CN109987810A - 一种高效的猪粪发酵方法 - Google Patents

Abstract

一种高效的猪粪发酵方法，包括以下步骤：步骤(1)，将猪粪60‑80份、麸皮8‑15份、腐烂水果渣10‑18份、铁粉2‑8份混合，制备发酵底物；步骤(2)，加水调节发酵底物的水分含量至55‑70％；步骤(3)，按照2‑5％的接菌量向发酵底物接种复合菌剂，复合菌剂的菌种组合为：芽孢杆菌+酵母菌+放线菌；步骤(4)，厌氧发酵培养16‑22天。本发明通过挑选发酵底物辅料、添加复合酶制剂和复合菌剂，能够有效地促进猪粪腐熟，辅料的配制使发酵底物疏松透气并具有均衡、丰富的营养结构，有益菌种能够通过吸收转化发酵底物中提供的各种营养从而保持良好的生物活性，同时具有活性较高的有益菌种作用于发酵底物，使发酵底物中的营养物质能够被有效转化。

Description

一种高效的猪粪发酵方法

技术领域

本发明属于动物源废料发酵技术领域，具体地，涉及一种高效的猪粪发酵方法。

背景技术

近年来，我国畜牧业的集约化发展迅猛，养殖方式产生了大量的禽畜粪便。统计至2010年，我国畜牧养殖粪便排放总量为19亿吨，平均每公顷耕地的污染量近2吨，据估计，到2020年全国禽畜粪便总排放量将上升至30亿吨。2010年我国《全国第一次污染源普査公报》结果显示：我国畜禽粪便无害化、资源化及商品化处置率仅占29％，排放的化学需氧量占到农业面源污染的95.78％、总氮占到37.89％、总磷占到56.30％，畜禽养殖污染已经成为农业面源污染的首因。

然而，采用农业固体废物作为原料，通过厌氧发酵产出生物沼气这一方式，可以大幅降低畜禽粪便和秸秆不合理处理带来的环境风险，是一种生态环保的农业固废资源化处理技术。但农业废弃物中纤维素和木质素含量高，较难分解，直接进行厌氧发酵存在产气效率低、发酵不完全等一系列问题。因此，探究如何提高厌氧发酵的产气效率具有重要的经济和环境效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的猪粪发酵方法，以解决上述技术问题中的至少一个。

根据本发明的一个方面，提供一种高效的猪粪发酵方法，包括以下步骤：步骤(1)，将猪粪60-80份、麸皮8-15份、腐烂水果渣10-18份、铁粉2-8份混合，制备发酵底物；步骤(2)，加水调节发酵底物的水分含量至55-70％；步骤(3)，按照2-5％的接菌量向发酵底物接种复合菌剂，复合菌剂的菌种组合为：芽孢杆菌+酵母菌+放线菌；步骤(4)，厌氧发酵培养16-22天。

优选地，复合菌剂中各菌种按照如下有效活菌数量比复合：芽孢杆菌：酵母菌：放线菌＝1:1:2。

优选地，腐烂水果渣为腐烂苹果渣

优选地，发酵底物由各组分按照以下重量份数组成：猪粪70份、麸皮10份、腐烂苹果渣15份、铁粉5份。

优选地，步骤(2)和步骤(3)之间还包括如下步骤：向发酵底物添加复合酶制剂，添加量为15-40mg/g，在40-48℃下保温5-8小时，复合酶制剂由淀粉酶和蛋白酶按照淀粉酶：蛋白酶＝1-5:0.5-2的重量比复合而成。

优选地，复合酶制剂由淀粉酶和蛋白酶按照淀粉酶：蛋白酶＝3:1的重量比复合而成。

优选地，接种复合酶制剂后，将发酵底物的pH调节为pH＝6-7。

优选地，接种复合酶制剂后，将发酵底物的pH调节为pH＝6.8。

优选地，步骤(4)的培养时间18天。

富含可溶性糖、维生素、矿物质及纤维素等丰富营养物质的腐烂苹果渣可以促进有机质的分解，麸皮具有疏松透气的特点，而铁粉能够刺激发酵底物中的微生物消化有机物，本发明以腐烂苹果渣、麸皮和铁粉与猪粪复配作为发酵底物，能够使发酵体系达到腐熟状态。另一方面，本发明利用芽孢杆菌、酵母菌和放线菌作为特定的菌种组合复配成为复合菌剂，并将其接种发酵底物，复合菌剂的添加，能够使发酵体系的温度迅速升高，提早进入高温腐熟期，并能够延长高温腐熟期的保温时间，另外，复合菌剂在铁粉的作用下，其代谢能力得到提高，使发酵底物中的营养物质被有效地转化和分解，进一步提早了发酵体系进入高温腐熟期的时间。另一方面，复合菌剂的添加还能有效降低发酵底物中的粪臭素含量，提高了该猪粪发酵方法的环境友好性。本发明根据组成复合菌剂菌种组合的生长增殖特性，制定了复合酶剂的具体组成，并采用了复合酶制剂和复合菌剂先后依次间隔添加的方式添加到发酵体系中，先进入发酵体系的复合酶制剂在发酵体系中与发酵底物相互作用，促进了发酵底物中有机物的水解、提高了发酵底物中碳元素的转化、吸收，然后向发酵底物中添加复合菌剂，被复合酶制剂水解的营养物质可以直接被复合菌剂的活菌转化、吸收；此外，本发明通过设计复合菌剂和复合酶制剂的添加时机并对各阶段的温度采取了一定的限制，使复合酶制剂和复合菌剂都能够在其各自的最适温度下发挥作用。综上，本发明通过挑选发酵底物辅料、添加复合酶制剂和复合菌剂，能够有效地使猪粪提早高温腐熟阶段且促进其达到腐熟状态，辅料的配制使发酵底物疏松透气并具有均衡、丰富的营养结构，有益菌种能够通过吸收转化发酵底物中提供的各种营养从而保持良好的生物活性，同时具有活性较高的有益菌种作用于发酵底物，使发酵底物中的营养物质能够被有效转化。多种因素的巧妙配合、相辅相成，使得所组成的发酵体系能够高效地完成腐熟发酵。

说明书附图

图1为对照实施例1中各处理组对应的粪臭素含量统计图；

图2为对照实施例2中各处理组对应的产气累计量统计图；

图3为对照实施例3中各处理组对应的产气累计量统计图。

具体实施例

实施例1

本实施例按照如下步骤实现猪粪的腐熟发酵：

(1)按照芽孢杆菌：酵母菌：放线菌＝1:1:2的有效活菌数量比配制复合菌剂，复合菌剂中的有效活菌数不低于10⁸CFU/mL；

(2)按照淀粉酶：蛋白酶＝3:1的重量比配制复合酶制剂；

(3)称取猪粪70份、麸皮10、腐烂苹果渣15份和铁粉5份，充分混合，配制发酵底物；

(4)加水调节发酵底物的水分含量至60％；

(5)向含水量为60％的发酵底物中添加复合酶制剂，添加量为30mg/g；

(6)将发酵底物的pH调节为pH＝6.8，升温至45℃，保温6小时；

(7)向发酵底物中按照3％的接种量接种复合菌剂；

(8)自然升温发酵至腐熟。

对比实施例1

1.处理组设置方式

本实施例设置的猪粪发酵处理组中，将向发酵底物中接种的发酵菌剂及其接种方式作为变量，除此之外所有的配料方式及处理步骤都与实施例1保持一致，以阐明实施例1中的复合菌剂对猪粪发酵效果的影响。本实施例各处理组中向发酵底物中接种的发酵菌剂组成具体如表1所示，并将实施例1提供的猪粪发酵处理方式设置为本实施例的对照处理组，试验期为21天。

表1本实施例的处理组设置方式

2.测试项目

发酵温度测定：试验期当天及以后每隔3天的上午10点左右，用热敏温度计直接插入堆肥以下25cm处，测量堆肥温度。

堆肥含水率测定：试验期当天及以后每隔3天，在堆肥深度25cm处，取粪样约1kg，在105℃的烘箱中烘干24h，通过前后粪样质量差，来计算猪粪发酵含水率。

堆肥腐熟度测定：每隔3天取堆肥物样品，用生理盐水，按堆肥物：生理盐水＝1：5的比例，制得堆肥浸提液备用。在一培养皿上均匀放入20颗黄瓜种子，同时加入堆肥浸提液5mL，在25℃黑暗的生活培养箱中培养48h后，计算出芽率。

粪臭素含量测定:试验期结束后，取2g腐熟猪粪混合物，按重量比1:9加入甲醇后低温手工匀浆，取浆液由农业部食品质量检测中心采用HPLC法进行粪臭素测定。

3.测试结果

各处理组在堆肥发酵过程中的温度变化如表2所示：对照处理组的温度在进入试验期第6天即达到了55℃以上，并且维持在高温阶段(55℃以上)的时间至少有9天；处理Ⅷ组在进入试验期15天时才达到55℃以上，直到试验期结束时，该组对应的发酵体系依然处于高温阶段；除了上述两组处理组，各处理组在进入试验期第9天后才陆续达到55℃以上的堆肥温度，其中处理Ⅰ、Ⅲ-Ⅵ的高温阶段持续时间不足9天；其中，处理Ⅵ组进入试验期后，0-3天的温度上升幅度稍低于处理Ⅰ组，在该阶段内，两组处理组都是以单一的芽孢杆菌作为有效菌接种发酵底物，而试验Ⅵ组的接种量相对较低，进入试验期的第6天，处理Ⅵ组的温度上升幅度有显著的增大，此时酵母菌已经作为发酵菌剂之一接种发酵底物，与芽孢杆菌共同作用，在进入试验期第10天，向堆肥体系接种放线菌，其余芽孢杆菌、酵母菌共同作用，在第12天时，处理Ⅵ的温度超过了处理Ⅳ-Ⅵ的堆肥温度，且其维持在高温阶段长达至少9天。由此，可以得出以下结论：将芽孢杆菌、酵母菌和放线菌组成的复合菌剂接种发酵底物，能够在堆肥发酵过程中，使发酵体系提前进入高温阶段，并增长了高温阶段的持续时间。

表2本实施例各处理组的堆肥发酵温度统计

各试验组在堆肥发酵期间的含水量变化见表3：在堆肥期内，随着温度逐渐上升，发酵体系的含水量逐渐下降，其中对照处理和处理Ⅶ对应的含水量甚至低于20％，而在处理Ⅶ中，由于体系在试验期中后期一直处于高温阶段，因此，在试验期结束后，其含水量比对照处理组对应的含水量值更低。

表3本实施例各处理组的发酵体系含水量统计

种子的发芽指数可作为评判堆肥发酵腐熟度的一项重要生物指标，当种子的发芽指数超过了50％，则说明堆肥基本腐熟。在堆肥试验期内，各试验组对应的种子发芽指数如表4所示：在试验期结束时，处理Ⅷ组对应的种子发芽指数依然不足50％，说明该组对应的发酵底物在试验期内并没有腐熟完全；除此之外，各试验组在试验期内都能够达到腐熟状态，对照处理组的发酵底物在进入试验期的15天时对应的种子发芽指数已经超过了50％，说明，此时发酵底物已经基本腐熟，并在试验期结束时达到了各试验组中最高的种子发芽率。由此，可以得出以下结论：将芽孢杆菌、酵母菌和放线菌组成的复合菌剂接种发酵底物，能够在堆肥发酵过程中，促进发酵体系腐熟。

表4本实施例各处理组的种子发芽指数统计

由图1可知，在试验期结束后，处理Ⅷ组对应的粪臭素含量最高，对照处理组对应的粪臭素含量最低，整体来说，采用不同菌种组合作为发酵菌剂的各处理组的粪臭素含量相对大小为：采用单一菌种作为发酵菌剂的处理组(处理Ⅰ-Ⅲ组)＞采用两种菌种配制成复合菌剂的处理组(处理Ⅲ-Ⅵ组)＞采用三种菌种配制成复合菌剂的处理组(处理Ⅵ、Ⅶ组)。由此说明，采用三种菌种配制成复合菌剂，并将其接种发酵底物，能够有效降低发酵底物中的粪臭素含量。

对比实施例2

1.处理组设置方式

本实施例设置的猪粪发酵处理组中，将向发酵底物中添加的酶制剂作为变量，除此之外所有的配料方式及处理步骤都与实施例1保持一致，以阐明实施例1中的复合酶制剂对猪粪发酵效果的影响。本实施例各处理组中向发酵底物中添加的酶制剂具体组成如表5所示，并将实施例1提供的猪粪发酵处理方式设置为本实施例的对照处理组，试验期为21天。

表5本实施例的处理组设置方式

2.测试项目

试验期间，采用排水法测定累计的总排气量，并采用气相色谱法(GC-2010，上海岛津有限公司)测定CH₄组分含量。

3.测试结果

由图2和表6展示的统计结果可知，与处理⑥组相比，其余各处理组对应的产气量都明显更高；其中，处理①组和处理②组分别对应的产气量显著低于其他各处理组，说明了淀粉酶和蛋白酶组成的复合酶制剂有效地促进了发酵底物中的物质转化；进而比较对照处理组、处理③-⑤组的相关数据，这些处理组所产生CH₄组分含量大小关系如下；处理③组＜处理⑤组＜处理④组＜对照处理组，因此，以淀粉酶：蛋白酶＝3:1的重量比作为复合酶制剂的最佳配制。

表6本实施例各处理组产生的CH₄所占其总产气量的比例

对比实施例3

1.处理组设置方式

本实施例设置的猪粪发酵处理组中，将与猪粪共同组成发酵底物的发酵辅料作为变量，除此之外所有的配料方式及处理步骤都与实施例1保持一致，以阐明实施例1中的发酵辅料对猪粪发酵效果的影响。本实施例各处理组的发酵底物具体组成如表7所示，并将实施例1提供的猪粪发酵处理方式设置为本实施例的对照处理组，试验期为21天。

表7本实施例各处理组的发酵底物组成(重量比)

2.测试项目

发酵温度测定、堆肥含水率测定、堆肥腐熟度测定皆如对照实施例1中提供的测试方法一致，总排气量、CH₄组分含量的测试方法皆如对照实施例2中提供的测试方法一致。

3.测试结果

根据表8所列出的发酵温度统计：以猪粪作为单一发酵底物的处理A组最迟进入高温阶段，并且其维持时间低于6天；对照处理组合处理D组的温度上升速率、达到高温的时间以及高温阶段的持续时间较为相似，但是由于处理D组中不含铁粉，其传热效果和保温效果相对较差，因此，与对照处理组相比，处理D组所达到的最高温度较低，降温速率较快。

在试验期内，各试验组对应的含水量如表9所示，在堆肥期内，随着温度逐渐上升，发酵体系的含水量逐渐下降，在试验期结束后，对照处理组的含水量最低，而处理A组的含水量最高。

根据表10所列出的发芽指数统计数据，对照处理组和处理D组在进入试验期15天时已经达到了基本腐熟，进入试验期18天，处理B组和处理C组也达到了基本腐熟，此时，处理A组还未达到基本腐熟的状态，由此说明，辅料的添加能够有效地加快发酵底物的腐熟。

由图3和表11展示的统计结果可知，与处理A组相比，其余各处理组对应的产气量都明显更高；其中，对照处理组所产生CH₄所占总累计气含量的组分含量达到了所有处理组中的最大值，并显著高于处理D组，因此，可以说明铁粉的添加有利于促进发酵体系生产CH₄。

表8本实施例各处理组的堆肥发酵温度统计

表9本实施例各处理组的发酵体系含水量统计

表10本实施例各处理组的种子发芽指数统计

表11本实施例各处理组产生的CH₄所占其总产气量的比例

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效的猪粪发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，将猪粪60-80份、麸皮8-15份、腐烂水果渣10-18份、铁粉2-8份混合，制备发酵底物；

步骤(2)，加水调节所述发酵底物的水分含量至55-70％；

步骤(3)，按照2-5％的接菌量向所述发酵底物接种复合菌剂，所述复合菌剂的菌种组合为：芽孢杆菌+酵母菌+放线菌；

步骤(4)，厌氧发酵培养16-22天。

2.如权利要求1所述高效的猪粪发酵方法，其特征在于，所述复合菌剂中各菌种按照如下有效活菌数量比复合：芽孢杆菌：酵母菌：放线菌＝1:1:2。

3.如权利要求1所述高效的猪粪发酵方法，其特征在于：所述腐烂水果渣为腐烂苹果渣

4.如权利要求3所述高效的猪粪发酵方法，其特征在于，所述发酵底物由各组分按照以下重量份数组成：猪粪70份、麸皮10份、腐烂苹果渣15份、铁粉5份。

5.如权利要求1所述高效的猪粪发酵方法，其特征在于，在所述步骤(2)和所述步骤(3)之间还包括如下步骤：向所述发酵底物添加复合酶制剂，添加量为15-40mg/g，在40-48℃下保温5-8小时，所述复合酶制剂由淀粉酶和蛋白酶按照淀粉酶：蛋白酶＝1-5:0.5-2的重量比复合而成。

6.如权利要求5所述高效的猪粪发酵方法，其特征在于：所述复合酶制剂由淀粉酶和蛋白酶按照淀粉酶：蛋白酶＝3:1的重量比复合而成。

7.如权利要求5所述高效的猪粪发酵方法，其特征在于：接种所述复合酶制剂后，将所述发酵底物的pH调节为pH＝6-7。

8.如权利要求7所述高效的猪粪发酵方法，其特征在于：接种所述复合酶制剂后，将所述发酵底物的pH调节为pH＝6.8。

9.如权利要求5所述高效的猪粪发酵方法，其特征在于，所述步骤(4)的培养时间18天。