CN112725229B - 一种减少氧化亚氮排放的复合菌剂及其应用 - Google Patents

一种减少氧化亚氮排放的复合菌剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减少堆肥过程中氧化亚氮排放的复合菌剂及其应用。该复合菌剂包含居海杆状菌(Marivirga tractuosa)、栖牙普雷沃菌(Prevotella denticola)和瘤胃脱硫肠状菌(Desulfotomaculum ruminis)。本发明中的三株菌协同作用，能够更高效的将温室气体氧化亚氮还原为无害的氮气。对氧化氧氮的减排最高达到了402μg/kg。通过这些菌剂的添加，来有效控制堆肥过程氧化亚氮的排放，保护生态环境。

Description

一种减少氧化亚氮排放的复合菌剂及其应用
技术领域
本发明属于环境保护领域，具体涉及一种减少氧化亚氮排放的复合菌剂及其应用。
背景技术
随着我国工业化和城市化的迅速发展，污水处理量不断增加，污水处理过程中产生的污泥量也逐年增加。据统计，我国年产含水量80%的城市污泥5000多万吨，这些污泥中含有大量难降解有机物、寄生虫卵和病原微生物等有害物质，为了避免污染物迁移到农业用地和地下水对人类健康造成潜在风险，污泥的处理和处置是必要的。
堆肥是一种经济有效的污泥稳定化生物技术，既能灭活病原体，又能将有机污染物转化为腐殖化产物。然而，在堆肥过程中会释放出大量的氧化亚氮，尤其是在堆肥后期。氧化亚氮是一种强力温室气体，尽管大气浓度只有二氧化碳的千分之一，但其单位体积的增热潜能是二氧化碳的298倍；大气中的氧化亚氮浓度在过去100年内增加了20%，并正在以每年0.2%～0.3%的速度持续增长，其作用不容忽视；氧化亚氮能够对臭氧产生清除作用，从而引发一系列环境问题（如气候变化）。因此，减少堆肥过程中氧化亚氮的排放势在必行。
目前，国内外对于减少堆肥过程中氧化亚氮的研究主要涉及到物理吸附法、化学添加剂法、改变堆肥本身碳氮比法、添加单菌法。但物理吸附法吸附能力差异较大，对氧化亚氮的吸附效果一般且不稳定。化学添加剂法可以减少一部分氨挥发，但对于氧化亚氮的去除效果不明显，且易导致二次污染；改变堆肥碳氮比对减少氧化亚氮的排放效果有限，且碳氮比过高会抑制微生物生长，有机质分解速率变慢，从而使得其在生产上难以推广；添加单菌对土著微生物的影响相对较小，而且氧化亚氮减排效果差且不稳定；此外，虽然通过对堆肥工艺参数的调整，如调节pH值、通风时间、翻堆频率、膜覆等方式也可以减少氧化亚氮的排放，但堆肥工艺技术和规模大小的多样性造就了优化参数不是一项减少氧化亚氮排放的有效途径。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种复合菌剂，能够明显减少堆肥中的氧化亚氮的排放。
本发明还提出上述复合菌剂的制备方法。
本发明还提出上述复合菌剂在堆肥中的应用。
本发明还提出一种减少堆肥氧化亚氮排放的方法，
根据本发明的第一个方面，所述复合菌剂包含居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）。
在本发明的一些实施方式中，所述居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）的质量比为1～2:1:1。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）的质量比为2:1:1。
在本发明的一些实施方式中，所述居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）为冻干粉，其活菌数分别为108～109CFU/g。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）为冻干粉，其活菌数分别为109CFU/g。
在本发明的一些实施方式中，所述居海杆状菌（Marivirga tractuosa）选自居海杆状菌（Marivirga tractuosa）DSM4126、ATCC23168、NBRC15989；所述栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）选自栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）F0289、DSM20614、DNF00960；所述瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）选自瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）DSM2154、ATCC23193、NCIMB8452。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述居海杆状菌（Marivirga tractuosa）为居海杆状菌DSM4126；所述栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）为栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）F0289；瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）为瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）DSM2154。
根据本发明的第二个方面，提出了复合菌剂的制备方法，包含以下步骤：取居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis），纯培养进行扩增，然后将其用脱脂奶粉制成冻干菌粉。保证每种菌粉的活菌含量为108～109CFU/g，然后按比例混合。
根据本发明的第三个方面，提出了复合菌剂在堆肥中的应用。
在本发明的一些实施方式中，所述应用具体为在减少堆肥氧化亚氮排放中的应用。
在本发明的一些实施方式中，所述应用具体为减少污泥堆肥中的氧化亚氮排放。
根据本发明的第四个方面，提出了一种减少堆肥氧化亚氮排放的方法，包括以下步骤：将本发明第一个方面所述复合菌剂在堆肥高温期过后，加入堆肥原料中。
在本发明的一些实施方式中，所述堆肥原料包含固体废弃物与辅料。
在本发明的一些实施方式中，所述固体废弃物为污泥、固体颗粒、垃圾、炉渣或人畜排泄物等。
在本发明的一些更优选地实施方式中，所述固体废弃物为污泥。
在本发明的一些实施方式中，所述堆肥原料的含水率为50～60%。
在本发明的一些实施方式中，所述堆肥原料的pH值为6～7。
在本发明的一些实施方式中，所述高温期过后具体为50℃以下。
在本发明的一些实施方式中，所述复合菌剂的添加量为不低于0.1%，按重量比计。
在本发明的一些实施方式中，所述复合菌剂的添加量为0.1～1%，按重量比计。
在本发明的一些更优选地实施方式中，所述复合菌剂的添加量为1%，按重量比计。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
本发明筛选出三株居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）作为复合菌剂进行复配使用，三株菌协同作用，能够更高效的将温室气体氧化亚氮还原为无害的氮气。
而且通过配比实验可以看出，本发明中的三株菌在最佳配比下能够更高效，对氧化氧氮的减排最高达到了402μg/kg。通过这些菌剂的添加，来有效控制堆肥过程氧化亚氮的排放，保护生态环境。而且通过实验例可以看出，能够高效减少堆肥过程氧化亚氮的排放，提高堆肥品质并减少环境污染。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种复合菌剂，包括居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）、瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）。居海杆状菌（Marivirga tractuosa）为居海杆状菌DSM4126，栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）为栖牙普雷沃菌F0289，瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）为瘤胃脱硫肠状菌DSM2154。
取居海杆状菌DSM4126、栖牙普雷沃菌F0289、瘤胃脱硫肠状菌DSM2154，纯培养进行扩增，然后将其用脱脂奶粉制成冻干菌粉。再进行冻干粉的活菌计数，保证三株菌的含量为108～109CFU/g。按居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）、瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）质量比为2:1:1的比例进行混匀。
实施例2
本实施例制备了一种复合菌剂，包括居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）、瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）。居海杆状菌（Marivirga tractuosa）为居海杆状菌DSM4126，栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）为栖牙普雷沃菌F0289，瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）为瘤胃脱硫肠状菌DSM2154。
取居海杆状菌DSM4126、栖牙普雷沃菌F0289、瘤胃脱硫肠状菌DSM2154，纯培养进行扩增，然后将其用脱脂奶粉制成冻干菌粉。再进行冻干粉的活菌计数，保证三株菌的含量为108～109CFU/g。按居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）、瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）质量比为1:1:1的比例进行混匀。
对比例1
本对比例制备了一种菌剂，与实施例1的区别在于，菌剂为居海杆状菌DSM4126冻干粉，活菌数为108～109CFU/g。
对比例2
本对比例制备了一种菌剂，与实施例1的区别在于，菌剂为栖牙普雷沃菌F0289冻干粉，活菌数为108～109CFU/g。
对比例3
本对比例制备了一种菌剂，与实施例1的区别在于，菌剂为瘤胃脱硫肠状菌DSM2154冻干粉，活菌数为108～109CFU/g。
对比例4
本对比例制备了一种复合菌剂，包括居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）、瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）。居海杆状菌（Marivirga tractuosa）为居海杆状菌DSM4126，栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）为栖牙普雷沃菌F0289。瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）为瘤胃脱硫肠状菌DSM2154。
取居海杆状菌DSM4126、栖牙普雷沃菌F0289、瘤胃脱硫肠状菌DSM2154，纯培养进行扩增，然后将其用脱脂奶粉制成冻干菌粉。再进行冻干粉的活菌计数，保证三株菌的含量为108～109CFU/g。按居海杆状菌（Marivirga tractuosa）、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）、瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）质量比为3:1:1的比例进行混匀。
对比例5
本对比例制备了一种菌剂，与实施例1的区别在于，菌剂中用同样属于拟杆菌门的噬纤维素菌DSM 14237代替居海杆状菌DSM4126。
试验例
本试验例测试了实施例1～2和对比例1～5制备的菌剂的减少堆肥过程氧化亚氮排放的性能。并设置不加任何菌剂组为阴性对照组，具体步骤为：
1）将含水率为80%的脱水污泥和含水率为7%的辅料（稻壳）以4:1的质量比混合均匀（混合物料的初始含水率为60%左右，约100kg）后置于堆肥反应器内。
2）在100kg混合物料的基础上，添加1%的菌剂（1kg）。
其中，每个处理组三个重复。将各个处理样品混合均匀后进行堆肥。
堆肥采用间歇式通风方式，通风速率为0.2L/min，每隔45min通风15min，发酵后气体通过出气孔排出，分别在第0.5、2、8、15、20天进行氧化亚氮收集。堆肥时间共20天。测试结果如表1所示。
表1 氧化亚氮平均排放量测试结果
Figure 554791DEST_PATH_IMAGE001
在表1中，从对比例1～3和实施例1～2的结果可以看出，复配居海杆状菌、栖牙普雷沃菌、瘤胃脱硫肠状菌所达到的堆肥氧化亚氮减排量高于对比例1～3中单独使用三种菌种的氧化亚氮减排放量之和，说明相对于单一菌种，菌种复配使用产生了更加好的氧化亚氮减排效果，具有显著差异。而且也可以看出在第8天，相对于阴性对照，实施例1中的复配菌种的减排量最高，达到了402μg/kg。
结合对比例4和实施例1～2可以看出，虽然同样是复配居海杆状菌、栖牙普雷沃菌、瘤胃脱硫肠状菌，但不同的配比所产生的效果并不相同。相比居海杆状菌、栖牙普雷沃菌、瘤胃脱硫肠状菌为3:1:1的复合菌剂，添加配比为2:1:1或者1:1:1时，其氧化亚氮减排效果明显增高，进一步说明复合菌剂中的三株菌之间并非任意配比都可以达到很好的减排效果，而且也并非居海杆状菌占比越大其减排效果越好，而是需要在一个特定的配比下才能达到最好的氧化亚氮减排效果。
结合对比例5和实施例1可以看出，使用同样属于拟杆菌门的噬纤维素菌DSM14237代替实施例1中的居海杆状菌DSM4126，发现其减排效果远低于实施例1，进一步说明实施例1中的三种菌株复配具有协同增效的作用，并不能随意进行替换。
上述具体实施方式对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (5)

1.一种复合菌剂，其特征在于，所述复合菌剂中的微生物成分由居海杆状菌（Marivirga tractuosa）DSM4126、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）F0289和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）DSM2154组成；所述居海杆状菌（Marivirga tractuosa）DSM4126、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）F0289和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）DSM2154的质量比为1～2:1:1；所述居海杆状菌（Marivirga tractuosa）DSM4126、栖牙普雷沃菌（Prevotella denticola）F0289和瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）DSM2154为冻干粉，其活菌数分别为108～109CFU/g。
2.权利要求1所述复合菌剂在减少堆肥氧化亚氮排放中的应用。
3.一种减少堆肥氧化亚氮排放的方法，其特征在于，将权利要求1所述复合菌剂在堆肥高温期过后，加入堆肥原料中，所述高温期过后的温度具体为50℃以下。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述堆肥原料的含水率为50～60%。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述复合菌剂的添加量为不低于0.1%，按重量比计。
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