專利名稱：一種堆肥有機原料中有機污染物生物清消二步法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農業(yè)有機廢棄物無害化利用和生物有機肥料領域，特別涉及農業(yè)有機廢棄物的生物反應器生物清消和污染土壌的原位生物清消技術領域。
背景技術：
我國施用有機肥料有著悠久的歷史和豐富的經驗，在世界農業(yè)生產發(fā)展歷程較長時間內也一直處于領先地位。據2005年公布的統(tǒng)計數據，我國畜禽糞便資源量約20. 4億噸，堆慪肥資源約20. 2億噸，秸桿類資源約7億噸，餅肥資源2000多萬噸，緑肥約I億多噸，這些有機肥料資源含有大量的氮磷鉀及中微量元素，總養(yǎng)分(折純量)約7000萬噸，是2003年全國化肥施用總量4412萬噸(純養(yǎng)分)的I. 56倍。
有機肥在現代農業(yè)中已經發(fā)生質的變化。在某些規(guī)模化畜禽場里，畜禽糞便甚至成為了有毒成分集中的“毒品”庫。調查表明，我國每年約有6000噸抗生素用于畜禽飼料，占全球抗生素飼料添加劑使用量的50%，其中四環(huán)素類使用量最大，通常有40% 90%以原藥的形式隨糞尿排泄，2005年張樹清等對7省市規(guī)模養(yǎng)殖場糞便的分析表明，豬糞中土霉素平均含量達9. 09mg/kg,最高達134. 75mg/kg,四環(huán)素平均含量達5. 22mg/kg,最高達78. 57mg/kg，金霉素平均含量達3. 57mg/kg，最高達121. 78mg/kg。而豬糞、雞糞等禽畜廢物作為有機肥廣泛應用于農業(yè)生產，成為了土壤環(huán)境中抗生素的主要來源之一。國外眾多研究表明，土壤中抗生素的殘留量已經達到11 300 g/kg，每年輸入土壤中抗生素的數量已經不亞于農藥,未經處理的畜禽糞便年復一年施于農田，將增加抗生素在土壌中的累積。且土壤中的抗生素也極易向植物體內富集，富集率甚至可高達萬倍以上。華南農大資環(huán)學院曾對廣東省廣泛施用的22種肥料(包括單質肥料、有機肥和復合肥)進行分析，分析表明，肥料中檢測到的26種優(yōu)控污染物，以鄰苯ニ甲酸酯類和硝基芳烴的總含量最高，其次為多環(huán)芳烴和鹵代烴類。而這些污染物主要來源于污泥、農作物秸桿(受農藥、除草劑及汽車、拖拉機排放尾氣污染)等。暨南大學環(huán)境工程系和東莞市農產品質量安全監(jiān)瞀檢測所對東莞市8個鎮(zhèn)區(qū)9個典型蔬菜基地檢測，結果亦表明，基地土壤和蔬菜已經在一定程度上受到鄰苯ニ甲酸酯污染，蔬菜中DEHP對人體健康存在較大風險。由此可見，我國對于固體有機廢棄物的利用并不充分，毎年大量產生的養(yǎng)殖業(yè)糞便、城市污泥、食品加工業(yè)廢渣中帶有多種污染物，特別是持久性有機污染物，對環(huán)境產生的長期污染，已經極大地危害到人類的生存環(huán)境。生物清消(也叫生物修復)，是指生物特別是微生物降解去除有機污染物的ー個受控或自發(fā)進行的過程，其通過特定營養(yǎng)物、共作基質和供氧，以及有機污染物自身的碳源促進天然微生物群體的生長繁殖。在西方發(fā)達國家，原位微生物修復技術已經廣泛應用于石油、化工有機污染等治理，但對于禽畜糞便中抗生素污染清消，食品加工廢棄物，秸桿中農藥殘留降解，生活污泥中環(huán)境有機污染物治理，以及土壤農藥污染的原位降解等仍未見應用報道。
現有的有機肥堆肥技木通過調整物料C/N比、含水量及堆肥溫度達到發(fā)酵腐熟的目的，但卻未考慮其中污染物的降解。目前類似農藥降解制劑功能的產品，也僅限于蔬菜瓜果的農藥降解酶產品，用于清洗殘留在蔬菜瓜果表面的單一有機磷類農藥，沒有解決土壤中農藥殘留所造成的危害，如除草劑在土壌中的長效對下茬作物的毒害等問題?，F有的有機肥堆肥技術缺點主要為針對性差，若有針對性地馴化微生物，讓其對目標污染物進行有效的降解，便可以實現從農產品的源頭上阻斷有機污染物向食物鏈的傳導。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，通過實驗室馴化制備固體高溫發(fā)酵菌劑，提高對大腸桿菌、蛔蟲卵的殺滅率和堆肥有機原料中有機污染物的降解率，為土壤提供可促進農藥殘留降解的堆肥產物。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案ー種堆肥有機原料中污染物生物清消ニ步法，包括馴化制備固體高溫發(fā)酵菌劑、將不同堆肥有機原料按一定碳氮比要求配料、高溫發(fā)酵和中溫發(fā)酵四大部分，如上述的馴化制備固體高溫發(fā)酵菌劑過程包括如下步驟a.將模型菌株枯草芽孢桿菌ACCC10243復活后，接種至液體培養(yǎng)基，振蕩培養(yǎng)3 5天，制成種子液；b.按占種子液體積總量1% 10%的接種量接種固體培養(yǎng)基培養(yǎng)3 5天，得到固體菌劑；c.將占無菌水體積總量1% 10%的固體菌劑加入到無菌水中，本發(fā)明的技術方案為取5g IOg固體菌劑加入到50ml IOOml的無菌水中，煮沸5 20分鐘；d.將經煮沸的添加有固體菌劑的無菌水稀釋10_5倍，取稀釋液涂布于基礎固體培養(yǎng)基中，在35 °C 40°C溫度下培養(yǎng)3 5天；e.經重復篩選獲得遺傳性穩(wěn)定的耐高溫菌株，制成固體高溫發(fā)酵菌劑。本發(fā)明馴化過程包括中國農業(yè)微生物菌種保藏中心的模型菌株枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis) ACCC10243復活接種培養(yǎng)，經實驗室馴化制備固體高溫發(fā)酵菌劑?；A液體培養(yǎng)基為蛋白胨20g、牛肉膏15g、酵母膏15g、氯化鈉5g、蒸懼水1000ml, pH7. 5。基礎固體培養(yǎng)基在基礎液體培養(yǎng)基中加入20g瓊脂。固體培養(yǎng)基包括(按重量比算)豆柏粉8%、玉米粉10%、麥麩8%、花生殼粉20%、草炭16%、鈣鎂磷肥5%、石灰3%，蒸餾水35%，pH7. 5。篩選得到的生產菌株與模型菌株枯草芽孢桿菌(BaciIIus subtilis)ACCC10243，生理生化性狀比較具有以下共性革蘭氏陽性，芽孢橢圓形或柱狀、中生或偏中生，可運動，接觸酶試驗陽性，V-P試驗陽性,7% 10%氯化鈉中生長,從葡萄糖、阿拉伯糖、木糖和甘露醇產酸，水解淀粉，利用檸檬酸鹽作為碳源，還原硝酸鹽成亞硝酸鹽，分解酪素，卵黃反應陰性，在葡萄糖和酪氨酸瓊脂上不形成色素，不利用丙酸鹽和酪氨酸。種子液、固體菌劑、無菌水和稀釋液的取用量根據實際需要制備的固體高溫發(fā)酵菌劑用量進行確定。
如上述的碳氮比為12 30:1。如上述的高溫發(fā)酵為往堆肥有機原料中添加占配料總重量1% 10%的固體高溫發(fā)酵菌劑，在溫度50°C 70°C、氧濃度8% 15%的條件下進行通風好氧發(fā)酵。如上述的中溫發(fā)酵為將經過高溫發(fā)酵的堆肥有機原料在溫度35°C 45°C、氧濃度8% 15%的條件下進行通風好氧發(fā)酵。如上述的高溫發(fā)酵過程還包括對堆肥有機原料總重量10% 20%的物料進行返料發(fā)酵。如上述的高溫返料過程需要添加占配料總重量1% 10%的固體高溫發(fā)酵菌劑。如上述的高溫通風好氧發(fā)酵時間為3 5天。如上述的中溫發(fā)酵過程還包括對堆肥有機原料總重量10% 30%的物料進行返料發(fā)酵。如上述的中溫通風好氧發(fā)酵的時間為3 15天。如上述的堆肥有機原料包括養(yǎng)殖禽畜糞便、生活污泥、茶葉渣、蘑菇菌棒渣、秸桿的ー種或幾種。如上述的固體高溫發(fā)酵菌劑還包括巨大芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、側孢芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌中的ー種或幾種。巨大芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、側孢芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌均可以作為固體高溫發(fā)酵菌劑的原種，均屬于《微生物肥料生物安全通用技術準則》中的第一級芽孢類菌株。如上述的固體菌劑在進行固體培養(yǎng)時需保持固體培養(yǎng)間為正壓狀況，空氣潔凈度達到萬級。
在培養(yǎng)間內進氣ロ安裝超濾過濾器，就可以保持培養(yǎng)間為正壓狀況和空氣潔凈度達到萬級兩個條件，實現固體菌劑的純培養(yǎng)，不被環(huán)境中的雜菌污染。根據堆肥有機原料來源的不同，有機污染物的種類也不同。如來源于城鎮(zhèn)的生活廢棄物，就包括多芳烴、氯代烯類、硝基苯類等有機污染物；來源于農業(yè)廢棄物如禽畜糞便、秸桿等原料，則是以抗生素、除草剤、有機磷農藥為主的有機污染物。本發(fā)明的有益效果是先通過第一步的高溫發(fā)酵對有機廢棄物中蛔蟲卵、大腸桿菌及部分有機污染物進行殺滅，再通過在第二步的中溫發(fā)酵過程控制發(fā)酵腐熟過程中物料的氧濃度和溫度氧濃度和溫度，讓經過馴化的固體高溫發(fā)酵菌劑完成對堆肥有機原料中的有機污染物的生物清消。由于有機物都是以碳元素為主的一類物質，而微生物在繁衍、代謝過程中，可消耗各類碳源，因此，生物清消技術對各類有機污染物的降解具有廣譜性。針對上述堆肥有機原料的有機污染物生物清消不僅包括大腸桿菌、蛔蟲卵的殺滅，而且還包括禽畜糞便中抗生素、藥殘等有機污染物，食品加工廢棄物、秸桿中農藥殘留降解，生活污泥中環(huán)境有機污染物治理，以及土壤農藥污染的原位降解等。
具體實施例方式實施例I步驟一，將枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis) ACCC10243菌株復活后，按復活菌株總數的1%接種量接種到液體搖瓶中，在35-40°C的條件下振蕩培養(yǎng)3 5天制成種子液150L,再按種子液總體積量的1%接種量接種到滅菌的固體培養(yǎng)基，培養(yǎng)3 5天，然后無菌操作取5g固體菌劑，加入50ml無菌水中，煮沸20分鐘后，取10_5倍稀釋液0. ImL,涂布于基礎固體培養(yǎng)基平板上，37°C培養(yǎng)3 5天，挑選單菌落較大菌株，做十代傳代試驗，重復上述步驟，獲得遺傳性穩(wěn)定的耐高溫菌株，制成固體高溫發(fā)酵菌劑。基礎液體培養(yǎng)基蛋白胨20g、牛肉膏15g、酵母膏15g、氯化鈉5g、蒸懼水1000ml,pH7. 5，121°C 滅菌 20min?；A固體培養(yǎng)基在上述培養(yǎng)基中加入20g瓊脂。固體培養(yǎng)基(重量比)豆柏粉8%、玉米粉10%、麥麩8%、花生殼粉20%、草炭16%、鈣鎂磷肥5%、石灰3%，蒸餾水35%，pH7. 5，121°C滅菌60min。
固體培養(yǎng)基原料細度小于1mm。固體培養(yǎng)時，培養(yǎng)間進風設有超濾過濾器，并保持固體培養(yǎng)間為正壓狀況，空氣潔凈度達到萬級。步驟ニ，有機廢棄物生物清消ニ步法(I)高溫發(fā)酵先將重量比70% 85%的雞糞、5% 15%的茶葉渣或蘑菇菌棒渣、10% 15%的玉米秸桿按碳氮比為20 25:1配料，往首次生產的堆肥有機原料添加占配料總重量10%的固體高溫發(fā)酵菌劑，混合均勻后，混合料初始含水率為55%，然后采用條垛式通風溝(管)或塔式發(fā)酵的方式，在氧濃度為8% 15%，溫度為55°C 65°C的最佳條件下，持續(xù)3 5天通風好氧發(fā)酵。通風機由氧濃度和溫度檢測探頭自動控制，氧濃度低于8%吋，自動開機通風增氧，促進好氧發(fā)酵，在溫度低于50°C，高于70°C吋，自動開機通風增氧，促進好氧發(fā)酵進程，或通風散熱延長高溫發(fā)酵持續(xù)時間不少于2 3天。第二次及以后的生產，將占總重量10% 20%高溫發(fā)酵后的堆肥有機原料返料，添加占配料總重量1%的固體高溫發(fā)酵菌劑，混合均勻，重復以上高溫發(fā)酵首次生產過程中的氧濃度、溫度、發(fā)酵時間控制步驟。堆肥堆制方式可采用條垛式通風溝(管)或者塔式發(fā)酵(即發(fā)明人的ZL200920053839. 6《一種靜態(tài)好氧發(fā)酵干燥塔》)，其中，條垛式采用通風溝通風增氧、翻堆增氧，塔式發(fā)酵是通過內置通風夾墻風道及風機加強通風來實現增氧。(2)中溫發(fā)酵將上述經過高溫發(fā)酵的堆肥有機原料，用條垛式通風溝(管)或塔式發(fā)酵的方式，在氧濃度為8% 15%和溫度為35°C 45°C的最佳條件下持續(xù)3 15天的通風好氧發(fā)酵。通風機由氧濃度和溫度檢測探頭自動控制，氧濃度低于8%吋，自動開機通風增氧，促進好氧發(fā)酵，在溫度低于35°C，高于45°C吋，自動開機通風增氧或通風散熱。第二次及以后的生產，將占總重量10% 30%中溫發(fā)酵后的堆肥有機原料返料，混合均勻，重復以上中溫發(fā)酵首次生產過程中的氧濃度、溫度、發(fā)酵時間控制步驟。堆肥有機原料的最佳碳氮比、發(fā)酵時間和返料添加量是根據污染物濃度確定，濃度越聞，相應發(fā)酵的時間越長，返料添加量大?？股亟到庑Ч娤卤鞩。
權利要求
1.ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其包括馴化制備固體高溫發(fā)酵菌齊U、將不同堆肥有機原料按一定的碳氮比要求配料、高溫發(fā)酵和中溫發(fā)酵四大部分，其特征在于 所述馴化制備固體高溫發(fā)酵菌劑過程包括如下步驟 a.將模型菌株枯草芽孢桿菌ACCC10243復活，接種至液體培養(yǎng)基，振蕩培養(yǎng)制成種子液； b.按占種子液體積總量1% 10%的接種量接種固體培養(yǎng)基培養(yǎng)，得到固體菌劑； c.將占無菌水體積總量1% 10%的固體菌劑加入到無菌水中，煮沸5 20分鐘； d.將經煮沸的添加有固體菌劑的無菌水稀釋10_5倍，涂布于基礎固體培養(yǎng)基，在35°C 40°C溫度下培養(yǎng)； e.經重復篩選獲得遺傳性穩(wěn)定的耐高溫菌株，制成固體高溫發(fā)酵菌劑； 所述碳氮比為12 30:1 ; 所述高溫發(fā)酵為往堆肥有機原料中添加占配料總重量1% 10%的固體高溫發(fā)酵菌齊U，在溫度50°C 70°C、氧濃度8% 15%的條件下進行通風好氧發(fā)酵； 所述中溫發(fā)酵為將經過高溫發(fā)酵的堆肥有機原料在溫度35°C 45°C、氧濃度8% 15%的條件下進行通風好氧發(fā)酵。
2.根據權利要求I所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述高溫發(fā)酵過程還包括對堆肥有機原料總重量10% 20%的物料進行返料發(fā)酵。
3.根據權利要求2所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述高溫返料過程需要添加占配料總重量1% 10%的固體高溫發(fā)酵菌劑。
4.根據權利要求I至3任一項所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述高溫通風好氧發(fā)酵時間為3 5天。
5.根據權利要求I所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述中溫發(fā)酵過程還包括對堆肥有機原料總重量10% 30%的物料進行返料發(fā)酵。
6.根據權利要求I或5所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述中溫通風好氧發(fā)酵的時間為3 15天。
7.根據權利要求I所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述堆肥有機原料包括養(yǎng)殖禽畜糞便、生活污泥、茶葉渣、蘑菇菌棒渣、秸桿的一種或幾種。
8.根據權利要求I所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述固體高溫發(fā)酵菌劑還包括巨大芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、側孢芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌中的ー種或幾種。
9.根據權利要求I所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述固體菌劑在進行固體培養(yǎng)時需保持固體培養(yǎng)間為正壓狀況，空氣潔凈度達到萬級。
10.根據權利要求I所述的ー種堆肥有機原料中有機污染物生物清消ニ步法，其特征在于所述a步驟、b步驟和c步驟的培養(yǎng)時間為3 5天。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種堆肥有機原料中有機污染物生物清消二步法，特別是養(yǎng)殖禽畜糞便、生活污泥和作物秸稈中殘留的抗生素、除草劑等有機污染物的生物清消，該方法包括先將不同堆肥有機原料按12～30:1的碳氮比進行配料，進行高溫好氧發(fā)酵3～5天，每次發(fā)酵均需要添加1%～10%的固體高溫發(fā)酵菌劑，然后進行中溫好氧發(fā)酵3～15天，通過控制發(fā)酵腐熟過程中物料的氧濃度和溫度實現生物清消的目的。針對不同堆肥有機原料的有機污染物的種類及其濃度，可以通過調整最佳碳氮配料比、中高溫發(fā)酵返料量和發(fā)酵期，實現將堆肥有機原料中的有機污染物降低至安全限量。
文檔編號C05F11/08GK102731177SQ20121022516
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權日2012年7月2日
發(fā)明者唐楓, 段繼賢, 汪爭先, 王宗抗, 羅樹生, 胡華敏, 邵海峰 申請人:深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司