CN105255761A

CN105255761A - 一种用于有机废弃物处理的脱臭菌剂及其应用方法

Info

Publication number: CN105255761A
Application number: CN201510698940.7A
Authority: CN
Inventors: 陈守文; 冀志霞; 张健威; 周尚峰; 徐迪红; 马昕; 杨欢; 陈建刚; 魏雪团
Original assignee: Wuhan Junan Biological Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan Junan Biological Technology Co Ltd
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: CN105255761B

Abstract

本发明属于微生物发酵、脱臭技术领域，公开了一株有机废弃物处理快速脱臭菌及应用方法。菌株为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus？amyloliquefaciens)1-6，保藏编号为CCTCC？NO：M2015176；本发明的脱臭菌剂制备简单，无毒害作用，能有效抑制腐败病原菌的生长，抑制氨气、硫化氢等臭气的释放，可用于餐厨垃圾堆肥、垃圾渗沥液、生活污水等方面的脱臭处理，明显改善环境，具有重大的环保意义和经济意义。

Description

一种用于有机废弃物处理的脱臭菌剂及其应用方法

技术领域

本发明涉及利用生物技术处理有机废弃物，属于微生物发酵、脱臭技术领域，具体是开发一种有机废弃物处理快速脱臭菌剂。

背景技术

有机废弃物（主要包括畜禽粪便、生活垃圾、生活污泥及农业废弃物等）中含有大量易降解的有机物，主要包括碳水化合物（糖类、纤维素等）、含氮化合物和含硫化合物(蛋白质、核酸)等物质，结合其高水分、易腐败等特点，其在堆放、运输和处理过程中均会散发大量恶臭气体。臭气成分复杂，主要由氨气、胺类（甲胺、三甲胺及尸胺等）、硫化物、羟基化合物、醇类（甲醇、甲硫醇、乙烯醇及乙硫醇等）和一些低级脂肪酸等物质构成。高温堆肥是较好的废弃物处理方式，但在高温环境中微生物对其进行快速分解时会产生更多恶臭气体，从而造成二次污染，不但会影响人的健康，还会严重影响堆肥实际生产、制约堆肥技术发展。

目前我国针对有机废弃物的脱臭方法可划分为三类：化学方法、物理法以及生物脱臭法。化学法具有臭气去除率高，占地少等优点，但成本较高，需要相对应的药剂进行处理，且易产生二次污染；物理法仅能吸附和掩蔽恶臭气体，不能解决根本问题；而生物法是通过微生物的生理代谢将臭味成分进行分解和转化，从而根本上达到脱臭的目的。生物法具有运行费用低、应用广泛、适合处理多种恶臭气体的优点。国内外在该领域进行了较多的研究，研究发现不同种类的微生物对氨气和硫化氢释放的作用不同，除NH₃和H₂S效果最好的是细菌如嗜酸乳杆菌（Lactobacillusacidophilus）、芽孢杆菌属（Bacillus.）、假单孢菌属（Pseudomonas.）等，但随着其作用时间延长效果逐渐降低，部分放线菌和真菌也有一定的除臭效果。

但目前除臭微生物脱臭效率较低，脱臭周期长。另外在废弃物堆肥处理过程中氨气挥发现象明显，导致大量的氮素损失。

本发明为解决以上问题，利用从自然环境中筛选出的高效脱臭菌，开发可快速脱臭并提高堆肥品质的有机废弃物处理新工艺。

发明内容

本发明是为了解决现有技术在有机废弃物堆肥处理过程中恶臭气体大量释放、腐熟物料氮素损失严重以及堆肥产品品质降低等问题，利用自主筛选脱臭微生物抑制恶臭气体释放，降低氮素损失，提高堆肥质量。

本发明目的是开发一种促进有机废弃物快速腐熟脱臭的微生物菌剂，优化其发酵培养基并在堆肥中进行应用。所述的解淀粉芽孢杆菌（Bacillusamyloliquefaciens）1-6，于2015年3月27日保藏于位于湖北省武汉市武汉大学的中国典型培养物保藏中心，其保藏编号为CCTCCNO：M2015176；解淀粉芽孢杆菌1-6菌株为发明人从垃圾渗沥液、自然堆肥及活性污泥中筛选所得，对垃圾渗沥液有较强的脱臭效果。

本发明还有一目的是提供上述可促进有机废弃物快速腐熟脱臭菌剂的制备方法，具体包括以下几个步骤：

1）发酵

种子培养基及培养条件：蛋白胨10g/L，酵母粉5g/L，氯化钠10g/L，pH7.0~7.2，121℃、灭菌30min。种龄8~12h，培养温度35~42℃，转速150~200r/min。

解淀粉芽孢杆菌1-6的发酵培养基及培养条件：葡萄糖10~30g/L，酵母粉5~20g/L，K₂HPO₄0.5~1.75g/L，MnSO₄0.02~0.10g/L，起始pH7.0~7.5，装液量20~40mL/250mL，接种量3~5%，置于30~37℃恒温培养，150~220r/min，发酵24~48h。

2）菌剂制备

从解淀粉芽孢杆菌1-6斜面挑取菌种接种于LB琼脂培养基上，37℃培养10~12h制成一级种子液。将上述种子液转接于LB液体培养基中，培养8~10h制成二级种子液。将二级种子以3~5%的接种量接种于液体培养基中，发酵24~48h，即得液体脱臭菌剂。采用平板计数法检测液体脱臭菌剂活菌数，发酵结束后解淀粉芽孢杆菌1-6的芽孢数为5×10⁹CFU/mL~8×10⁹CFU/mL。

与现有的有机废弃物微生物处理技术相比，本发明的有益效果表现在：1、在表面喷洒脱臭菌剂，一方面提高脱臭菌剂的存活率；另一方面形成恶臭气体吸附层抑制恶臭气体的释放，从而达到脱臭保氮的目的。2、本菌剂微生物构成简单，制备方便，应用范围较广。

附图说明

图1为Bacillusamyloliquefaciens1-6菌株16SrDNA序列分析；

图2为堆肥过程中不同处理温度的变化，注释：CK：不接种微生物菌剂，T：接种并表层喷施脱臭菌剂；

图3为堆肥过程中不同处理pH的变化；

图4为堆肥过程中不同处理总氮（TN）的变化；

图5为堆肥过程中NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N的变化；

图6堆肥过程中NH₃释放的变化。

具体实施方式

实施例1：脱臭微生物的筛选

1、脱臭菌初筛

从垃圾渗滤液、堆肥、畜禽粪便和湖水中分离微生物至LB平板（蛋白胨10g/L，酵母粉5g/L，NaCl10g/L，添加1.5%的琼脂粉，pH7.2-7.4）中，将分离菌株分别接种至筛选培养基（蔗糖50.0g/L，氨水10.0mL/L，KH₂PO₄2.0g/L，MgSO₄0.5g/L，FeSO₄0.1g/L，1%ZnSO₄5.0mL/L，NaCl2.0g/L，pH自然）中，根据发酵液是否变浑浊进行筛选，筛选到31株脱臭菌，纯化菌株并保藏。

2、脱臭菌复筛

将初筛菌株接种至液体发酵培养基（葡萄糖20g/L，酵母粉20g/L，K₂HPO₄0.5g/L，MnSO₄0.02g/L，起始pH7.2），装液量40mL/250mL，接种量3%，置于37℃恒温培养，200r/min，发酵36h。往培养好的菌液中加100mL垃圾渗滤液，静置反应，隔日测定NH₃和H₂S含量。

复筛结果如表1、2所示，1-6菌株接种至垃圾渗沥液后，经过4天的时间使NH₃和H₂S较对照组分别下降了54.20%和79.57%，有明显的脱臭效果，且经1-6处理的垃圾渗沥液固形物含量提高，溶液澄清透明，有较好的污水净化脱臭能力。

本发明所述解淀粉芽孢杆菌1-6对金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和大肠杆菌等病原微生物有明显抑制作用。

表1脱臭菌对垃圾渗沥液中NH₃的去除情况

NH₃（mg/m³）	1-6	CK	去除率（%）
				4d	16.9	36.9	54.20
7d	6.72	32.9	79.57

表2脱臭菌对垃圾渗沥液中H₂S的去除情况

H₂S（mg/m³）	1-6	CK	去除率（%）
				4d	1.56	5.22	70.11
7d	1.21	4.20	71.19

实施例2:脱臭菌株的鉴定

筛选到的1-6菌株呈扁平、表面粗糙、边缘整齐、不透明的菌落形态。

对1-6菌株的16SrDNA序列进行分析，在GenBank核苷酸序列数据库中进行Blast比对搜索，选择与1-6同源性较高的序列进行系统发育学分析，结果如图所示。依据以上结果可以认为1-6菌株为芽孢杆菌属，1-6与解淀粉芽孢杆菌是同一种群菌株。

实施例3：脱臭菌剂在餐厨垃圾堆肥中的应用

3.1餐厨垃圾堆肥及脱臭菌剂的使用方法

将餐厨垃圾与食用菌渣等配料按照湿基质比5.5:1进行混合，或根据物料理化性质调整C/N比例，使混合物料的C/N为25~35。

上述堆体制备方法，所述餐厨垃圾的粒径可为2~3cm，所述填料（食用菌渣、玉米秸秆等）的粒径为1~3cm。

将市售腐熟剂按1%的接种量与堆料混合均匀，另准备液体脱臭菌剂装入喷雾器内，以雾化的形式喷洒在堆体表层，接种量为0.2%，堆肥采用150L密闭长方体容器，长宽高分别为73cm×53cm×43cm，保持堆体含水率维持在55%~65%。

上述市售腐熟剂符合国家有机物料腐熟剂标准NY609-2002。所述脱臭菌剂为实施例1中解淀粉芽孢杆菌1-6发酵液，所含芽胞数为5×10⁹~8×10⁹CFU/mL。

堆肥实验采用间隔强制通风，每2小时通风15min，通风速率为0.8L·kg^-1DM·min^-1（DM：表示物料干重），堆肥发酵16d即可腐熟，腐熟的产品性质稳定，呈黑褐色，无臭味。

上述堆肥中于55℃以上好氧发酵时间不少于5天，或者于50℃以上的所述好氧发酵的时间不小于7天，以上腐熟处理定义为处理T。

同时设置一组相同规模的餐厨垃圾堆体作为对照处理（CK），CK组将市售腐熟剂按1%的接种量与堆料混合均匀，但不接种脱臭菌剂，实验方法参照处理T。

3.2脱臭菌抑制餐厨垃圾堆肥中恶臭气体释放的应用效果

本发明的脱臭菌剂主要成分为解淀粉芽孢杆菌1-6，可有效抑制氨气和硫化氢的释放、抑制病原微生物的生长、加快堆肥腐熟、显著提高堆肥总氮含量。

本发明对堆体接入菌剂的腐熟效果进行验证实验，设置两个不同处理，分别为对照组（CK）：接种市售腐熟剂；处理组（T）：添加1%的市售腐熟剂，堆料表层喷洒0.2%的脱臭菌剂，实验结果如下：

1）温度

图2为不同处理堆体的温度变化，两组实验温度均能达到50℃并维持8d以上，达到堆肥无害化温度标准。T处理最高温度为63℃，比CK的高5℃，T处理较CK组提前1~2d达到最高温度。表3是堆体温度统计情况。

表3堆体温度统计情况

处理	到50℃所需时间（d）	≥50 ℃的天数（d）	测温最高值（℃）	到达最高温所需时间（d）
					CK	3	8	58	8
T	2	9	63	8

2）pH

图3为不同处理堆体的pH变化，T处理较CK组显著降低了pH值和pH升高速率，使高温期间pH维持在7.5左右，促进了堆料腐熟，抑制了氨气释放，减少恶臭气体的排放。

3）全氮含量

图4为堆肥过程中不同处理总氮的变化，T处理全氮含量明显高于CK组，T处理总氮含量由1.32%增长到2.46%，较CK组提高了35.74%。结果说明接种喷施脱臭菌剂能显著的提高堆料总氮含量，达到了脱臭保氮的目的。

4）硝态氮和铵态氮含量

图5为堆肥过程中不同处理硝态氮和铵态氮的变化，堆肥结束时，T处理硝态氮含量显著高于CK组，T处理铵态氮含量较CK组有明显下降。说明添加自制快速脱臭菌剂有效地加速了氮素的转化，从而减少了氮素的损失。

5）NH₃释放情况

图6为堆肥过程中不同处理NH₃释放的变化，第3d时，T处理最大的释放量为175.3mg/h。T处理较CK组氨气最大释放量434.3mg/h降低了59.6%，显著的抑制了氨气的释放，说明脱臭菌前期的接入显著抑制了氨气的释放量。

实施例4：脱臭菌剂在畜禽粪便处理中的应用

将脱臭菌剂应用于畜禽粪便堆肥脱臭中，选取木屑、食用菌渣为填料，将猪粪与填料按照C/N为25~35的范围进行混合，堆料接种市售腐熟剂，充分混合后，将本发明中所述脱臭菌剂按照0.5%的接种量喷洒在堆料表层，另取稻草覆盖于堆体上，喷洒3~6天后，采用间隔通气，每2小时通气20min，通风速率为1.2L·kg^-1DM·min^-1，有效去除猪粪恶臭中的氨和硫化氢等有害气体，氨气去除率达到60%以上，H₂S去除率达到80%以上。并抑制了腐败菌的生长，环境明显得到改善。

实施例5：脱臭菌剂在生活污水处理中的应用

将脱臭菌剂应用到生活污水处理中，将本发明所述的脱臭菌剂液体发酵液按照5%的接种量接入生活污水中，向反应容器中强制通气，通气速率为0.4L·kg^-1DM·min^-1，4天后氨气去除率为62.31%，硫化氢去除率为73.50%，生活污水的恶臭气味明显减弱。

以上实施例仅对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明适用范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域技术人员可对本发明技术方案进行相应调整，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

<110>武汉骏安生物科技有限公司

<120>一种用于有机废弃物处理的脱臭菌剂及其应用方法

<130>2015

<160>1

<170>PatentInversion3.3

<210>1

<211>1445

<212>DNA

<213>解淀粉芽胞杆菌（Bacillusamyloliquefaciens）

<400>1

ggcgctgctataatgcagtcgagcggacagatgggagcttgctccctgatgttagcggcg60

gacgggtgagtaacacgtgggtaacctgcctgtaagactgggataactccgggaaaccgg120

ggctaataccggatggttgtctgaaccgcatggttcagacataaaaggtggcttcggcta180

ccacttacagatggacccgcggcgcattagctagttggtgaggtaacggctcaccaaggc240

gacgatgcgtagccgacctgagagggtgatcggccacactgggactgagacacggcccag300

actcctacgggaggcagcagtagggaatcttccgcaatggacgaaagtctgacggagcaa360

cgccgcgtgagtgatgaaggttttcggatcgtaaagctctgttgttagggaagaacaagt420

gccgttcaaatagggcggcaccttgacggtacctaaccagaaagccacggctaactacgt480

gccagcagccgcggtaatacgtaggtggcaagcgttgtccggaattattgggcgtaaagg540

gctcgcaggcggtttcttaagtctgatgtgaaagcccccggctcaaccggggagggtcat600

tggaaactggggaacttgagtgcagaagaggagagtggaattccacgtgtagcggtgaaa660

tgcgtagagatgtggaggaacaccagtggcgaaggcgactctctggtctgtaactgacgc720

tgaggagcgaaagcgtggggagcgaacaggattagataccctggtagtccacgccgtaaa780

cgatgagtgctaagtgttagggggtttccgccccttagtgctgcagctaacgcattaagc840

actccgcctggggagtacggtcgcaagactgaaactcaaaggaattgacgggggcccgca900

caagcggtggagcatgtggtttaattcgaagcaacgcgaagaaccttaccaggtcttgac960

atcctctgacaatcctagagataggacgtccccttcgggggcagagtgacaggtggtgca1020

tggttgtcgtcagctcgtgtcgtgagatgttgggttaagtcccgcaacgagcgcaaccct1080

tgatcttagttgccagcattcagttgggcactctaaggtgactgccggtgacaaaccgga1140

ggaaggtggggatgacgtcaaatcatcatgccccttatgacctgggctacacacgtgcta1200

caatggacagaacaaagggcagcgaaaccgcgaggttaagccaatcccacaaatctgttc1260

tcagttcggatcgcagtctgcaactcgactgcgtgaagctggaatcgctagtaatcgcgg1320

atcagcatgccgcggtgaatacgttcccgggccttgtacacaccgcccgtcacaccacga1380

gagtttgtaacacccgaagtcggtgaggtaacctttaggagccagccgccgaagtgacag1440

agtgc1445

Claims

1.一种有机废弃物脱臭菌，解淀粉芽孢杆菌（Bacillusamyloliquefaciens）1-6，保藏在中国典型培养物保藏中心，其保藏编号为CCTCCNO：M2015176。

2.根据权利要求1所述的脱臭菌对NH₃和H₂S有较好的去除效果，有机废弃物经接种脱臭菌剂处理，第四天NH₃去除率达到50%以上，H₂S去除率达到80%以上；且解淀粉芽孢杆菌1-6对病原微生物有明显抑制作用。

3.根据权利要求1所述的脱臭菌，其特征是菌株所用的培养基为：葡萄糖10~30g/L，酵母粉5~20g/L，K₂HPO₄0.5~1.75g/L，MnSO₄0.02~0.10g/L，起始pH7.0~7.5，装液量20~40mL/250mL，接种量3~5%，置于30~37℃恒温培养，150~220r/min，发酵24~48h，所得液体菌剂活菌数可达5×10⁹~8×10⁹CFU/mL。

4.根据权利要求1中所述的脱臭菌剂应用于有机废弃物堆肥处理方法，其特征在于可与市售腐熟剂结合使用，按0.2~0.5%的接种量喷施堆料表层，2~3d即可显著抑制氨气和硫化氢的释放，氨气去除率达到60%以上，H₂S去除率达到80%以上，腐熟的产品性质稳定，呈黑褐色，无臭味。

5.根据权利要求1-3中所述的有机废弃物堆肥方法，其特征在于：所述堆肥发酵为好氧发酵，通风方式为间隔通风，每2~4小时通风15~30min，通风速率为0.80~1.30L·kg^-1干重·min^-1。