CN112430137B - 一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂 - Google Patents

一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，包括组分A和组分B；组分A的制备过程包括准备生物炭基质、木霉孢子固定化处理及干燥；在组分A中，生物炭基质包括下述重量份数的组分：生物炭100份、去离子水40‑60份、葡萄糖1‑3份、蛋白胨1‑3份、酵母粉1‑3份；将上述组分混合，并用木醋液调节pH在4‑6之间，灭菌，冷却即可；组分B为pH为2.8‑3.2的木醋液。本发明提供的堆肥调理剂，具有组分简单、明显减少氨气排放、提高堆肥效率的优点。

Description

一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂
技术领域
本发明涉及生物堆肥技术领域，具体涉及一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂。
背景技术
好氧堆肥主要是微生物利用基质中的有机物进行有氧代谢并产生发酵热，从而实现物料的腐熟和杀菌、杀虫卵和草籽的过程。好氧堆肥的过程一般分为堆肥前期、高温堆肥期和堆肥后期；在好氧堆肥过程中，臭气排放是一个困扰堆肥的问题，这是由于有机物分解会产生大量的氨气，氨气排放在大气中，形成的恶臭使堆肥场的环境极差，不利于环保。
为解决堆肥产生恶臭的问题，目前的工艺通常采用在堆肥过程中添加调理剂的方式进行处理，加入的调理剂不同，调理剂在堆肥过程中的作用方式不同。如使用秸秆作为调理剂，对产生的恶臭进行吸附，这种物理吸附的方式只是对臭气排放速率进行降低；再则现有常用的微生物调理剂，由于加入的微生物与堆料中的土著微生物共同使用堆料中的原料，因此微生物之间会产生竞争，不仅对恶臭的处理难以控制，而且严重时会影响堆肥效果；这些问题的存在，导致对恶臭的处理难以解决，进而限制了堆肥过程的进行。
随着研究的进行，人们发现生物炭具有多孔结构，使其具有高吸附性能，将其添加于堆肥过程中，能够吸附臭气，且多孔的结构可提高发酵基质的透气性，因此，将其应用于生物堆肥中成为研究的热点。近些年，以生物炭为主要原料制备的调理剂已有报道，然而，单纯使用生物炭仍不能很好的解决堆肥场地的恶臭问题，如在申请号为CN201811606831.8的申请文件中，堆肥结束后仍然通过两次除臭才得以解决堆肥的恶臭问题。
可见，虽然生物炭应用于堆肥时具有一定的除臭作用，但是除臭效果较差，因此，提供一种能够实现堆肥中的臭气产生即去除的调理剂具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，具体为一种包括组分A和组分B的堆肥调理剂。该堆肥调理剂中，将组分A和组分B配合使用，实现氨气产生后即可被大部分去除，从而提高对氨气的处理效果，达到氨气处理治标治本的目的，有效降低了好氧堆肥过程中氨气的排放量。本发明提供的堆肥调理剂，具有组分简单、明显减少氨气排放、提高堆肥效率的优点。
本发明的技术方案如下：
一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，包括组分A和组分B；
组分A的制备过程包括准备生物炭基质、木霉孢子固定化处理及干燥；
在组分A中，生物炭基质包括下述重量份数的组分：
生物炭100份、去离子水40-60份、葡萄糖1-3份、蛋白胨1-3份、酵母粉1-3份；将上述组分混合，并用木醋液调节pH在4-6之间，灭菌，冷却即可；
组分B为pH为2.8-3.2的木醋液。
进一步的，生物炭基质包括下述重量份数的组分：
生物炭100份、去离子水50份、葡萄糖3份、蛋白胨1份，酵母粉2份；
将上述组分混合，用木醋液调节pH为5.5，灭菌，冷却即可。
进一步的，木霉孢子固定化处理的过程为：
(1)制备木霉孢子液：将木霉孢子在无菌水中，制备成孢子浓度为108个/ml的木霉孢子液，待用；
(2)固定化木霉孢子：按照重量比为100:1-5的比例将生物炭基质与木霉孢子液混合，在25-32℃下培养48-96小时，获得含木霉孢子的生物炭基质，完成固定化木霉孢子；在此过程中，木霉孢子在生物炭孔的表面及生物炭表面大量繁殖，为对氨气处理做准备。
进一步的，上述的木霉孢子为棘孢木霉(Trichoderma asperellum)CGM-10孢子，该棘孢木霉(Trichoderma asperellum)已于2014年1月6日保存于中国典型培养物保藏中心，菌种编号为CCTCC No.2014001，在申请号为2014101129931的专利文件中公开。
进一步的，将固定化木霉孢子烘干至含水量在15-20％之间，获得组分A。
进一步的，生物炭为花生壳炭、稻壳炭、玉米秸秆炭、麦秆炭中的一种或者两种生物炭的混合物。
进一步的，在烘干过程中，烘干温度为50℃。
进一步的，上述好养堆肥调理剂，使用方法如下：
(1)将组分A与堆料按照1:8-10的重量比混合，然后向其中加入长度为1-2厘米的干玉米秸秆，混匀，使堆料含水量在50-60％之间，获得混合料，待用；
(2)堆肥：将混合料准备完毕并按照需求堆垛，堆垛24小时后，向堆体上喷洒组分B，并翻堆1次；每24小时重复喷洒组分B和翻堆1次；喷洒5次后，即可。
进一步的，堆体与组分B的重量比为1000:1。
好氧堆肥的过程主要包括3个阶段，堆肥初期(堆垛中的温度低于50℃)、高温阶段(堆垛中的温度高于50℃)和降温阶段(堆垛中的温度低于50℃，堆肥后期)；堆肥初期，堆体中的有机物充裕，微生物生长繁殖快速，对堆体中的有机物分解效率高，此过程的氨气产量开始上升；随着高温启动进入高温阶段，高温下，微生物代谢活跃，pH上升，氨气大量排放；在进入降温阶段后，氨气排放逐渐降低。
本发明中，在堆体中添加组分A，组分A中的生物炭大量吸附产生的氨气，而在堆体中，木霉孢子产生木霉菌丝，木霉菌丝在代谢过程中产出有机酸，有机酸与吸附于生物炭中的氨气发生反应，将氮元素保留在堆体中，避免氨气排放；另外，木醋液的加入，可降低堆体的pH，利于木霉孢子的萌发和菌丝体的生长，提高有机酸的含量，从而减少氨气产生和排放；在持续的吸附、反应过程中，可实现对产出的氨气固定和生物再利用，进而实现减少氨气排放、减少堆肥过程中氮元素流失的目的。通过在堆肥初期组分A和组分B之间协同作用，生物炭与木霉孢子共同作用，使堆体中的氨气产量从根本上降低，避免在进入高温阶段的高温下氨气迅速释放，减少氮元素浪费且可有效避免对环境污染。
在堆肥初期，堆体中的pH较为稳定，在6.8-7.5之间，利于堆体发酵的微生物生长。在微生物迅速增殖的情况下，堆体温度持续上升，促进堆肥快速进入高温阶段。从而实现有效杀灭堆体中虫卵、草籽、有害细菌等，实现无害化处理的目的。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)在堆肥初期，通过组分A和组分B的协同作用，降低堆体pH值，减少氨气排放，避免了在高温阶段的氨气大量排放对环境产生的影响，总的氨气相对排放量(15天)为对照组的35-39％。
(2)将本发明提供的调理剂应用在堆肥中，对堆肥初期(低于50℃)和高温阶段(50℃以上)两个阶段的氨气相对排放量进行统计，在堆肥初期，氨气排放量为对照组的22-26％，在高温阶段，氨气排放量为对照组的38-43％。
(3)使用本发明提供的调理剂，可提高堆肥过程中高温阶段的最高温度，延长高温阶段的持续时间；具体为：堆肥发酵的最高温度为70℃，高于55℃天数为8-10天。
(4)本发明获得的调理剂具有生产成本低、适应范围广、可以大范围推广等优势，适宜规模化生产。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明中氨气采用GB/T 18204.2-2014所描述的方法进行检测，相对排放量以对照组为氨气浓度为100％，实验组检测数值与对照组比值×100计算得出。
本发明的实施例和对比例均在6-9月份之间进行，在6-9月份期间，堆肥过程中使用本发明的调理剂，在15天能够完成一次发酵，在实际的堆肥过程中，氨气的产生和排放均在此过程中，因此，在实施例和对比例中，总的氨气相对排放量统计设定为15天的氨气相对排放量测定。试验地点为山东省济南市。
在以下的实施例和对比例中，组分B均为木醋液，pH为3.0；堆体与组分B的重量比为1000:1；木霉孢子为棘孢木霉(Trichoderma asperellum)CGM-10孢子，该棘孢木霉(Trichoderma asperellum)已于2014年1月6日保存于中国典型培养物保藏中心，菌种编号为CCTCC No.2014001，在申请号为2014101129931的专利文件中公开。
实施例1
一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，包括组分A和组分B；
组分A的制备过程如下：
S1，生物炭基质包括下述重量份数的组分：
生物炭100份、去离子水50份、葡萄糖3份、蛋白胨1份，酵母粉2份；
将上述组分混合，用木醋液调节pH为5.5，于121℃灭菌20分钟，冷却至室温；
生物炭为等量稻壳炭和麦秆炭混合物；
S2，木霉孢子固定化处理的过程为：
(1)制备木霉孢子液：将木霉孢子在无菌水中，制备成孢子浓度为108个/ml的木霉孢子液，待用；
(2)固定化木霉孢子：按照重量比为100:3的比例将生物炭基质与木霉孢子液混合，在30℃下培养70小时，获得含木霉孢子的生物炭基质，完成固定化木霉孢子；在此过程中，木霉孢子在生物炭孔的表面及生物炭表面大量繁殖，为对氨气处理做准备；
S3，将步骤S2获得的固定化木霉孢子在50℃条件下烘干至含水量为18％，获得组分A。
按照下述方法，将组分A和组分B组成的调理剂用于鸡粪中，对鸡粪堆肥，过程如下：
(1)将组分A与堆料按照1:9的重量比混合，具体为组分A10公斤，鸡粪90公斤，用干玉米秸秆对鸡粪进行含水量调节，使含水量在50-60％之间，获得混合料，待用；玉米秸秆的长度为1-2厘米；
(2)堆肥：将混合料准备完毕采用条垛式堆肥，堆垛24小时后，向堆体上喷洒组分B，并翻堆1次；每24小时重复喷洒组分B和翻堆1次；喷洒5次后，即可；
堆肥过程中，对堆肥初期(低于50℃)、高温阶段(50℃以上)两个阶段中的氨气相对排放量、堆肥15天的氨气相对排放量进行监测，结果见表1。
对照组与实验组的区别在于，不添加调理剂。
对比例1
在实施例1进行的同时，设置对比例1，与实施例1的区别在于，不使用组分B，结果见表1。
表1调理剂用于鸡粪发酵的参数
Figure BDA0002797253150000071
结合上表1可以看出，在不使用组分B的情况下，在堆肥初期、高温阶段中，对比例1的氨气相对排放量明显高于实验组的氨气相对排放量，在高温阶段尤其明显，这说明，本发明提供的调理剂中的组分A和组分B配合使用时，在堆肥过程中对氨气的作用效果更佳优异。
实施例2
一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，包括组分A和组分B；
组分A的制备过程如下：
S1，生物炭基质包括下述重量份数的组分：
生物炭100份、去离子水40份、葡萄糖1份、蛋白胨1份、酵母粉1份；将上述组分混合，并用木醋液调节pH为4.2，灭菌，于121℃灭菌20分钟，冷却至室温；
生物炭为采用等量玉米秸秆炭和花生壳炭；
S2，木霉孢子固定化处理的过程为：
(1)制备木霉孢子液：将木霉孢子在无菌水中，制备成孢子浓度为108个/ml的木霉孢子液，待用；
(2)固定化木霉孢子：按照重量比为100:1的比例将生物炭基质与木霉孢子液混合，在25℃下培养96小时，获得含木霉孢子的生物炭基质，完成固定化木霉孢子；在此过程中，木霉孢子在生物炭孔的表面及生物炭表面大量繁殖，为对氨气处理做准备；
S3，将步骤S2获得的固定化木霉孢子在50℃条件下烘干至含水量为15％，获得组分A。
按照下述方法，将组分A和组分B组成的调理剂用于鸡粪中，对鸡粪堆肥，过程如下：
(1)将组分A与堆料按照1:8的重量比混合，具体为组分A10公斤，鸡粪90公斤，用干玉米秸秆对鸡粪进行含水量调节，使含水量在50-60％之间，获得混合料，待用；玉米秸秆的长度为1-2厘米；
(2)堆肥：将混合料准备完毕采用条垛式堆肥，堆垛24小时后，向堆体上喷洒组分B，并翻堆1次；每24上下重复喷洒组分B和翻堆1次；喷洒5次后，即可；
堆肥过程中，对堆肥初期(低于50℃)、高温阶段(50℃以上)两个阶段中的氨气相对排放量、堆肥15天的氨气相对排放量进行监测，结果见表2。
对照组与实验组的区别在于，不添加调理剂。
表2调理剂用于鸡粪发酵的参数
Figure BDA0002797253150000091
实施例3
一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，包括组分A和组分B；
组分A的制备过程如下：
S1，生物炭基质包括下述重量份数的组分：
生物炭100份、去离子水60份、葡萄糖3份、蛋白胨3份、酵母粉3份；将上述组分混合，并用木醋液调节pH为6，于121℃灭菌20分钟，冷却至室温；
生物炭为花生壳炭；
S2，木霉孢子固定化处理的过程为：
(1)制备木霉孢子液：将木霉孢子在无菌水中，制备成孢子浓度为108个/ml的木霉孢子液，待用；
(2)固定化木霉孢子：按照重量比为100:5的比例将生物炭基质与木霉孢子液混合，在32℃下培养48小时，获得含木霉孢子的生物炭基质，完成固定化木霉孢子；在此过程中，木霉孢子在生物炭孔的表面及生物炭表面大量繁殖，为对氨气处理做准备；
S3，将步骤S2获得的固定化木霉孢子在50℃条件下烘干至含水量为20％，获得组分A。
按照下述方法，将组分A和组分B组成的调理剂用于鸡粪中，对鸡粪堆肥，过程如下：
(1)将组分A与堆料按照1:10的重量比混合，具体为组分A10公斤，鸡粪90公斤，用干玉米秸秆对鸡粪进行含水量调节，使含水量在50-60％之间，获得混合料，待用；玉米秸秆的长度为1-2厘米；
(2)堆肥：将混合料准备完毕采用条垛式堆肥，堆垛24小时后，向堆体上喷洒组分B，并翻堆1次；每24小时重复喷洒组分B和翻堆1次；喷洒5次后，即可；
堆肥过程中，对堆肥初期(低于50℃)、高温阶段(50℃以上)两个阶段中的氨气相对排放量、15天堆肥期间氨气相对排放量进行监测，结果见表3。
对照组与实验组的区别在于，不添加调理剂。
表3调理剂用于鸡粪发酵的参数
Figure BDA0002797253150000101
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于，对堆肥原料进行放大实验，具体为：
组分A为100公斤，鸡粪为900公斤，其余同实施例3。
堆肥过程中，对堆肥初期(低于50℃)、高温阶段(50℃以上)两个阶段中的氨气相对排放量、堆肥15天的氨气相对排放量进行监测，结果见表4。
对照组与实验组的区别在于，不添加调理剂。
对比例2
与实施例4的区别在于，使用的棘孢木霉孢子购自广西中向启明生态科技有限公司，见表4。
表4调理剂用于鸡粪发酵的参数
Figure BDA0002797253150000111
通过表1、表2、表3和表4可以看出，实验组的高温(高于55℃)持续时间明显高于对照组，且实验组的最高温度更高；
总的氨气排放量来说，无论是对照组还是对比例1和对比例2，氨气相对排放量明显高于实验组；
实验组的氨气排放量，在堆肥初期显著低于对照组，约为对照组的22-26％；
在高温阶段，氨气排放量低于对照组，约为对照组的38-43％；
对堆肥结束后肥料中的氮元素检测，实施例1-4发酵料(干基)中的氮元素含量实验组为2.1-2.3％，对照组分别为1.1-1.3％，表明使用本发明所述调理剂可以大幅减少氮元素损失。
尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，其特征在于，包括组分A和组分B；
组分A的制备过程包括准备生物炭基质、木霉孢子固定化处理及干燥；
在组分A中，生物炭基质包括下述重量份数的组分：
生物炭100份、去离子水40-60份、葡萄糖1-3份、蛋白胨1-3份、酵母粉1-3份；将上述组分混合，并用木醋液调节pH在4-6之间，灭菌，冷却即可；
组分B为pH为2.8-3.2的木醋液；
上述的木霉孢子为棘孢木霉（Trichoderma asperellum）CGM-10，保藏号为CCTCCNo.2014001；
组分A与堆料混合堆垛，堆垛24小时后，喷洒组分B；
所述木霉孢子固定化处理的过程为：
（1）制备木霉孢子液：将木霉孢子在无菌水中，制备成孢子浓度为108个/ml的木霉孢子液，待用；
（2）固定化木霉孢子：按照重量比为100:1-5的比例将生物炭基质与木霉孢子液混合，在25-32℃下培养48-96小时，获得含木霉孢子的生物炭基质，完成固定化木霉孢子。
2.如权利要求1所述的含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，其特征在于，生物炭基质包括下述重量份数的组分：
生物炭100份、去离子水50份、葡萄糖3份、蛋白胨1份，酵母粉2份。
3.如权利要求2所述的含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，其特征在于，生物炭基质的组分混合后，用木醋液调节pH为5.5，灭菌，冷却即可。
4.如权利要求1所述的含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，其特征在于，将固定化木霉孢子烘干至含水量在15-20%之间，获得组分A。
5.如权利要求4所述的含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，其特征在于，生物炭为花生壳炭、稻壳炭、玉米秸秆炭、麦秆炭中的一种或者两种生物炭的混合物。
6.如权利要求4所述的含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂，其特征在于，在烘干过程中，烘干温度为50℃。
7.如权利要求1-6任一项所述的含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂的使用方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将组分A与堆料按照1:8-10的重量比混合，然后向其中加入长度为1-2厘米的干玉米秸秆，混匀，使堆料含水量在50-60%之间，获得混合料，待用；
（2）堆肥：将混合料准备完毕并按照需求堆垛，形成堆体；堆垛24小时后，向堆体上喷洒组分B，并翻堆1次；每24小时重复喷洒组分B和翻堆1次；喷洒5次后，即可。
8.如权利要求7所述的含有木醋液和木霉孢子的生物炭基好氧堆肥调理剂的使用方法，其特征在于，堆体与组分B的重量比为1000:1。
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