一种降低粪便发酵过程中臭气挥发量的微生物菌剂及其制备与发酵方法

技术领域

本发明涉及微生物技术领域，尤其涉及一种降低粪便发酵过程中臭气挥发量的微生物菌剂及其制备与发酵方法。

背景技术

随着我国畜牧业规模化、集约化程度不断提高，畜禽养殖规模逐渐扩大，因此带来的畜禽粪污高效处理和绿色资源化利用成为目前畜禽养殖面临的突出问题。畜禽粪便好氧堆肥处理时，产生大量臭气，影响周围居民的生活和身体健康，是目前畜牧养殖企业被投诉的热点。臭气的主要成分包括氨气、硫化氢气体等，这些气体浓度过高对人和动物都会造成刺激，影响人体健康且影响动物本身的生产性能，严重的可导致动物中枢神经麻痹，最终窒息死亡。目前脱出臭气的主要方法包括物理法、化学法和生物法。其中物理法主要包括水吸收法、吸附法、扩散稀释法等；化学法主要采用化学洗涤法；生物法主要采用生物过滤法等。

其中生物脱氨以自然界中分离的氨氮降解微生物为基础，利用微生物的代谢特点，将溶解在水中的NH

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种新的微生物菌剂组合及其制备方法与使用方法，延迟微生物的衰退期，同时克服堆肥过程中的变温过程导致的微生物活性降低，解决难以达到脱臭目的的问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种降低粪便发酵过程中臭气挥发量的微生物菌剂，所述微生物菌剂中含有菌种，所述菌种由以下微生物组成：细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌。

目前，市面上常见的复合微生物在粪便发酵领域可以成功将粪便发酵，但是对于脱臭处理仍然效果不理想，因此本发明选用了细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌组成新的混合菌种，采用高温菌种和低温菌种的复合搭配，使发酵成功的同时脱臭效果良好。

进一步，所述微生物菌剂还包括以下原料：蚯蚓粪、植物甾醇、甘油酯、木薯淀粉、琼脂、海藻胶、谷氨酸。

进一步，所述细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌的质量比为(2-3):(2-3):(1-1.5):1:1。

进一步，所述蚯蚓粪、植物甾醇、甘油酯、木薯淀粉、琼脂、海藻胶、谷氨酸的质量比为1:(0.1-0.3):(0.5-0.7):(0.2-0.3):(2-3):(0.7-1.1):(0.2-0.3)。

进一步，所述微生物菌剂用于粪便发酵。

进一步，所述微生物菌剂为制成颗粒状，粒径为0.5-2cm。

本发明的微生物菌剂除了用于发酵的菌种之外还搭配有其他原料，通过制成可分解、可被吸收的微生物菌剂颗粒投放于粪便中，不仅可以使微生物快速进入稳定期，同时促使发酵变温过程中的微生物活性提高，持续于整个发酵周期，延缓衰亡期的到来，提高发酵效率，提高脱臭效果。

本发明还公开了一种降低粪便发酵过程中臭气挥发量的微生物菌剂的制备方法，所述微生物菌剂的制备方法步骤如下：

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按比例混合，得到混合菌种，待用；

(2)将蚯蚓粪与水混合，搅拌30-60min后离心沉淀，得到蚯蚓粪水，于蚯蚓粪水中加入植物甾醇、甘油酯，超声搅拌均匀后水浴加热至50-55℃，保温，得到混合溶液，待用；

(3)将琼脂、海藻胶、木薯淀粉与水混合，加热至80-95℃，搅拌溶解，取出冷却至50-60℃加入混合溶液中，自然冷却至32-38℃时加入混合菌种、谷氨酸，搅拌均匀，挤出后得到菌剂颗粒；

(4)将得到的菌剂颗粒于零下10℃-零下5℃内冷冻30-40min，随后降温至零下15℃-零下20℃冷冻干燥4-5h后取出，得到微生物菌剂。

蚯蚓粪是蚯蚓消化分解有机废弃物产生的颗粒状物质，制成蚯蚓粪水内含有大量的氮磷钾以及各种金属微量元素、氨基酸、有益微生物，其中含有特有的拮抗微生物，当蚯蚓粪水与植物甾醇、甘油酯混合再与琼脂类凝胶混合后加入谷氨酸后制成微生物菌剂，制得的微生物菌剂中含有植物甾醇、甘油酯、谷氨酸。在发酵初期，微生物分裂缓慢，细菌数量维持恒定，同时微生物对环境敏感，此时粪便处于未发酵状态，pH呈酸性，此时脱酰胺作用谷氨酸被微生物利用水解，有利于微生物的大量繁殖快速进入对数期和稳定期，加快发酵速率和提高脱臭效果。当微生物进入稳定期时，发酵阶段温度最高，微生物活性最高，此时微生物的菌体数量达到最高点，发酵进入该阶段时粪便pH接近中性，此时谷氨酸基本已经被消耗，而琼脂、海藻胶、木薯淀粉等能量等物质也被吸收利用，不溶于水的物质如植物甾醇、甘油酯等物质完全露出，大量存在于堆肥中，此时通过植物甾醇、甘油酯刺激微生物以及发酵改变环境，再利用其抗氧化、促生长的性质降低衰退型细胞的出现概率，延缓衰亡期的到来，进一步提升脱臭效果。

本发明还公开了一种降低粪便发酵过程中臭气挥发量的微生物菌剂的发酵方法，所述发酵方法如下：

将微生物菌剂与粪便按照质量比1：(500-800)的比例混合均匀堆肥发酵，发酵前需对微生物菌剂进行激活处理，调整堆肥的含水量为52-58％，发酵时，保持堆肥内最高温度低于70℃，当堆肥内温度低于30℃时，发酵完成，得到发酵完成的粪便。

进一步，所述激活处理的具体步骤为：

将制备的微生物菌剂使用前于温度为20-25℃、pH＝7的温水中浸泡20-30min，密封后于室内保存1天；随后取出，加入等温水体积的蚯蚓粪水，调节pH＝6-6.5，密封后于室内保存1天；随后取出，于水中加入谷氨酸，搅拌均匀后，继续密封，于室内保存1-2天。

微生物菌剂制成后低温保存，使用前于中性温水中浸泡使菌种缓慢活跃，随后调节水的pH呈弱酸性且添加一定量的蚯蚓粪水、谷氨酸，既可以促使微生物提前适应弱酸性环境，还能利用蚯蚓粪水和谷氨酸的提供的营养与拮抗微生物竞争，形成优势菌群，避免发酵初期由于适应能力较弱增加调整期时间，延长进入对数期的时间，进而延长了发酵时间。

进一步，所述谷氨酸与微生物菌剂的质量比为(0.08-0.1)：1。

有益效果：

本发明制备的微生物菌剂有利于微生物的大量繁殖快速进入对数期和稳定期，加快发酵速率和提高脱臭效果，同时延迟微生物的衰退期，同时克服堆肥过程中的变温过程导致的微生物活性降低，解决难以达到脱臭目的的问题，除此之外，本发明制备的微生物菌剂在进行粪便发酵时减少了氨的挥发，将其尽可能的保留于发酵后的粪便，得到了高氮有机肥。

附图说明

图1：激活处理后的微生物菌剂与粪便混合示意图；

图2：堆肥发酵示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明：

实施例1：微生物菌剂制备一

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按质量比200g：300g：100g：100g：100g的比例混合，得到混合菌种，待用；

(2)将1kg蚯蚓粪与2L水混合，搅拌30min后离心沉淀，去除沉淀得到蚯蚓粪水，于蚯蚓粪水中加入100g植物甾醇、500g甘油酯，于30KHz的超声条件下搅拌20min后进行水浴加热，水浴加热至混合溶液为50℃，保温，得到混合溶液，待用；

(3)将2kg琼脂、700g海藻胶、200g木薯淀粉与12kg的水混合，加热至80℃，搅拌至溶解，取出冷却至50℃加入混合溶液中，待自然冷却至32℃时加入混合菌种、200g谷氨酸，搅拌均匀，挤出后得到菌剂颗粒；

(4)将得到的菌剂颗粒于零下10℃-零下5℃内冷冻30min，随后降温至零下15℃-零下20℃冷冻干燥4h后取出，得到粒径约为0.5cm左右的微生物菌剂。

实施例2：微生物菌剂制备二

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按质量比250g：350g：150g：100g：100g的比例混合，得到混合菌种，待用；

(2)将1kg蚯蚓粪与2L水混合，搅拌50min后离心沉淀，去除沉淀得到蚯蚓粪水，于蚯蚓粪水中加入150g植物甾醇、600g甘油酯，于30KHz的超声条件下搅拌乳化30min后进行水浴加热，水浴加热至混合溶液为53℃，保温，得到混合溶液，待用；

(3)将2.5kg琼脂、1kg海藻胶、250g木薯淀粉与15kg的水混合，加热至85℃，搅拌至溶解，取出冷却至55℃加入混合溶液中，待自然冷却至35℃时加入混合菌种、250g谷氨酸，搅拌均匀，挤出后得到菌剂颗粒；

(4)将得到的菌剂颗粒于零下10℃-零下5℃内冷冻35min，随后降温至零下15℃-零下20℃冷冻干燥4.5h后取出，得到粒径约为1cm左右的微生物菌剂。

实施例3：微生物菌剂制备三

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按质量比300g：200g：120g：100g：100g的比例混合，得到混合菌种，待用；

(2)将1kg蚯蚓粪与2.5L水混合，搅拌50min后离心沉淀，去除沉淀得到蚯蚓粪水，于蚯蚓粪水中加入300g植物甾醇、700g甘油酯，于30KHz的超声条件下搅拌30min后进行水浴加热，水浴加热至混合溶液为53℃，保温，得到混合溶液，待用；

(3)将3kg琼脂、1.1kg海藻胶、300g木薯淀粉与18kg的水混合，加热至85℃，搅拌至溶解，取出冷却至55℃加入混合溶液中，待自然冷却至35℃时加入混合菌种、300g谷氨酸，搅拌均匀，挤出后得到菌剂颗粒；

(4)将得到的菌剂颗粒于零下10℃-零下5℃内冷冻40min，随后降温至零下15℃-零下20℃冷冻干燥5h后取出，得到粒径约为2cm左右的微生物菌剂。

实施例4：微生物菌剂用于粪便发酵

粪便为牛粪、猪粪、鸡粪的混合物，其质量比为1：1：0.5，总计1000kg；

(1)微生物菌剂激活：

将制备实施例1制备的2kg微生物菌剂使用前于温度为22℃左右的、pH＝7的温水中浸泡20min，密封后于室内、避光保存1天；随后取出，加入等温水体积的蚯蚓粪水，蚯蚓粪水的制备方法与实施例1相同，调节pH＝6-6.5，密封后于室内保存1天；随后取出，于水中加入0.16kg谷氨酸，搅拌均匀后，继续密封，于室内保存1-2天，得到激活后的微生物菌剂；

(2)将经过激活处理后的微生物菌剂与上述粪混合均匀如图1所示，然后堆肥发酵如图2所示，堆肥完成后调整堆肥的含水量为55％左右，发酵时，保持堆肥内最高温度低于70℃，当堆肥温度高于70℃时，适时散热，当堆肥内温度低于30℃时，发酵完成，得到发酵完成的粪便。

实施例5：微生物菌剂用于粪便发酵

粪便为牛粪、猪粪的混合物，其质量比为1：1，总计1000kg。

(1)微生物菌剂激活：

将制备实施例1制备的1.25kg微生物菌剂使用前于温度为22℃左右的、pH＝7的温水中浸泡20min，密封后于室内、避光保存1天；随后取出，加入等温水体积的蚯蚓粪水，蚯蚓粪水的制备方法与实施例1相同，调节pH＝6-6.5，密封后于室内保存1天；随后取出，于水中加入0.125kg谷氨酸，搅拌均匀后，继续密封，于室内保存1天，得到激活后的微生物菌剂；

(2)将经过激活处理后的微生物菌剂与上述粪便混合均匀堆肥发酵，堆肥完成后调整堆肥的含水量为55％左右，置于有顶棚的开放式空地内，发酵时，保持堆肥内最高温度低于70℃，当堆肥温度高于70℃时，适时散热，当堆肥内温度低于30℃时，发酵完成，得到发酵完成的粪便。

为了验证本发明的微生物菌剂脱臭以及发酵效果，制备了实施例1的对比菌剂，具体的制备方法以及配比如下：

对比例1：

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按质量比100g：100g：100g：100g：100g的比例混合，得到混合菌种，待用；

步骤(2)-步骤(4)完全相同，得到微生物菌剂。

对比例2：

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按质量比200g：300g：100g：100g：100g的比例混合，得到混合菌种，待用；

(2)将2kg琼脂、700g海藻胶、200g木薯淀粉与15kg的水混合，加热至80℃，搅拌至溶解，待自然冷却至32℃时加入混合菌种、200g谷氨酸，搅拌均匀，挤出后得到菌剂颗粒；

(3)将得到的菌剂颗粒于零下10℃-零下5℃内冷冻30min，随后降温至零下15℃-零下20℃冷冻干燥4h后取出，得到粒径约为0.5cm左右的微生物菌剂。

对比例3：

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按质量比200g：300g：100g：100g：100g的比例混合，得到混合菌种，待用；

(2)将1kg蚯蚓粪与2L水混合，搅拌30min后离心沉淀，去除沉淀得到蚯蚓粪水，将蚯蚓粪水水浴加热至50℃，保温，得到混合溶液，待用；

(3)将2kg琼脂、700g海藻胶、200g木薯淀粉与12kg的水混合，加热至80℃，搅拌至溶解，取出冷却至50℃加入混合溶液中，待自然冷却至32℃时加入混合菌种、200g谷氨酸，搅拌均匀，挤出后得到菌剂颗粒；

(4)将得到的菌剂颗粒于零下10℃-零下5℃内冷冻30min，随后降温至零下15℃-零下20℃冷冻干燥4h后取出，得到粒径约为0.5cm左右的微生物菌剂。

对比例4：

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按质量比200g：300g：100g：100g：100g的比例混合，得到混合菌种，待用；

(2)将1kg蚯蚓粪与2L水混合，搅拌30min后离心沉淀，去除沉淀得到蚯蚓粪水，于蚯蚓粪水中加入100g植物甾醇、500g甘油酯，于30KHz的超声条件下搅拌20min后进行水浴加热，水浴加热至混合溶液为50℃，保温，得到混合溶液，待用；

(3)将2kg琼脂、700g海藻胶、200g木薯淀粉与12kg的水混合，加热至80℃，搅拌至溶解，取出冷却至50℃加入混合溶液中，待自然冷却至32℃时加入混合菌种，搅拌均匀，挤出后得到菌剂颗粒；

(4)将得到的菌剂颗粒于零下10℃-零下5℃内冷冻30min，随后降温至零下15℃-零下20℃冷冻干燥4h后取出，得到粒径约为0.5cm左右的微生物菌剂。

对比例5：

(1)将细黄链霉菌、枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按质量比200g：300g：100g：100g：100g的比例混合，得到混合菌种，待用；

(2)在2L水中加入100g植物甾醇、500g甘油酯，于30KHz的超声条件下搅拌20min后进行水浴加热，水浴加热至混合溶液为50℃，保温，得到混合溶液，待用；

(3)将2kg琼脂、700g海藻胶、200g木薯淀粉与12kg的水混合，加热至80℃，搅拌至溶解，取出冷却至50℃加入混合溶液中，待自然冷却至32℃时加入混合菌种、200g谷氨酸，搅拌均匀，挤出后得到菌剂颗粒；

(4)将得到的菌剂颗粒于零下10℃-零下5℃内冷冻30min，随后降温至零下15℃-零下20℃冷冻干燥4h后取出，得到粒径约为0.5cm左右的微生物菌剂。

实验1：

将实施例1与对比例1-5制备的微生物菌剂进行粪便发酵实验，分别记作实验组1、对比组1-5。

1、样品：

微生物菌剂各1.25kg，使用前均采用实施例5的方法激活微生物菌剂；

粪便为牛粪和猪粪的混合物，混合质量比为1：1，总质量为1000kg；

2、发酵方法：

将激活后的各组微生物菌剂与上述粪便混合堆肥，加适量的水，使堆肥的含水量为55％，置于有顶棚的开放式空地内，控制堆肥内温度最高不超过70℃，当堆肥温度低于30℃时结束发酵，将堆肥翻开冷却。

空白对照组：堆肥内不添加菌剂。

3、实验记录：检测各组的氨气释放最高峰值出现的天数以及峰值，同时检测发酵完成后全氮(TN)损失率，得到的数据如表1所示：

表1

分析实验1的表1数据结果可知：

1、空白对照没有加入微生物菌剂进行发酵处理，与实验组1相比，氮气的释放最高值提高了64％，说明本发明制备的微生物菌剂显著的降低氨气释放量，能提高堆肥内氨氮含量，与空白对照相比，全氮损失降低了35％，由于减少了氨气的释放，将氨氮元素保留于粪便中，进而提高了脱臭效果。除此之外，氮气释放值达到最高通常在堆肥高温阶段进行，而空白对照于堆肥第7天达到释放最高值，说明堆肥的初始阶段时间较长，即菌种达到稳定期时间较慢，实验组1于第4天出现峰值，说明实验组1的中的微生物更早的活跃且持续分解氨氮。

2、实验组1与对比组1相比，其区别仅在于菌种配比不同，由于高温菌种和低温菌种复合搭配不合理，导致对比组1的氨气释最高释放值提高，且最高值出现时间较晚，氮损失率提升了10％，说明采用本发明制备的菌种复配效果最佳。

3、实验组1与对比组2相比，其区别仅在于未添加混合溶液，实验组1与对比组3相比，其区别仅在于混合溶液中未添加植物甾醇和甘油酯，导致对比2和对比组3的氨氮损失量较大，最高值出现时间晚，说明脱臭效果不佳，这是由于蚯蚓粪水、植物甾醇、甘油酯的添加有利于微生物的大量繁殖，快速进入对数期和稳定期，同时降低衰退型细胞的出现概率，延缓衰亡期的到来，加快发酵速率和提高脱臭效果。

4、实验组1与对比组4相比，其区别仅在于未添加谷氨酸，实验组1与对比组5相比，其区别仅在于未添加粪水，其与实验组1相比，TN损失率分别提高了15％和8％，且氨气释放最高值出现的时间较晚，即菌种的稳定期进入时间晚，说明谷氨酸和粪水可以明显的促进微生物的大量繁殖，且提高发酵脱臭效果不佳。

实验2：

将实施例1制备的微生物菌剂采用不同的发酵方法进行发酵实验，测定发酵完成后的TN损失率。

1、样品：实施例1制备的微生物菌剂；

2、微生物菌剂激活处理：

组1：实施例5的方法进行激活处理；

组2：参考实施例5步骤(1)的方法进行微生物菌剂处理，但处理过程中始终保持溶液的pH＝7，其他操作相同；

组3：于温度为22℃左右的、pH＝7的温水中浸泡微生物菌剂60min，随后密封、避光、室内保存3天(即不在激活过程中添加蚯蚓粪水和谷氨酸，仅采用清水)；

组4：不进行激活微生物菌剂处理。

3、发酵：均采用实施例5步骤(2)的方法进行发酵。

4、实验记录：检测发酵完成后各组全氮(TN)损失率，得到的数据如表2所示：

表2

根据表2的结果可知，对于微生物菌剂使用前在中性温水中浸泡使菌种缓慢活跃，随后调节水的pH呈弱酸性且添加一定量的蚯蚓粪水、谷氨酸，既可以促使微生物提前适应弱酸性环境，还能利用蚯蚓粪水和谷氨酸的提供的营养与拮抗微生物竞争，形成优势菌群，避免发酵初期由于适应能力较弱增加调整期时间，且延长进入对数期的时间，导致氮气挥发量提高，增加了氨氮损失。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。