CN111530430A - 一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备及使用方法，属于畜牧业领域，通过海藻酸钠凝胶固定高效吸附微生物制成，使用优势菌种为米曲霉菌、黑曲霉菌和木霉菌，菌种安全性高，具有加速粪便腐熟、杀灭病原物等优点。吸附剂制作简单、价格低廉，凝胶强度高、耐干性和耐酸碱性较好，固定化菌体细胞吸附铜后可以解吸附，能再生循环利用，可以极大地提吸附剂使用的经济价值，而且菌体细胞固定化后，细胞表面的结合位点更多地得到利用，吸附能力增强。吸附剂制备及使用原理清晰，吸附剂吸附效果显著，能够较好的减少动物粪便中过量存在的铜，从而减少对环境的危害，平均吸附率可达80%～90%，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明属于畜牧业领域，涉及一种吸附剂的制备及使用方法，具体的说是涉及一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备及使用方法。
背景技术
铜(copper)是所有生命体生长发育、维持健康所必需的微量元素之一，参与畜禽体内许多营养与代谢过程。研究发现，铜能够降低幼龄动物生长抑制素基因表达水平，从而提高了生长激素释放激素表达水平，能够促进生长，尤其对仔猪而言作用较明显，高铜(≥250mg/kg)还具有提高低龄动物饲料转化率作用，养殖户长期以来在动物日粮中过量添加铜(≥250mg/kg)，造成资源浪费、动物铜中毒、环境污染等一系列问题。
近年来，环保与低排问题防控严格，国内外关于铜的限量问题出台了相关政策。农业部于2018年修订了《饲料添加剂安全使用规范》中的铜限量标准，限量为：仔猪(≤25kg)硫酸铜限量125mg/kg、碱式氯化铜限量110mg/kg和母猪碱式硫酸铜限量100mg/kg。欧盟的关于铜限量的新标准与国内一样，均在仔猪方面降低了铜的使用量且细分更加明确。我们发现，无论基于国内外标准，即使调整了铜的限量，但是动物日粮中使用高铜的现象仍然存在，更存在部分小型养殖企业对于标准的偷工减料现象，我们不能基于新标准的发布就觉得生态问题已经得到改善而放松了对生态环境保护的力度，反而形式更加严峻，应采取各种措施来最大化降低养殖业对环境的污染。
CN108617425A中发明一种利用牧草栽培净化粪便中铜锌的方法，能将施入土壤中的铜锌全部通过牧草低含量的少量多次移出，达到无害化净化目的；CN108936009A中发明了一种降低猪粪中铜毒性的饲料添加剂，主要为饲料中添加肿大地杆菌、乳酸菌和酵母菌等益生菌达到促进生长且减铜目的；CN108012986A中也发明一种降低铜在育肥猪体及猪粪中含量的方法，生态效益明显。
传统的高铜粪便处理办法大多为化学反应法、物理法和生物技术处理法等，如采用石灰石、海泡石、膨润土等化学改良剂降低粪污堆肥过程中某些金属离子的生物有效性；或采用柠檬酸、酒石酸、草酸和苹果酸等低分子有机酸去除粪便中的铜。这些方法大多操作复杂且应用场景小，相关研究少，缺乏一种直接作用于粪便的吸附剂，为了降低畜禽动物粪便中过量存在的铜，减少高铜对土壤、水源等的污染，促进环境保护与减排，对粪便铜进行高效转化利用显得尤为必要。
发明内容
本发明目的是针对目前畜禽动物粪便中过量存在的铜，对土壤、水源等的污染较为严重，不利于环境保护与减排等不足，提出一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备及使用方法，通过海藻酸钠凝胶固定高效吸附微生物制成，具有较好的减铜效果，成本低且无二次污染，可降低畜禽动物粪便中过量存在的铜，减少高铜对土壤、水源等的污染，可获得较好的经济效益。
本发明的技术方案是：一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
(1)选择预先筛选出的高效金属铜吸附微生物作为优势菌群：分别为米曲霉菌、黑曲霉菌和木霉菌，取上述菌种各5.0g，加入温水50.0ml，营养琼脂10.0g，充分搅拌，静置活化5h后备用，形成优势菌群混合液；
(2)准备吸附剂的原料：分别为海藻酸钠、氯化钙、聚乙烯醇、蒸馏水、0.5M HCl；
(3)准备所需的仪器和设备：分别为pH计、注射器、玻璃棒和烧杯；
(4)选用优势菌群，按照工艺参数，使用海藻酸钠包埋法制作粪便金属铜微生物固定化吸附剂；
(5)具体制备步骤如下：
(5-1)取上述步骤(1)中活化好的优势菌群混合液添加蒸馏水450.0ml，充分搅拌并混匀；
(5-2)以4.0％的海藻酸钠为包埋载体：加入20.0g海藻酸钠，搅拌至完全溶解形成胶体；
(5-3)加入50.0g聚乙烯醇，充分搅拌混匀，静置2h至气泡全部消失；
(5-4)用注射器将胶体匀速地滴入1.0％(w/w)氯化钙溶液中，静置12h；
(5-5)次日，用蒸馏水将凝胶冲洗3遍后转移到0.5M HCl溶液中浸泡12h；
(5-6)用pH计测定其去离子水pH值，使用蒸馏水进行浸泡，直至测定其pH为5.0后取出，沥干水分后常温下保存备用，即制作成吸附剂。
步骤(4)中所述的工艺参数为：海藻酸钠浓度为4.0％，氯化钙浓度为1.0％，聚乙烯醇浓度为10.0％，pH＝5.0，优势菌群15.0g、海藻酸钠20.0g、氯化钙5.0g、聚乙烯醇50.0g、蒸馏水500.0g。
步骤(5-6)中所述吸附剂的颗粒颜色为棕色，直径3～5mm，机械强度高，手捏不易变形，落地回弹性良好，耐酸、碱、热性良好。
一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的使用方法，其特征在于，所述使用步骤如下：
(1)每20kg新鲜粪便添加2～3L纯净水，使其变成浓稠且能缓慢流动的状态，并转移到25L粪便堆积桶中；
(2)将微生物吸附剂撒入桶中，每桶约加1.0～1.5kg吸附剂，充分搅拌使其混匀；
(3)避光，关盖，桶盖留5个直径1.0～1.5cm小孔，便于透气，进行吸附，吸附周期为3～5天，每24h补充水分并搅拌均匀；
(4)吸附完成后，再次加水混匀，使用粒径1.6～2.0mm的过滤网覆盖桶口并固定牢固，将粪水倒出，桶中残留粪便再次加水搅拌后倒出，重复3次以上至充分分离粪便，吸附剂颗粒直径大于过滤网孔隙以达到将粪便与吸附剂分离目的；
(5)分离后的粪便经固液分离后进一步处理，吸附剂清洗完成后使用2mol/L HCl进行解吸附，以重复利用。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备及使用方法，吸附剂制备及使用原理清晰，吸附剂吸附效果显著，能够较好的减少动物粪便中过量存在的铜，从而减少对环境的危害，平均吸附率可达80％～90％；本发明使用优势菌种为米曲霉菌、黑曲霉菌和木霉菌，菌种安全性高，具有加速粪便腐熟、杀灭病原物等优点，菌种价格低廉且吸附铜效果显著；吸附剂制作简单、价格低廉，凝胶强度高、耐干性和耐酸碱性较好；通过海藻酸钠包埋制成的吸附剂，固定化菌体细胞吸附铜后可以解吸附，能再生循环利用，可以极大地提高生物吸附技术应用的经济价值；而且菌体细胞固定化后，细胞表面的结合位点更多地得到利用，吸附能力增强，应用前景广泛。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备方法，通过海藻酸钠凝胶固定高效吸附微生物制成，包含以下步骤：
选择预先筛选出的高效金属铜吸附微生物作为优势菌群，分别为米曲霉菌、黑曲霉菌和木霉菌。各取上述菌种各5.0g，加入温水50.0ml、营养琼脂10.0g，充分搅拌，静置活化5h后备用；
选择制备该吸附剂的原料，分别为海藻酸钠、氯化钙、聚乙烯醇、蒸馏水、0.5MHCl，所需的仪器和设备为pH计、注射器、玻璃棒和烧杯；
选择优势菌群，遵循工艺参数，使用海藻酸钠包埋法制作金属铜微生物固定化吸附剂。工艺参数为：海藻酸钠浓度为4.0％，氯化钙浓度为1.0％，聚乙烯醇浓度为10.0％，pH＝5.0。各原料与添加量参照下表(1)，制作过程如下：
以4.0％的海藻酸钠为包埋载体：取活化好的优势菌群混合液，添加蒸馏水450.0ml，充分搅拌并混匀，加入20.0g海藻酸钠，搅拌至完全溶解形成胶体，再加入50.0g聚乙烯醇，充分搅拌混匀，静置2h至气泡全部消失，用注射器将胶体匀速地滴入1.0％(w/w)氯化钙溶液中，静置12h；次日，用蒸馏水将凝胶冲洗3遍后转移到0.5M HCl溶液中浸泡12h以上，用pH计测定其去离子水pH值，使用蒸馏水进行浸泡，直至测定其pH为5.0后取出，沥干水分后常温下保存备用，即制作成吸附剂。
按上述步骤制作的吸附剂颗粒颜色为棕色，直径3～5mm，机械强度高，手捏不易变形，落地回弹性良好，耐酸、碱、热性良好。
表(1)
所制作的粪便金属铜微生物固定化吸附剂的使用方法如下：
根据养殖场每日收集新鲜粪便重量选择吸附剂量、粪便堆积桶容积与数量，以下使用方法按照粪便堆积桶容积25L为标准(每桶可堆积18～20kg新鲜粪便)，但不能理解为是对吸附剂使用方法保护范围的限定。
每20kg新鲜粪便添加2～3L纯净水，使其变成浓稠且能缓慢流动的状态，并转移到25L粪便堆积桶中；
将微生物吸附剂撒入桶中，每桶约加1.0～1.5kg吸附剂，充分搅拌使其混匀；
避光、关盖(桶盖留5个直径1.0～1.5cm小孔，便于透气)进行吸附，吸附周期为3～5天，每24h补充水分并搅拌均匀；
吸附完成后，再次加水混匀，使用10目(粒径1.6～2.0mm)过滤网覆盖桶口并固定牢固，将粪水倒出，桶中残留粪便再次加水搅拌后倒出，重复3次以上至充分分离粪便，吸附剂颗粒直径大于过滤网孔隙以达到将粪便与吸附剂分离目的；
分离后的粪便经固液分离后进一步处理，吸附剂清洗完成后使用2mol/L HCl进行解吸附，以重复利用。
实施例1
检测该粪便金属铜微生物固定化吸附剂的包被效果
为了探究微生物吸附制剂的包被稳定性，模拟其在酸环境、碱环境、热环境以及振荡环境下处理时的耐受度与完好程度，每项目选择100粒颗粒按表(2)方法处理，处理完成后统计完好的颗粒数、手捏质地牢固性好、和下落回弹性好的颗粒数目进行评价，评价方法如表(3)，测试结果如表(2)。
表(2)
表(3)
表(2)和表(3)测试结果可以看出，用酸、碱、热和振荡处理后，该吸附剂依旧能够保持较高的颗粒完好性、手捏质地牢固性和下落回弹性。可见，该吸附剂耐热性、包被效果、机械强度和耐酸碱性均较好，可用于实际使用。
实施例2：测定该粪便金属铜微生物固定化吸附剂的吸附效率
使用该吸附剂进行粪便吸附试验。对表层、中间层与底层分别采集吸附前和吸附完成后的粪便5g，测定黄曲霉毒素B1、赭曲霉毒素和呕吐毒素含量，研究微生物吸附作用是否会产生有害真菌毒素。同时，测定吸附温度、pH值、粪便中剩余铜离子含量和吸附率等吸附参数，以测定其吸附效率。结果如下表(4)。
表(4)
数据肩标不同小写字母表示不同组间的差异显著(p＜0.05)，无字母或相同字母表示差异不显著(p＞0.05)。
结果显示，对照组与试验组黄曲霉毒素B1、赭曲霉毒素、pH值和吸附温度之间均差异不显著(p＞0.05)；呕吐毒素对照组与试验组之间差异极显著，试验组极显著低于对照组(p＜0.01)；粪便剩余铜离子含量对照组与试验组之间差异显著，试验组显著低于对照组(p＜0.05)。黄曲霉毒素B1、赭曲霉毒素和呕吐毒素国标限量分别为100ug/kg、10ug/kg和1mg/kg，无论对照组还是试验组均低于标准，处理后的粪便无论是做有机肥、还田或是制作生物垫料，均符合标准。其pH值接近粪便原始pH值，吸附温度接近室温，吸附剂未对pH值与温度产生影响。采用该吸附剂，铜吸附率接近85％，可以大大降低粪便中的铜含量，吸附效率高。通过海藻酸钠包埋制成的吸附剂，固定化菌体细胞吸附铜后可以解吸附，能再生循环利用，可以极大地提高生物吸附技术应用的经济价值；而且菌体细胞固定化后，细胞表面的结合位点更多地得到利用，吸附能力增强，应用前景广泛。
Claims (4)
1.一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
(1)选择预先筛选出的高效金属铜吸附微生物作为优势菌群：分别为米曲霉菌、黑曲霉菌和木霉菌，取上述菌种各5.0 g，加入温水50.0 ml，营养琼脂10.0 g，充分搅拌，静置活化5 h后备用，形成优势菌群混合液；
(2)准备吸附剂的原料：分别为海藻酸钠、氯化钙、聚乙烯醇、蒸馏水、0.5M HCl；
(3)准备所需的仪器和设备：分别为pH计、注射器、玻璃棒和烧杯；
(4)选用优势菌群，按照工艺参数，使用海藻酸钠包埋法制作粪便金属铜微生物固定化吸附剂；
(5)具体制备步骤如下：
(5-1)取上述步骤(1)中活化好的优势菌群混合液添加蒸馏水450.0 ml，充分搅拌并混匀；
(5-2)以4.0%的海藻酸钠为包埋载体：加入20.0 g海藻酸钠，搅拌至完全溶解形成胶体；
(5-3)加入50.0 g聚乙烯醇，充分搅拌混匀，静置2 h至气泡全部消失；
(5-4)用注射器将胶体匀速地滴入1.0%(w/w)氯化钙溶液中，静置12 h；
(5-5)次日，用蒸馏水将凝胶冲洗3 遍后转移到0.5M HCl溶液中浸泡12 h；
(5-6)用pH计测定其去离子水pH值，使用蒸馏水进行浸泡，直至测定其pH为5.0后取出，沥干水分后常温下保存备用，即制作成吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的工艺参数为：海藻酸钠浓度为4.0%，氯化钙浓度为1.0%，聚乙烯醇浓度为10.0%，pH=5.0，优势菌群15.0 g、海藻酸钠20.0 g、氯化钙5.0 g、聚乙烯醇50.0 g、蒸馏水500.0 g。
3.根据权利要求1所述的一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(5-6)中所述吸附剂的颗粒颜色为棕色，直径3 ～ 5 mm，机械强度高，手捏不易变形，落地回弹性良好，耐酸、碱、热性良好。
4.一种粪便中金属铜微生物固定化吸附剂的使用方法，其特征在于，所述使用步骤如下：
(1)每20 kg新鲜粪便添加2 ～ 3 L纯净水，使其变成浓稠且能缓慢流动的状态，并转移到25 L粪便堆积桶中；
(2)将微生物吸附剂撒入桶中，每桶约加1.0 ～ 1.5 kg吸附剂，充分搅拌使其混匀；
(3)避光，关盖，桶盖留5个直径1.0 ～ 1.5 cm小孔，便于透气，进行吸附，吸附周期为3～ 5 天，每24 h补充水分并搅拌均匀；
(4)吸附完成后，再次加水混匀，使用粒径1.6 ～ 2.0 mm的过滤网覆盖桶口并固定牢固，将粪水倒出，桶中残留粪便再次加水搅拌后倒出，重复3次以上至充分分离粪便，吸附剂颗粒直径大于过滤网孔隙以达到将粪便与吸附剂分离目的；
(5)分离后的粪便经固液分离后进一步处理，吸附剂清洗完成后使用2 mol/L HCl进行解吸附，以重复利用。
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 丁佳红等: "黑曲霉对Cu2+生物吸附的研究", 《安徽工程科技学院学报(自然科学版)》 * |
| 林锦美等: "拟康宁木霉活菌体处理含铜废水", 《环境工程学报》 * |
| 龙丹丹等: "产菌核米曲霉G15对水溶液中Cu(Ⅱ)的吸附特性研究", 《山西大学学报(自然科学版)》 * |
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