CN113736708A - 一种固定化菌剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种固定化菌剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微生物发酵技术领域，尤其涉及一种固定化菌剂及其制备方法与应用。本发明提供了一种固定化菌剂，由包括如下质量份数的原料制备而成：固定化载体18～22份、菌剂1～3份、菌剂保护剂0.25～0.75份、水8～12份。本发明将微生物菌剂负载在秸秆生物炭上用于餐厨垃圾的好氧堆肥，不仅可以快速启动堆肥进程，还可以提高堆肥效果，一举两得。

Description

一种固定化菌剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及微生物发酵技术领域，尤其涉及一种固定化菌剂及其制备方法与应用。
背景技术
固定化微生物技术是20世纪70年代发展起来的一项生物技术，是指利用物理或化学手段将游离微生物限定在特定载体内，使其高浓度富集的一种新型技术。微生物固定化技术首次问世是于1956年，人类利用树脂进行了大肠杆菌的吸附，自此微生物固定化技术发展迅速。20世纪70年代后期，研究者开始尝试将微生物固定化技术应用于环境污染治理领域。研究发现，这一技术能够提高微生物活性，抵抗外界不良环境因素，因此广泛应用于大气污染物治理，水体处理以及土壤修复等环境治理方面。
微生物的固定方法有多种，如吸附与附着法、包埋法、共价键合法、交联法和复合固定化法等等，不同用途的固定化微生物所适用的固定方法不同，其影响因素也不同。如在水处理过程中，常用的固定化方法为包埋法，这一方法技术操作简单、对微生物活性影响较小、固定化颗粒强度高，非常适用于污水处理技术。而且添加适宜的外源微生物，也可以改善堆肥环境，促进高效降解微生物的代谢活性和数量，但是单纯的外源微生物的添加并不能有效的加速堆肥进程和提高堆肥的效果方面效果。
因此，如何将微生物固定化技术应用于堆肥方面，而提供一种可有效促进堆肥进程，提高堆肥效果的固定化菌剂，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于快速启动堆肥进程的固定化菌剂，不仅可以取得更良好的堆肥效果，其对固定化载体进行灭菌后也可以缩短堆肥时间，获得更好的堆肥产品。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种固定化菌剂，由包括如下质量份数的原料制备而成：固定化载体18～22份、菌剂1～3份、菌剂保护剂0.25～0.75份、水8～12份。
优选的，所述固定化载体为秸秆生物炭。
优选的，所述菌剂为解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂；所述解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂的质量比为5～9∶2～4。
优选的，所述菌剂保护剂为海藻糖。
本发明还进一步提供了一种固定化菌剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将固定化载体研磨后进行灭菌处理获得无菌固定化载体；
(2)将菌剂、菌剂保护剂和水混合，得到菌液；
(3)将步骤(2)得到的菌液与步骤(1)得到的无菌固定化载体混合、烘干。
优选的，所述步骤(1)中，所述研磨为将固定化载体研磨至30～50目。
优选的，所述步骤(1)中所述灭菌处理的温度为111～131℃，所述灭菌处理的时间为25～35min。
优选的，步骤(3)中所述烘干的温度为30～40℃，所述烘干的时间为30～50h。
本发明还进一步提供了所述的固定化菌剂在餐厨垃圾堆肥中的应用。
优选的，将餐厨垃圾与玉米秸秆以2～4：1的质量比混合，然后加入所述固定化菌剂进行好氧发酵。
优选的，所述固定化菌剂的添加量为餐厨垃圾与玉米秸秆总质量的35～45％；所述好氧发酵的温度为45～55℃；所述好氧发酵的发酵周期为25～31d。
优选的，本发明所述秸秆生物炭为固态颗粒型秸秆生物炭。
本发明所使用的微生物菌剂为解淀粉芽孢杆菌和VT1020菌剂，VT1020购于北京沃土天地生物科技股份有限公司(餐厨垃圾专用-VT1020执行标准：GB 20287—2006登记证号：微生物肥(2005)准字(0197)号)；解淀粉芽孢杆菌购于农保生物厂家。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在堆肥过程中，选择了吸附法作为固定化方法，在载体的选择上，由于生物炭是具有高度多孔性和较高比表面积的碳质材料，表面含有多种含氧官能团，主要的基团包括羧基、羰基、酚羟基、内酯等，这些性质使得生物炭本身具有良好的吸附性能，且生物炭能够很好地改善堆体酸碱环境，本身能够对堆肥起到促进作用，因此本发明选择秸秆生物炭作为堆肥过程中固定化载体，并达到了优异的技术效果。
2、目前固定化微生物大多用于污水治理和土壤重金属吸附等，然而在堆肥方面的应用并没有较多的讨论和研究。在好氧堆肥中，秸秆生物炭本身就可以改善餐厨垃圾在堆肥过程中出现的酸化情况，而微生物菌剂的加入可以进一步提高堆肥的产品质量和堆肥效率。本发明将微生物菌剂负载在秸秆生物炭上用于餐厨垃圾的好氧堆肥，取得了较好的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为不同堆肥时间段各试验组温度变化趋势图；
图2为不同堆肥时间段各试验组种子发芽率指数图；
图3为本发明实施例流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种固定化菌剂，由包括如下质量份数的原料制备而成：固定化载体18～22份、菌剂1～3份、菌剂保护剂0.25～0.75份、水8～12份；
优选为固定化载体19～21份、菌剂2份、菌剂保护剂0.35～0.65份、水9～11份；
进一步优选为固定化载体20份、菌剂2份、菌剂保护剂0.45～0.55份、水10份；更优选为固定化载体20份、菌剂2份、菌剂保护剂0.5份、水10份。
在本发明中，所述固定化载体为秸秆生物炭。
在本发明中，所述菌剂为解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂；所述解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂的质量比为5～9∶2～4；优选为6～8∶3；进一步优选为7∶3。
在本发明中，所述菌剂保护剂为海藻糖。
本发明还进一步提供了一种固定化菌剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将固定化载体研磨后进行灭菌处理获得无菌固定化载体；
(2)将菌剂、菌剂保护剂和水混合，得到菌液；
(3)将步骤(2)得到的菌液与步骤(1)得到的无菌固定化载体混合、烘干。
在本发明中，所述步骤(1)中，所述研磨为将固定化载体研磨至30～50目；优选为34～46目；进一步优选为38～42目；更优选为40目。
在本发明中，所述步骤(1)中所述灭菌处理的温度为111～131℃；优选为115～127℃；进一步优选为119～123℃；更优选为121℃；
在本发明中，所述步骤(1)中所述灭菌处理的时间为25～35min；优选为27～33min；进一步优选为29～31min；更优选为30min。
在本发明中，步骤(3)中所述烘干的温度为30～40℃；优选为32～38℃；进一步优选为34～36℃；更优选为35℃；
在本发明中，步骤(3)中所述烘干的时间为30～50h；优选为34～46h；进一步优选为38～42h；更优选为40h。
本发明还进一步提供了所述的固定化菌剂在餐厨垃圾堆肥中的应用。
在本发明中，将餐厨垃圾与玉米秸秆以2～4：1的质量比混合，然后加入所述固定化菌剂进行好氧发酵；优选为将餐厨垃圾与玉米秸秆以3：1的质量比混合。
在本发明中，所述固定化菌剂的添加量为餐厨垃圾与玉米秸秆总质量的35～45％；优选为37～43％；进一步优选为39～41％；更优选为40.625％。
在本发明中，所述好氧发酵的温度为45～55℃；优选为47～53℃；进一步优选为49～51℃；更优选为50℃。
在本发明中，所述好氧发酵的发酵周期为25～31d；优选为26～30d；进一步优选为27～29d；更优选为28d。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种固定化菌剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将18份秸秆生物炭研磨至30目后，在111℃灭菌处理25min获得无菌秸秆生物炭；
(2)将1份菌剂、0.25份海藻糖和8份水混合，得到菌液；
(3)将步骤(2)得到的菌液与步骤(1)得到的无菌秸秆生物炭混合、30℃烘干30h；
其中，菌剂为解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂，二者质量比为5∶2。
实施例2
一种固定化菌剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将22份秸秆生物炭研磨至50目后，在131℃灭菌处理35min获得无菌秸秆生物炭；
(2)将3份菌剂、0.75份海藻糖和12份水混合，得到菌液；
(3)将步骤(2)得到的菌液与步骤(1)得到的无菌秸秆生物炭混合、40℃烘干50h；
其中，菌剂为解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂，二者质量比为9∶4。
实施例3
一种固定化菌剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将20份秸秆生物炭研磨至40目后，在121℃灭菌处理30min获得无菌秸秆生物炭；
(2)将2份菌剂、0.5份海藻糖和10份水混合，得到菌液；
(3)将步骤(2)得到的菌液与步骤(1)得到的无菌秸秆生物炭混合、35℃烘干40h；
其中，菌剂为解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂，二者质量比为7∶3。
实施例4
堆肥试验：将堆肥原料餐厨垃圾与玉米秸秆以3：1的比例(以湿重计)混合，进行联合堆肥，添加不同处理的菌剂，试验共设置5个处理：
T1：实施例3得到的固定化菌剂，添加比例为餐厨垃圾与玉米秸秆总质量的40.625％(以餐厨垃圾与玉米秸秆的干重计)；
T2：按照实施例3的方法，仅做如下改动：秸秆生物炭不进行灭菌处理得到的固定化菌剂；固定化菌剂添加比例为餐厨垃圾与玉米秸秆总质量的40.625％(以餐厨垃圾与玉米秸秆的干重计)；
T3：只使用与实施例3相同的灭菌后的秸秆生物炭，添加比例为餐厨垃圾与玉米秸秆总质量的25％(以餐厨垃圾与玉米秸秆的干重计)。
T4：只使用与实施例3相同的菌剂(解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂，二者质量比为7∶3)，添加比例为餐厨垃圾与玉米秸秆总质量的2.5％(以餐厨垃圾与玉米秸秆的干重计)。
T5：不添加任何菌剂或秸秆生物炭。
每个试验分组在发酵罐中进行发酵，发酵罐置于50℃的保温箱中，试验周期为28天，试验结果如图1和图2所示。
温度能够反映堆体中的微生物代谢强度和有机物的代谢速度，当堆体温度超过55℃时，堆肥进入高温期，高温期持续7天以上即可认为堆体达到了无害化处理要求。
从图1的温度结果来看，T1、T2和T3处理的差异不大，T4处理达到最高温略有延迟，T5处理一直处于50℃左右。5个处理中，堆体温度从高到低顺序为T2>T1>T3>T4>T5，这表明菌剂进行固定化后其堆肥效果要优于菌剂和生物碳单独添加，而对其载体是否进行灭菌对于温度的影响并不大，除T5处理外，各处理高温期均持续两周以上，满足堆体无害化要求。
种子发芽率指数(GI)作为检验堆肥产品是否具有生物毒性的重要指标，可以对堆肥腐熟度进行评价，我国有机肥料标准(NY525-2021)规定当GI≥70％时，可认为堆体达到腐熟。
从图2显示的GI值来看，除T5处理以外，所有处理均能达到腐熟要求。此外，T1(108.29％)、T2(82.17％)，和T4(98.61％)处理于堆肥第14天GI值即超过70％，其中T1的GI值最高，这表明对生物碳进行灭菌处理有助于提高腐熟度，缩短堆肥进程，更快的使堆体达到无害化。T3处理于堆肥结束时GI达到83.86％，虽达到腐熟要求，但相较其他处理堆肥效率和产品质量相对加较低，而T5处理直至堆肥结束时也没有达到腐熟。
综上所述，对微生物进行固定化可以取得更好的堆肥效果，而对其固定化载体进行灭菌可以缩短堆肥时间，获得更好的堆肥产品，因此该发明能够对餐厨垃圾的好氧堆肥提供技术支持。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种固定化菌剂，其特征在于，由包括如下质量份数的原料制备而成：固定化载体18～22份、菌剂1～3份、菌剂保护剂0.25～0.75份、水8～12份。
2.根据权利要求1所述的一种固定化菌剂，其特征在于，所述固定化载体为秸秆生物炭。
3.根据权利要求1所述的一种固定化菌剂，其特征在于，所述菌剂为解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂；所述解淀粉芽孢杆菌菌剂和VT1020菌剂的质量比为5～9∶2～4。
4.根据权利要求1所述的一种固定化菌剂，其特征在于，所述菌剂保护剂为海藻糖。
5.权利要求1～4任一项所述的一种固定化菌剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将固定化载体研磨后进行灭菌处理获得无菌固定化载体；
(2)将菌剂、菌剂保护剂和水混合，得到菌液；
(3)将步骤(2)得到的菌液与步骤(1)得到的无菌固定化载体混合、烘干。
6.根据权利要求5所述的一种固定化菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述研磨为将固定化载体研磨至30～50目。
7.根据权利要求5所述的一种固定化菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述灭菌处理的温度为111～131℃，所述灭菌处理的时间为25～35min。
8.根据权利要求5所述的一种固定化菌剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述烘干的温度为30～40℃，所述烘干的时间为30～50h。
9.权利要求1～4任一项所述的固定化菌剂在餐厨垃圾堆肥中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将餐厨垃圾与玉米秸秆以2～4：1的质量比混合，然后加入所述固定化菌剂进行好氧发酵；
所述固定化菌剂的添加量为餐厨垃圾与玉米秸秆总质量的35～45％；所述好氧发酵的温度为45～55℃；所述好氧发酵的发酵周期为25～31d。
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