一种利用城市污泥固态发酵生产的微生物杀虫剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及城市污泥处理技术领域,具体来说,涉及利用城市污泥固态发酵生产微生物杀虫剂的技术。
背景技术
城市污泥是指城市污水处理厂在污水处理过程中产生的沉淀物。它含有大量的有机物、丰富的氮磷等物质以及病原物等,如果不加处理的任意排放和投弃会对环境造成严重的污染。目前,我国城市污泥年产生量约800万吨干重,并且以每年10~15%的速度递增。如何妥善地处置污泥,防止其二次污染,并将其作为一种有用资源加以有效利用,变废为宝,具有重要的意义。
目前,城市污泥的处置途径主要有:填埋、焚烧、热解制油、土地利用等,但都存在着各自难以克服的缺陷。事实上,污泥中含有大量碳、氮、磷以及微量元素等营养物质(污泥中蛋白质含量一般可达20%),可以作为微生物发酵原料。
苏云金芽孢杆菌,简称苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt),是一类能在代谢过程中产生芽孢和伴孢晶体的***,其制剂是目前世界上产量最大的微生物杀虫剂,占全球生物杀虫剂销售额的90%以上。Bt制剂克服了化学杀虫剂高残留、污染环境、危害人畜、易产生抗性等缺点,具有环境安全、不伤非靶标生物、不易产生抗性等诸多优点。
专利CN1772879公开了一种利用污水污泥发酵生产生物农药苏云金杆菌的方法。该方法采用的工艺是液体深层发酵法,用含固率1.5~5%的污泥作为原料,在发酵罐中发酵。该方法存在以下缺陷:1)液体深层发酵设备要求较高,需要发酵罐、空压机等昂贵设备;2)发酵液需要碳酸钙助滤或离心浓缩,而污泥粘度较大,不易于浓缩,后处理难度大;3)发酵液中有效成分易于随后处理工艺而流失,毒效下降,产品质量降低;4)污泥在液体深层发酵时需要加入大剂量的、价格高的消泡剂,大大地增加了生产成本。
我国污水处理厂污泥的产出形式是脱水污泥(含固率25~30%),污泥呈半固体,采用固态发酵法有利于缩短工艺流程,降低设备投资与生产成本。固态发酵是利用颗粒载体表面所吸附的营养物质来培养微生物。在相对小的空间内,这种颗粒载体可提供相当大的气液界面,从而满足好气微生物增殖所需要的水份、氧气和营养。与液态发酵相比,固态发酵具有以下优点:1)发酵流程简单,不需严格无菌条件;2)设备便宜,投资少,能耗低,易操作;3)后处理简便、有效成分不易流失,污染少,基本无废水排放。
迄今为止,经国内外文献与专利检索,尚未见到固态发酵城市污泥生产生物杀虫剂的报道。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术中的不足之处,而提供一种利用城市污泥固态发酵生产微生物杀虫剂的方法。
本发明的另一个目的在于提供利用上述方法制得的微生物杀虫剂。
本发明的技术原理是:以城市污泥所含的糖分与蛋白质、磷以及微量元素为主要营养物质,在维持适宜pH、温度与湿度的条件下,苏云金芽孢杆菌附着于固体培养基颗粒的表面生长与增殖,产生伴胞晶体等杀虫活性物质,发酵后经干燥、粉碎制成苏云金杆菌微生物杀虫剂。
本发明的利用城市污泥固态发酵生产微生物杀虫剂的方法,包括如下步骤:
g/L是指每1L培养基液体中加入的目标物的克数;
%是指每100份质量的培养基液体中接入接种物的质量份数;
(1)固体培养基的调制:固体培养基由含水率40~60%的城市污泥和含水率为40~60%蓬松材料组成,污泥与蓬松材料重量比为3∶1~2,用碱调pH值为6.5~7.5;
(2)摇瓶培养:将苏云金杆菌接入LB液体培养基中,摇床上振荡培养8~12小时;
(3)固态发酵:将固体培养基灭菌,冷却,按5~15%的接种量接入上述种子液,于25~30℃培养3~4天;
(4)发酵后处理:上述发酵后的固体培养基通过晾干、气流粉碎,过筛,加入3~10%助剂混匀即得。
(5)产品质量检验:产品质量检验方法参照国家标准GB/T19567.3-2004中苏云金芽孢杆菌可湿性粉剂进行。
在上述方法中,步骤(1)所述碱优选为CaO、NaOH、KOH或Ca(OH)2。最佳是CaO。
在上述方法中,步骤(1)所述蓬松材料优选为秸秆粉、珍珠岩、豆粕粉或麦麸。
在上述方法中,步骤(2)所述LB液体培养基配方为:酵母浸膏5g,胰蛋白胨10g,NaCl 5g,水1000mL,pH 7.2~7.6。
在上述方法中,步骤(2)所述苏云金杆菌为苏云金杆菌HD-1或苏云金杆菌7216等。
在上述方法中,步骤(3)所述灭菌为121℃、30min间歇灭菌两次。
在上述方法中,步骤(4)所述助剂为润湿剂或分散剂;所述润湿剂优选为丁基萘磺酸钠、对甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸;所述分散剂优选为萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸钠。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本方法以城市污泥为原料,采用固态发酵法生产微生物杀虫剂,具有城市污泥处置与微生物杀虫剂生产的双重功效,实现了变“废”为“宝”;
(2)与现有的液态发酵相比,本方法流程简单,不需严格无菌条件,而且设备便宜,投资少,能耗低,操作简单;
(3)与现有的液态发酵相比,本方法后处理简便,无需浓缩等昂贵的后处理操作,有效成分不易流失,污染少,基本无废水排放,降低了生产成本。
(4)通过浅盘固态发酵法将污泥制备成高附加值的微生物杀虫剂产品,同时为污泥的资源化处置提供了一条崭新的途径。
具体实施方式
实施例1
(1)固体培养基调制:发酵用固体培养基由脱水污泥和豆粕粉组成,灭菌前用NaOH调pH值为7.0。脱水污泥与豆粕粉重量比为3∶1,上述污泥采自广州市猎德污水处理厂(含水率为72.66%),经水分调节后含水率为50%的污泥。所述的豆粕粉含水率为50%。
表1供试污泥的理化性质
pH值 |
含水量(%) |
有机质(%) |
全氮(%) |
全磷(%) |
全钾(%) |
7.04 |
72.66 |
47.5 |
2.6 |
0.93 |
1.11 |
(2)摇瓶培养:将生长良好的苏云金杆菌7216斜面培养基上挑取1环接入装有100mL LB液体培养基的三角瓶中,30℃、200转/分钟摇床上振荡培养10小时即为摇瓶种子培养液。所用的苏云金杆菌7216购自中国微生物菌种保藏中心。所述的LB液体培养基配方为(g/L):酵母浸膏,5g;胰蛋白胨,10g;NaCl,5g;水,1000mL;pH 7.2。
(3)固态发酵:上述培养基调理后在121℃、30min间歇湿热灭菌两次,间歇灭菌时间为24小时,冷却,在无菌室中倒入长60cm、宽40cm,高度为4cm的灭菌浅盘搪瓷盘。按5%的接种量接入上述种子液,于28℃培养4天。
(4)发酵后处理:上述发酵后的固体培养基通过晾干、气流粉碎,200目过筛,加入4%对甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸和3%萘磺酸甲醛缩合物钠盐,均匀混合即得微生物农药可湿性粉剂。
(5)产品质量检验:产品质量检验方法按照GB/T 19567.3-2004中苏云金芽胞杆菌可湿性粉剂进行。经检验结果表明,上述制剂符合苏云金芽胞杆菌可湿性粉剂要求,产品合格。
实施例2
(1)固体培养料调制:发酵用固体培养基由脱水污泥和秸秆粉组成,灭菌前用Ca(OH)2调pH值为7.2。脱水污泥与秸秆粉重量比为3∶2,上述污泥采自广州市猎德污水处理厂(含水率为72.66%),经水分调节后含水率为60%的污泥。所述的秸秆粉含水率为50%。脱水污泥的理化性质同实施例1。
(2)摇瓶培养:将生长良好的苏云金杆菌HD-1斜面培养基上挑取1环接入装有100mL LB液体培养基的三角瓶中,30℃、200转/分钟摇床上振荡培养12小时即为摇瓶种子培养液。所用的苏云金杆菌HD-1购自中国微生物菌种保藏中心。所述的LB液体培养基配方为(g/L):酵母浸膏,5g;胰蛋白胨,10g;NaCl,5g;水,1000mL;pH 7.2。
(3)固态发酵:上述培养基调理后在121℃、30min间歇湿热灭菌两次,间歇灭菌时间为24小时,冷却,在无菌室中倒入长60cm、宽40cm,高度为4cm的灭菌浅盘搪瓷盘。按8%的接种量接入上述种子液,于30℃培养4天。
(4)发酵后处理:上述发酵后的固体培养基通过晾干、气流粉碎,200目过筛,加入3%的丁基萘磺酸钠和3%木质素磺酸钠,均匀混合即得微生物农药可湿性粉剂。
(5)产品质量检验:产品质量检验方法按照GB/T 19567.3-2004中苏云金芽胞杆菌可湿性粉剂进行。经检验结果表明,上述制剂符合苏云金芽胞杆菌可湿性粉剂要求,产品合格。
实施例3
(1)固体培养料调制:固体培养基由脱水污泥和麦麸组成,灭菌前用CaO调pH值为6.5。脱水污泥与麦麸重量比为3∶1,上述污泥采自广州市猎德污水处理厂(含水率为72.66%),经水分调节后含水率为55%的污泥。所述的蓬松材料为秸秆粉,含水率为55%。脱水污泥的理化性质同实施例1。
(2)摇瓶培养:将生长良好的苏云金杆菌HD-1斜面培养基上挑取1环接入装有100mL LB液体培养基的三角瓶中,30℃、200转/分钟摇床上振荡培养10小时即为摇瓶种子培养液。所用的苏云金杆菌HD-1购自中国微生物菌种保藏中心。所述的LB液体培养基配方为(g/L):酵母浸膏,5g;胰蛋白胨,10g;NaCl,5g;水,1000mL;pH 7.2。
(3)固态发酵:上述培养基调理后在121℃、30min间歇湿热灭菌两次,间歇灭菌时间为24小时,冷却,在无菌室中倒入长60cm、宽40cm,高度为4cm的灭菌浅盘搪瓷盘。按5%的接种量接入上述种子液,于30℃培养3天。
(4)发酵后处理:上述发酵后的固体培养基通过晾干、气流粉碎,200目过筛,加入3%的丁基萘磺酸钠和3%木质素磺酸钠,均匀混合即得微生物农药可湿性粉剂。
(5)产品质量检验:产品质量检验方法按照GB/T 19567.3-2004中苏云金芽胞杆菌可湿性粉剂进行。经检验结果表明,上述制剂符合苏云金芽胞杆菌可湿性粉剂要求,产品合格。
实施例4
(1)固体培养料调制:发酵用固体培养基由脱水污泥和珍珠岩组成,灭菌前用CaO调pH值为7.0。脱水污泥与豆粕粉重量比为3∶1.5,上述污泥采自广州市猎德污水处理厂(含水率为72.66%),经水分调节后含水率为52%的污泥。所述的珍珠岩含水率为60%。脱水污泥的理化性质同实施例1。
(2)摇瓶培养:将生长良好的苏云金杆菌7216斜面培养基上挑取1环接入装有100mL LB液体培养基的三角瓶中,30℃、200转/分钟摇床上振荡培养12小时即为摇瓶种子培养液。所用的苏云金杆菌7216购自中国微生物菌种保藏中心。所述的LB液体培养基配方为(g/L):酵母浸膏,5g;胰蛋白胨,10g;NaCl,5g;水,1000mL;pH 7.2。
(3)固态发酵:上述培养基调理后在121℃、30min间歇湿热灭菌两次,间歇灭菌时间为24小时,冷却,在无菌室中倒入长60cm、宽40cm,高度为4cm的灭菌浅盘搪瓷盘。按5%的接种量接入上述种子液,于30℃培养3天。
(4)发酵后处理:上述发酵后的固体培养基通过晾干、气流粉碎,200目过筛,加入5%的丁基萘磺酸钠和4%木质素磺酸钠,均匀混合即得微生物农药可湿性粉剂。
(5)产品质量检验:产品质量检验方法按照GB/T 19567.3-2004中苏云金芽胞杆菌可湿性粉剂进行。经检验结果表明,上述制剂符合苏云金芽胞杆菌可湿性粉剂要求,产品合格。