CN115636698B - 一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法及其应用，涉及畜禽粪便处理技术领域。本发明提供了一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法，能够显著降低粪便中NO3 ‑‑N、NH4 +‑N、PO4 ‑‑P等的释放量，对氨气释放具有很好的抑制效果。而且利用本发明所述方法仅6天就能显著去除74％以上的粪便有害挥发物质，粪便腐败分解率大于70％，不仅能够及时处理养殖畜禽粪便堆积的难题，还可从源头上减少排放的环境污染物，去除后的水可以用于农业，实现了粪便的无害化处理和资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及畜禽粪便处理技术领域，具体涉及一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法及其应用。
背景技术
全国第二次污染源普查显示，2017年养殖业禽畜粪便产生的化学需氧量和氨氮占全国排放总量的比例分别为50.8％和35％，占农业污染源的比例80％以上。养殖业畜禽粪便大量堆积，粪便腐败分解对周边环境造成严重污染，寻找一套有效治理粪便的方案还任重而道远。应国家经济发展及点源污染的逐步治理要求，近几年逐步强化严格的监督措施来规范畜禽粪便污染点源的处理，从污染源头上有效管控为首要实施方案之一，其无害化处理、资源化是今后的治理方向。
传统化学消毒法、生物热消毒法、抗生素等消毒和卫生防疫会造成环境污染，通过食物链进入人体引起二次污染，危害人民健康。最近，应用微生态工程技术及微生物活菌生理代谢，减少畜禽粪便腐败有害物质的分解研究取得良好的效果，原理是以微生物菌株通过自身生理代谢直接降解粪便中的有害化学物质和微生菌。食品和药品管理局认定酵母菌为公认的安全使用(GRAS)活菌，然而单独利用酵母菌对粪便污染物去除的研究未曾报道。因此，探索出一套利用酵母菌解决我国农村环境污染源与经济和健康发展之间矛盾的实施方法显得至关重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法，能够显著降低粪便中氨气等有害物质挥发及污染物质释放量，具有起效快、持续污染物去除有效时间长、节省能耗的优势。
为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法，所述方法包括如下步骤：
将酵母菌与畜禽粪便混合均匀后置于发酵桶中进行好氧发酵；所述酵母菌为酵母菌Saccharomyces exiguus SJP6728AF1。
优选的，所述畜禽粪便与酵母菌的质量体积比为1吨：0.7-1.5L。
优选的，所述酵母菌的活菌数为1.2×107CFU/mL。
优选的，所述好氧发酵的温度为21-25℃，所述好氧发酵的时间≥1d。
优选的，所述发酵桶包括圆柱形主体、漏斗形底部和空气压缩机；所述圆柱形主体与漏斗形底部相连部分铺设过滤网，所述空气压缩机通过通气管道与所述圆柱形主体相连。
优选的，所述通气管道包括过滤网上方带有排气孔的管道一以及连通空气压缩机的管道二。
优选的，所述发酵桶还包括搅拌装置、温度计、进料口和出料口。
优选的，所述发酵桶的温度为23-27℃。
优选的，所述发酵桶中酵母菌与畜禽粪便混合均匀后所得的污染物体积小于发酵桶体积的5/7。
本发明还提供了上述方法在畜禽粪便污染物去除中的应用。
本发明提供了一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法，采用密闭式强制通风好氧发酵工艺，能够显著降低粪便中NO3 --N、NH4 +-N、PO4 --P等的释放量，对氨气释放具有很好的抑制效果。而且利用本发明所述方法仅6天就能显著去除74％以上的粪便有害挥发物质，粪便腐败分解率大于70％，不仅能够及时处理养殖畜禽粪便堆积的难题，还可从源头上减少排放的环境污染物，去除后的水可以用于农业，实现了粪便的无害化处理和资源化利用。
附图说明
图1为本发明发酵桶结构图。
图2为本发明发酵桶圆柱形主体与漏斗形底部相连部分放大图。
图3为粪便处理后，各组畜禽粪便氨气释放量变化趋线。
图4为各组不同处理对各畜禽粪便液相变化趋线。
图5为经过各组处理6天后，固体粪便污染物腐败水解率，其中，*代表与对照组相比P＜0.05，***代表与对照组相比P＜0.001。
图6为处理前后的畜禽粪便(固体)的变化，其中，A为各组处理前的畜禽粪便，B为各组处理6天后的畜禽粪便。
图7为实施例各组酵母菌数与时间增长的结果。
具体实施方式
本发明提供了一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法，所述方法包括如下步骤：
将酵母菌与畜禽粪便混合均匀后置于发酵桶中进行好氧发酵；所述酵母菌为酵母菌Saccharomyces exiguus SJP6728AF1。在本发明的具体实施例中，所述酵母菌Saccharomyces exiguus SJP6728AF1保藏于韩国微生物保藏中心，保藏号为KCCM-10675P。所述畜禽粪便由河北省衡水市故城县郑口镇某规模化猪鸡养殖农场提供(含水率为93.0％)。
本发明中，所述畜禽粪便与酵母菌的质量体积比优选为1吨：0.7-1.5L，更优选为1吨：1L。本发明中，所述酵母菌的活菌数优选为1.2×107CFU/mL；所述好氧发酵的温度优选为21-25℃，更优选为23℃；所述好氧发酵的时间优选的≥1d，更优选的≥6d。本发明利用所述酵母菌SJP1在所述发酵条件下对畜禽粪便进行处理，能够使畜禽粪便更好的进行好氧发酵，减少粪便中有害挥发物质的去除时间。
本发明中，所述发酵桶包括圆柱形主体、漏斗形底部和空气压缩机；所述圆柱形主体与漏斗形底部相连部分铺设过滤网，所述空气压缩机通过通气管道与所述圆柱形主体相连。本发明中，所述通气管道优选的由过滤网上方带有排气孔的管道一以及连通空气压缩机的管道二组成；所述管道一优选的呈爪字形排列；所述带有排气孔的管道一通过管道二与空气压缩机相连通，通过空气压缩机供氧可以将粪便污泥沉积堆积最小化，利于发酵的彻底进行。本发明中，所述空气压缩机的气量优选为6m3/min，所述空气压缩机优选的每运转2h，停1h，从而避免产生过量气泡，影响发酵效率。本发明中，所述发酵桶优选的还包括搅拌装置、温度计、进料口和出料口；所述搅拌装置优选的由圆柱形主体中央的搅拌机和搅拌叶组成，所述搅拌装置有利于粪便混合物的混合，并为微生物提供足够的氧气，能够提高发酵的速度，有利于彻底进行发酵。本发明利用所述发酵桶对畜禽粪便进行发酵，能够很好的实现密闭发酵并灌氧，为酵母菌的生长提供了必要环境，从而有利于提高畜禽粪便无害化处理的效率和效果。
本发明中，所述发酵桶的温度优选为23-27℃，更优选为25℃，所述发酵桶中酵母菌与畜禽粪便混合均匀后所得的污染物体积优选的小于发酵桶体积的5/7，所述体积下有利于酵母菌的生长并提高酵母菌好氧发酵的效果，缩短发酵的时间。
本发明还提供了上述方法在畜禽粪便污染物去除中的应用。
本发明所有数据的统计分析均是用Excel(2013版本)建立监测数据库，采用SPSS25.0软件对数据进行了统计学差异分析，数据以表示，采用单因素方差分析和LSD法进行比较，以P<0.05表示差异有统计学意义。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
下述实施例中，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
在每吨畜禽粪便添加1.2×107CFU/ml酵母菌SJP10.7L，将畜禽粪便和酵母菌SJP1充分混合处理以后，取50L粪便污染物放入到70L温度为25℃的发酵桶中，封口密闭，23℃静置发酵6d。其中，所述发酵桶的结构如图1所示，发酵桶圆柱形主体与漏斗形底部相连部分的放大图如图2所示。
实施例2
方法步骤与实施例1相同，不同之处在于：在每吨畜禽粪便添加1.2×107CFU/ml酵母菌SJP11.0L。
实施例3
方法步骤与实施例1相同，不同之处在于：在每吨畜禽粪便添加1.2×107CFU/ml酵母菌SJP11.5L。
实施例4
粪便污染物氨气、NO3 --N、NH4 +-N、PO4 --P释放量检测
1、利用气体对光线的选着性吸收特性的光谱法，检测氨气释放量：
选取实施例1-3三组(分别为W0.7、W1.0、W1.5)，同时设置对照组(无处理对照，W0)，每组设5个重复，于1h、2h、24h、144h，利用真空箱负压法采集(5L)，利用纳氏试剂分光光度法检测。利用稀硫酸迅速吸收采集的空气中氨气，将生成的氨离子与纳氏试剂反应成棕色络合物，在420nm波长测量吸光度，以标准物与吸光度绘制标准曲线，计算氨气含量，单位为mg/m3。
2、粪便NO3 --N、NH4 +-N、PO4 --P释放量检测方法：
按照上述实施例1-3以及对照组方法对粪便进行处理后，利用吸管在每组发酵桶的粪便上层、中层、底层的不同点各取5个样本，经4℃、2,000g大容量离心30min，分离粪便液体，检测各组上层液的pH值及NO3 --N、NH4 +-N、PO4 --P浓度。pH检测仪检测粪便的pH值。NO3 --N、NH4 +-N、PO4 --P利用原子吸收分光光度计检测，以标准物与吸光度绘制标准曲线，计算NO3 --N、NH4 +-N、PO4 --P的浓度(mg/L)。
3、结果
根据上述步骤得到结果如图3和表1、表2所示。
表1处理前(0天)，禽畜粪便pH值及污染物浓度情况(n＝5)
表2对粪便处理后，经6天，各组禽畜粪便的pH值及有害物的浓度(n＝3，)
可以看出，所有处理组的氨气释放量，与对照组相比，均呈现先上升后逐渐下降的趋势，酵母菌SJP1加入量越多，该酵母菌发酵方法对粪便污染物的降低效果越强。数据显示，无处理组(W0，对照组)氨气浓度急剧上升，实验前(0天)氨气释放量为(12.8±0.6)mg/m3，24h后氨气释放量为(111.6±12.4)mg/m3，6d天以后，氨气释放量为(158.1±21.2)mg/m3，比实验前(0天)增加了21倍。采用本发明所述方法进行发酵，氨气释放量呈现逐步减少趋势，尤其W1.5组在24h以后呈现快速降低趋势，6天以后，氨气释放量下降为(40.1±3.9)mg/m3，与对照组相比，抑制了(74.6±2.1)％氨气释放。与实验前(0天)有害物质调查数据比，其中W1.5组，6天以后，NO3 --N、NH4 +-N、PO4 --P释放量分别显著降低了(64.0±2.2)％、(72.4±1.6)％、(72.0±0.9)％，与未处理酵母菌的对照组相比差异均具有显著性统计学意义(P<0.001)。
实施例5
采用Getahun S方法检测处理前后的粪便固体率，具体为：先对粪便进行低温离心，除去上层液，使含水率均在64％。处理前，取5L粪便液，称重，105℃烘干10h以上，记录粪便固体重量。取50L粪便液称重，放入发酵桶，以实施例4所述四组方法处理的粪便，于6天后，利用吸管在每组发酵桶的粪便上层、中层、底层的不同点各取5个样本，每次样本为1L，并经低温低速大容量离心，分离粪便固体，烘干，称重记录。每组处理3个重复，计算公式为：
粪便固体率(％)＝(Mt÷Mtotal-t)×100；
粪便液相(％)＝100-(Mt÷Mtotal-t)×100；
式中：Mt为烘干处理的粪便固体重量(mg)；Mtotal-t为粪便总重量(mg)；最终得到结果如图4-图6所示。
可以看出，粪便对照组(W0)液相为(66.3±2.3)％(第一天)，三天以后，该粪便液相为(67.3±2.6)％，增加1.5％的液相；而其他处理组(W0.7、W1.0、W1.5)，分别增加(5.8±0.8)％、(9.6±0.9)％、(18.7±1.3)％。同时可以看出，采用本发明所述方法发酵6天以后，W1.5组剩余畜禽固体粪便降到(24.0±4.2)％，与对照组的粪便固相比较，具有显著统计学差异(P<0.001)。
实施例6
粪便环境污染有害物质检测
处理前和处理6天后，均对每组粪便桶的粪便不同点采集3个样本，检测COD、BOD、大肠杆菌，每组设3个重复。用携带式COD快速测定仪测定COD浓度(mg/L)；用BOD快速测定仪测定BOD浓度(mg/L)；用大肠杆菌水质在线分析仪测定粪便大肠杆菌数，单位为MPN/ml；最终得到结果如表3所示。
表3采用酵母菌SJP1发酵处理6天后，禽畜粪污染指数COD，BOD和总大肠杆菌调查结果(n＝3，)
可以看出，W1.5组粪便，6天以后，COD降低到9.5％、BOD降低到3.8％，与对照组相比，处理组均具有显著的统计学差异(P<0.001)。试验前(0天)的对照组(W0)总大肠杆菌数为30MPN/ml，但6天以后，该组粪便内的总大肠杆菌数为8.3×103MPN/ml，增加到277倍。相反，实施例1-3所述处理方法处理6天以后，总大肠杆菌数均小于30MPN/ml(P<0.001)，该结果符合国家规定标准要求(国家环保总局畜禽废渣的排放无害化环境标准大肠菌群数为≤105kg)。
实施例7
酵母菌SJP1菌数检测
检测方法参考GB4789.2-2016《中华人民共和国国家标准/食品微生物学检验/菌落总数测定》。
W0.7、W1.0、W1.5组，于1、2、3、4、5、6、7天，分别不同点采集粪便样品20ml，取5ml的采集样品，用无菌蒸馏水梯度稀释为100倍，再取10ml稀释液均匀涂抹在酵母菌选择性PDA培养基平皿，28℃好氧培养5h，记录形成的菌落数，以稀释倍数计算菌数，单位为菌落形成单位(CFU)/ml。结果如图7所示。
可以看出，7天以后，W0.7、W1.0、W1.5组菌数分别为3.0×108±300CFU/ml、4.2×108±400CFU/ml、5.8×108±480CFU/ml。
根据上述实施例可以看出，本发明所述方法能够显著降低粪便中NO3 --N、NH4 +-N、PO4 --P等的释放量，对氨气释放具有很好的抑制效果。而且利用本发明所述方法仅6天就能显著去除74％以上的粪便有害挥发物质，粪便腐败分解率大于70％，不仅能够及时处理养殖畜禽粪便堆积的难题，还可从源头上减少排放的环境污染物，去除后的水可以用于农业，实现了粪便的无害化处理和资源化利用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种利用酵母菌对畜禽粪便进行无害化处理的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将酵母菌与畜禽粪便混合均匀后置于发酵桶中进行好氧发酵；所述酵母菌为酵母菌Saccharomyces exiguus SJP6728AF1；
所述好氧发酵的温度为21-25℃，所述好氧发酵的时间≥1d；
所述畜禽粪便与酵母菌的质量体积比为1吨：0.7-1.5L；所述酵母菌的活菌数为1.2×107CFU/mL；
所述畜禽粪便的含水率为93.0％；
所述发酵桶包括圆柱形主体、漏斗形底部和空气压缩机；所述圆柱形主体与漏斗形底部相连部分铺设过滤网，所述空气压缩机通过通气管道与所述圆柱形主体相连；所述通气管道包括过滤网上方带有排气孔的管道一以及连通空气压缩机的管道二；
所述发酵桶还包括搅拌装置、温度计、进料口和出料口；
所述发酵桶中酵母菌与畜禽粪便混合均匀后所得的污染物体积小于发酵桶体积的5/7。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵桶的温度为23-27℃。
3.权利要求1-2任意一项所述的方法在畜禽粪便污染物去除中的应用。
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