申请日2016.02.19
公开(公告)日2016.06.22
IPC分类号C12N1/20; C12P1/04; C05F15/00; C12R1/10
摘要
本发明提供包含6株各自具有分泌特殊生物质酶的地衣芽孢杆菌的复合菌剂及其在超高温好氧堆肥发酵处理城市生活污泥中的应用。本发明还提供经超高温好氧堆肥发酵处理的城市生活污泥在土地利用中的应用。将本发明的复合菌剂用于污泥的好氧堆肥发酵优于单一菌株，因多株菌株的混合发酵会产生比单一菌株更多样性的酶，且在发酵过程中产生的氨基酸、维生素、促生长因子等能使各菌株之间相互协同相互促进，提高了对长期高热和对不良化学环境的耐受性以及对有毒有害物质的抗性。利用本发明的复合菌剂进行污泥的好氧堆肥发酵，能够有效分解和消化污泥中的几乎全部毒害性有机物和多种无机物，实现了城市生活污泥的无害化、减量化、稳定化，可行土地利用。
权利要求书
1.地衣芽孢杆菌复合菌剂，其特征在于，所述复合菌剂的活性成分为：地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)UTM102、UTM104、UTM107、UTM108、UTM115和UTM118，它们的保藏编号分别为CGMCCNo.9508、CGMCCNo.9509、CGMCCNo.9678、CGMCCNo.9679、CGMCCNo.9680和CGMCCNo.9681。
2.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于，地衣芽孢杆菌UTM102、UTM104、UTM107、UTM108、UTM115和UTM118的活菌数比为1∶1∶1∶1∶1∶1。
3.根据权利要求1或2所述的复合菌剂，其特征在于，所述复合菌剂的制备方法包括以下步骤：
1)各菌株摇瓶种子液的制备;
2)各菌株种子罐种子液的制备;
3)混合发酵液的制备;
4)混合发酵液经浓缩至活菌数≥1012cfu/ml，分装、检验、贮藏，即得复合菌剂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合菌剂，其特征在于，
1)各菌株摇瓶种子液的制备：从各菌株的斜面培养基上刮菌苔分别接种于含装液体培养基的摇瓶中，200rpm，40℃培养24小时，得到各菌株摇瓶种子液;
2)各菌株种子罐种子液的制备：将上述各菌株摇瓶种子液分别接种于装有液体培养基的种子罐中，200rpm，通气量为1：0.2(v/v)，40℃培养20小时，得到各菌株种子罐种子液;
3)混合发酵液的制备：将上述各菌株种子罐种子液计数后等量混合，接种于装有液体培养基的发酵罐中，200rpm，通气量为1：0.3(v/v)，40℃培养至OD600≥2.0，即得混合发酵液;
其中，所述液体培养基为：葡萄糖10g/L、酵母膏5g/L和蛋白胨5g/L。
5.根据权利要求1-4任一项所述的复合菌剂，其特征在于，步骤4)中所得混合发酵液经陶瓷膜浓缩至活菌数≥1012cfu/ml。
6.权利要求1-5任一项所述复合菌剂在有机固体废弃物堆肥发酵中的应用，其中，所述有机固体废弃物包括生活污泥、作物秸秆、动物尸体或畜禽粪便。
7.超高温好氧堆肥发酵处理城市生活污泥的工艺，其特征在于，所述工艺是在含水量50%-60%的生活污泥中加入权利要求1-5任一项所述复合菌剂进行好氧堆肥发酵。
8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向生活污泥中加入水分调节剂将含水量调至50%-60%，然后按总物料湿重0.01%～0.1%加入复合菌剂，拌均混匀;
(2)将上述物料移入发酵槽中，保持堆体氧含量为8%～15%，每隔3～5天翻抛1次;
(3)经18～20天发酵，当物料含水量降至25%以下，终止发酵;将发酵产物进行过筛、包装、检验、贮藏;
其中，步骤(1)所述水分调节剂包括稻壳、秸秆、锯木粉、返混料。
9.根据权利要求7或8所述工艺制备的经超高温好氧堆肥发酵处理的城市生活污泥。
10.权利要求9所述经超高温好氧堆肥发酵处理的城市生活污泥在土地利用中的应用，其中，所述土地利用包括土地改良及修复、园林绿化及农用。
说明书
超高温好氧堆肥发酵处理城市生活污泥的工艺及应用
技术领域
本发明涉及微生物学及有机固体废弃物无害化、资源化处理工艺，具体地说，涉及一种超高温好氧堆肥发酵处理城市生活污泥的工艺及应用。
背景技术
污泥是污水处理后伴随产生的固态废弃物。随着我国城市化水平的不断提高，污水处理建设的快速发展，全国污泥年总产量已突破4000万吨(以80%含水量计)，并以每年5%以上的速度增长。如此大量的污泥若不经妥善处置就任意排放将造成地下水、地表水、土壤、空气等的严重二次污染。目前处置污泥的方式主要有：填埋、焚烧、建材利用、土地利用。污泥的填埋仅实施了污染物的转移和暂存，并没有从根本上对污泥中的有机污染物进行处置和控制。污泥焚烧是最彻底的处置方法，可实现最大程度的减量化，处理速度快，回收能量。但处理成本过高，产生二噁英、呋喃、重金属烟雾等大量有害物质。污泥的建材利用消纳量大，市场前景较好，但必须对污泥中的有害物质给予有效控制。土地利用被认为是我国当前最有价值的污泥处置方式。污泥中的有机物、氮、磷、钾和微量元素等含量高于农用厩肥。污泥中的有机质可明显改善土壤的团粒结构、使容重下降，孔隙增多，通气性透水性改善，田间持水能力提高;还可提高土壤的阳离子交换量，改善对酸碱的缓冲能力，提供更多的物质交换和吸附的活性位点，提高土壤保肥性;又可以使土壤中微生物含量增加，代谢强度提高，从而改变土壤的生物学性状，有利于植物生长。还可以减少化肥的使用量，降低农业生产成本，又可缓解农村资源缺乏，土地状态持续恶化的现状。我国是一个发展中国家，又是农业大国，污泥的土地利用是最可行的、最为现实的、符合中国国情的处置方法。
污泥只有达到有关标准才能进行土地利用。污泥堆肥是通过微生物发酵作用将污泥中的寄生虫卵、病源菌、杂草种子等杀灭;将污泥中的有机物由不稳定状态转化为稳定的并具有土壤特征的腐殖质;对污泥中存在的有机污染物及重金属经微生物发酵过程中的高温分解消化以及微生物发酵过程中的矿化钝化等作用得到消除和下降，从而对环境特别是对土壤环境不再构成危害。
传统堆肥一般是利用堆肥物料中的土著微生物，存在发酵时间长(22天以上)，发酵温度低(50～70℃)、腐熟程度低、臭气污染严重等问题。可通过在堆肥中接种微生物的方法以提高堆肥效率和产品质量。如添加HSP菌剂、VT菌剂、EM菌剂，或添加多种芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌、光合菌、固氮菌、霉菌等组合制备的堆肥复合菌剂等，均能在不同程度上提高堆肥效率和产品质量。但它们大多为中温菌，所产生的活性成分在50～70℃堆肥高温期将受到抑制甚至完全失去活性，因此大大降低了接种剂的功能。
目前还未见具有分泌特殊生物质酶的耐高温地衣芽孢杆菌的混合菌剂用于城市生活污泥的处理及处理后的产物用于土地利用的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种包含6株各自具有分泌特殊生物质酶的地衣芽孢杆菌的复合菌剂及其在超高温好氧堆肥发酵处理城市生活污泥中的应用。
本发明的另一目的是提供经超高温好氧堆肥发酵处理的城市生活污泥在土地利用中的应用。
为了实现本发明目的，本发明的地衣芽孢杆菌复合菌剂，所述复合菌剂的活性成分为：地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)UTM102、UTM104、UTM107、UTM108、UTM115和UTM118，它们的保藏编号分别为CGMCCNo.9508、CGMCCNo.9509、CGMCCNo.9678、CGMCCNo.9679、CGMCCNo.9680和CGMCCNo.9681。上述6株菌现已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，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。其中，菌株UTM104和UTM102的保藏日期为2014年8月13日，其余4株菌的保藏日期为2014年9月18日。
优选地，地衣芽孢杆菌UTM102、UTM104、UTM107、UTM108、UTM115和UTM118的活菌数比为1∶1∶1∶1∶1∶1。
本发明的6株地衣芽孢杆菌分别从四川云南的高温环境土样中分离获得，它们除产生多种淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、木质素酶、脂肪酶外，还分泌产生植酸酶、几丁质酶、原果胶酶、尿囊素酶、拟除虫菊酯水解酶、偶氮还原酶等水解酶。有关地衣芽孢杆菌UTM102、UTM104、UTM107、UTM108、UTM115和UTM118已分别公开于CN104560817A、CN104498408A、CN104498407A、CN104560816A、CN104560815A和CN104560818A。
本发明所述复合菌剂的制备方法包括以下步骤：
1)各菌株摇瓶种子液的制备;
2)各菌株种子罐种子液的制备;
3)混合发酵液的制备;
4)混合发酵液经浓缩至活菌数≥1012cfu/ml，分装、检验、贮藏，即得复合菌剂。
具体方法如下：
1)各菌株摇瓶种子液的制备：从各菌株的斜面培养基上刮菌苔分别接种于装有液体培养基的摇瓶中，200rpm(摇床转速)，40℃培养24小时，得到各菌株摇瓶种子液;
2)各菌株种子罐种子液的制备：将上述各菌株摇瓶种子液分别接种于装有液体培养基的种子罐中，200rpm，通气量1：0.2(v/v)，40℃培养20小时，得到各菌株种子罐种子液;
3)混合发酵液的制备：将上述各菌株种子罐种子液计数后等量混合，接种于装有液体培养基的发酵罐中，200rpm，通气量1：0.3(v/v)，40℃培养至OD600≥2.0，即得混合发酵液。
其中，所述液体培养基为：葡萄糖10g/L、酵母膏5g/L和蛋白胨5g/L。
前述的方法，步骤4)中所得混合发酵液经陶瓷膜浓缩至活菌数≥1012cfu/ml。
本发明还提供所述复合菌剂在有机固体废弃物堆肥发酵中的应用，其中，所述有机固体废弃物包括生活污泥、作物秸秆、动物尸体或畜禽粪便等。
本发明还提供一种超高温好氧堆肥发酵处理城市生活污泥的工艺，所述工艺是在含水量50%-60%的生活污泥中加入所述复合菌剂进行好氧堆肥发酵。
所述工艺包括以下步骤：
(1)向生活污泥中加入水分调节剂将含水量调至50%-60%，然后按总物料湿重0.01%～0.1%加入复合菌剂，拌均混匀;
(2)将上述物料移入发酵槽中，保持堆体氧含量为8%～15%，每隔3～5天翻抛1次;
(3)经18～20天发酵，当物料含水量降至25%以下，终止发酵;将发酵产物进行过筛、包装、检验、贮藏。
其中，步骤(1)所述水分调节剂包括稻壳、秸秆、锯木粉、返混料等。
在堆肥好氧发酵过程中，发酵3～4天时堆体温度达70～85℃，5～16天温度保持在90～100℃，最高温度可达108℃。
本发明还提供由上述工艺制备的经超高温好氧堆肥发酵处理的城市生活污泥。
本发明进一步提供由上述工艺制备的经超高温好氧堆肥发酵处理的城市生活污泥在土地利用中的应用。所述土地利用包括土地改良及修复、园林绿化及农用等。
由于城市生活污泥所含物质的多样性及复杂性，因此将本发明的地衣芽孢杆菌复合菌剂用于污泥的好氧堆肥发酵优于单一菌株，这是因为多株菌株的混合发酵会产生比单一菌株更多样性的酶，并且在发酵过程中产生的氨基酸、维生素、促生长因子等能使各菌株之间相互协同相互促进，提高了对长期高热和对不良化学环境的耐受性以及对有毒害物质的抗性等。利用本发明的复合菌剂进行污泥的好氧堆肥发酵，使堆肥温度长时间维持在80～100℃，最高可达108℃，能够有效分解和消化城市生活污泥中的几乎全部毒害性有机物和多种无机物，真正实现了城市生活污泥的无害化、减量化、稳定化，可行土地利用。