CN114472479A - 一种利用秸秆生物发酵制作环保型碳源的方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用秸秆生物发酵制作环保型碳源的方法与应用，该环保型碳源包含以下质量份数的原料：秸秆40‑60份、特种树枝15‑25份、食用菌废弃菌袋10‑16份、净味剂2‑4份、沸石6‑8份、石墨6‑8份、复合发酵菌液2.2‑2.6份、水60‑80份。本发明通过对秸秆、树枝和食用菌废弃菌袋的再次回收利用，能够实现农作物秸秆的综合开发利用，减少秸秆焚烧现象，具有节能环保的重要意义，同时可以避免废弃菌袋对环境造成污染、降解难的问题，提高对废弃物的利用率，可以有效的保护资源，达到碳综合的目的。
Description
技术领域
本发明涉及环保型碳源技术领域，具体为一种利用秸秆生物发酵制作环保型碳源的方法与应用。
背景技术
每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，造成大气污染，危害人体健康。焚烧秸秆时，大气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物污染指数达到高峰值，其中二氧化硫的浓度比平时高出1倍，二氧化氮、可吸入颗粒物的浓度比平时高出3倍。因此，提高农作物秸秆的综合开发利用及其利用率对实现我国社会、科技发展至关重要，将秸秆与生物发酵结合分解成碳源，可以用于污水的除氮、除磷，以保证污水处理的效果。
现有的碳源药剂在使用的时候，投放到污水中对氮磷等进行处理，为微生物提供所需要的能量。
但是大多都是直接将其投放到污水中，由于没有载体，在净化的初期由于其本身容易随水的流动而流动，不能够稳定的给微生物提供良好的生长环境，会导致微生物的生长培养周期长，在除氮磷效果上短期内不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用秸秆生物发酵制作环保型碳源的方法与应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种环保型碳源。
该环保型碳源包含以下质量份数的原料：
秸秆40-60份、特种树枝15-25份、食用菌废弃菌袋10-16份、净味剂2-4份、沸石6-8份、石墨6-8份、复合发酵菌液2.2-2.6份、水60-80份。
进一步的，所述秸秆包含以下质量份数的原料：玉米秸秆8-12份、大豆秸秆8-12份、小麦秸秆12-18份、水稻秸秆12-18份。
进一步的，所述食用菌废弃菌袋为蘑菇菌袋或木耳菌袋的一种或几种混合，所述净味剂为苯乙醇。
进一步的，所述复合发酵菌液由干酪乳杆菌、胚芽乳杆菌、芽孢杆菌、粪肠球菌、地衣芽孢杆菌复合发酵菌种进行活化、扩繁而成。
进一步的，所述沸石为菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石中的一种或几种混合，所述特种树枝为梧桐、柳树、白杨树、松树中的一种或几种混合。
根据本发明的另一方面，提供了一种环保型碳源的制备方法，包括以下步骤：
步骤S101：根据上述质量份数，称取所述环保型碳源所需各原料；
步骤S103：依次将玉米秸秆、大豆秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、特种树枝、食用菌废弃菌袋加入粉碎机中粉碎混合，得到混合料A；
步骤S105：再将水加入到混合料A中充分混合搅拌，得到浆料，进行灭菌冷却后待用；
步骤S107：将复合发酵菌加入到冷却后的浆料中再次混合搅拌，放入到发酵罐内密封发酵，可得到发酵液；
步骤S109：将发酵液经过300-400目筛进行过滤，得到过滤发酵液；
步骤S111：将沸石进行粉碎筛选，将沸石粉、苯乙醇和石墨依次加入到过滤发酵液中混合搅拌10-15min，即可得到环保型碳源。
进一步的，步骤S105中杀菌的温度为100-110℃，时间为16-20min。
进一步的，步骤S107中发酵的温度为28-33℃，发酵时间为2-3天。
根据发明的另一方面，提供了一种环保型碳源载体，包括主体，所述主体包括活性炭球一，所述活性炭球一的周侧面通过连接杆等距设有活性炭球二，两个相邻的所述活性炭球二之间均通过固定环相连接，并且所述活性炭球一、连接杆、活性炭球二和固定环内均开设有放置孔，所述放置孔内设有纤维填料。
本发明另一方面还提供上述环保型碳源的应用，用于环保型碳源载体浸泡使用，通过将载体整体放入到环保型碳源内浸泡，特别适用于在污水除氮磷方向上的使用。
其中，本发明所采用的原料成份阐述如下：
秸秆：是成熟农作物茎叶部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源。特点是粗纤维含量高，并含有木质素等，经过生物发酵可以转换多糖、醇类等物质，作为污水除氮磷中的碳源，可以对资源进行合理利用；
树枝：指从树的主干或大枝上生长的枝条；特指从主干上生长的枝条，通过生物发酵可以作为污水除氮磷中的碳源，对资源进行合理利用，降低污水处理的成本；
食用菌废弃菌袋：用塑料袋栽培生产食用菌是近年来食用菌发展代料栽培的一种生产方式。这样栽培用的塑料袋逐步发展为食用菌专用的料袋，为食用菌产业的广泛开展提供了很大方便，现在几乎大部分人工栽培的食用菌都使用塑料袋栽培，而废弃后其自然降解不仅会对外界环境造成污染，还会造成资源的浪费，通过生物发酵，可以将有机物分解发酵成碳源，对废气资源进行合理再利用，不仅可以降低污水处理的成本，还可以避免废弃对外界环境造成污染；
沸石：是一种矿石，晶格中存在的大小不同空腔，可以吸取或过滤大小不同的其他物质的分子。工业上常将其作为分子筛，以净化或分离混合成分的物质，如气体分离、石油净化、处理工业污染等；
石墨：是一种结晶形碳。六方晶系，为铁墨色至深灰色。质软，有滑腻感，可导电。化学性质不活泼，耐腐蚀，与酸、碱等不易反应。在空气或氧气中加强热，可燃烧并生成二氧化碳。强氧化剂会将它氧化成有机酸。用作抗摩剂和润滑材料，制作坩埚、电极、干电池、铅笔芯。高纯度石墨可在核反应堆上作中子减速剂；
苯乙醇：无色粘稠液体，在苹果、杏仁、香蕉、桃子、梨子、草莓、可可、蜂蜜等天然植物中发现。它具有清甜的玫瑰样花香。建议应用在蜂蜜、面包、苹果、玫瑰花香型香精等中；
干酪乳杆菌：属于乳杆菌属，是革兰氏阳性菌，不产芽孢，无鞭毛，不运动，兼性异型发酵乳糖，能发酵多种糖，具有调节肠道菌群、增强免疫力、保护胃黏膜、改善肠道功能、通便、防治腹泻、促进消化、抗肿瘤、抗氧化等作用；
胚芽乳杆菌：具有调节肠道菌群、增强免疫力、保护胃黏膜、改善肠道功能、通便、防治腹泻、促进消化、抗肿瘤、抗氧化等作用；
粪肠球菌：为革兰氏阳性，过氧化氢阴性球菌。其原属于链球菌属，可在肠道上皮细胞上形成生物膜，保护肠上皮细胞免受有害物质侵袭。粪肠球菌具有营养功效；
地衣芽孢杆菌：衣芽孢杆菌细胞形态和排列呈杆状、单生，可调整菌群失调达到治疗目的，可促使机体产生抗菌活性物质、杀灭致病菌。能产生抗活性物质，并具有独特的生物夺氧作用机制，能抑制致病菌的生长繁殖；
芽孢杆菌：细菌的一科，能形成芽孢的杆菌或球菌。包括芽孢杆菌属、芽孢乳杆菌属、梭菌属、脱硫肠状菌属和芽孢八叠球菌属等。它们对外界有害因子抵抗力强，分布广，存在于土壤、水、空气以及动物肠道等处，增殖的同时，会释出高活性的分解酵素，将难分解的大分子物质分解成可利用的小分子物质，可以分解产生恶臭气体的有机物质、有机硫化物、有机氮等，大大改善场所的环境，合成多种有机酸、酶、生理活性等物质，及其它多种容易被利用的养份；
粪肠球菌：是革兰氏阳性，过氧化氢阴性球菌，是人和动物肠道内主要菌群之一，其能产生天然抗生素，有利于机体健康；同时还能产生细菌素等抑菌物质，抑制大肠杆菌和沙门氏菌等病原菌的生长，改善肠道微环境；还能抑制肠道内产尿素酶细菌和腐败菌的繁殖，减少肠道尿素酶和内毒素的含量，使血液中氨和内毒素的含量下降，一种益生菌，在医学和食品工程领域得到广泛应用。另外，肠球菌为消化道内正常存在的一类微生物，在肠黏膜具有较强的耐受和定植能力，并且是一种兼性厌氧的乳酸菌，与厌氧、培养保存条件苛刻的双歧杆菌相比，更适合于生产和应用，能把部分蛋白质分解成酰胺和氨基酸，将纤维变软。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过对秸秆、特种树枝和食用菌废弃菌袋的再次回收利用，能够实现农作物秸秆的综合开发利用及其利用，减少秸秆焚烧现象，具有节能环保的重要意义，同时可以避免废弃菌袋对环境造成污染、降解难的问题，提高对废弃物的利用率，可以有效的保护资源，达到碳综合的目的；
(2)环保型碳源会被活性炭球一和活性炭球二暂时吸附，纤维填料可以大量吸附环保型碳源，其中纤维填料来源可从秸秆中提取，可以大大降低净化的成本，再将其放入到污水中，可以为微生物提供快速繁殖生长的场所，通过微生物快速生长来消耗水中氮磷等富营养污染，提高处理效率，同时降低了处理成本，而在内部碳源消耗完毕后，可以将主体取出，对其进行处理净化，再加入纤维填料，放入环保型碳源中，可以再次利用，大大降低污水净化的成本；
(3)通过生物发酵技术，可以将对秸秆、树枝和食用菌废弃菌袋中的大分子物质分解成可利用的小分子物质，合成多种有机酸、酶、生理活性及其它多种容易被利用的养份，可以方便微生物繁殖生长，快速对污水进行净化处理，还可以分解产生恶臭气体的有机物质、有机硫化物、有机氮等，提高对污水净化的效果，净味剂是一种无刺激性气味，可以有效的防止了在投放过程中形成空气污染。
附图说明
图1为本发明提出的一种环保型碳源应用中主体的结构示意图；
图2为本发明提出的一种环保型碳源的制备方法的流程示意图；
图3为本发明提出的一种环保型碳源在应用时的三种对比例的数据图。
图中：1、主体；2、活性炭球一；3、连接杆；4、活性炭球二；5、固定环；6、放置孔；7、纤维填料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，提供了一种环保型碳源。
该环保型碳源包含以下质量份数的原料：
秸秆40-60份、特种树枝15-25份、食用菌废弃菌袋10-16份、净味剂2-4份、沸石6-8份、石墨6-8份、复合发酵菌液2.2-2.6份、水60-80份。
其中，所述秸秆包含以下质量份数的原料：玉米秸秆8-12份、大豆秸秆8-12份、小麦秸秆12-18份、水稻秸秆12-18份。
为了更清楚的理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实例对本发明的上述方案进行详细说明。
实施例一
一种环保型碳源，该环保型碳源包含以下质量份数的原料：
秸秆40g、特种树枝15g、食用菌废弃菌袋10g、净味剂2g、沸石6g、石墨6g、复合发酵菌液2.2g、水60g。
其中，所述秸秆包含以下质量份数的原料：玉米秸秆8g、大豆秸秆8g、小麦秸秆12g、水稻秸秆12g。
该环保型碳源的制备，包括以下步骤：
步骤S101：根据上述质量份数，称取所述环保型碳源所需各原料；
步骤S103：依次将玉米秸秆8g、大豆秸秆8g、小麦秸秆12g、水稻秸秆12g、特种树枝15g、食用菌废弃菌袋10g加入粉碎机中粉碎混合，得到混合料A；
步骤S105：再将水60g加入到混合料A中充分混合搅拌，得到浆料，进行灭菌冷却后待用；
步骤S107：将复合发酵菌液2.2g加入到冷却后的浆料中再次混合搅拌，放入到发酵罐内密封发酵，可得到发酵液；
步骤S109：将发酵液经过300-400目筛进行过滤，得到过滤发酵液；
步骤S111：将沸石6g进行粉碎筛选，将沸石粉6g、苯乙醇2g和石墨6g依次加入到过滤发酵液中混合搅拌10-15min，即可得到环保型碳源。
实施例二：
一种环保型碳源，该环保型碳源包含以下质量份数的原料：
秸秆50g、特种树枝20g、食用菌废弃菌袋13g、净味剂3g、沸石7g、石墨7g、复合发酵菌液2.4g、水70g。
其中，所述秸秆包含以下质量份数的原料：玉米秸秆10g、大豆秸秆10g、小麦秸秆15g、水稻秸秆15g。
该环保型碳源的制备，包括以下步骤：
步骤S101：根据上述质量份数，称取所述环保型碳源所需各原料；
步骤S103：依次将玉米秸秆10g、大豆秸秆10g、小麦秸秆15g、水稻秸秆15g、特种树枝20g、食用菌废弃菌袋13g加入粉碎机中粉碎混合，得到混合料A；
步骤S105：再将水70g加入到混合料A中充分混合搅拌，得到浆料，进行灭菌冷却后待用；
步骤S107：将复合发酵菌液2.4g加入到冷却后的浆料中再次混合搅拌，放入到发酵罐内密封发酵，可得到发酵液；
步骤S109：将发酵液经过300-400目筛进行过滤，得到过滤发酵液；
步骤S111：将沸石7g进行粉碎筛选，将沸石粉7g、苯乙醇3g和石墨7g依次加入到过滤发酵液中混合搅拌10-15min，即可得到环保型碳源。
实施例三：
一种环保型碳源，该环保型碳源包含以下质量份数的原料：
秸秆60g、特种树枝25g、食用菌废弃菌袋16g、净味剂4g、沸石8g、石墨8g、复合发酵菌液2.6g、水80g。
其中，所述秸秆包含以下质量份数的原料：玉米秸秆12g、大豆秸秆12g、小麦秸秆18g、水稻秸秆18g。
该环保型碳源的制备，包括以下步骤：
步骤S101：根据上述质量份数，称取所述环保型碳源所需各原料；
步骤S103：依次将玉米秸秆12g、大豆秸秆12g、小麦秸秆18g、水稻秸秆18g、特种树枝25g、食用菌废弃菌袋16g加入粉碎机中粉碎混合，得到混合料A；
步骤S105：再将水80g加入到混合料A中充分混合搅拌，得到浆料，进行灭菌冷却后待用；
步骤S107：将复合发酵菌液2.6g加入到冷却后的浆料中再次混合搅拌，放入到发酵罐内密封发酵，可得到发酵液；
步骤S109：将发酵液经过300-400目筛进行过滤，得到过滤发酵液；
步骤S111：将沸石8g进行粉碎筛选，将沸石粉8g、苯乙醇4g和石墨8g依次加入到过滤发酵液中混合搅拌10-15min，即可得到环保型碳源。
根据发明的另一个方面，提供了一种环保型碳源载体，请参阅图1，包括主体1，所述主体1包括活性炭球一2，所述活性炭球一2的周侧面通过连接杆3等距设有活性炭球二4，可以方便暂时吸附碳源，还可以在使用时吸附净化水中的有害物质，两个相邻的所述活性炭球二4之间均通过固定环5相连接，并且所述活性炭球一2、连接杆3、活性炭球二4和固定环5内均开设有放置孔6，所述放置孔6内设有纤维填料7，纤维填料7来源从秸秆中提取，可以大大降低净化的成本，可以吸附碳源，为微生物提供初期繁殖的场所，可以提高对污水的净化效过。
将实施例1制得的环保型碳源按照如下的投入方式分别加入某发电厂污水中，在污水处理中使用时：
应用例一：将碳源全部投放入污水中，对污水进行除氮净化；
应用例二：将碳源一半投入污水中，一半放入到主体1内浸泡后再次放入到污水中；
应用例三：将碳源全部放入到主体1中浸泡，再投放至污水中。
定期对三个应用例中菌种浓度进行取样检测、分析得到下表1和图3，表1中和图中横轴的单位为min；纵轴的单位为106cell/g。
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| 应用例一 | 1.00 | 1.81 | 2.72 | 5.51 | 6.89 |
| 应用例二 | 1.00 | 2.42 | 4.61 | 7.04 | 7.31 |
| 应用例三 | 1.00 | 2.11 | 4.3 | 6.33 | 7.12 |
表1
综上所述，本发明提供的碳源可以为微生物提供较为优异的繁殖场所，可以大大提高繁殖速度和数量，进而可以提高对污水的去除效果，通过微生物快速生长来消耗水中氮磷等富营养污染，提高处理效率，同时降低了处理成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种环保型碳源，其特征在于，该环保型碳源包含以下质量份数的原料：
秸秆40-60份、特种树枝15-25份、食用菌废弃菌袋10-16份、净味剂2-4份、沸石6-8份、石墨6-8份、复合发酵菌液2.2-2.6份、水60-80份。
2.根据权利要求1所述的一种环保型碳源，其特征在于：所述秸秆包含以下质量份数的原料：玉米秸秆8-12份、大豆秸秆8-12份、小麦秸秆12-18份、水稻秸秆12-18份。
3.根据权利要求1所述的一种环保型碳源，其特征在于：所述食用菌废弃菌袋为蘑菇菌袋或木耳菌袋的一种或几种混合，所述净味剂为苯乙醇。
4.根据权利要求1所述的一种环保型碳源，其特征在于：所述复合发酵菌液由干酪乳杆菌、胚芽乳杆菌、芽孢杆菌、粪肠球菌、地衣芽孢杆菌复合发酵菌种进行活化、扩繁而成。
5.根据权利要求1所述的一种环保型碳源，其特征在于：所述沸石为菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石中的一种或几种混合，所述特种树枝为梧桐、柳树、白杨树、松树中的一种或几种混合。
6.一种权利要求1-5任一项所述环保型碳源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S101：根据上述质量份数，称取所述环保型碳源所需各原料；
步骤S103：依次将玉米秸秆、大豆秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、特种树枝、食用菌废弃菌袋加入粉碎机中粉碎混合，得到混合料A；
步骤S105：再将水加入到混合料A中充分混合搅拌，得到浆料，进行灭菌冷却后待用；
步骤S107：将复合发酵菌加入到冷却后的浆料中再次混合搅拌，放入到发酵罐内密封发酵，可得到发酵液；
步骤S109：将发酵液经过300-400目筛进行过滤，得到过滤发酵液；
步骤S111：将沸石进行粉碎筛选，将沸石粉、苯乙醇和石墨依次加入到过滤发酵液中混合搅拌10-15min，即可得到环保型碳源。
7.根据权利要求6所述的一种环保型碳源的制备方法，其特征在于：步骤S105中杀菌的温度为100-110℃，时间为16-20min。
8.根据权利要求6所述的一种环保型碳源的制备方法，其特征在于：步骤S107中发酵的温度为28-33℃，发酵时间为2-3天。
9.一种环保型碳源载体，包括主体（1），其特征在于，所述主体（1）包括活性炭球一（2），所述活性炭球一（2）的周侧面通过连接杆（3）等距设有活性炭球二（4），两个相邻的所述活性炭球二（4）之间均通过固定环（5）相连接，并且所述活性炭球一（2）、连接杆（3）、活性炭球二（4）和固定环（5）内均开设有放置孔（6），所述放置孔（6）内设有纤维填料（7）。
10.一种环保型碳源的应用，用于权利要求9中所述一种环保型碳源载体，通过将载体整体放入到环保型碳源内浸泡，用于在污水除氮磷方向上的使用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106244281A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-12-21 | 安徽翔丰再生能源有限公司 | 一种复合型高温无异味锯末基生物质颗粒及其制作方法 |
| CN206089177U (zh) * | 2016-10-11 | 2017-04-12 | 中国计量大学 | 一种可携带活性炭的污水处理填料 |
| CN108546206A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-09-18 | 安徽远锦文化环境艺术工程有限公司 | 一种园林碎木堆肥组合物及其制备方法 |
-
2022
- 2022-02-15 CN CN202210138998.6A patent/CN114472479A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106244281A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-12-21 | 安徽翔丰再生能源有限公司 | 一种复合型高温无异味锯末基生物质颗粒及其制作方法 |
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| CN108546206A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-09-18 | 安徽远锦文化环境艺术工程有限公司 | 一种园林碎木堆肥组合物及其制备方法 |
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