤三、将枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌搅拌均匀后，逐步加入蛋白酶、磷酸化酶和纤维素酶，制得复合液；
步骤四、将大豆提取物放入频率为20kHz的超声波中处理20min，且每处理3min停止15s，之后向大豆提取物中加入步骤三制得的复合液，搅拌均匀即可。
结果测试：利用上述方法进行腐熟后的基质颜色呈黑褐色，水分含量42%，基质的C/N比降低到12.0。60℃高温阶段可以维持8天，T=（C/N终）/(C/N始) T<0.6。速效氮磷钾含量分别为0.80mg/kg， 841.23mg/kg，3594.14mg/kg。该速效养分含量完全可以满足植物生长的需要。
Claims (3)
1.一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、向城市污泥中加入摩尔浓度为0.7mol/L的醋酸和腐烂的柑橘，搅拌均匀后用频率为20kHz的超声波处理25min，风干后制得基质Ⅰ，每升城市污泥中加入的醋酸和柑橘的质量分别为32g、34g；
步骤二、将小麦秸秆和风干后的基质Ⅰ粉碎，并分别用孔径为1-2mm的筛网过滤，将过滤后的小麦秸秆和基质Ⅰ按照4:1的质量比混合，搅拌均匀后制得基质Ⅱ，备用；
步骤三、向基质Ⅱ中加水，使基质Ⅱ中水的质量百分比浓度为68-72%，之后向基质Ⅱ中加入微生物发酵剂，且基质Ⅱ与微生物发酵剂的比为5:1，其中混合基质Ⅰ的单位为m3，微生物发酵剂的单位为kg，搅拌均匀后制得基质Ⅲ，将基质Ⅲ放入温度为30℃的环境中，备用；
所述微生物发酵剂由大豆提取物、枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌、纤维素酶、蛋白酶和磷酸化酶制成，且制备发酵剂所需的各原料重量份数分别为大豆提取物20-25份，枯草芽孢杆菌1-2份、硅酸盐细菌3-4份、绿色木霉2-4份、乳酸乳球菌8-12份、放线菌2-4份、胶质芽孢杆菌1-2份、稻黄杆菌2份、酵母菌3-6份、圆褐固氮菌10-13份、纤维素酶8-12份、蛋白酶8-12份和磷酸化酶5-6份；
步骤四、将基质Ⅲ转入发酵室内发酵25天后取出即制得产品。
2.根据权利要求1所述的一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法，其特征在于：步骤四所述发酵的1-10天发酵室内通风强度为40L/min·m3，16-25天发酵室内通风强度为20L/min·m3。
3.根据权利要求1所述的一种利用城市污泥制备冬季生蔬菜基质的方法，其特征在于，步骤三所述微生物发酵剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一、大豆提取物的制备
（1）、将大豆洗净后晾干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得大豆粉，备用；
（2）、将大豆粉加入pH为5.2、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，搅拌均匀后制得混合液Ⅰ，每克大豆粉对应的磷酸缓冲液体积为10mL；
（3）、将步骤（2）制得的混合液Ⅰ放入转速为6000r/min的离心机中离心30min，之后将沉淀溶于pH为6.5、摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲液中，然后转入转速为4000r/min的离心机中离心15min，收集上清液，制得大豆提取物，备用；
步骤二、按照权利要求1所述各组分的重量份数称取各组分；
步骤三、将枯草芽孢杆菌、硅酸盐细菌、绿色木霉、乳酸乳球菌、放线菌、胶质芽孢杆菌、稻黄杆菌、酵母菌、圆褐固氮菌搅拌均匀后，逐步加入蛋白酶、磷酸化酶和纤维素酶，制得复合液；
步骤四、将大豆提取物放入频率为20kHz的超声波中处理20min，且每处理3min停止15s，之后向大豆提取物中加入步骤三制得的复合液，搅拌均匀即可。
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