CN113200660A - 一种畜禽粪液发酵剂及其应用 - Google Patents

一种畜禽粪液发酵剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于畜禽粪液处理技术领域，特别是涉及一种畜禽粪液发酵剂及其应用。本发明提供的畜禽粪液发酵剂，包括生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂。该畜禽粪液发酵剂能够有效降低各项污染物的总量。对禽畜的粪液使用本发明提供的畜禽粪液发酵剂后，化学需氧量的去除率为95％～96％，五日生化需氧量的去除率为79％～83％，氨氮含量指标、水质中固体悬浮物含量和总磷的含量均出现了显著降低的情况；同时，该发酵剂对重金属镉也具有良好的固定作用，对Cd的固定率为83％～88％，能够有效减少发酵过程中重金属对环境的污染，提高粪水发酵的安全性。

Description

一种畜禽粪液发酵剂及其应用
技术领域
本发明属于畜禽粪液处理技术领域，特别是涉及一种畜禽粪液发酵剂及其应用。
背景技术
现代养殖禽畜时，禽畜会不可避免的摄入重金属，当重金属随着禽畜代谢的粪液排泄出来，直接进行粪污还田时，重金属会污染田地，从而产生重金属污染的风险。现代农业粪水治理的常用方法为污水处理和沼液发酵，前者运行成本高，不符合循环农业的发展趋势，后者造价虽低，占地面积大，虽能够起到处理禽畜粪液的技术效果，但还是难以去除粪液中的重金属污染，导致其无法顺利还田使用。随着现代微生物技术的发展，微生物发酵技术逐渐应用在畜禽粪污处理中，微生物发酵技术具有成本低、效果明显的优点，但目前市场上的微生物菌剂功能单一，且持续效果不稳定，因此现有技术亟需一种起到快速发酵、去除臭气并能够钝化重金属的粪液处理工艺。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种畜禽粪液发酵剂及其应用。本发明提供的畜禽粪液发酵剂，能够有效降低禽畜粪液中各项污染物的总量，具有良好的固定重金属镉的作用。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种畜禽粪液发酵剂，所述发酵剂包括生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂；所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为(0.5～3):(0.3～1):(6.5～9.3)；所述生物酶包括氨基活性蛋白酶；所述复合微生物菌剂包括贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌。
优选的，所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为1:0.3:8.7；
或所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为2:1:9；
或所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为1:1:9。
优选的，所述禽畜粪液发酵剂的制备方法包括以下步骤：将生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂混合后发酵8～20d得到禽畜粪液发酵剂。
优选的，所述薄荷提取液中左旋薄荷醇的含量≥70％。
优选的，所述畜禽粪液发酵剂的有效菌群浓度为2×109～2.4×109CFU/mL。
优选的，所述复合微生物菌剂中，贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的有效活菌数的比例为(7～9):(5～7):(4～6)。
优选的，所述复合微生物菌剂的制备方法包括如下步骤：将贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别接种至发酵培养基中进行发酵培养得到对应的菌剂，将发酵培养得到的菌剂混合得到复合微生物菌剂；
所述贝莱斯芽孢杆菌的接种量为4％～9％；所述暹罗芽孢杆菌的接种量为3％～9％；所述解淀粉芽孢杆菌的接种量为1％～5％；
所述发酵培养的温度为25℃～30℃；所述发酵培养的转速为300～500rpm；所述发酵培养的时间为24～48h。
优选的，所述发酵培养基包括如下质量浓度的组分：葡萄糖25～35g/L，玉米粉1～15g/L，磷酸氢二钾0.2～0.4g/L，氯化钠2～4g/L，硫酸钠0.1～0.6g/L，硫酸亚铁0.03～0.05g/L和碳酸钙2～7g/L；所述发酵培养基的pH为3.5～4.0。
本发明还提供了上述畜禽粪液发酵剂在降低畜禽粪液中重金属污染的应用。
本发明还提供了上述畜禽粪液发酵剂在固定畜禽粪液重金属中的应用和/或在降低畜禽粪液中氨氮含量中的应用和/或在降低畜禽粪液中总磷含量中的应用。
本发明提供了一种畜禽粪液发酵剂，所述发酵剂包括生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂；这三种物质的体积比为(0.5～3):(0.3～1):(6.5～9.3)。本发明提供的畜禽粪液发酵剂通过对生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂这三种成分的合理搭配，来降低各项污染物的总量。由实施例可知，对禽畜的粪液使用本发明提供的畜禽粪液发酵剂后，化学需氧量(COD)的去除率为95％～96％，五日生化需氧量(BOD5)的去除率为79％～83％，氨氮含量指标(NH3-N)、水质中固体悬浮物含量(SS)和总磷的含量均出现了显著降低的情况；同时，该发酵剂对重金属镉(Cd)也具有良好的固定作用，对Cd的固定率为83％～88％，能够有效减少发酵过程中重金属对环境的污染，提高粪水发酵的安全性。
具体实施方式
本发明提供了一种畜禽粪液发酵剂，所述发酵剂包括生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂；所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为(0.5～3):(0.3～1):(6.5～9.3)；所述生物酶包括氨基活性蛋白酶；所述复合微生物菌剂包括贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌。在本发明中，所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比优选为(1～2):(0.4～1):(7～9)，进一步优选为1:0.5:8.5或1.5:1:7.5；本发明所述畜禽粪液发酵剂的有效菌群浓度优选为2×109～2.4×109CFU/mL；所述畜禽粪液发酵剂中，贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的有效活菌数的比例优选为(7～9):(5～7):(4～6)，进一步优选为9:5:4或7:5:4或7:7:6。在本发明的实施例中；所述贝莱斯芽孢杆菌购自上海帛科生物技术有限公司，暹罗芽孢杆菌购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，解淀粉芽孢杆菌购自湖北玖丰隆化工有限公司。本发明中将贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌进行合理搭配，使发酵效果、去除重金属污染及其他污染的效果达到最优。
本发明提供的发酵剂能够有效去除粪液中的各种污染物，还能够有效起到固定重金属的作用，减少重金属对环境的污染，提高禽畜粪液使用的安全性，同时还兼具促进粪液快速发酵的技术效果。
在本发明中，所述薄荷提取液中左旋薄荷醇的含量优选≥70％。
本发明对上述发酵剂中的组分的来源没有特殊要求，采用本领域普通市售产品即可。
在本发明中，所述复合微生物菌剂的制备方法优选包括如下步骤：将贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别接种至发酵培养基中进行发酵培养得到对应的菌剂，将发酵培养得到的菌剂混合得到复合微生物菌剂。
在本发明中，所述贝莱斯芽孢杆菌的接种量优选为3％～9％，进一步优选为4％～8％，最优选为4％或6％或8％；所述暹罗芽孢杆菌的接种量优选为3％～9％，进一步优选为4％～8％，最优选为4％或6％或8％；所述解淀粉芽孢杆菌的接种量优选为1％～5％，进一步优选为2％～4％，最优选为2％或3％或4％。
在本发明中，所述发酵培养优选包括第一阶段发酵培养和第二阶段发酵培养；当第一阶段发酵培养至贝贝莱斯芽孢杆的有效菌落数大于等于0.3×109CFU/ml，暹罗芽孢杆菌的有效菌落数大于等于0.5×109CFU/ml，解淀粉芽孢杆菌的有效菌落数大于等于0.2×109CFU/ml时，进行第二阶段发酵培养；第二阶段发酵培养优选为好氧发酵；所述发酵培养的温度优选为25℃～30℃，进一步优选为30℃；所述发酵培养优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速优选为300～500rpm，进一步优选为400rpm；所述发酵培养的时间优选为24～48h，进一步优选为36h。
在本发明中，所述发酵培养基优选包括如下质量浓度的组分：葡萄糖25～35g/L，玉米粉1～15g/L，磷酸氢二钾0.2～0.4g/L，氯化钠2～4g/L，硫酸钠0.1～0.6g/L，硫酸亚铁0.03～0.05g/L和碳酸钙2～7g/L；所述发酵培养基的pH优选为3.5～4.0；所述发酵培养基进一步优选包括如下质量浓度的组分：葡萄糖25g/L，玉米粉5g/L，磷酸氢二钾0.4g/L，氯化钠2.5g/L，硫酸钠0.4g/L，硫酸亚铁0.02g/L和碳酸钙4g/L，pH值为3.5。
本发明提供的复合微生物菌剂的制备方法制备得到的贝莱斯芽孢杆菌菌剂中贝莱斯芽孢杆的有效菌落数大于等于0.3×109CFU/ml，暹罗芽孢杆菌菌剂中暹罗芽孢杆菌的有效菌落数大于等于0.5×109CFU/ml，解淀粉芽孢杆菌菌剂中解淀粉芽孢杆菌的有效菌落数大于等于0.2×109CFU/ml；复合微生物菌剂中微生物总含量大于等于1×109cfu/mL所述制备方法能够有效提高菌剂的技术效果并保证最终产品的质量。
本发明提供的禽畜粪便发酵剂的制备优选包括以下步骤：将生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂混合后发酵8～20d得到禽畜粪液发酵剂；所述发酵的温度优选为10℃～35℃。
本发明还提供了上述畜禽粪液发酵剂在降低畜禽粪液中重金属污染的应用。本发明优选将畜禽粪液发酵剂经过稀释后喷洒在禽畜粪液中；所述稀释的倍数优选为100倍，所述喷洒的用量优选为每100L禽畜粪液喷洒100mL经过稀释的畜禽粪液发酵剂。在本发明中使用畜禽粪液发酵剂后COD的去除率为95％～96％，BOD5的去除率为79％～83％，SS出现了显著降低的情况。
本发明还提供了上述畜禽粪液发酵剂在固定畜禽粪液重金属中的应用。在本发明中使用畜禽粪液发酵剂后Cd的固定率为83％～88％。
本发明还提供了上述畜禽粪液发酵剂在降低畜禽粪液中氨氮含量中的应用。在本发明中使用畜禽粪液发酵剂后，畜禽粪液中的NH3-N的指标也获得了大幅度降低的技术效果。
本发明还提供了上述畜禽粪液发酵剂在降低畜禽粪液中总磷含量中的应用。在本发明中使用畜禽粪液发酵剂后，能够显著降低总磷的含量。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种畜禽粪液发酵剂及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种畜禽粪液发酵剂，由如下组分组成：生物酶10mL、薄荷提取液5mL(薄荷提取液的制备方法：薄荷的新鲜茎和叶经水蒸气蒸馏，冷冻，部分进行脱脑加工提取挥发油，薄荷提取液中左旋薄荷醇的含量≥70％)和复合微生物菌剂85mL，畜禽粪液快速发酵剂的有效菌群浓度为2.4×109CFU/mL，其中贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别为0.9×109CFU/mL、0.5×109CFU/mL、0.4×109CFU/mL。
生物酶购自格卫士生物酶氨基活性蛋白酶生物酶，货号G-140；薄荷提取液购自安徽中弘生物工程有限公司，货号0225509。
复合物微生物菌剂由下述方法制备：
将贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别单独接种至发酵培养基进行培养，得到对应的菌剂，将菌剂混合后得到复合微生物菌剂。
其中贝莱斯芽孢杆菌的接种量为8％，暹罗芽孢杆菌的接种量为4％，解淀粉芽孢杆菌接种量为2％；
发酵培养基为：葡萄糖25g/L，玉米粉5g/L，磷酸氢二钾0.4g/L，氯化钠2.5g/L，硫酸钠0.4g/L，硫酸亚铁0.02g/L和碳酸钙4g/L，pH值为3.5；
培养的温度为30℃，转速为400rpm，培养的时间为36h，培养结束后得到对应菌的菌剂，混合后得到复合微生物菌剂，该复合微生物菌剂的有效菌群浓度为2.5×109CFU/mL。
实施例2
一种畜禽粪液发酵剂，由如下组分组成：生物酶15mL、薄荷提取液10mL和复合微生物菌剂75mL，畜禽粪液快速发酵剂的有效菌群浓度为2.0×109CFU/mL，其中贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别为0.7×109CFU/mL、0.5×109CFU/mL、0.4×109CFU/mL。
生物酶、薄荷提取液和芽孢杆菌的来源同实施例1相同；
复合微生物菌剂的制备方法同实施例1，区别点在于：贝莱斯芽孢杆菌的接种量为4％，暹罗芽孢杆菌的接种量为8％，解淀粉芽孢杆菌接种量为4％，得到的复合微生物菌剂的有效菌群浓度为3.1×109CFU/mL。
实施例3
一种畜禽粪液快速发酵剂，由如下组分组成：生物酶15mL、薄荷提取液10mL和复合微生物菌剂75mL，畜禽粪液快速发酵剂的有效菌群浓度为2.3×109CFU/mL，其中贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别为0.7×109CFU/mL、0.7×109CFU/mL、0.6×109CFU/mL。
生物酶、薄荷提取液和芽孢杆菌的来源同实施例1相同；
复合微生物菌剂的制备方法同实施例1，区别点在于：贝莱斯芽孢杆菌的接种量为6％，暹罗芽孢杆菌的接种量为6％，解淀粉芽孢杆菌接种量为3％，得到的复合微生物菌剂的有效菌群浓度为3.5×109CFU/mL。
应用例
选取16个150L塑料桶(含盖)，在塑料桶的上端开一个小孔，桶内分别装入经过干湿分离后得到的新鲜牛粪水，新鲜牛粪水的总体为100L。
试验处理分别为空白对照组、EM菌组、实施例1～3的本发明产品组、生物酶组、薄荷提取液组和复合微生物菌剂组，每个处理设置两个重复。
其中生物酶组、薄荷提取液组和复合微生物菌剂组使用的发酵剂的来源与实施例1相同。空白对照组不添加任何发酵剂，以等量水代替；其余试验组分别将相应发酵剂稀释100倍后一次性喷洒100mL发酵剂。
分别于发酵的第5d、10d、15d、20d和25d进行采样，对采集得到的样品进行COD、BOD5、SS、NH3-N、总磷和Cd项目的检测。检测项目的方法如表1所示。
表1检测项目的检测方法
检测项目 检测方法
COD GB/T11914重铬酸盐法
BOD5 GB/T7488稀释与接种法
SS GB/T11901重量法
NH<sub>3</sub>-N GB/T7481-87水杨酸分光度法
总磷 GB/T11893-89钼酸铵分光光度法
Cd NY/1978原子吸收分光光度法
将每次采样的检测结果相加，得到表2的结果。
表2对样品的各项检测结果
Figure BDA0003044811820000071
Figure BDA0003044811820000081
由表2可知，本发明畜禽粪液快速发酵剂显著降低了各项污染物的总量，其中COD的去除率为95％～96％，BOD5的去除率为79％～83％；同时，本发明的畜禽粪液快速发酵剂对重金属Cd也具有良好的固定作用，对Cd的固定率为83％～88％，能够有效减少发酵过程中重金属对环境的污染，提高粪水发酵的安全性。本发明提供的畜禽粪液发酵剂的分解效果和重金属固定效果都优于复合微生物菌剂、生物酶和薄荷提取液分别使用的情况，说明本发明禽畜粪液发酵剂中三种组分相互作用，显著增强了对禽畜粪液的中各种污染的去除效果和重金属的固定作用。
由以上实施例的结果可知，本发明提供的禽畜粪液发酵剂能够显著降低堆肥过程中污染物的总量，且对粪水发酵中的重金属如Cd等具有良好的固定作用，减少了重金属对环境的污染，提高了粪水发酵的安全性。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种畜禽粪液发酵剂，其特征在于，所述发酵剂包括生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂；所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为(0.5～3):(0.3～1):(6.5～9.3)；所述生物酶包括氨基活性蛋白酶；所述复合微生物菌剂包括贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌。
2.根据权利要求1所述的畜禽粪液发酵剂，其特征在于，所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为1:0.3:8.7；
或所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为2:1:9；
或所述生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂的体积比为1:1:9。
3.根据权利要求1所述的禽畜粪液发酵剂，其特征在于，所述禽畜粪液发酵剂的制备方法包括以下步骤：将生物酶、薄荷提取液和复合微生物菌剂混合后发酵8～20d得到禽畜粪液发酵剂。
4.根据权利要求1所述的畜禽粪液发酵剂，其特征在于，所述薄荷提取液中左旋薄荷醇的含量≥70％。
5.根据权利要求1所述的畜禽粪液发酵剂，其特征在于，所述畜禽粪液发酵剂的有效菌群浓度为1.6×109～2.4×109CFU/mL。
6.根据权利要求1所述的畜禽粪液发酵剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂中，贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的有效活菌数的比例为(6～10):(4～8):(3～7)。
7.根据权利要求1所述的畜禽粪液发酵剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂的制备方法包括如下步骤：将贝莱斯芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别接种至发酵培养基中进行发酵培养得到对应的菌剂，将发酵培养得到的菌剂混合得到复合微生物菌剂；
所述贝莱斯芽孢杆菌的接种量为4％～9％；所述暹罗芽孢杆菌的接种量为3％～9％；所述解淀粉芽孢杆菌的接种量为1％～5％；
所述发酵培养的温度为25℃～30℃；所述发酵培养的转速为300～500rpm；所述发酵培养的时间为24～48h。
8.根据权利要求7所述的畜禽粪液发酵剂，其特征在于，所述发酵培养基包括如下质量浓度的组分：葡萄糖25～35g/L，玉米粉1～15g/L，磷酸氢二钾0.2～0.4g/L，氯化钠2～4g/L，硫酸钠0.1～0.6g/L，硫酸亚铁0.03～0.05g/L和碳酸钙2～7g/L；所述发酵培养基的pH为3.5～4.0。
9.权利要求1～8任一项所述的畜禽粪液发酵剂在降低畜禽粪液中重金属污染的应用。
10.权利要求1～8任一项所述的畜禽粪液发酵剂在固定畜禽粪液重金属中的应用和/或在降低畜禽粪液中氨氮含量中的应用和/或在降低畜禽粪液中总磷含量中的应用。
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