申请日2016.08.30
公开(公告)日2016.12.07
IPC分类号C12N1/20; C05F11/08; C05G1/00; C12R1/01
摘要
本发明公开了一种用于污泥高温堆肥的菌株及其应用，属于微生物发酵技术领域。本发明的菌株D1为热球状尿素芽孢杆菌(Ureibacillus thermosphaericus)，其保藏编号为CGMCC No.12329。该菌株最高生长温度达80℃，堆肥污泥等有机质发酵起温快，高温维持时间长，能在高温堆肥环境迅速增殖，降解有机物质，促进堆肥进程，各项指标达到堆肥排放标准。本发明还提供了利用菌株D1制备的堆肥接种剂的方法和应用，该堆肥接种剂生产成本低，质量稳定，可应用于高温污泥堆肥，不会增加堆体的含水率，且绿色环保，无污染，性能优良，具有较好的经济效益和社会效益。
权利要求书
1.热球状尿素芽孢杆菌(Ureibacillus thermosphaericus)，其特征在于，其名为D1，保藏编号为CGMCC No.12329。
2.含有权利要求1所述热球状尿素芽孢杆菌的生物制剂。
3.含有权利要求1所述热球状尿素芽孢杆菌的菌剂。
4.权利要求1所述的热球状尿素芽孢杆菌或其发酵产物或权利要求2所述的生物制剂或权利要求3所述的菌剂在堆肥或有机物发酵中的应用。
5.权利要求1所述的热球状尿素芽孢杆菌或其发酵产物或权利要求2所述的生物制剂或权利要求3所述的菌剂在制备堆肥接种剂中的应用。
6.一种堆肥接种剂，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
1)活化培养：将权利要求1所述热球状尿素芽孢杆菌的菌种在60-80℃下活化培养12-48h;
2)种子液制备：将活化菌种接种于培养液中，密封瓶口，在65-80℃下振荡培养1-3天，振荡频率为160-200rpm;
3)发酵菌液制备：将步骤2)制得的种子液按3%-10%的体积比加入灭菌培养液中，发酵时间48-72小时。在进行发酵时，通气量的气：液的通气比在0-24小时是1:0.5，24-72小时是1:1，发酵罐的罐压为0.08-0.1MPa，搅拌速率为180-200rpm;
4)堆肥接种剂制备：将发酵菌液与糖类混合均匀，加吸附料，与堆肥物料混合均匀，进行堆置发酵，发酵至含水量10%-15%即得。
7.如权利要求6所述的堆肥接种剂，其特征在于，步骤2)和步骤3)所述的培养液为：按照与水的质量百分比，工业酵母粉0.5-1%，工业蔗糖1.0-3%，工业蛋白胨1-2%，氯化钠1-2%。
8.如权利要求6所述的堆肥接种剂，其特征在于，步骤4)中，吸附料为玉米面、麸皮、豆粕、锯沫中的一种或多种;
堆肥物料为污泥和辅料或动物粪便和辅料，污泥与辅料的质量比1:0.05～0.5，动物粪便与辅料的质量比为：1:0.1-0.5。
9.如权利要求6-8任一所述的堆肥接种剂，其特征在于，含有热球状尿素芽孢杆菌活菌数为103-108CFU/g。
10.权利要求1-9任一项所述的堆肥接种剂在高温发酵有机物料中的应用，包括以下步骤：
首次发酵：将有机物料、辅料按照质量比1:0.05-0.5混合，按与前者混合物质量比0.08%-1%加入堆肥接种剂，充分搅拌发酵;
后期发酵：将有机物料、首次发酵的腐熟料、辅料、堆肥接种剂按照质量比1:(0.3-1):(0.05-0.5):(0.0008-0.01)充分搅拌发酵;
所述辅料为玉米芯、秸秆、麸皮、花生壳、枯枝落叶、磷矿粉、中药渣、沸石粉、麦饭石、饼粕和蔗糖中的一种或多种。
说明书
一种用于污泥高温堆肥的菌株及其应用
技术领域
本发明属用于微生物发酵技术和环境保护技术领域，具体地说，涉及一种用于污泥和蓄禽粪便等有机污染物高温堆肥的菌株与应用。
背景技术
随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设得到了高速发展，2014年底我国城镇污水处理厂已经建有4436多座，城市污水处理能力已达到每天1.71亿吨，为实现国家的减排目标和水环境改善，做出了巨大贡献。但是污水厂的建设及运行伴随产生了大量剩余污泥，以产泥量0.8‰计，全国年污泥总产量将很快突破13.6万吨，污泥处理形势十分严峻。在城市污水处理过程中必然会产生大量的污水污泥，它容量大、不稳定、易腐败、有恶臭，如不加妥善处理和处置，将造成堆放和排放区周围环境严重的二次污染，更有甚者，将污泥任意施于农业，导致农作物污染，土壤受到不可逆转的中毒受害。
传统污泥处理方法有三种：焚烧、填埋和资源化利用。国外多采用焚烧工艺，但投资巨大，易造成大气污染;国内多采用填埋，但需要占用大量的土地，同时会造成环境的二次污染;国内大中城市土地再生资源很少，难以长期采用此方式。国内外常用的污泥稳定化技术有：厌氧消化、好氧消化、堆肥、碱法稳定和干化稳定。碱法稳定因无法长期使污泥稳定，仅做应急之用;干化稳定因投资运行费用高，应用很少;好氧消化需要较高的动力能耗，寒冷季节处理效率降低，副产品没有实用价值，仅适用于小型污水厂;厌氧消化应用最为广泛，但有安全隐患、运行管理要求高;堆肥是一种生物处理方法，因其充分利用污泥中有用成分，可变废为宝，有利于建立循环型经济而受到广泛关注。
同时，工业养殖技术的兴起，奶牛场，养猪场，养鸡场等地的畜禽类粪便也成为环境一大污染源，采用传统堆肥技术，发酵慢，产生臭气多，发酵效果差。现有微生物菌剂在畜禽粪便和污泥的发酵中，也常有采用，但菌种活性差，菌群生态环境构建不够茁壮，发酵效果不稳定。
发明内容
本发明的目的在于针对污泥和畜禽粪便发酵中普遍存在厌氧的情况，采用兼氧和好氧的菌种结合的方案，提供一种堆肥污泥发酵效率高，高温维持时间长，发酵后物料体积、密度及有机质显著下降的菌株及由该菌株制得的堆肥接种剂，使发酵效果更稳定。
本发明首先提供一种分离自土壤的热球状尿素芽孢杆菌(Ureibacillusthermosphaericus)，命名为D1。
本发明利用细菌16S rDNA通用引物，用PCR的方法扩增D1菌株16S rDNA部分片段，PCR产物测序获得该片段序列，测序所得D1菌株的16S rDNA(长度1.4kbp)如SEQ ID NO.1所示。
该菌株D1已于2016年4月1日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101)，分类命名为热球状尿素芽孢杆菌Ureibacillus thermosphaericus，保藏编号为CGMCC No.12329。
本发明提供了保藏编号为CGMCC No.12329的热球状尿素芽孢杆菌(Ureibacillusthermosphaericus)在污泥堆肥发酵和有机污染物发酵中的应用。
含有保藏编号为CGMCC No.12329的热球状尿素芽孢杆菌(Ureibacillusthermosphaericus)的生物制剂属于本发明的保护范围。
含有保藏编号为CGMCC No.12329的热球状尿素芽孢杆菌(Ureibacillusthermosphaericus)的菌剂属于本发明的保护范围。
本发明提供了保藏编号为CGMCC No.12329热球状尿素芽孢杆菌D1或其发酵产物或含有其的生物制剂或菌剂在堆肥或有机物发酵中的应用。
本发明提供了保藏编号为CGMCC No.12329热球状尿素芽孢杆菌D1或其发酵产物或含有其的生物制剂或菌剂在制备堆肥接种剂中的应用。
进一步地，本发明提供一种堆肥接种剂，其制备方法包括以下步骤：
1)活化培养：将保藏编号为CGMCC No.12329的热球状尿素芽孢杆菌D1的菌种在60-80℃下活化培养12-48h;
2)种子液制备：将活化菌种接种于培养液中，密封瓶口，在65-80℃下振荡培养1-3天，振荡频率为160-200rpm;
3)发酵菌液制备：将步骤2)制得的种子液按3%-10%的体积比加入灭菌培养液中，发酵时间48-72小时。在进行发酵时，通气量的气：液的通气比在0-24小时是1:0.5，24-72小时是1:1，发酵罐的罐压为0.08-0.1MPa，搅拌速率为180-200rpm;
4)堆肥接种剂制备：将发酵菌液与糖类混合均匀，加吸附料，与堆肥物料混合均匀，进行堆置发酵，发酵至含水量10%-15%即得。
上述方法中，步骤2)和步骤3)所述的培养液为：按照与水的质量百分比，工业酵母粉0.5-1%，工业蔗糖1.0-3%，工业蛋白胨1-2%，氯化钠1-2%。
其中步骤4)中，吸附料为玉米面、麸皮、豆粕中的一种或多种;
堆肥物料为污泥和辅料或动物粪便和辅料，污泥与辅料的质量比1:0.05-0.5，动物粪便与辅料的质量比为：1:0.1-0.5;
本发明提供的堆肥接种剂，其含有热球状尿素芽孢杆菌D1活菌数为103-108CFU/g。
进一步地，本发明还提供了上述堆肥接种剂在高温发酵有机物料中的应用，包括以下步骤：
首次发酵：将有机物料、辅料按照质量比1:0.05-0.5混合，按与前者混合物质量比0.08%-0.15%加入堆肥接种剂，充分搅拌，堆积在高度0.5-2米，宽度2-5米，长度10-50米，底部曝气发酵，首次发酵混合后物料的含水率应为35%-65%，环境温度应大于5度，发酵时间1～3周;
后期发酵：将有机物料、首次发酵的腐熟料、辅料、堆肥接种剂按照质量比1:0.3-1:0.05-0.5:0.0008-0.0015充分搅拌发酵，堆积在高度0.5-2米，宽度2-5米，长度10-50米，底部曝气发酵，首次发酵混合后物料的含水率应为35%-65%，环境温度应大于5度，发酵时间1～3周。
所述辅料为玉米芯、秸秆、麸皮、锯沫、花生壳、枯枝落叶、磷矿粉、中药渣、沸石粉、麦饭石、饼粕和蔗糖中的一种或多种。
所述有机物料为污泥或畜禽粪便。
本发明的保藏编号为CGMCC NO.12329的热球状尿素芽孢杆菌对堆肥发酵效果有着明显的优化作用，具体表现在堆体升温快，高温持续时间长，有机物降解彻底，降解过程中堆体散发的氨气等臭气明显减少。含有保藏编号为CGMCC NO.12329的热球状尿素芽孢杆菌的本发明的菌剂可以有效抵制杂菌的干扰，使得发酵快速、高效，堆肥污泥发酵起温快，0.5-3天就能达到最高温度，高温期维持时间长，达3-15天，经发酵后，检测物料体积、密度及有机质，与堆肥初期相比，堆体体积减小到原来的45%-60%，有机质降解了35-67.2%，纤维素降解了35%-55%，半纤维素降解了55%-61%，木质素降解了23%-38%，湿度下降到20-30%，粪大肠杆菌数<102，蛔虫卵死亡率100%，减少发酵过程中臭气氨气，减少量约80%以上，其它臭气约70%的排放，发酵后的有机物松散，不结块，没有臭味，极大地优化发酵效果，达到堆肥排放标准。