CN110791457B - 一种复合微生物除臭菌剂及其使用方法 - Google Patents

一种复合微生物除臭菌剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于畜禽粪便无害化处理的复合微生物除臭菌剂，所述复合微生物除臭菌剂包括贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌。相比于现有的用于畜禽粪便处理的产品，所述复合微生物除臭菌剂能够有效地降低粪便中的臭味物质包括吲哚、NH3、H2S及大肠杆菌的含量，减少有害物质排放，避免粪便中可利用成分的流失，并具有较佳的经济性。

Description

一种复合微生物除臭菌剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及畜禽粪便处理技术领域，具体涉及一种复合微生物除臭菌剂及其使用方法。
背景技术
2010年《全国第一次污染源普查公报》显示，畜禽养殖业排放的化学需氧量达到1268.26万吨，占农业源排放总量的96％，总氮和总磷排放量为102.48万吨和16.04万吨，分别占农业源排放总量的38％和65％。我国畜禽粪便排放体量大，据统计2015年中国畜禽粪尿数量为31.6亿吨。养殖场臭味来自畜禽舍、堆粪场及粪污的运输和施肥过程中的排放气体，畜禽粪便中含有大量未被消化吸收的有机质，其在一系列微生物的分解作用下产生组分复杂的恶臭物质，包括氨气(NH3)、硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)、氮氧化物及各类挥发性有机化合物(VOCs)，其中NH3、H2S和VOCs是恶臭的主要组成部分。
畜禽粪便的物理处理技术主要是利用机械设备对粪便进行筛选烘干，常用的技术有沉降、过滤、干湿分离和高温烘干。化学处理技术是在畜禽粪便中加入化学药剂，通过化学反应控制臭味。由于化学处理技术的不稳定性，只适合于组分相对单一的臭味控制，所需要的处理费用相对较高，所以在粪便臭气浓度高的情况下，很少使用化学处理技术，在化学药剂选择不当的情况下会对设备产生腐蚀性，生产中粪便的化学处理技术常见于物理处理技术和生物处理技术的预处理或后处理阶段。
生物堆肥技术是近几年在畜禽粪便无害化处理研究中应用最广泛的技术，是根据各种堆肥原料的理化性质和堆肥过程中微生物对堆料中碳氮比和水分含量等的要求，将各种堆肥原料按一定比例混合。加入的有益微生物利用粪便中的养分快速生长繁殖，把粪便中恶臭成分降解为无臭、无害的终产物，使粪便中有机物快速降解并达到稳定化，减少养分的流失，且在堆肥过程中产生的高温能杀死粪便中的病原菌及寄生虫卵。堆肥化实质是一种生物化学过程，其过程通常根据堆体温度的变化规律一般分为升温期、高温期和降温腐熟期。
在生物堆肥过程中，所使用的微生物菌剂至关重要，其影响着粪便处理结果的各项参数指标和处理的经济成本。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种用于畜禽粪便无害化处理的复合微生物除臭菌剂。相比于现有的用于畜禽粪便处理的产品，能够有效地降低粪便中的臭味物质包括吲哚、NH3、H2S及大肠杆菌的含量，减少有害物质排放，避免粪便中可利用成分的流失，并具有较佳的经济性。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种复合微生物除臭菌剂，所述复合微生物除臭菌剂包括贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌。
贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)是芽孢杆菌属的一个新种，在农业生产上有促进植物生长和抵御病原微生物作用，具有广谱抗菌活性，是开发生物药剂潜力较大的微生物。
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是芽孢杆菌属的一种，革兰氏阳性菌，可形成内生抗逆芽孢，是一种需氧菌。枯草芽孢杆菌菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用。
产朊假丝酵母菌(Candida utilis)能以尿素和硝酸作为氮源，在培养基中不需要加入任何生长因子即可生长。能发酵葡萄糖、蔗糖、棉子糖，不发酵麦芽糖、半乳糖、乳糖和蜜二糖。不分解脂肪，能同化硝酸盐。
干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)为短杆状或长杆状的多形性杆菌，属于乳杆菌属，是革兰氏阳性菌，无运动性，不产生芽胞。能发酵果糖、半乳糖和葡萄糖，不能利用蜜二糖、棉籽糖和木糖，不能分解精氨酸产氨，所产乳酸旋光性为L型。
进一步的，所述复合微生物除臭菌剂中总菌落数为(0.5-5)×108CFU/mL，贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的菌落数比例为(45-50):(4-6):(0.5-1.5):(90-110)。
进一步的，所述复合微生物除臭菌剂中总菌落数为(0.5-2)×108CFU/mL，贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的菌落数比例为(46-48):(4-6):(0.5-1.5):(95-105)。
在一个实施方案中，所述复合微生物除臭菌剂中总菌落数为1×108CFU/mL，贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的菌落数比例为47:5:1:100。
当所述复合微生物除臭菌剂中总菌落数和各菌种的菌落数比例在上述范围内时，可以得到较佳的吲哚、NH3、H2S和大肠杆菌的去除率，并能在除臭效率和经济性方面取得较佳平衡。
所述复合微生物除臭菌剂可保存于4℃冰箱中，可以保存几个月。
本发明实施例的另一个目的在于提供上述复合微生物除臭菌剂的使用方法，所述方法包括向待处理的畜禽粪便中接种所述复合微生物除臭菌剂，使得所述菌剂中贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的接种量分别为0.45％-0.5％、0.04％-0.06％、0.005％-0.015％和0.9％-1.1％。
进一步的，所述菌剂中贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的接种量分别为0.46％-0.48％、0.04％-0.06％、0.005％-0.015％和0.95％-1.05％。
所述畜禽粪便包括(但不限于)猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪和/或鸭粪等。在一个实施方案中，所述畜禽粪便为猪粪。
当所述复合微生物除臭菌剂中各菌种的接种量在上述范围内时，可以得到较佳的吲哚、NH3、H2S和大肠杆菌的去除率，并能在除臭效率和经济性方面取得较佳平衡。
进一步的，在将所述复合微生物除臭菌剂接种前，将所述待处理的畜禽粪便的含水量调节到40％-60％，优选45％-55％，更优选50％。通过调节待处理的畜禽粪便的含水量，可以控制粪便堆体的温度和高温期，有利于臭味物质的分解和粪便中的病原菌及寄生虫卵的杀灭。其中，50％的含水量能延长粪便堆体的高温期。
在一个实施方案中，通过农作物秸秆调节所述待处理的畜禽粪便的含水量。例如通过玉米秸秆来调节含水量。包括玉米秸秆的农作物秸秆在农业生产上大量存在且容易获得，有利于秸秆的综合利用。
在一个实施方案中，通过向待处理的畜禽粪便中接种所述复合微生物除臭菌剂，使得所述粪便中吲哚的去除率为73％以上，NH3的去除率为63％以上，H2S的去除率为70％以上，以及大肠杆菌的去除率为57％以上。
本发明实施例具有如下优点：
1、通过向待处理畜禽粪便中加入所述复合微生物除臭菌剂，利用粪便中的养分快速生长繁殖，能够有效地降低粪便中的臭味物质包括吲哚、NH3、H2S及大肠杆菌的含量，减少有害物质排放，且在堆肥过程中产生的高温能杀死粪便中的病原菌及寄生虫卵。
2、相比于现有技术中的产品，避免粪便中可利用成分(肥分)的流失，并具有较佳的经济性。
3、制剂配方合理，配制方便，便于生产和储存，便于大规模推广。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1复合微生物除臭菌剂的制备
1、培养基配制
(1)MRS培养基：胰蛋白胨15g，酵母浸粉10g，葡萄糖20g，吐温80 1mL，K2HPO4 2g，乙酸钠5g，柠檬酸铵2g，硫酸镁0.2g，硫酸锰0.05g，水1000mL，pH为6.2～6.6。
(2)LB培养基：胰蛋白胨10g，酵母浸粉5g，氯化钠10g，水1000mL，pH为7.0～7.2。
(3)YPD培养基：蛋白胨20g，酵母浸粉10g，葡萄糖20g，水1000mL，pH为7.0～7.2。
上述培养基为固体时需再加入2％琼脂，定容后在121℃、0.15MPa条件下灭菌20min备用。
2、菌种的活化
分别取莱斯芽孢杆菌(CGMCC1.923)、枯草芽孢杆菌(CGMCC1.0504)、产朊假丝酵母菌(CGMCC2.0615)和干酪乳杆菌菌液(CGMCC1.2884)(均由河南农业大学饲料生物技术实验室保存)，其中将实验室保存的枯草芽孢杆菌和贝莱斯芽孢杆菌分别接种到LB液体培养基中，在37℃、180r/min条件下摇床振荡培养24h。产朊假丝酵母菌接种到YPD培养基中，在30℃、180r/min条件下摇床中振荡培养24h。干酪乳杆菌接种到MRS液体培养基中，37℃恒温静置培养24h。用对应培养基扩大培养至对数期后，统一稀释至菌液浓度为1×108CFU/mL，按贝莱斯芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌为4.7：0.5：0.1：10的菌落数比例制备混合菌液，混合均匀后密封保存于4℃待用。
实施例2复合微生物除臭菌剂对粪便中有害物质排放的影响
1、堆肥与分组
将取自河南省辉县市某养猪场的猪粪分为五个处理组，分为A组、B组、C组、D组和E组。收集的新鲜猪粪便搅拌均匀后，用电子秤分取80kg于堆肥场空地上，A组、B组和C组分别用玉米秸秆粉把堆体的含水率调节到40％、50％和60％左右，D和E组不加玉米秸秆粉。调节堆体含水率后，A组、B组、C组和D组按每kg粪便重接入实施例1的复合微生物除臭菌剂(菌液)，E组不接菌剂。菌液喷洒于粪便与玉米秸秆粉中，搅拌均匀后用塑料薄膜密封发酵，每个处理三个重复，试验期为28d，第一周每2d翻堆一次，后续每5d翻堆一次，每个处理堆肥环节保持一致。
2、样品采集
各发酵堆体在试验结束时翻堆后混合均匀，在物料四角和中心点各取样品200g左右混合堆料放于塑料薄膜上，用四分法各取300g左右装入自封袋，保存于4℃。10g左右用于微生物菌群和pH值的测定，保存于-20℃；250g左右用于测定全氮、铵态氮、硫酸盐、吲哚和水分的测定。
另外，(1)堆体温度的测定于试验期间每天12:30进行，用数显式温度计分别测得每个堆体上、中和下层温度，取三个点的平均值，同时测定环境温度；
(2)物料含水率的测定参照GB/T8576-2010《复合肥料中游离水含量的测定》；
(3)物料全碳、全氮和pH的测定参照NY525-2012《有机肥料》；
(4)物料大肠杆菌和乳酸菌的测定用稀释平板涂布法，大肠杆菌涂布于伊红美蓝培养基，乳酸菌涂布于MRS培养基。
3、结果与分析
(1)堆肥原料的理化性质
由表1可知，猪粪中水分、全氮、粗灰分含量显著高于玉米秸秆(P＜0.05)，干物质和全碳含量显著低于玉米秸秆(P＜0.05)；玉米秸秆中水分、全氮和粗灰分含量显著低于猪粪(P＜0.05)，全碳和干物质含量显著高于猪粪(P＜0.05)。
表1堆肥原料的主要理化性质(风干基础)
Figure BDA0002294012010000071
注：同行小写字母不同表示差异显著(P＜0.05)，字母相同或无字母则表示差异不显著(P＞0.05)，下同。
(2)猪粪和玉米秸秆堆肥体的建立
根据粪便和玉米秸秆的含水率，以及试验对堆体的水分要求，初步计算出各堆体需应加入的玉米秸秆量见表2。
表2粪便发酵堆体所用猪粪和玉米秸秆配比
Figure BDA0002294012010000072
(3)堆肥的温度变化
在堆肥的第4d，A组、B组、C组、D组和E组堆体的温度分别为60.00℃、59.83℃、59.67℃、17.80℃和17.13℃，其中A组、B组和C组的堆体温度为全期最高值，三个组堆体温度值都显著高于D组和E组(P＜0.05)，但A、B、C三组间差异不显著(P＞0.05)，在堆肥全期A组发酵温度达到高温期50℃以上的有4d，B和C组发酵温度达到50℃以上有5d，在堆肥第8-12d和第19-22d，B组发酵温度都显著高于A组、C组、D组和E组(P＜0.05)，可以得出当初始堆体含水率为50％时，能相对延长堆体高温期(见表3)。
表3微生物除臭剂对堆肥温度的影响(℃)
Figure BDA0002294012010000081
注：同行小写字母不同表示为差异显著(P＜0.05)，同行小写字母相同表示为差异不显著(P>0.05)；同列大写字母不同表示为差异显著(P＜0.05)，同列大写字母相同表示为差异不显著(P>0.05)。
(4)堆肥的微生物菌群
由表4可知，在堆体大肠杆菌数量上，E组堆体大肠杆菌数量最多，且显著高于其他组(P＜0.05)，B组大肠杆菌数量最少，与E组相比，B组大肠杆菌数量相减少了57.40％(P＜0.05)，与D组相比，B组大肠杆菌数量相减少了54.44％(P＜0.05)；在乳酸菌数量上，各组差异不显著(P＞0.05)。
表4微生物除臭剂对堆肥微生物菌群的影响(lg，CFU/g，n＝3)
Figure BDA0002294012010000091
(5)堆肥结束时有害物质变化
由表5可知，在堆体铵态氮含量上，A组和B组显著低其他组(P＜0.05)，两组间差异不显著(P＞0.05)，与E组相比，B组的铵态氮含量降低了81.18％(P＜0.05)；B组的铵态氮/全氮值最低，与E组相比，B组铵态氮/全氮值降低了58.37％(P＜0.05)，与D组相比，B组铵态氮/全氮值降低了42.81％(P＜0.05)；在堆体吲哚含量上E组最高，且显著高于其他组(P＜0.05)，B组的最低，与E组和D组相比，B组吲哚浓度分别降低了67.52％(P＜0.05)和53.36％(P＜0.05)；在堆体硫酸盐浓度上，D组硫酸盐浓度显著高于A组、B组和C组(P＜0.05)，与E组之间差异不显著(P＞0.05)，B组硫酸盐浓度在加秸秆堆体中最高，比A组高了14.35％(P＜0.05)。
表5微生物除臭剂对堆肥恶臭组分的影响(风干基)
Figure BDA0002294012010000092
用复合微生物除臭菌剂进行粪便堆肥试验结果表明，初始堆体含水率为50％时，复合除臭菌剂对粪便中有害物质的去除效果最好，使堆肥的高温持续时间长，和不加菌液不加秸秆的E组相比，使粪便中大肠杆菌数量降低57.40％(P＜0.05)、吲哚含量降低67.52％(P＜0.05)、NH3的合成降低81.18％(P＜0.05)。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种复合微生物除臭菌剂，其特征在于，所述复合微生物除臭菌剂是由贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌组成；
所述贝莱斯芽孢杆菌保藏编号是CGMCC 1.923、所述枯草芽孢杆菌保藏编号是CGMCC1.0504、所述产朊假丝酵母菌保藏编号是CGMCC2.0615和所述干酪乳杆菌菌液保藏编号是CGMCC 1.2884。
2.根据权利要求1所述的复合微生物除臭菌剂，其特征在于，所述复合微生物除臭菌剂中总菌落数为(0.5-5)×108CFU/mL，贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的菌落数比例为(45-50):(4-6):(0.5-1.5):(90-110)。
3.根据权利要求2所述的复合微生物除臭菌剂，其特征在于，所述复合微生物除臭菌剂中总菌落数为(0.5-2)×108CFU/mL，贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的菌落数比例为(46-48):(4-6):(0.5-1.5):(95-105)。
4.根据权利要求1所述的复合微生物除臭菌剂的使用方法，其特征在于，所述方法包括向待处理的畜禽粪便中接种所述复合微生物除臭菌剂，使得所述菌剂中贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的接种量分别为0.45％-0.5％、0.04％-0.06％、0.005％-0.015％和0.9％-1.1％。
5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述菌剂中贝莱斯芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌和干酪乳杆菌的接种量分别为0.46％-0.48％、0.04％-0.06％、0.005％-0.015％和0.95％-1.05％。
6.根据权利要求4或5所述的使用方法，其特征在于，所述畜禽粪便包括猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪和/或鸭粪。
7.根据权利要求4或5所述的使用方法，其特征在于，在将所述复合微生物除臭菌剂接种前，将所述待处理的畜禽粪便的含水量调节到40％-60％。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，通过农作物秸秆调节所述待处理的畜禽粪便的含水量。
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